JP4825151B2 - 無線送受信機 - Google Patents

Description

本発明は、送信無線信号及び受信無線信号を同一周波数帯で送受信する無線通信システムに適用する無線送受信機に関する。

近年、同一周波数帯域にて同時に直交偏波で送受信を行う新しい複信方式による、周波数利用効率が２倍の交差偏波無線通信システムが提案されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１を参照。）。特許文献１には交差偏波無線通信システムが開示されている。非特許文献１には複信方式としてＰＤＤ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）方式が開示されている。
特開２００６−２０３５４１号公報 ２００５年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会講演論文集 Ｂ−１−１０２

非特許文献１で開示された技術では、送受信アンテナ間のアイソレーションが高い導波管スロットアレイアンテナを用いており、アイソレーションが低下した場合、異偏波の自局送信無線信号が干渉信号となって自局受信信号に回り込むという課題があった。つまり、受信信号には希望信号の他に干渉信号が含まれ、希望信号の回線品質を劣化させることになる。そこで、前記課題を解決するため本発明は、受信信号の自局送信無線信号による干渉信号の影響を低減し、送受信間のアイソレーションが低下した場合でも回線品質を維持できる無線送受信機を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明に係る無線送受信機は、受信信号から自局送信無線信号による干渉信号を除去する干渉キャンセラ回路を送信無線回路と受信無線回路との間に配置している。

具体的には、本発明に係る無線送受信機は、信号区間と無信号区間とを交互に配置した送信無線信号及び前記送信無線信号と同一周波数で信号区間と無信号区間とを交互に配置した受信無線信号を前記送信無線信号の前記無信号区間と前記受信無線信号の前記無信号区間とが重畳しないように送受信する無線送受信機であって、送信信号で変調した前記送信無線信号を送信する送信無線回路と、受信した前記受信無線信号を検波し、受信信号を出力する受信無線回路と、前記送信信号について遅延時間及び減衰量を調整したレプリカ信号を生成する線形フィルタ部、前記受信無線回路の前記受信信号から前記レプリカ信号を減算して出力する減算部及び前記減算部からの出力において干渉信号の電力が最小になるように前記線形フィルタ部に対するタップ係数を算出する線形誤差調整部を有する干渉キャンセラ回路と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る無線送受信機では、前記干渉キャンセラ回路は、前記線形フィルタ部で生成した前記レプリカ信号に前記送信無線回路と前記受信無線回路とで生じる非線形歪を補償する補償信号を加える非線形歪補償部、及び前記線形フィルタ部で生成した前記レプリカ信号と前記受信無線信号の無信号区間における前記減算部からの出力とから前記非線形歪を推定し、前記減算部からの出力において干渉信号に含まれる非線形歪が最小になるように前記非線形歪補償部に対して前記補償信号の量を更新させる非線形誤差調整部をさらに有することが好ましい。非線形歪を補償することで干渉信号をさらに低減することができる。

本発明に係る無線送受信機では、前記線形誤差調整部は、タップ係数を算出する適応アルゴリズムのステップサイズについて、前記送信無線信号の信号区間と前記受信無線信号の信号区間とが重畳している場合の前記ステップサイズをμ_Ａ、前記受信無線信号の無信号区間での前記ステップサイズをμ_Ｂ、前記送信無線信号の無信号区間での前記ステップサイズをμ_Ｃと表したとき、μ_Ｃ＜μ_Ａ＜μ_Ｂが成立するようにそれぞれのステップサイズを設定することが好ましい。受信無線信号の無信号区間のステップサイズを大きくすることでレプリカ信号を高速に収束させ、干渉信号を高速に低減することができる。

本発明に係る無線送受信機は、既知である送信信号に基づいてレプリカ信号を生成するため、干渉信号の低減量を大きくすることができる。従って、本発明に係る無線送受信機は、受信信号の自局送信無線信号による干渉信号の影響を低減し、送受信間のアイソレーションが低下した場合でも回線品質を維持することができる。

添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
本実施形態に係る無線送受信機は、信号区間と無信号区間とを交互に配置した送信無線信号及び前記送信無線信号と同一周波数で信号区間と無信号区間とを交互に配置した受信無線信号を前記送信無線信号の前記無信号区間と前記受信無線信号の前記無信号区間とが重畳しないように送受信する無線送受信機であって、送信信号で変調した前記送信無線信号を送信する送信無線回路と、受信した前記受信無線信号を検波し、受信信号を出力する受信無線回路と、前記送信信号について遅延時間及び減衰量を調整したレプリカ信号を生成する線形フィルタ部、前記受信無線回路の前記受信信号から前記レプリカ信号を減算して出力する減算部及び前記減算部からの出力において干渉信号の電力が最小になるように前記線形フィルタ部に対するタップ係数を算出する線形誤差調整部を有する干渉キャンセラ回路と、を備えることを特徴とする。

本実施形態の無線送受信機が用いられる無線通信システムの無線通信は、ＰＤＤ方式や同一周波数での中継方式である。本実施形態の無線送受信機が送受信する無線信号の無線フレーム構成を図１に示す。送信無線信号は信号区間Ｄと無信号区間Ｇａｐとが交互に配置される。受信無線信号も信号区間Ｄと無信号区間Ｇａｐとが交互に配置される。さらに、送信無線信号の無信号区間Ｇａｐと受信無線信号の無信号区間Ｇａｐとは重畳しないように配置されている。送信無線信号の信号区間Ｄ及び受信無線信号の信号区間Ｄとが重畳している領域を＃Ａ、受信無線信号のみ無信号区間Ｇａｐの領域を＃Ｂ、送信無線信号のみ無信号区間Ｇａｐの領域を＃Ｃとする。図１では、無線フレームＴ_ｆの端に無信号区間Ｇａｐが配置されているが、無信号区間Ｇａｐの位置は無線フレームＴ_ｆ内の他の位置でも良い。また、図１では、送信無線信号の無線フレームＴ_ｆと受信無線信号の無線フレームＴ_ｆとは半フレーム長づつずれているが、図１のずれ方に限らず他のずれ方でもよい。

図２は、本実施形態の無線送受信機１０の構成を示したブロック図である。無線送受信機１０は、受信無線部２１、送信無線部２２、干渉キャンセラ回路２３、復調処理部２４、フレーマ部２５及び変調処理部２６を備える。送信無線回路は変調処理部２６及び送信無線部２２を含む。受信無線回路は復調処理部２４及び受信無線部２１を含む。

受信無線回路は、受信無線部２１でアンテナ２８を通じて受信無線信号Ｒ２を受信して受信信号Ｓ４とし、復調処理部２４で復調して復調受信信号Ｓ６を出力する。送信無線回路は、変調処理部２６が送信信号Ｓ２を変調して変調送信信号Ｓ３とし、送信無線部２２が変調送信信号Ｓ３を送信無線信号Ｒ１とし、アンテナ２９を通じて送信無線信号Ｒ１を出力する。

干渉キャンセラ回路２３は、レプリカ信号生成部３０及び減算部３３を有する。レプリカ信号生成部３０は線形フィルタ部３１及び線形誤差調整部３５を含む。線形フィルタ部３１は、変調送信信号Ｓ３についての遅延時間及び減衰量を調整したレプリカ信号Ｓ１１を生成する。線形フィルタ部３１は、例えばＦＩＲフィルタとすることができる。この場合、タップ係数を更新することで遅延時間及び減衰量を更新することができる。減算部３３は、受信信号Ｓ４からレプリカ信号Ｓ１１を減算して出力信号Ｓ５を出力する。

線形誤差調整部３５は、出力信号Ｓ５を線形フィルタ部３１にフィードバックさせて、出力信号Ｓ５に含まれる干渉信号の電力を最小にする。具体的には、線形誤差調整部３５は、線形フィルタ部３１のタップ係数を算出するタップ係数算出回路である。線形誤差調整部３５は、ＬＭＳアルゴリズムやＲＬＳアルゴリズムなどの適応アルゴリズムを用いて、干渉信号の電力が最小となるよう適応的にタップ係数を算出する。タップ係数を算出する際の適応アルゴリズムの更新係数を「ステップサイズ」と呼ぶ。たとえば、ＬＭＳアルゴリズムの場合、タップ係数の更新式は（数１）のようにあらわせる。

但し、Ｒ（ｉ）は時刻ｉのレプリカ信号、Ｘ（ｉ）は時刻ｉの変調送信信号ベクトル、Ｗ（ｉ）は時刻ｉのタップ係数ベクトル、Ｚ（ｉ）は時刻ｉの干渉キャンセラ回路の出力信号、Ｙ（ｉ）は時刻ｉの受信信号、μはステップサイズである。（数１）の場合、ステップサイズμを大きくすれば、レプリカ信号の収束速度は速くなり、干渉信号を高速に低減できるが、雑音耐力は下がる。一方ステップサイズを小さくすれば、レプリカ信号の収束速度は遅くなるが、雑音耐力は上がる。

無線送受信機１０は次のように動作する。フレーマ部２５は、送信無線信号Ｒ１の無信号区間と受信無線信号Ｒ２の無信号区間とが重畳しないように、入力信号Ｓ１をフレーム構成し、送信信号Ｓ２として出力する。さらに、フレーマ部２５は、同期などの制御をするための制御信号Ｓ８を干渉キャンセラ回路２３に出力する。送信無線回路は送信信号Ｓ２をアンテナ２９から送信無線信号Ｒ１として送信する。

一方、受信無線回路はアンテナ２８からの受信無線信号Ｒ２を復調し、復調受信信号Ｓ６として出力する。フレーマ部２５は復調受信信号Ｓ６のフレーム構成を解除して出力信号Ｓ７を出力する。なお、受信無線部２１が出力する受信信号Ｓ４には希望信号と送信無線信号Ｒ１による干渉信号とが含まれている。

ここで、干渉キャンセラ回路２３は、受信信号Ｓ４からレプリカ信号Ｓ１１を減算し、受信信号Ｓ４に含まれる、送信無線信号Ｒ１による干渉信号分を差し引くことができる。従って、無線送受信機１０は、受信信号の自局送信無線信号による干渉信号の影響を低減し、送受信間のアイソレーションが低下した場合でも回線品質を維持することができる。

また、干渉キャンセラ回路２３は、常に出力信号Ｓ５に含まれる干渉信号の電力を最小にするようにタップ係数を更新するため、干渉状態が変動し、干渉信号が変動しても線形フィルタ部３１の遅延時間及び減衰量をその変動に追従させることができる。

無線送受信機１０は送信無線信号Ｒ１の無信号区間Ｇａｐと受信無線信号Ｒ２の無信号区間Ｇａｐとが重畳しないように送受信するため、受信無線部２１は、領域＃Ｂで干渉信号のみ受信することになる。そのため、干渉キャンセラ回路２３は、領域＃Ｂにおいて容易かつ正確に線形フィルタ部３１のタップ係数を更新でき、レプリカ信号を収束することができる。

例えば、干渉キャンセラ回路２３は、領域＃Ｂで設定した線形フィルタ部３１のタップ係数を領域＃Ａや領域＃Ｃで維持し、次の領域＃Ｂで線形フィルタ部３１のタップ係数を再更新してもよい。

干渉キャンセラ回路２３は、領域＃Ａや領域＃Ｃでも線形フィルタ部３１のタップ係数の更新をしてもよいが、この場合、線形誤差調整部３５は、タップ係数を算出する適応アルゴリズムのステップサイズについて、前記送信無線信号の信号区間と前記受信無線信号の信号区間とが重畳している場合の前記ステップサイズをμ_Ａ、前記受信無線信号の無信号区間での前記ステップサイズをμ_Ｂ、前記送信無線信号の無信号区間での前記ステップサイズをμ_Ｃと表したとき、μ_Ｃ＜μ_Ａ＜μ_Ｂが成立するようにそれぞれのステップサイズを設定することが好ましい。

領域＃Ｂでは干渉信号のみであるのでステップサイズを大きく設定することで、レプリカ信号の収束速度を上げ、干渉信号を高速に低減できる。一方、領域＃Ｃでは送信無線信号がなく、受信無線信号のみであるため、タップ係数を更新する必要はなく、μ_Ｃ＝０であることが望ましい。

（実施形態２）
受信信号Ｓ４に含まれる干渉信号には非線形歪も存在することがある。例えば、干渉信号の非線形歪は、送信無線回路及び受信無線回路での直交誤差、ＩＱ振幅偏差、ＤＣオフセットなどである。また、干渉信号の非線形歪は、増幅器での非線形歪でも生じる。線形フィルタ部３１は、干渉信号の非線形歪を低減するレプリカ信号を生成することはできない。

そのため、本実施形態の無線送受信機では、前記干渉キャンセラ回路は、前記線形フィルタ部で生成した前記レプリカ信号に前記送信無線回路と前記受信無線回路とで生じる非線形歪を補償する補償信号を加える非線形歪補償部、及び前記線形フィルタ部で生成した前記レプリカ信号と前記受信無線信号の無信号区間における前記減算部からの出力とから前記非線形歪を推定し、前記減算部からの出力において干渉信号に含まれる非線形歪が最小になるように前記非線形歪補償部に対して前記補償信号の量を更新させる非線形誤差調整部をさらに有することが好ましい。

図３は、本実施形態の無線送受信機１１の構成を示したブロック図である。図２の無線送受信機１０と図３の無線送受信機１１との違いは、無線送受信機１１が干渉キャンセラ回路２３の代替として干渉キャンセラ回路４３を備えていることである。干渉キャンセラ回路２３と干渉キャンセラ回路４３との違いは、干渉キャンセラ回路４３が非線形歪補償信号生成部３４をさらに有していることである。非線形歪補償信号生成部３４は非線形歪補償部３７及び非線形誤差調整部３９を含む。

非線形歪補償部３７は、干渉信号の非線形歪を推定して補償する回路である。具体的には、推定した干渉信号の非線形歪に相当する補償信号を線形フィルタ部３１からのレプリカ信号Ｓ１１に加え、レプリカ信号Ｓ１２を出力する。干渉キャンセラ回路４３が受信信号Ｓ４からレプリカ信号Ｓ１２を減算することで、自局送信無線信号による干渉信号と干渉信号に含まれる非線形歪の影響を低減することができる。

非線形誤差調整部３９は、出力信号Ｓ５を非線形歪補償部３７にフィードバックさせて、非線形歪補償部３７に出力信号Ｓ５に含まれる干渉信号の非線形歪を補償させる。具体的には、非線形誤差調整部３９は、出力信号Ｓ５に含まれる干渉信号とレプリカ信号Ｓ１１とを比較することで非線形歪を推定する。非線形誤差調整部３９は、非線形歪補償部３７に推定した非線形歪を補償する補償信号を生成させる。干渉キャンセラ回路４３は、非線形誤差調整部３９により干渉信号に存在する非線形歪の変動に追従して補償することができる。

なお、希望信号と干渉信号とが含まれる領域＃Ａや領域＃Ｃでの受信信号Ｓ４では、非線形歪補償部３７が非線形歪の推定することは困難である。そのため、領域＃Ｂで非線形歪を推定することで、推定の精度が向上する。具体的には、非線形歪補償部３７は、領域＃Ｂで推定処理を行い、推定した補償信号を領域＃Ａ及び領域＃Ｃに反映させて干渉信号の低減をする。

次に、実施例として本実施例の無線送受信機１０の干渉信号除去特性を計算機でシミュレーションを行った。表１にシミュレーション諸元を示す。

干渉信号レベルを一定と仮定し、希望信号レベルを変化させて入力ＤＵＲ（Ｄｅｓｉｒｅｄ Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｕｎｄｅｓｉｒｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）を定めた。また、受信機雑音として干渉信号より２７ｄＢ低い雑音を付加しており、入力ＤＵＲ＝０ｄＢの場合、希望信号に対し、ＣＮＲ＝２７ｄＢとなる。入力ＤＵＲに対する干渉除去比特性を図４に示す。入力ＤＵＲが１５ｄＢ以下で干渉除去比は３０ｄＢ以上を得た。

本発明は、直交変調方式などを用いた無線システムに利用することができる。

本実施形態に係る無線送受信機が送受信する無線信号の無線フレーム構成である。 本実施形態に係る無線送受信機の構成を示したブロック図である。 本実施形態に係る無線送受信機の構成を示したブロック図である。 本実施形態に係る無線送受信機の干渉除去比をシミュレーションした結果である。

符号の説明

１０、１１ 無線送受信機
２１ 受信無線部
２２ 送信無線部
２３、４３ 干渉キャンセラ回路
２４ 復調処理部
２５ フレーマ部
２６ 変調処理部
２８、２９ アンテナ
３０ レプリカ信号生成部
３１ 線形フィルタ部
３３ 減算器
３４ 非線形歪補償信号生成部
３５ 線形誤差調整部
３７ 非線形歪補償部
３９ 非線形誤差調整部
Ｒ１ 送信無線信号
Ｒ２ 受信無線信号
Ｓ１ 入力信号
Ｓ２ 送信信号
Ｓ３ 変調送信信号
Ｓ４ 受信信号
Ｓ５ 減算部からの出力信号
Ｓ６ 復調受信信号
Ｓ７ 出力信号
Ｓ８ 制御信号
Ｓ１１、Ｓ１２ レプリカ信号
＃Ａ、＃Ｂ、＃Ｃ 領域
Ｔ_ｆ フレーム長

Claims (3)

1. 信号区間と無信号区間とを交互に配置した送信無線信号及び前記送信無線信号と同一周波数で信号区間と無信号区間とを交互に配置した受信無線信号を前記送信無線信号の前記無信号区間と前記受信無線信号の前記無信号区間とが重畳しないように送受信する無線送受信機であって、
   送信信号で変調した前記送信無線信号を送信する送信無線回路と、
   受信した前記受信無線信号を検波し、受信信号を出力する受信無線回路と、
   前記送信信号について遅延時間及び減衰量を調整したレプリカ信号を生成する線形フィルタ部、前記受信無線回路の前記受信信号から前記レプリカ信号を減算して出力する減算部及び前記減算部からの出力において干渉信号の電力が最小になるように前記線形フィルタ部に対するタップ係数を算出する線形誤差調整部を有する干渉キャンセラ回路と、
   を備え、
   前記線形誤差調整部は、前記タップ係数を前記受信無線信号の無信号区間で算出することを特徴とする無線送受信機。
2. 信号区間と無信号区間とを交互に配置した送信無線信号及び前記送信無線信号と同一周波数で信号区間と無信号区間とを交互に配置した受信無線信号を前記送信無線信号の前記無信号区間と前記受信無線信号の前記無信号区間とが重畳しないように送受信する無線送受信機であって、
   送信信号で変調した前記送信無線信号を送信する送信無線回路と、
   受信した前記受信無線信号を検波し、受信信号を出力する受信無線回路と、
   前記送信信号について遅延時間及び減衰量を調整したレプリカ信号を生成する線形フィルタ部、前記受信無線回路の前記受信信号から前記レプリカ信号を減算して出力する減算部及び前記減算部からの出力において干渉信号の電力が最小になるように前記線形フィルタ部に対するタップ係数を算出する線形誤差調整部を有する干渉キャンセラ回路と、
   を備え、
   前記線形誤差調整部は、前記タップ係数を前記受信無線信号の無信号区間で算出し、
   前記干渉キャンセラ回路は、
   前記線形フィルタ部で生成した前記レプリカ信号に前記送信無線回路と前記受信無線回路とで生じる非線形歪を補償する補償信号を加える非線形歪補償部、及び
   前記線形フィルタ部で生成した前記レプリカ信号と前記受信無線信号の無信号区間における前記減算部からの出力とから前記非線形歪を推定し、前記減算部からの出力において干渉信号に含まれる非線形歪が最小になるように前記非線形歪補償部に対して前記補償信号の量を更新させる非線形誤差調整部
   をさらに有することを特徴とする無線送受信機。
3. 前記線形誤差調整部は、
   さらに、前記送信無線信号の信号区間と前記受信無線信号の信号区間とが重畳している区間及び前記送信無線信号の無信号区間においても前記タップ係数を算出する場合に、
   タップ係数を算出する適応アルゴリズムのステップサイズについて、前記送信無線信号の信号区間と前記受信無線信号の信号区間とが重畳している場合の前記ステップサイズをμ_Ａ、前記受信無線信号の無信号区間での前記ステップサイズをμ_Ｂ、前記送信無線信号の無信号区間での前記ステップサイズをμ_Ｃと表したとき、
   μ_Ｃ＜μ_Ａ＜μ_Ｂ
   が成立するようにそれぞれのステップサイズを設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線送受信機。

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