JP5644475B2 - 受信装置 - Google Patents

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Description

本発明は,OFDMまたはOFDMA通信方式における受信装置に関する。
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)またはOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access:直交周波数分割多元)通信方式は,地上波デジタル放送やWiMAXなど広く利用されている。OFDM通信方式では,送信装置は,周波数が互いに直交関係にある複数のサブキャリアを送信データで変調し,そのOFDM周波数領域信号をIFFTしてOFDM時間領域信号に変換し,高周波信号にアップコンバートして空間上に送出する。一方,これを受信する受信装置は,受信した高周波信号をダウンコンバートしOFDM時間領域信号をFFTしてOFDM周波数領域信号に変換し,複数のサブキャリアを復調して受信データを抽出する。このようにOFDMまたはOFDMA通信方式では,マルチキャリアを用いて送受信される。
また,OFDMまたはOFDMAでは,マルチパスフェージング対策のために,シンボルの後端の一部の信号をシンボルの先頭にコピーしてガードインターバル(GI)区間を設けている。そして,マルチパスフェージングにより主波から遅延した遅延波や主波より先行する先行波を同時に受信しても,遅延波や先行波の遅延量がGI区間内であれば,先行波や遅延波から干渉を受けないようになっている。
ただし,GI区間を越える遅延量で遅延波や先行波が発生すると,FFT窓内に隣接するシンボルが入り込み,隣接するシンボルからの干渉を受ける。すなわち,シンボル間干渉ISI(Inter-symbol Interference)が発生し,受信信号の劣化を招く。したがって,かかる干渉波を除去することが種々提案されている。
たとえば,非特許文献1,2には,複数のアンテナからなるアレーアンテナを設け,各アンテナの受信信号に適切なウエイト制御を行って干渉波を除去する空間ダイバーシチが記載されている。
また,特許文献1には,適応等化器を設けて,干渉波の遅延量を等化器に設定して,干渉波を除去することが記載されている。
さらに,特許文献2には,各アンテナに適応等化器を設けて受信信号に対して等化器(デジタルフィルタ)が遅延拡がりを低減するフィルタ処理を行い,フィルタ処理後の信号についてダイバーシチ合成を行うことが記載されている。
特開2007-6067号公報 特開2007-6264号公報
S. Hara, M. Budsabathon and Y. Hara, "A pre-FFT OFDM adaptive antenna array with eigenvector combining", IEEE International Conference on Communications 2004, vol.4, pp.2412-2416, June 2004. 浦口 剛, 菊間 信良, 稲垣 直樹, "OFDM-CDMA通信方式へのDCMPアダプティブアレーの適用", 電信学会論文誌,B, 通信, 83-B(2) pp.216-224, Feb 2000
空間ダイバーシチによる干渉波抑制効果は,各パスの到来角に依存するという特性を持っており,干渉波と希望波の到来角が近い場合は,干渉波除去がうまくいかないという課題がある。さらに,空間ダイバーシチ合成により干渉波を除去する場合は,パスの数がアレーアンテナの自由度(指向性ビームの数と指向性ヌル点の数の合計)を超えると,干渉波除去ができなくなるという課題もある。
そこで,本発明の目的は,干渉波を適切に除去することができる受信装置を提供することにある。
受信装置の第1の側面は,直交周波数分割多重変調された受信信号を受信する受信装置において,
前記受信信号を受信する複数のアンテナを有するアレイアンテナと,
前記複数のアンテナにそれぞれ設けられ,前記受信信号において主波に対して設定された遅延時間に対する先行波または遅延波を低減する適応等化手段と,
前記適応等化手段の各出力信号に重み係数を乗算して加算する空間ダイバーシチ合成部と,
前記適応等化手段の各出力信号に基づいて前記重み係数を生成するウエイト制御部と,
前記受信信号の各パスの到来角と各パスの遅延時間とを推定し,前記推定した複数のパスの到来角と遅延時間とに基づいて,主波に対する遅延時間がガードインターバル時間を超える干渉波のうち前記適応等化手段により除去すべき除去対象干渉波を決定し,前記除去対象干渉波の前記主波に対する遅延時間を前記適応等化手段に設定する等化器設定ユニットとを有する。
第1の側面によれば,干渉波を適切に除去することができる。
OFDMの1つの伝送シンボルを示す図である。 マルチフェージングでのシンボル間干渉について説明する図である。 空間ダイバーシチにおけるアダプティブアレイアンテナを説明する図である。 本実施の形態における受信装置の概略構成図である。 本実施の形態における等化器設定ユニットの機能を説明するための図である。 等化器設定ユニット12の制御のフローチャート図である。 第1の実施の形態の受信装置の構成図である。 適応等化器の構成図である。 遅延波等化フィルタの構成図である。 先行波等化フィルタの構成図である。 係数演算部の構成図である。 遅延波等化フィルタの動作を説明する図である。 先行波等化フィルタの動作を説明する図である。 第1の実施の形態における受信装置の変型例の構成図である。 第2の実施の形態における受信装置の構成図である。 図15の受信装置のアンテナAT1側の適用等化手段の詳細構成図である。 第2の実施の形態における受信装置の変型例の構成図である。 シミュレーション結果を示す図である。 等化器出力を等化器内のTAP係数演算部のレファレンス信号に使用する受信装置の構成図である。 図19の受信装置の問題となる動作を説明する図である。 TAP係数の発散を説明する図である。 第3の実施の形態における受信装置の構成図である。 第3の実施の形態における適応等化器10−1〜10−Nの構成図である。 第3の実施の形態の受信装置の動作を説明する図である。 第3の実施の形態の受信装置の動作を説明する別の図である。 第4の実施の形態における受信装置の構成図である。 レファレンス信号選択部20の構成図である。 第4の実施の形態における動作を示すフローチャート図である。 第2の制御を説明する図である。 第3の制御を説明する図である。
図1は,OFDMの1つの伝送シンボルを示す図である。OFDMシンボルは,有効シンボルSYMと,その有効シンボルSYMの後部の一部の信号T−GIを有効シンボルSYMの先頭部にコピーしたガードインターバルH−GIとで構成される。OFDMシンボルの時間長は,有効シンボルSYMの時間TとガードインターバルH−GIの時間TGIとの合計時間になる。
OFDMは,互いに直交する多数のサブキャリアを伝送するデータによって変調し,それらの変調波を多重して伝送する変調方式である。OFDMでは,直交性を利用して多数のサブキャリアを並列に送信することで, 伝送速度をあげられるほか, 周波数選択性フェージングの影響を受けにくくすることができる。さらに,図1のように,有効シンボルSYMの後部の信号T−GIの複製をガードインターバル信号H−GIとして有効シンボルSYMの前に付加してOFDMシンボルを構成することにより,ガードインターバル区間の時間TGI以下の遅延時間のマルチパス受信信号に対してシンボル間干渉を生じることなく,復調処理を行うことができる。
しかし,現在の地上デジタル放送の前提となっている単一周波数ネットワーク(SFN:Single Frequency Network)などの環境下において,このガードインターバルの時間TGIを超える遅延広がりが発生すると,受信性能が大きく劣化する。たとえば,地上波デジタル放送の場合,隣接エリアからの放送波を受信した場合には,シンボル間干渉を起こす干渉波として受信することがある。
図2は,マルチフェージングでのシンボル間干渉について説明する図である。図2では,ベースステーションBSからモバイルステーションMSに3つのパスで受信信号が届いている。3つのパスの受信信号のうち,最も電力が大きい受信信号が主波MWであり,周りの建物などで反射して主波MWとは異なるパスで遅延波d1とd2とが移動局MSに届いている。そして,主波MWに対して,遅延波d1は遅延時間Td1だけ遅れて受信され,遅延波d2は遅延時間Td2だけ遅れて受信される。
図2に示されるとおり,遅延波d1は,遅延時間Td1がガードインターバルの時間TGI以内であれば,FFTウインドウ内に隣接するシンボルのデータが入らないため,シンボル間干渉(ISI:Inter-Symbol Interference)は発生しない。しかし,遅延波d
2は,遅延時間Td2がガードインターバルの時間TGIを超えているので,主波MWのFFTウインドウ内に隣のシンボル#N−1が含まれてしまい,シンボル間干渉が発生し,復調が困難になる。
図3は,空間ダイバーシチにおけるアダプティブアレイアンテナを説明する図である。アダプティブアレイアンテナは,複数のアンテナを空間的に,例えば1/2波長,離して設け,例えば2つのアンテナが受信した受信波の位相を可変減衰器や移相器によって同位相にすることで,その受信波のパスの方向に指向性を持たせることができ(ビームステアリング),逆に逆位相にすることでその受信波のパスの方向にヌル点(ヌルステアリング)を作り出すことができる。
図3(A)に示すとおり,このビームステアリングによる指向性ビームを,図2の主波MWと遅延波d1の到来角に向けることで希望波を受信し,ヌルステアリングによる指向性ヌル点の方向を干渉波の到来角に向けることで干渉波を減衰させることができる。図3(A)の例では,2つの希望波の到来角と干渉波の到来角とが充分に離れているため,アンテナのビーム解像度で両者を分離することができる。つまり,アダプティブアレイアンテナの指向性ビームまたはヌル点の形成を各パスに対して適切に行うことで,マルチパスダイバーシティとすることができ,干渉波を除去することができる。
ただし,図3(B)のように,希望波の到来角と干渉波の到来角とが近接してアンテナのビーム解像度で分離できない場合がある。このようにアレイアンテナのビーム解像度未満の近接する角度で干渉波が到来する場合は,空間ダイバーシチ合成によっても干渉波を減衰させることができない。アダプティブアレイアンテナの空間分解能は,アンテナの配置や本数に依存し,アンテナ本数が多いほど指向性ビームの分解能が高まり干渉波の抑制効果が強まる傾向を有するが,アンテナ本数が増えると回路規模が増大してしまい,本数には自ずと限界がある。
さらに,アダプティブアレイアンテナでは,ビームステアリングとヌルステアリングの合計数である自由度は,アンテナの数に依存している。上記のようにアンテナの数が限られている場合は,この自由度にも限界がある。そのため,アンテナの自由度を超えたパスから受信信号が到来する場合は,全てのパスの受信波に対してビームステアリングまたはヌルステアリングのいずれかを割り当てることができなくなり,干渉波を減衰させることが困難になる。
このように,アダプティブアレイアンテナによるマルチパスダイバーシティは干渉波除去に有効であるものの,上記のように干渉波を有効に除去できない状況もある。本実施の形態は,そのような状況下でも干渉波を有効に除去するようにした。
[本実施の形態]
図4は,本実施の形態における受信装置の概略構成図である。この受信装置は,4つのアンテナAT1〜AT4を有し,各アンテナ毎に受信波の周波数をダウンコンバートする高周波回路RFと,マルチパスにおける主波に対する先行波や遅延波のうち遅延時間がガードインターバル時間を超える干渉波を減衰させる適応等化器10−1〜10−4とを有する。さらに,受信装置は,適応等化器10−1〜10−4の出力信号に重み係数w1〜w4を乗算して加算する空間ダイバーシチ合成部16と,適応等化手段の出力信号に基づいて重み係数w1〜w4を生成するウエイト制御部14とを有する。空間ダイバーシチ合成部16の出力は,FFT処理されて時間領域信号y(t)から周波数領域信号Y(f)に変換される。FFTは,適応等化手段と空間ダイバーシチ合成部との間に設けても良い。
図4中に示されるとおり,高周波回路RFから出力される受信信号のインパルス応答には,主波MWからガードインターバル時間TGIを超えない遅延時間の遅延波(または先行波)と,超える遅延時間の干渉波とを有する。主波とそれからTGIを超えない遅延時間の遅延波(または先行波)は希望波hD(t)であり,一方で,主波からTGIを超える遅延時間の遅延波(または先行波)は干渉波hI(t)である。
各アンテナAT1〜AT4に取り付けられている等化器10−1〜10−4は,等化器設定ユニット12から設定される遅延時間(τpre,τpost)に対応する先行波または遅延波を適宜減衰させる。等化器設定ユニット12の動作については後で詳述するが,空間ダイバーシチ合成部16で減衰させることができない干渉波を選択し,その干渉波の遅延時間τpre,τpostを全ての適応等化器10−1〜10−4に設定することで,適応等化器10−1〜10−4でその干渉波を等化する。
一方,空間ダイバーシチ合成部16は,希望波の到来角方向にビームステアリングを行って指向性ビームを形成し,等化器でも除去できなかった干渉波の到来角方向にヌルステアリングを行って指向性ヌル点を形成する。そのために,ウエイト制御部14は,各適応等化器の出力信号x1'(t)〜x4'(t)に基づいて,ビームステアリングとヌルステアリングを形成するためのウエイト係数w1〜w4を演算で求める。この演算方向は,例えば非特許文献1,2に記載されるとおりである。
また,適応等化器10−1〜10−4で全ての干渉波が等化(除去)されている場合は,空間ダイバーシチ合成部16は,希望波の受信電力が最大になるように最大比合成(Maximum Ratio Combining)などのウエイト制御を行い合成処理を行う。
空間ダイバーシチ合成部16の出力信号y(t)は,FFTにより時間領域信号から周波数域信号Y(f)に変換される。そして,周波数領域信号Y(f)は,図示しないOFDM復調部に入力し,OFDM復調部で伝送路保証,誤り訂正処理などを経て送信データが抽出される。
本実施の形態の受信装置は,マルチパスフェージングにおける干渉波は,できるかぎり空間ダイバーシチ合成部16におけるウエイト制御により減衰または除去する。ただし,アンテナの自由度を超えるパスが到来する場合や,アンテナの指向性ビームの分解能を超えて干渉波の到来角が希望波の到来角に近い場合などは,空間ダイバーシチ合成部16では全ての干渉波を除去することができない。その場合は,等化器設定ユニット12が,適応等化器10―1〜10−4で除去すべき干渉波を決定し,その干渉波の遅延時間を適応等化器に設定して,適応等化器に干渉波を除去させる。
図5は,本実施の形態における等化器設定ユニットの機能を説明するための図である。図5には,主波#1に対してガードインターバル期間TGI内の遅延時間をもつ遅延波#2と,TGIを超える遅延時間をもつ遅延波#3,#4とが示されている。さらに,図5には,モデル1,2,3が示されている。このアダプティブアレイアンテナは,4つのアンテナを有し,その自由度が4とする。
モデル1では,希望波#1と干渉波#3とがアンテナの指向性ビームの分解能未満まで近接した到来角で受信され,一方,希望波#2と干渉波#4の到来角は互いに近接しておらず,希望波#1や干渉波#3の到来角とも近接していない。このような場合は,干渉波#3についてのみ適応等化器10−1〜10−4で等化する。
そのために,等化器設定ユニット12が,到来角推定部と,遅延量プロファイル推定部と,等化器設定制御部とを有し,高周波回路RFの出力である各アンテナからのベースバンド受信信号x1(t)〜x4(t)の自己相関,相互相関を取り,それらの相関情報から希望波#1,#2と,干渉波#3,#4の到来角と遅延量とを推定する。そして,干渉波#3を適応等化器で等化すべき干渉波として決定し,干渉波#3の遅延時間を適応等化器10−1〜10−4に設定する。すなわち,モデル1の表に示される通り,希望波#1の到来角と近接する到来角を有する干渉波#3を決定し,その遅延時間を全ての適応等化器に設定する。その結果,干渉波#3は適応等化器で等化されて,空間ダイバーシチ合成部16には希望波#1,#2と干渉波#4だけが入力される。
そして,空間ダイバーシチ合成部16は,ウエイト制御部14により制御されるウエイト係数w1〜w4を各適応等化器の出力信号x1'(t)〜x4'(t)に乗算し,加算することで,干渉波#4には指向性ヌル点があてはめられ,希望波#1,#2には指向性ビームがあてはめられる。その結果,合成波y(t)には,干渉波#4が除去され,希望波#1,#2のみが含まれる。希望は#1,#2は,FFT後の後段のOFDM復調回路で位相が整合され復調される。
モデル2では,希望波#1と干渉波#3とが近接する到来角を有し,希望波#2と干渉波#4とが近接する到来角を有する例である。ただし,両組の間の到来角は近接していない。そして,パス数は4でありアンテナの自由度4を超えてはいない。
このようなモデル2では,アダプティブアレイアンテナは,干渉波#3,#4をそれぞれ希望波#1,#2と区別して減衰させることができない。そこで,等化器設定ユニット12が,干渉波#3,#4を適応等化器で等化すべき干渉波と決定し,それらの干渉波#3,#4の遅延時間を適応等化器10−1〜10−4に設定する。その結果,干渉波#3,#4は適応等化器で等化されて,空間ダイバーシチ合成部16には希望波#1,#2だけが入力される。
ウエイト制御部14は希望波#1,#2に指向性ビームが割り当てられるようにウエイト係数(重み付け係数)w1〜w4を設定し,空間ダイバーシチ合成部16の合成波y(t)は,希望波#1,#2のみを含むことになる。
モデル3では,2つの希望波#1,#2と,4つの干渉波#3〜#6がそれぞれ近接しない到来角を有する例である。つまり,パス数が6でありアンテナの自由度4を超えている例である。
このようなモデル3では,空間ダイバーシチ合成部16では,2つの希望波に指向性ビームを,2つの干渉波に指向性ヌル点をそれぞれ割り当てるようにしか,ウエイト係数を設定できない。そこで,等化器設定ユニット12が,干渉波#3〜#6のうちいずれかの2つを適応等化器で等化するように2つの遅延時間を設定する。そして,残された干渉波は,空間ダイバーシチ合成部16で指向性ヌル点に割り当てられ除去される。
図6は,等化器設定ユニット12の制御のフローチャート図である。等化器設定ユニット12は,前述のとおり,高周波回路RFの出力信号x1(t)〜x4(t)を入力し,各パスの到来角を推定する到来角推定部と,各先行波と遅延波の遅延量を推定する遅延量プロファイル推定部とを有し,それらの推定した到来角と遅延量から適応等化器で等化すべき干渉波の遅延量を設定する等化器設定制御部とを有する。
図6に示されるとおり,等化器設定ユニット12は,各アンテナで受信したインパルス応答から,希望波と干渉波の到来角と遅延量τpre,τpostを推定する(S10)。この推定
は,高周波回路RFの出力信号x1(t)〜x4(t)に基づいて行われる。出力信号が既知のパイロット信号を有する場合に推定を行うことができる。推定方法については知られた技術により行うことができる。
または,希望波と干渉波の遅延量については,FFTにより変換されたOFDM周波数領域信号を復調し,既知のパイロット信号から補間して伝送路推定を行い,それをIFFTにより変換して時間領域信号のインパルス応答(高周波回路RFの出力と同等)を求め,それから遅延プロファイルを推定することもできる。
そして,アンテナの自由度より到来波のパス数が大きい場合は(S12のYES),自由度を超える干渉波を決定し,その干渉波の遅延時間を適応等化器10−1〜10−4に設定する(S14)。これにより自由度を超える干渉波は適応等化器により減衰される。
さらに,希望波の到来角に近い到来角内に残った干渉波が存在する場合は(S16のYES),その残った干渉波の遅延時間を適応等化器に設定する(S18)。これにより,アンテナの分解能では除去できない干渉波は適応等化器により減衰される。
その結果,適応等化器の出力信号x1'(t)〜x4'(t)には,アンテナの自由度を超えない数のパスの到来波しか含まれず,さらに,アンテナの分解能で区別可能な希望波と干渉波しか含まれない。したがって,後段のウエイト制御部14が希望波については指向性ビームを割り当てて,干渉波については指向性ヌルを割り当てるようにウエイト係数w1〜w4を設定することで,空間ダイバーシチ合成部16が干渉波を除去し,希望波を増幅することができる。
図6において,希望波と干渉波の到来角を推定することができず遅延量のみ推定できる場合は,たとえば,電力が大きい干渉波の遅延量を優先して適応等化器に設定するようにしてもよい。特に,パス数がアンテナの自由度を超える場合は,大電力の干渉波を適応等化器で等化しておくことで,たとえ空間ダイバーシチ合成部16でアンテナの分解能以下に希望波に近接した到来角を有する干渉波が除去できなくても,その干渉波の電力は比較的小さいので,シンボル間干渉を最小限に抑えることができる。
[第1の実施の形態]
図7は,第1の実施の形態の受信装置の構成図である。図4の具体的構成を有する。図7には,紙面の関係上,2つのアンテナAT1,AT2しか示されていないが,図4のように4つのアンテナまたはそれ以上の数のアンテナを有するアダプティブアレイアンテナであってもよい。各アンテナAT1,AT2には,高周波受信回路RFと,アナログデジタル変換回路ADCと,適応等化器10-1,10-2とが設けられている。そして,適応等化器10-1,10-2には,TAP遅延量設定部12Aにより,遅延量τpre,τpostがTAP遅延位置情報として設定される。このTAP遅延量設定部12Aには,等化器設定ユニット12からの前述のアルゴリズムにより決定された等化すべき干渉波の遅延量情報が与えられる。それにより,適応等化器の出力信号x1'(t),x2'(t)からは,干渉波が等化され減衰される。特に,アンテナ間の相関が低い場合でもそれぞれの適応等化器が有効に干渉波を等化することができる。
そして,ウエイト制御部14が希望波に対して指向性ビームを向け,干渉波に対して指向性ヌル点を向けるようにウエイト係数を設定することで,空間ダイバーシチ合成部16にて干渉波は除去される。空間ダイバーシチ合成部16の出力は,FFTによりOFDM時間領域信号y(t)からOFDM周波数領域信号Y(f)に変換され,OFDM復調部18で各サブキャリアが復調されて受信データが抽出される。
OFDM復調部18では,受信波に含められたパイロット信号を復調し,パイロット信号間を補間することで,伝送路推定値を得ることができる。伝送路推定値は,周波数に対応した受信レベルであり,これにより伝送路に発生するひずみ等を推定することができる。そこで,図7中に破線で示したとおり,伝送路推定値をIFFT20により変換すると時間領域信号であるインパルス応答(x1(t),x2(t)と同等)を得ることができる。そして,遅延プロファイル推定部22は,このインパルス応答から干渉波の遅延量を推定することができる。この干渉波の遅延量を利用して,TAP遅延量設定部がたとえば大電力の干渉波の遅延量を適応等化器に設定することで,その干渉波を等化することができる。この場合は,到来角にかかわらず大電力の干渉波が適応すべき干渉波として選択される。前述した等化器設定ユニット12によらずに,等化すべき干渉波の遅延量を上記のように選択して設定してもよい。
図7の適応等化器10-1,10-2は,最も電力が大きい主波に対して先行する先行波と遅延する遅延波の両方を等化できることが好ましい。特に,遅延量がガードインターバル時間を超える干渉波(先行波または遅延波)を等化できれば,シンボル間干渉を回避することができる。
図8は,適応等化器の構成図である。適応等化器10は,先行波を等化する先行波等化フィルタ30とそれにTAP係数W(t)を与えるTAP係数演算部31と,遅延波を等化する遅延波等化フィルタ32とそれにTAP係数W(t)を与えるTAP係数演算部33とを有する。そして,先行波等化フィルタ30とTAP係数演算部31に先行波の遅延量である先行波TAP位置情報τpreが設定され,同様に,等化波等化フィルタ32とTAP係数演算部33に遅延波TAP位置情報τpostが設定される。
これにより,等化前信号X1(t)は,先行波等化フィルタ30により,設定された遅延量を有する先行波である干渉波が等化され信号E1(t)=X2(t)が出力される。さらに,この信号X2(t)は,遅延波等化フィルタ32により,設定された遅延量を有する遅延する遅延波である干渉波が等化され信号E2(t)が出力される。
図9は,遅延波等化フィルタ32の構成図である。図10は,先行波等化フィルタ30の構成図である。そして,図11は,係数演算部33,31の構成図である。係数演算部31,33の構成は同等であり,入力される信号が異なるだけである。以下,これらのフィルタの動作について順に説明する。
図9の遅延波等化フィルタ32は,等化前信号X2(t)から遅延波レプリカ信号Y(t)を生成し,減算器320によりX2(t)-Y(t)の演算を行って等化前信号X2(t)に存在する遅延波を除去する。主波に対する遅延波の遅延量である遅延波位置情報τpostは,可変遅延量設定レジスタ325に設定される。そして,可変遅延回路321と,4つの遅延回路を有するシフトレジスタ322と,5つのタップ信号にTAP計数値W(t)をそれぞれ乗算する乗算器323と,乗算結果を累積する加算器324とによって,レプリカ信号生成ユニットが構成される。可変遅延量設定部325には,シフトレジスタ322の中央タップまでの遅延時間N/2が遅延量τpostから減算された遅延量(τpost-N/2)が設定される。
遅延波等化フィルタ32は,フィードバック系のIIR(Infinite Impulse Response)の構成を有し,以下に説明するように,レプリカ信号生成ユニットが主波MWから遅延波のレプリカ信号を生成し,そのレプリカ信号からさらに遅延波のレプリカ信号を生成し,それが永遠に行われる。
図12は,遅延波等化フィルタの動作を説明する図である。等化前信号X2(t)には,最大電力の主波MWと,それから遅延時間τpostだけ遅れた遅延波d1が含まれているとする。この遅延波d1が干渉波の場合に等化されるべき遅延波として選択される。
まず,等化前信号X2(t)は,可変遅延回路321により遅延量(τpost-N/2)だけ遅延されて,シフトレジスタ322に入力される。このタップ数Nは,例えばインパルス応答の主波MWなどが有する所定の時間幅に対応する。したがって,中央のタップの遅延時間がτpostに合致する。そして,遅延された等化前信号X2(t)にTAP係数値W(t)が乗算器323により乗算され,加算器324により合成されて遅延波レプリカ信号Y(t)が生成される。
この遅延波レプリカ信号Y(t)は,図12に示されるとおり,等化前信号X2(t)の主波MWと遅延波d1をそれぞれτpost遅延させ TAP係数を乗算して生成された2つの信号MW-R,d1-Rとを有する。ここで,レプリカ信号Y(t)のMW-Rとその遅延波d1-Rは同相/同振幅の関係であり,減算器320により等化前信号X2(t)からレプリカ信号Y(t)を減算することにより遅延波d1を除去することができる。減算処理後の等化後信号E2(t)は,図12に示されるとおり,主波MWと主波から2τpostだけ遅延した信号d1-Rで構成される。
ただし,減算器320で減算されたレプリカ信号Y(t)は,レプリカ生成ユニットのフィードバック処理により更にレプリカ信号のレプリカ信号MW-R2,d1-R2を有する2次のレプリカ信号Y(t)-2が生成され,このレプリカ信号Y(t)-2を減算することで等化後信号E2(t)に含まれていた信号d1-Rが除去される。
上記のように,レプリカ信号の生成と減算とが永遠に繰り返されることにより,等化後信号E2(t)には主波MWのみが残ることになる。
なお,等化すべき遅延波を複数にするためには,可変遅延量設定レジスタ325と,レプリカ信号生成ユニットを構成する可変遅延回路321とシフトレジスタ322と乗算器323と積分器324とを,等化すべき遅延波の数だけ,並列に設ける。そして,並列に設けられたレプリカ信号生成ユニットが,それぞれの等化すべき遅延波を除去するためのレプリカ信号を生成し,等化前信号X2(t)からそれぞれが生成したレプリカ信号を減算器320により減算すればよい。
図10の先行波等化フィルタ30は,等化前信号X1(t)を可変遅延回路301で時間(DMAX-τ-N/2)だけ遅延させた信号から先行波レプリカ信号Y(t-DMAX)を生成し,一方,等化前信号X1(t)を固定遅延回路306でDMAX遅延させた遅延信号D(t-DMAX)を生成し,減算器300によりD(t-DMAX)-Y(t-DMAX)の演算を行って等化前信号X1(t)の遅延信号D(t-DMAX)に存在する先行波を除去する。主波に対する先行波の遅延量である先行波位置情報τpreは,可変遅延量設定部305に設定される。そして,可変遅延回路301と,4つの遅延回路を有するシフトレジスタ302と,5つのタップ信号にTAP計数値W(t)をそれぞれ乗算する乗算器303と,乗算結果を累積する加算器304とによって,レプリカ信号生成ユニットが構成される。可変遅延量設定部305では,固定遅延量DMAXから先行波位置情報τpreを減じ,さらにシフトレジスタ302の中央タップまでの遅延時間N/2が減算された遅延量(DMAX-τpre-N/2)が設定される。
先行波等化フィルタ30は,フィードフォワード系のFIR(Finite Impulse Response)の構成を有し,以下に説明するように,レプリカ信号生成ユニットが主波MWをDMAX-τpre遅延させて生成した先行波のレプリカ信号Y(t-DMAX)を生成し,等化前信号X1(t)をDMAX遅延させた遅延信号D(t-DMAX)からそのレプリカ信号を減算する。FIRでは有限長のインパルス応答しか実現できないため,遅延波等化器のIIRのように先行波成分を完全に等化することができない。
図13は,先行波等化フィルタの動作を説明する図である。等化前信号X1(t)には,最大電力の主波MWと,それから遅延時間τpreだけ先行した先行波A1が含まれているとする。この先行波A1が干渉波の場合に等化されるべき先行波として選択される。
まず最大遅延量DMAXは,先行波A1がとりうる遅延量τpreの最大値に設定される。つまりDMAX>τpreである。そして,等化前信号X1(t)には,先行波A1と主波MWとが含まれている。レプリカ信号生成ユニットは,可変遅延回路301と,シフトレジスタ302と,乗算器303と,加算器304で構成される。可変遅延回路301により等化前信号X1(t)が(DMAX-τpre)だけ遅延されてシフトレジスタ302に入力される。シフトレジスタ302の5つのタップの信号にTAP係数値W(t)が乗算器303にて乗算され,合成される。これにより,等化前信号X1(t)に含まれていた主波MWと先行波A1とをそれぞれDMAX-τpreだけ遅延してTAP係数値により波形整形された信号A1-R,MW-Rを有する先行波レプリカ信号Y(t-DMAX)が生成される。
一方,固定遅延回路306が等化前信号X2(t)をDMAX遅延させて遅延信号D(t-DMAX)を生成される。ここで,この遅延信号D(t-DMAX)の先行波A1とレプリカ信号Y(t-DMAX)のMW-Rとが同じ時間となっており,MW-Rが先行波A1と同相/同振幅になるような,TAP係数値を設定することにより,減算器300により先行波A1はレプリカ信号MW-Rの減算により除去される。ただし,先行波レプリカ信号内の先行波A1から生成されたレプリカ信号A1-Rも,減算器300により減算されるため,等化後信号E1(t-DMAX)に含まれたままとなる。よって,等化後信号E1(t-DMAX)には,主波MWとレプリカ信号A1-Rとが含まれ,レプリカ信号A1-Rは除去されない。
なお,等化すべき先行波を複数にするためには,可変遅延量設定レジスタ305と,レプリカ信号生成ユニットを構成する可変遅延回路301とシフトレジスタ302と乗算器303と積分器304とを,等化すべき先行波の数だけ,並列に設ける。そして,並列に設けられたレプリカ信号生成ユニットが,それぞれの等化すべき先行波を除去するためのレプリカ信号を生成し,等化前信号X1(t)を遅延させた遅延信号D(t-DMAX)からそれぞれが生成したレプリカ信号を減算器300により減算すればよい。この場合,最大遅延量DMAXは,全ての先行波の遅延時間の最大値に設定される。
図11の係数演算部31(33)は,等化前信号X(t)を可変遅延量(先行波ならDMAX-τpre,遅延波ならτpost)遅延させる可変遅延回路310と,シフトレジスタ311と,等化後信号E(t)の複素共役を生成する複素共役生成回路312と,5つの乗算器313と,5つの減算器314と,5つの積分回路315とを有する。この係数演算には,最小2乗平均誤差(MMSE)を基準としたLMS(Least Mean Square)アルゴリズムが使用されており,下記のような処理によりTAP係数値W(t)が生成される。
入力信号X(t)の希望波とリファレンス信号Y(t)の遅延波(先行波)のタイミングを可変遅延回路310で同期させたあと,乗算器313で積算を行い,減衰器314にて一定量減衰させ,積分回路315にて積分し,TAP係数w(t)の更新を行う。この処理を式で書くと下記のようになる。
遅延波の場合:W(t) = W(t-Δt) + β X(t-τpre)*Y(t)
先行波の場合:W(t) = W(t-Δt) + β X(t+τpost)*Y(t)
ここで,βは減衰量である。上記式は,MMSE基準のLMS(Least Mean square)アルゴリズムの式であり,上式を元にW(t)を更新させることで,Y(t)の干渉波成分を徐々に小さくできる。
係数演算部31(33)は,遅延波等化フィルタの場合は,可変遅延回路310には(τpost-N/2)の遅延量が設定され,等化前信号X(t)が遅延される。また,等化後信号E(t)の複素共役信号と,シフトレジスタ311の遅延された等化前信号X(t)とが,乗算器313で乗算され相関値が求められる。そして,減衰器314において,相関値とステップ幅μとの乗算が行われ,その乗算結果が積分回路315に出力される。積分回路315では乗算結果を積分することによりTAP係数値W(t)が生成される。なお,減衰器314のステップ幅はできるだけ小さくすることで係数の発散を回避できるが,その分係数が収束するまでの時間が長くなる。
積分回路315では,等化前信号X(t)と等化前信号の相関値が打ち消す方向にTAP係数値W(t)が生成される。例えば,この等化前信号X(t)の遅延信号は,図12中に破線MW-dで示されている。また,等化後信号E(t)内の未だ等化されていない遅延波信号d1も図12中に破線で示されている。つまり,係数演算部33では,遅延された主波MW-dと未だ等化されていない遅延波信号d1との相関値がとられ,積分回路315で減衰された相関値が積分されて,未等化の遅延波信号d1がゼロになるようにTAP係数が形成される。未等化の遅延波信号d1がゼロになると,相関値もゼロになりTAP係数は理想値に収束する。したがって,理想的なTAP係数が形成されるためには,一定の時間を要する。
係数演算部31(33)は,先行波等化フィルタの場合は,可変遅延回路310には(DMAX-τpre-N/2)の遅延量が設定され,等化前信号X(t)が遅延される。また,等化後信号E(t)の複素共役信号と,シフトレジスタ311の遅延された等化前信号X(t)とが,乗算器313で乗算され相関値が求められる。そして,減衰器314で一定量減衰された相関値が積分回路315に蓄積される。
この等化前信号X(t)の遅延信号は,図13中に破線MW-dで示されている。また,等化後信号E(t)内の未だ等化されていない先行波信号A1も図13中に破線で示されている。つまり,係数演算部31では,遅延された主波MW-dと未だ等化されていない遅延波信号A1との相関値がとられ,積分回路315で減衰された相関値が積分されて,未等化の先行波信号A1がゼロになるようにTAP係数が形成される。未等化の先行波信号d1がゼロになると,相関値もゼロになりTAP係数は理想値に収束する。同様に,理想的なTAP係数が形成されるためには,一定の時間を要する。
前述のとおり,先行波等化フィルタ30,遅延波等化フィルタ32が,複数の先行波または遅延波を等化する場合は,前述のとおり複数のレプリカ生成ユニットが並列に設けられるので,この係数演算部もそれに対応して複数設けられ,それぞれに対応するレプリカ生成ユニットにTAP係数が与えられる。
図14は,第1の実施の形態における受信装置の変型例の構成図である。この変型例は,図7の構成と異なり,等化器10−1,10−2のOFDM時間領域信号x1'(t),x2'(t)をFFTにてOFDM周波数領域信号X1(f),X2(f)に変換し,そのOFDM周波数領域信号X1(f),X2(f)を空間ダイバーシチ合成部16にてウエイト係数に基づき合成している。それ以外の構成は,図7と同様である。
[第2の実施の形態]
図15は,第2の実施の形態における受信装置の構成図である。この受信装置は,2つのアンテナAT1,AT2に対して,それぞれ高周波回路RFとアナログデジタル変換器ADCとを設けている。そして,アンテナAT2側に図8の適応等化器10−2を設けている。一方,アンテナAT1側には固定遅延回路40と,減算器43とを設けている。そして,アンテナAT2側の適応等化器10−2の出力信号x2'(t)からレプリカ信号x1''(t)を生成するレプリカ生成部41を設け,そこで生成されたレプリカ信号x1''(t)を減算器43によりアンテナAT1側の受信信号x1(t)から除算して,干渉波を等化している。そのために,適応等化器10−2の出力信号x2'(t)と減算器43の出力信号x1'(t)とからレプリカ生成部に与える係数値を演算する係数演算部42を設けている。
つまり,固定遅延回路40と減算器43とレプリカ生成部41と係数演算部42とにより実質的に適応等化器が構成されている。そして,アンテナAT1,AT2側それぞれについて等化処理された信号x1'(t)とx2'(t)とが,空間ダイバーシチ合成部16により合成される。
それ以外の等化器設定ユニット12やTAP遅延量設定部12A,FFT,OFDM復調部の構成は,図7と同じである。
図15の受信装置では,アンテナAT1側の遅延した干渉波または先行した干渉波のいずれかを等化するための構成が示されている。適応等化器10−2が先行波と遅延波の両方を等化したとすると,図10から理解できるとおり,適応等化器10−2の出力信号x2'(t)は既にDMAXだけ遅延している。したがって,アンテナAT1側で遅延した干渉波を除去する場合は,固定遅延回路40でもDMAXだけ遅延させる必要がある。そして,レプリカ生成部41は信号x2'(t)をτpost遅延した遅延波レプリカ信号x1''(t)を生成する。一方,アンテナAT1側で先行した干渉波を除去する場合は,固定遅延回路40では2×DMAX遅延させる。そして,レプリカ生成部41は信号x2'(t)をDMAX-τpre遅延した先行波レプリカ信号x1''(t)を生成する。この場合は,等化器10−2の出力信号x2'(t)をさらにDMAX遅延させてウエイト制御部14及び空間ダイバーシチ合成部16に入力させる必要がある。
図16は,図15の受信装置のアンテナAT1側の適用等化手段の詳細構成図である。図16の例では,アンテナAT1側の遅延した干渉波と先行した干渉波の両方を等化することができる。すなわち,固定遅延回路40は2×DMAX遅延させ,先行波レプリカ生成部41−1は出力信号x2'(t)をDMAX-τpre遅延させた先行波レプリカ信号x1''(t)を生成し,遅延波レプリカ生成部41−2は出力信号x2'(t)をDMAX+τpost遅延させた遅延波レプリカ信号x1'''(t)を生成する。そして,減算器43−1が先行する干渉波を,減算器43−2が遅延する干渉波をそれぞれ除去する。また,固定遅延回路44は,等化器の出力信号x2'(t)をDMAXだけ遅延する。
図17は,第2の実施の形態における受信装置の変型例の構成図である。この例では,図15と異なり,FFTが空間ダイバーシチ合成部16の前段に設けられています。それ以外の構成は,図15と同じです。また,図17のアンテナAT1側の適応等化手段は,図16のように構成することもできる。
図14と図17の変型例は,共に,FFT後のOFDM周波数領域信号がウエイト制御部14に入力されるので,図7,図15の例に比較すると,各アンテナの到来角の推定が容易になる。そこで,ウエイト制御部14で推定された到来角を使用して等化器設定ユニット12が等化すべき干渉波を決定してもよい。
図18は,シミュレーション結果を示す図である。このシミュレーション結果は,希望波#1の到来角を60°に固定し,干渉波の到来角をθで可変としたときの所要CNR特性を示している。所要CNR特性の定義は,ISDB-Tにおける変調方式である64QAM,符号化率2/3のBER特性が2×10-4を満たすCNR値と定義している。
図18に示されるとおり,本実施の形態の受信装置と従来の受信装置の所要CNR値を比較すると,干渉波の到来角θが希望波の到来角60°に近くなると,従来方式の所要CNR値は高くなり,受信性能が悪くなるのが理解できる。一方,本実施の形態の受信装置では,干渉波の到来角θによらずほぼ一定の所要CNR値を得ることができ,希望波の到来角60°と一致するθ=60°の干渉波が存在していても適用等化器により除去されているので問題なく受信できていることが理解できる。
[第3の実施の形態]
図19は,等化器出力を等化器内のTAP係数演算部のレファレンス信号に使用する受信装置の構成図である。図19は,図7に示した受信器と同じように,各アンテナAT1〜ATNからのデジタル受信信号x1(t)〜xN(t)をそれぞれ等化する適応等化器10−1〜10−Nの群10と,等化器の出力信号x1'(t)〜xN'(t)に対して空間ダイバーシチ合成する空間ダイバーシチ合成部16と,その合成された時間領域受信信号をFFT処理して周波数領域受信信号に変換し,複数の周波数のサブキャリアを復調するFFT復調部18とを有する。
また,図19においても,等化器設定ユニット及びTAP遅延量設定部12が,空間ダイバーシチ合成部16の出力信号に基づいて,空間ダイバーシチ合成部では除去できない干渉波に対する遅延量τpre,τpostを等化器群10に設定する。
図20は,図19の受信装置の問題となる動作を説明する図である。いずれも希望波hD(t)に対して干渉波hI(t)は遅延波である。図20(a)は,希望波hD(t)の電力が干渉波hI(t)の電力より大きい場合を示す。この場合は,前述のとおり等化器に干渉波hI(t)の遅延時間を設定することで,等化器が設定遅延時間に対応する干渉波hI(t)を抑制または除去することができる。したがって,図20(a)の等化器出力x'(t)では,干渉波hI(t)が除去されている。
それに対して,図20(b)は,希望波hD(t)の電力より干渉波hI(t)の電力が大きい場合を示す。この場合は,等化器を通過した出力x'(t)には,干渉波hI(t)が大量に発生する。その理由は,干渉波hI(t)の電力が大きいため,等化器内の等化フィルタで生成されるレプリカ信号の干渉波に対応する電波の電力が増大し,等化器内のTAP係数演算部がその等化器出力x'(t)をレファレンス信号として等化前信号x(t)と相関値を求めてTAP係数を演算すると,TAP係数が発散してしまうからである。
図21は,TAP係数の発散を説明する図である。この図21は前述の図12に対応し,遅延波等化フィルタ32とTAP係数演算部33の動作を示している。図21は,図12と異なり,希望波である主波MWよりも干渉波である遅延波d1の電力が大きい。そのため,図9に示した遅延波等化フィルタ32では,設定遅延時間τpost遅らせTAP係数を乗算して生成される遅延波レプリカ信号Y(t)も,主波MW-Rに対して干渉波である遅延波d1-Rの電力が大きい。
この遅延波レプリカ信号Y(t)の主波MW-Rが等化前信号X2(t)の遅延波d1から減算され,等化後信号E2(t)の遅延波d1が抑制または除去される。しかし,同時に除去された遅延波d1の電力よりも大きい遅延波d1-Rが残ってしまう。それを更に第2の遅延波レプリカ信号Y(t)-2の主波MW-R2で除去する必要がある。このように,遅延波等化フィルタ32のようなIIRフィルタでは,希望波である主波より遅延波の電力が大きいと,レプリカ信号の等化残差(d1-e,d1-R,d1-R2)の電力が増大していく。
そして,図11に示すとおり,TAP係数演算部33では等化後信号E2(t)がレファレンス信号r(t)として使用され,そのレファレンス信号r(t)=E2(t)と,遅延時間τpost遅延させた等化前信号X2(t)とが相関値演算され,それを減衰し積分したものがTAP係数として遅延波等化フィルタに与えられる。つまり,このTAP係数演算部の相関値演算は,図21に破線で示した,等化前信号X2(t)を遅延させた主波MW-dと等化後信号E2(t)=r(t)の遅延波d1-eとの相関値を求める演算である。ところが,この遅延波d1-eは,上記の通り元々主波より大きな電力を有するので,レプリカ信号の遅延波d1-eの増大により,TAP係数が発散する場合がある。
特に,図20(b)のように希望波hD(t)に対して遅延干渉波hI(t)が複数存在する場合は,IIRフィルタにおいて上記のTAP係数の発散の問題が伴う。主波と遅延波が1つずつの場合は,電力の大きい遅延波を希望波とみなし主波を先行波とみなすことで,図10の先行波フィルタであるFIRフィルタにより先行波を除去することができる。そのため,FIRフィルタの場合にはTAP係数の発散の問題はない。
図22は,第3の実施の形態における受信装置の構成図である。図22の受信装置は,図7,図8や,図19と異なり,等化器10−1〜10−Nに入力されるレファレンス信号r(t)は,空間ダイバーシチ合成部16の出力である時間領域受信信号y(t)か,その信号y(t)をFFT部17でFFT処理した周波数領域受信信号y(f)を再度OFDM復調部18でIFFTした時間領域信号y'(t)かのいずれかである。
また,図7,図8と同様に,等化器設定ユニット及びTAP遅延量設定部12には時間領域信号y(t)またはy'(t)のいずれか与えられる。これにより等化器設定ユニット及びTAP遅延量設定部12は,等化前信号x1(t)〜xN(t)から検出される干渉波とその遅延時間と,空間ダイバーシチ合成部16により十分に抑制または除去されなかった干渉波とその遅延時間とを検出し,等化器で抑制または除去すべき干渉波の遅延時間を決定することができる。それ以外の構成は,図7,図19と同等である。
図23は,第3の実施の形態における適応等化器10−1〜10−Nの構成図である。図23の適応等化器は,図8と同様に,等化前信号x(t)から先行波を除去するために先行波等化フィルタ30とそれにTAP係数値W(t)を供給するTAP計数演算部31とを有し,さらに,遅延波を除去するために遅延波等化フィルタ32とそれにTAP係数値W(t)を供給するTAP係数演算部33とを有する。
ただし,図23の適応等化器では,図8と異なり,それぞれのTAP係数値演算部31,33には,レファレンス信号r(t)として空間ダイバーシチ合成部16の出力の時間領域信号y(t),y'(t)のいずれかが入力される。つまり,先行波等化フィルタ30側のTAP係数演算部31には,等化前信号X1(t)とレファレンス信号r(t)=y(t)またはy'(t)とが入力され,図11で説明したとおり,等化前信号X1(t)を遅延位置情報τpreだけ遅延させた信号とレファレンス信号r(t)の複素共役とを乗算して相関値演算が行われる。同様に,遅延波等化フィルタ32側のTAP係数演算部33には,等化前信号X2(t)とレファレンス信号r(t)=y(t)またはy'(t)とが入力され,等化前信号X2(t)を遅延させた信号とレファレンス信号r(t)の複素共役とを乗算して相関値演算が行われる。
なお,先行波等化フィルタ30は,図10に示されたものと同じである。遅延波等化フィルタ32は,図9に示されたものと同じである。さらに,TAP係数演算部31,33は,図11に示されたものと同じである。
このように,第3の実施の形態では,TAP係数演算部33は,適応等化器のTAP係数演算を,等化前信号x(t)と空間ダイバーシチ合成部16の出力信号y(t)またはy'(t)との相関値に基づいて演算している。すると,空間ダイバーシチ合成部16の動作によりその出力信号y(t)またはy'(t)の遅延波d1の電力が減衰しているので,TAP係数が発散することが回避できる。さらに,適応等化器と空間ダイバーシチ合成部の両方を通過して得られた出力信号y(t),y'(t)に残っている干渉波との相関値によりTAP係数を求めることで,適応等化器で確実に干渉波を抑制または除去することができる。
図24は,第3の実施の形態の受信装置の動作を説明する図である。図中に示されるとおり,等化前信号x(t)には,希望波hD(t)とそれより大きな電力を持つ複数の干渉波hI(t)とが含まれている場合を想定する。この場合,干渉波hI(t)内の大きな電力を持つ干渉波を適応等化器で除去する必要がある。
第3の実施の形態では,等化器群10内のTAP係数演算部33へのレファレンス信号として空間ダイバーシチ合成器16の出力信号y(t)またはそれをFFT部17でFFT後再度IFFT部19でIFFTされた信号y'(t)をフィードバックする。空間ダイバーシチ合成器16によるビームステアリングとヌルステアリングにより,干渉波hI(t)の電力が減衰している。したがって,この空間ダイバーシチを通過した出力信号y(t)またはy'(t)をレファレンス信号として使用することにより,TAP係数演算部により演算されるTAP係数が発散することが抑制または防止される。その結果,等化器群10では,大電力の干渉波hI(t)を適切に等化して抑制または除去することができる。
前述のとおり,希望波hD(t)と干渉波hI(t)とが1つずつの2波の場合は,電力の大きい波を希望波とみなして,先行する波を干渉波として適応等化器により除去することができる。しかし,上記のように,希望波以外に複数の干渉波がある場合は,簡単には除去することができないのである。
図25は,第3の実施の形態の受信装置の動作を説明する別の図である。図に示されるとおり,等化前信号x(t)には,希望波hD(t)より大きな電力を有する波が干渉波hI(t)に含まれている。図25(a)の等化器による等化動作開始時は,等化器を通過しても等化後信号x'(t)からは大電力の干渉波hI(t)を除去することはできない。しかし,空間ダイバーシチ合成部16を通過すると,その出力信号y(t),y'(t)では干渉波hI(t)は空間ダイバーシチの効果により減衰する。第3の実施の形態では,適応等化器のTAP係数演算部は,この出力信号y(t),y'(t)をレファレンス信号として使用してTAP係数を演算する。
したがって,適応等化器の動作が安定化するとTAP係数が発散することもなく,等化前信号x(t)の大電力の干渉波hI(t)は,等化後信号x'(t)では除去または抑制される。さらに,空間ダイバーシチ合成器の出力信号y(t),y'(t)では,干渉波hI(t)は大きく減衰されている。
空間ダイバーシチ合成器16の安定化するまでの時間は,一般に適応等化器のそれよりも長い場合がある。そのような場合,安定化する前の空間ダイバーシチ合成器の出力は,大きな電力を持つ干渉波を有する場合がある。したがって,安定化する前の空間ダイバーシチ合成器の出力は,TAP係数演算部のレファレンス信号としては好ましくない。空間ダイバーシチ合成器の動作が安定化した後の出力信号y(t),y'(t)であれば,干渉波が抑制されているので,それをレファレンス信号としてTAP係数演算部に供給するのが好ましい。
[第4の実施の形態]
図26は,第4の実施の形態における受信装置の構成図である。図26の受信装置は,図22の第2の実施の形態の受信装置と異なるところは,等化器群10に供給するレファレンス信号r1(t)〜rN(t)を,空間ダイバーシチ合成部16の出力信号y(t)またはy'(t)か,等化器群の出力信号x1'(t)〜xN'(t)のいずれかに選択するレファレンス信号選択部200を有することである。それ以外の構成は,図22と同じである。
図27は,レファレンス信号選択部20の構成図である。レファレンス信号選択部20は,切替信号S24を生成する選択部24と,切替信号S24に従って空間ダイバーシチ合成部の出力信号y(t)またはy'(t)か,抵抗等化器の出力信号x1'(t)〜xN'(t)かのいずれかを選択してレファレンス信号として出力する切替部22とを有する。
選択部24は,除去すべき干渉波の数Lと適応等化器のTAP係数値w1(t)〜wN(t)とに基づいて切替信号S24を生成する。後述するとおり,第1に,選択部24は,TAP係数値の電力が基準値より大きい場合は空間ダイバーシチ合成部の出力信号を選択する切替信号S24を生成する。第2に,選択部24は,TAP係数値の電力が基準値以下であり,かつ除去すべき干渉波の数Lが適応等化器の数M(適応等化器で除去できる干渉波の数)を超える場合は,空間ダイバーシチ合成部の出力信号を選択する切替信号S24を生成する。さらに,第3に,選択部24は,TAP係数値が基準値以下であり,かつ除去すべき干渉波の数Lが適応等化器の数M以下の場合は,動作開始後空間ダイバーシチ合成部16が安定化するまでは適応等化器の出力信号である適応等化後信号を選択する切替信号S24を生成し,安定化した後は空間ダイバーシチ合成部の出力信号を選択する切替信号S24を生成する。
上記の選択部24の3つの動作の関係については,以下のとおりである。
図28は,第4の実施の形態における動作を示すフローチャート図である。第1に,レファレンス信号選択部20は,適応等化器群10のTAP係数値w1(t)〜wN(t)を監視し,基準値より大きい場合は(S20のYES),遅延干渉波の電力が希望波より大きいためTAP係数が発散していることを意味するので,レファレンス信号r(t)として空間ダイバーシチ合成部の出力信号y(t)またはy'(t)を選択する(S26)。これにより,第3の実施の形態で図24,図25により説明したとおり,TAP係数値が発散することなく遅延干渉波を抑制または除去することができる。また,レファレンス信号選択部20は,適応等化器群10のTAP係数値w1(t)〜wN(t)が基準値以下の場合は(S20のNO),以下の条件によりいずれかの信号をレファレンス信号として選択する。
第2に,レファレンス信号選択部20は,TAP係数値が基準値以下であり(S20のNO),空間ダイバーシチ合成部の出力信号を選択する除去すべき干渉波の数Lが適応等化器の数M(適応等化器で除去できる干渉波の数)を超える場合は(S22のYES),レファレンス信号として空間ダイバーシチ合成部の出力信号を選択する(S26)。すなわち,除去すべき干渉波の数が適応等化器で除去可能な干渉波の数を超えている場合は,適応等化器だけでは干渉波を除去できない。そこで,空間ダイバーシチ合成部のビームステアリングとヌルステアリングにより少なくとも一部の干渉波を除去または抑制し,その結果に基づき,等化器設定ユニット及びTAP遅延量設定部12が等化すべき干渉波を検出しその遅延量を設定する。それにより,適応等化器10は空間ダイバーシチ合成部で除去できない残りの干渉波を等化して減衰または除去する。
図29は,第2の制御を説明する図である。この例では,適応等化器で除去できる干渉波の数がM=2個,除去すべき干渉波hI(t)の数Lが3個とする。図29中,等化前信号x(t)には,除去すべき干渉波hI(t)として3つの干渉波が存在している。したがって,L>Mとなっている。そして,空間ダイバーシチ合成部16の出力信号y(t)またはy'(t)では,3個の除去すべき干渉波のうち左端の信号を抑制または除去されている。等化器設定ユニット及びTAP遅延量設定部12は,この出力信号y(t)またはy'(t)から,適応等化器で除去すべき2つの干渉波を特定し,それに対応するTAP遅延量を適応等化器に設定する。その結果,適応等化器の出力信号(適応等化後信号)x'(t)では,右側2つの干渉波が抑制または除去されている。
この第2の制御では,空間ダイバーシチ合成部16が安定化するまではその出力信号y(t)またはy'(t)の除去すべき干渉波hI(t)の電力が過大になる場合があるので,レファレンス信号選択部20は,空間ダイバーシチ合成部16が安定化後にその出力信号y(t)またはy'(t)をレファレンス信号として選択するのが好ましい。そして,動作安定化後は,空間ダイバーシチ合成部の出力信号の干渉波成分は空間ダイバーシチ合成により一様に抑制されているので,動作安定化後にそれをレファレンス信号r(t)として適応等化器に供給することで,適応等化器が適切に干渉波を等化することができる。つまり,適応等化器内のTAP係数値演算部33が,最終段の出力信号y(t)またはy'(t)に残っている除去すべき干渉波と,等化前信号の希望波との相関演算をすることができる。これにより,適応等化器の遅延等化フィルタは,等化器出力信号x'(t)をレファレンス信号とするよりも,より適切に最終段の出力信号の遅延干渉波を除去することができる。
第3に,レファレンス信号選択部20は,TAP係数値が基準値以下であり(S20のNO),除去すべき干渉波の数Lが適応等化器の数M以下の場合は(S22のNO),動作開始後空間ダイバーシチ合成部16が安定化するまでは(S24のNO),適応等化器の出力信号である適応等化後信号をレファレンス信号として選択し(S28),安定化した後は空間ダイバーシチ合成部の出力信号をレファレンス信号として選択する(S26)。
図30は,第3の制御を説明する図である。この例では,適応等化器で除去できる干渉波の数がM=2個,除去すべき干渉波hI(t)の数Lが2個とする。図30中,等化前信号x(t)には,除去すべき干渉波hI(t)には2つの干渉波が存在している。つまりL≦Mとなっている。しかも,干渉波hI(t)の電力は希望波hD(t)より大きくない。このような場合は,適応等化器10だけで2つの干渉波を除去することができる。
この場合,空間ダイバーシチ合成部16の出力信号では,その動作が安定化するまでは干渉波hI(t)の電力が過大になる場合がある。したがって,動作安定までは等化器の出力信号(適応等化後信号)x'(t)をレファレンス信号r(t)として適応等化器に供給する。これによりTAP係数の発散が回避される。一方,動作安定後は空間ダイバーシチ合成部16の出力信号y(t)またはy'(t)をレファレンス信号r(t)として適応等化器に供給する。最終的にレファレンス信号として空間ダイバーシチ合成部の出力信号を用いることで,適応等化器内のTAP係数値演算部33が,最終段の出力信号y(t)またはy'(t)に残っている除去すべき干渉波と,等化前信号の希望波との相関演算をすることができ,適応等化器はより適切に干渉波を除去できる。
以上のとおり,第4の実施の形態の受信装置によれば,等化器のTAP係数値演算部で演算されるレファレンス信号として,等化後信号または空間ダイバーシチ合成後信号のいずれか適切な信号を選択するので,最適な等化器により適切な等化処理を行うことができる。
以上の実施の形態をまとめると,次の付記のとおりである。
(付記1)
直交周波数分割多重変調された受信信号を受信する受信装置において,
前記受信信号を受信する複数のアンテナを有するアレイアンテナと,
前記複数のアンテナにそれぞれ設けられ,前記受信信号において主波に対して設定された遅延時間に対する先行波または遅延波を低減する適応等化手段と,
前記適応等化手段の各出力信号に重み係数を乗算して加算する空間ダイバーシチ合成部と,
前記適応等化手段の各出力信号に基づいて前記重み係数を生成するウエイト制御部と,
前記受信信号の各パスの到来角と各パスの遅延時間とを推定し,前記推定した複数のパスの到来角と遅延時間とに基づいて,主波に対する遅延時間がガードインターバル時間を超える干渉波のうち前記適応等化手段により除去すべき除去対象干渉波を決定し,前記除去対象干渉波の前記主波に対する遅延時間を前記適応等化手段に設定する等化器設定ユニットとを有する受信装置。
(付記2)
付記1において,
前記等化器設定ユニットは,前記ダイバーシチアンテナの自由度より前記受信信号のパス数が多い場合に,当該自由度を超える前記干渉波を前記除去対象干渉波と決定する受信装置。
(付記3)
付記1または2において,
前記等化器設定ユニットは,前記主波と前記主波に対する遅延時間がガードインターバル時間を超えない先行波または遅延波とを含む希望波の到来角に近接する到来角を有する前記干渉波が存在する場合に,当該干渉波を前記除去対象干渉波と決定する受信装置。
(付記4)
付記1乃至3のいずれかにおいて,
前記適応等化手段は,前記設定された遅延時間に対する先行波または遅延波のレプリカ信号を前記主波に所定の係数を乗算して生成するレプリカ生成手段と,前記受信信号から前記レプリカ信号を減算する減算手段とを有する受信装置。
(付記5)
付記1乃至3のいずれかにおいて,
前記空間ダイバーシチ合成部の出力信号にFFT処理をしてOFDM時間領域信号からOFDM周波数領域信号に変換するFFTを有する受信装置。
(付記6)
付記1乃至3のいずれかにおいて,
前記適応等化手段の各出力信号にFFT処理をしてOFDM時間領域信号からOFDM周波数領域信号に変換し,当該OFDM周波数領域信号を前記空間ダイバーシチ合成部に供給するFFTを有する受信装置。
(付記7)
付記4において,
第1のアンテナの適応等化手段は,前記第1のアンテナの受信信号について前記設定された遅延時間に対する先行波また遅延波を等化する適応等化器からなり,
第2のアンテナの適応等化手段は,前記第1の適当等化器の出力信号から前記レプリカ信号を生成するレプリカ生成手段と,前記第2のアンテナの受信信号から前記レプリカ信号を減算する減算器とを有する受信装置。
(付記8)
付記7において,
前記適応等化器は,前記設定された遅延時間に対する先行波及び遅延波をそれぞれ等化する先行波等化フィルタと遅延波等化フィルタとを有する受信装置。
(付記9)
直交周波数分割多重または直交周波数分割多元された受信信号を受信する受信装置において,
前記受信信号を受信する複数のアンテナを有するアレイアンテナと,
前記複数のアンテナにそれぞれ設けられ,前記受信信号において主波に対して設定された遅延時間に対応する先行波または遅延波を低減する適応等化手段と,
前記受信信号の前記主波に対する遅延時間がガードインターバル時間を超える除去対象干渉波の前記主波に対する遅延時間を前記適応等化手段に設定する等化器設定ユニットと,
前記適応等化手段の各出力信号に重み係数を乗算して加算する空間ダイバーシチ合成部と,
前記適応等化手段の出力信号に基づいて前記重み係数を生成するウエイト制御部とを有し,
前記適応等化手段は,前記受信信号に係数を乗算して遅延波レプリカ信号を生成し前記受信信号から前記遅延波レプリカ信号を減ずる遅延波等化フィルタと,適応等化手段の適応等化前信号と前記空間ダイバーシチ合成部の出力信号との相関値に基づいて前記係数を演算する係数演算部とを有する受信装置。
(付記10)
直交周波数分割多重変調または直交周波数分割多元された受信信号を受信する受信装置において,
前記受信信号を受信する複数のアンテナを有するアレイアンテナと,
前記複数のアンテナにそれぞれ設けられ,前記受信信号において主波に対して設定された遅延時間に対応する先行波または遅延波を低減する適応等化手段と,
前記受信信号の前記主波に対する遅延時間がガードインターバル時間を超える除去対象干渉波の前記主波に対する遅延時間を前記適応等化手段に設定する等化器設定ユニットと,
前記適応等化手段の各出力信号に重み係数を乗算して加算する空間ダイバーシチ合成部と,
前記適応等化手段の出力信号に基づいて前記重み係数を生成するウエイト制御部とを有し,
前記適応等化手段は,
前記受信信号に係数を乗算して遅延波レプリカ信号を生成し前記受信信号から前記遅延波レプリカ信号を減ずる遅延波等化フィルタと,
適応等化手段の適応等化前信号と,前記適応等化手段の適応等化後信号または前記空間ダイバーシチ合成部の出力信号のいずれかのレファレンス信号との相関値に基づいて前記係数を演算する係数演算部とを有する受信装置。
(付記11)
付記10において,
前記係数演算部は,前記係数が基準値を超える場合は前記レファレンス信号として前記空間ダイバーシチ合成部の出力信号を選択する受信装置。
(付記12)
付記10において,
前記係数演算部は,前記係数が基準値以下で,前記除去対象干渉波の数が前記適応等化手段で除去できる数を超える場合は,前記レファレンス信号として前記空間ダイバーシチ合成部の出力信号を選択する受信装置。
(付記13)
付記10において,
前記係数演算部は,前記係数が基準値以下で,前記除去対象干渉波の数が前記適応等化手段で除去できる数以下の場合は,前記空間ダイバーシチ合成部の動作が安定化するまでの時間は前記レファレンス信号として前記適応等化後信号を選択し,前記空間ダイバーシチ合成部の動作が安定化した後は前記レファレンス信号として前記空間ダイバーシチ合成部の出力信号を選択する受信装置。
AT1〜AT4:アレイアンテナ 10−1〜10−4:適応等化器
12:等化器設定ユニット 14:ウエイト制御部
16:空間ダイバーシチ合成部

Claims (5)

  1. 直交周波数分割多重変調された受信信号を受信する受信装置において,
    前記受信信号を受信する複数のアンテナを有するアレイアンテナと,
    前記複数のアンテナにそれぞれ設けられ,前記受信信号において主波に対して設定された遅延時間に対する先行波または遅延波を低減する適応等化手段と,
    前記適応等化手段の各出力信号に重み係数を乗算して加算する空間ダイバーシチ合成部と,
    前記適応等化手段の各出力信号に基づいて前記重み係数を生成するウエイト制御部と,
    前記受信信号の各パスの到来角と各パスの遅延時間とを推定し,前記推定した複数のパスの到来角と遅延時間とに基づいて,主波に対する遅延時間がガードインターバル時間を超える干渉波のうち前記空間ダイバーシチ合成部で減衰しない除去対象干渉波を決定し,前記除去対象干渉波の前記主波に対する遅延時間を前記適応等化手段に設定する等化器設定ユニットとを有する受信装置。
  2. 請求項1において,
    前記等化器設定ユニットは,前記アレイアンテナの自由度より前記受信信号のパス数が多い場合に,当該自由度を超える前記干渉波を前記除去対象干渉波と決定する受信装置。
  3. 請求項1または2において,
    前記等化器設定ユニットは,前記主波と前記主波に対する遅延時間がガードインターバル時間を超えない先行波または遅延波とを含む希望波の到来角に近接する到来角を有する前記干渉波が存在する場合に,当該干渉波を前記除去対象干渉波と決定する受信装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれかにおいて,
    前記適応等化手段は,前記設定された遅延時間に対する先行波または遅延波のレプリカ信号を前記主波に所定の係数を乗算して生成するレプリカ生成手段と,前記受信信号から前記レプリカ信号を減算する減算手段とを有する受信装置。
  5. 請求項4において,
    第1のアンテナの適応等化手段は,前記第1のアンテナの受信信号について前記設定された遅延時間に対する先行波また遅延波を等化する適応等化器からなり,
    第2のアンテナの適応等化手段は,前記適応等化器の出力信号から前記レプリカ信号を生成するレプリカ生成手段と,前記第2のアンテナの受信信号から前記レプリカ信号を減算する減算器とを有する受信装置。
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