JP5611897B2 - 受信機 - Google Patents

Description

本発明は、複数の送信アンテナから送信された互いに異なる信号を複数の受信アンテナで受信し、各信号を分離・復元する受信機に関する。

ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）伝送は、複数の送信アンテナを備えた送信機が、それぞれのアンテナから互いに異なる信号を送信し、受信機の複数の受信アンテナに合成されて受信される複数の信号を、無線チャネルの違いを利用して分離・復元する伝送方法である。ＭＩＭＯ伝送では、受信機において合成されて受信される複数の信号を精度よく分離する必要があるため、実用レベルでの演算処理量での高精度な信号分離法の実現が技術的な課題である。この信号分離法の一つとして、最小平均２乗誤差（ＭＭＳＥ：Minimum Mean Square Error ）法がある。

図４は、ＭＭＳＥ法を用いて信号分離を行う受信機の構成例を示す（非特許文献１）。ここでは、送信アンテナ数４、受信アンテナ数４に対応する例を示す。

図４において、受信機は、受信アンテナ２１−ｊ（ｊ＝1,2,3,4 ）、チャネル推定手段２２、ＭＭＳＥ等化手段２３、送信アンテナブランチ数分の２乗ユークリッド距離計算手段２４、対数尤度比（ＬＬＲ：Likelihood Ratio）計算手段２５、軟判定チャネル復号手段２６により構成される。

受信アンテナ２１−ｊにそれぞれ受信された信号は、チャネル推定手段２２およびＭＭＳＥ等化手段２３に入力される。チャネル推定手段２２では、受信信号に含まれるパイロット信号と当該受信機に記録されたパイロット信号とを比較することにより、送信機が備える各送信アンテナと受信機が備える各受信アンテナとの間のチャネル情報（チャネルにおける振幅および位相の変動量）を算出する。このチャネル情報により構成されるチャネル行列Ｈを用いて、受信信号Ｙは以下の式(1) で表される。

ここで、ｙj （ｊ＝1,2,3,4 ）は、受信アンテナ１１−ｊで受信される受信信号Ｙを示す。ｄi （ｉ＝1,2,3,4 ）は送信アンテナｉから送信される送信信号Ｘ、ｎj は受信アンテナ１１−ｊで生じるガウス雑音Ｎを示す。ｈijは送信アンテナｉと受信アンテナ１１−ｊとの間のチャネル行列Ｈを示す。

ＭＭＳＥ等化手段２３では、チャネル推定手段２２から入力するチャネル行列に基づいて、各受信アンテナ２１−ｊから入力される受信信号に対して、アンテナ間の干渉を抑圧する等化処理を行う。すなわち、チャネル行列Ｈを用いて、式(2) で示されるＭＭＳＥウェイトＷを算出し、受信信号Ｙに乗算することによって等化処理を行う。
Ｗ＝Ｈ^H(ＨＨ^H＋ＮＩ)^-1 …(2)
ここで、Ｉは単位行列、Ｈ^H はエルミート転置を示す。

２乗ユークリッド距離計算手段２４、ＬＬＲ計算手段２５、軟判定チャネル復号手段２６は、等化後の信号からビットごとのＬＬＲを計算し、軟判定チャネル復号を行う（復調・復号処理）。

樋口健一、田岡秀和、「マルチアンテナ無線伝送技術」NTT DoCoMo テクニカル・ジャーナル Vol.14 No.1 布 房夫 他、「広域ユビキタスネットワーク用実験試作装置−ＭＡＣ部−」，2007年電子情報通信学会総合大会 B-5-138

ＭＭＳＥ法による等化処理では、式(1) で示されるチャネル行列Ｈの算出を行った後に、式(2) で示されるＭＭＳＥウェイトＷの算出を行う必要があるため、送受信アンテナ数が多くなるにつれて演算量が増大する問題がある。

本発明は、ＭＭＳＥ法による等化処理を用いず、少ない演算量で各受信アンテナにおける干渉を抑圧して信号分離を可能にする受信機を提供することを目的とする。

本発明は、複数の送信アンテナから送信された互いに異なる信号を複数の受信アンテナで受信し、各信号を分離・復元する受信機において、当該受信機が属する無線通信システムの信号が送信されていない無信号期間を指示するタイミング指示手段と、受信アンテナごとの受信信号について、それぞれ無信号期間における受信電力を測定し、受信アンテナごとに当該受信電力を干渉電力値として出力する雑音推定手段と、雑音推定手段から出力された受信アンテナごとの干渉電力値から、干渉電力値が大きいほど重みの値が小さくなり、干渉電力値が小さいほど重みの値が大きくなる重み係数を受信アンテナごとに算出し、受信アンテナごとの受信信号に対してそれぞれ対応する重み係数を乗算し、送信アンテナ数分の信号を出力する重み付け処理手段と、重み付け処理手段の出力をそれぞれ復調・復号処理し、複数の送信アンテナから送信された互いに異なる信号を分離・復元して出力する復調・復号手段とを備える。

また、重み付け処理手段は、受信アンテナごとに干渉電力値の逆数を重み係数とする構成である。

本発明の受信機は、当該受信機が属する無線通信システムの信号が送信されていない期間における受信電力を干渉電力と見なし、当該干渉電力値が大きい受信アンテナに対する重みを小さく付与し、当該干渉電力値が小さい受信アンテナに対する重みを大きく付与する。すなわち、受信アンテナごとに無信号期間の受信電力を干渉電力とし、例えばその逆数を演算するだけで重み係数を算出することから演算量が小さく、かつ各受信アンテナで雑音電力として支配的な干渉電力に基づいて重み係数を算出することから、高い精度で信号分離等の処理が可能になる。

本発明の受信機の構成例を示す図である。 雑音推定手段１１で干渉波を測定するタイミングの例を示す図である。 本発明を適用する無線通信システムの構成例を示す図である。 ＭＭＳＥ法を用いて信号分離を行う受信機の構成例を示す図である。

図３は、本発明を適用する無線通信システムの構成例を示す。
図３において、各受信アンテナの設置場所が離れ、各受信アンテナと受信機との間が光ファイバで接続されているような構成では、各受信アンテナは互いに異なる干渉波を受信したり、干渉を受ける受信アンテナと干渉を受けない受信アンテナがあったりする。本発明の特徴は、このような受信アンテナごとに受ける干渉が異なる環境において、それぞれの受信アンテナにおける干渉電力の相違を利用してチャネル等化処理の重み係数を算出することにある。

図１は、本発明の受信機の構成例を示す。ここでは、送信アンテナ数４、受信アンテナ数４に対応する例を示す。

図１において、受信機は、受信アンテナ２１−ｊ（ｊ＝1,2,3,4 ）、雑音推定手段１１、タイミング指示手段１２、重み付け処理手段１３、送信アンテナブランチ数分の２乗ユークリッド距離計算手段２４、対数尤度比（ＬＬＲ）計算手段２５、軟判定チャネル復号手段２６により構成される。

受信アンテナ２１−ｊにそれぞれ受信された信号は、雑音推定手段１１および重み付け処理手段１３に入力される。雑音推定手段１１では、各受信アンテナ２１−ｊが受信する干渉波を推定する。すなわち、当該受信機が含まれる無線通信システム以外の無線通信システムまたは非無線通信システムにより、当該受信機が信号を受信するために使用している無線帯域における干渉波について、当該受信機が通信相手（たとえば、図示していない送信機）との間で信号を送受信していない期間での干渉波の電力を測定する。

図２は、雑音推定手段１１で干渉波を測定するタイミングの例を示す。
図２(a) は、受信機がＴＤＤ（Time Division Duplex）方式で通信している場合に、アップリンク期間（ＵＬ）とダウンリンク期間（ＤＬ）の間で設定されるガードタイム（ＧＴ）における受信電力を測定し、得られた測定値を干渉電力値とする。ガードタイムでは、当該受信機が属する無線通信システムの信号は送信されていないため、他の無線通信システムまたは非無線通信システムからの干渉波を受信しているとみなすことができる。

図２(b) は、受信機がランダムアクセスに基づいて通信を行っている場合（たとえば、非特許文献２）に、ランダムアクセススロットの未割当領域における受信電力を測定し、得られた測定値を干渉電力値とする。上述のガードタイムと同様に、ランダムアクセススロットの未割当領域では、当該受信機が属する無線通信システムの信号は送信されていないため、他の無線通信システムまたは非無線通信システムからの干渉波を受信しているとみなすことができる。

なお、雑音推定手段１１では、測定した干渉波の受信電力をそのまま重み付け処理手段１３へ出力してもよいが、受信アンテナ２１−ｊにおけるｎ回目の測定で得られる干渉波の受信電力Ｎ_j(n)を平均化したものを干渉電力値Ｐ_j(n)として、重み付け処理手段１３へ出力してもよい。また、式(3) のように忘却係数αを用いて、干渉波の受信電力Ｎ_j(n)を重み付け平均処理を行った結果を干渉電力値Ｐ_j(n)として出力してもよい。
Ｐ_j(n) ＝ (Ｎ_j(n) ＋αＰ_j(n-1))／(1＋α) …(3)
このように平均化処理等を行うことによって、干渉電力の分散が大きい場合であっても、精度よく干渉電力を推定することができる。

タイミング指示手段１２は、雑音推定手段１１に対して、干渉電力を測定するタイミングを通知する。たとえば、ＴＤＤ方式の場合には、ガードタイムが開始するタイミングと終了するタイミングにおいて雑音推定手段１１に制御信号を出力する。また、ランダムアクセス方式の場合には、ビーコン等によりランダムアクセススロットにおいて未割当領域を抽出し、当該領域が開始するタイミングと終了するタイミングにおいて雑音推定手段１１に制御信号を出力する。雑音推定手段１１は、タイミング指示手段１２により通知された期間に渡って干渉電力を測定し、干渉電力値を更新する。

重み付け処理手段１３は、雑音推定手段１１から入力された各受信アンテナに対応する干渉電力に基づいて、各受信アンテナから入力された受信信号に対する重み付け処理を行う。具体的には、式(4) に示すように、各受信アンテナ２１−１〜２１−４に対して当該受信アンテナ２１−ｊにおける干渉電力値Ｐ_j(n)の逆数を重み係数ｋ(Ｎ_j) とする。
ｋ(Ｎ_j) ＝１／Ｐ_j(n) …(4)

このように、各受信アンテナにおいて干渉電力が大きいほど重み係数が小さくなるように重み係数を設定することにより、干渉電力の小さい、すなわち信号品質の高い受信信号の重みが大きくなるため、精度よく信号分離ができるようになる。

２乗ユークリッド距離計算手段２４、ＬＬＲ計算手段２５、軟判定チャネル復号手段２６は、重み付け処理後の信号からビットごとのＬＬＲを計算し、軟判定チャネル復号を行う（復調・復号処理）。

本発明の受信機では、当該受信機が属する無線通信システムの信号が送信されていない期間における受信電力を干渉電力と見なし、当該干渉電力値が大きい受信アンテナに対する重みを小さく付与し、当該干渉電力値が小さい受信アンテナに対する重みを大きく付与することにより、チャネル等化処理を伴う従来のＭＭＳＥ法と比較して演算量を減らすことができる。

１１ 雑音推定手段
１２ タイミング指示手段
１３ 重み付け処理手段
２１ 受信アンテナ
２２ チャネル推定手段
２３ ＭＭＳＥ等化手段
２４ ２乗ユークリッド距離計算手段
２５ ＬＬＲ（対数尤度比）計算手段
２６ 軟判定チャネル復号手段

Claims (2)

1. 複数の送信アンテナから送信された互いに異なる信号を複数の受信アンテナで受信し、各信号を分離・復元する受信機において、
   当該受信機が属する無線通信システムの信号が送信されていない無信号期間を指示するタイミング指示手段と、
   前記受信アンテナごとの受信信号について、それぞれ前記無信号期間における受信電力を測定し、前記受信アンテナごとに当該受信電力を干渉電力値として出力する雑音推定手段と、
   前記雑音推定手段から出力された前記受信アンテナごとの前記干渉電力値から、前記干渉電力値が大きいほど重みの値が小さくなり、前記干渉電力値が小さいほど重みの値が大きくなる重み係数を前記受信アンテナごとに算出し、前記受信アンテナごとの受信信号に対してそれぞれ対応する重み係数を乗算し、前記送信アンテナ数分の信号を出力する重み付け処理手段と、
   前記重み付け処理手段の出力をそれぞれ復調・復号処理し、前記複数の送信アンテナから送信された互いに異なる信号を分離・復元して出力する復調・復号手段と
   を備えたことを特徴とする受信機。
2. 請求項１に記載の受信機において、
   前記重み付け処理手段は、前記受信アンテナごとに前記干渉電力値の逆数を重み係数とする構成である
   ことを特徴とする受信機。

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