JP5658127B2

JP5658127B2 - 無線通信装置、無線通信方法及び無線通信プログラム

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Publication number: JP5658127B2
Application number: JP2011252711A
Authority: JP
Inventors: 洋輔藤野; 芳孝清水; 清水　達也; 達也清水; 修一吉野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2031-11-18
Also published as: JP2013110510A

Description

本発明は、送受信信号の分離を実現する無線通信装置、無線通信方法及び無線通信プログラムに関する。

一般に無線通信装置では、送信と受信が同時に動作すると、送信信号の受信側への回り込みにより、受信機のＬＮＡ（Low Noise Amplifier）の飽和や帯域外漏洩成分の受信帯域内漏れ込みによる受信感度劣化を引き起こす。そのため、１つの無線装置に１方式のみを実装する一般的な無線システムでは、複信方式に応じて時間または周波数を物理的に分離する素子を用いて送受信信号の分離を行っている。

複信方式がＦＤＤ（Frequency Division Duplex）の場合、上り回線と下り回線に対し、異なる周波数帯が固定的に割り当てられるため、主にデュプレクサやバンドパスフィルタを用いて送受信信号を分離している。複信方式がＴＤＤ（Time Division Duplex）の場合、上り回線と下り回線に対し、異なる時間スロットを割り当てられるため、送受信機はＲＦスイッチを介してアンテナと接続することによって、送信信号が受信機に回り込まないようにしている。

しかしながら、１つの無線装置上に複数の無線方式をソフトウェアで実装するソフトウェア無線装置では、複信方式および周波数の異なる様々な無線方式が動作するため、固定的な時間、周波数で送受信信号を分離するデュプレクサやＲＦスイッチを用いることができない。そのため、ソフトウェア無線装置では、デュプレクサやＲＦスイッチを用いずに送受信信号を分離する手法が求められる。

図５は、受信側に回り込んだ回り込み信号レプリカを減算する事で送信信号と受信信号の分離を行うことでＲＦスイッチやデュプレクサを用いずに送受信信号の分離を実現する従来の無線通信装置（例えば、非特許文献１参照）の構成を示す図である。この無線通信装置は、変調部５０１、送信部５０２、分配器５０３、送受共用回路５０４、アンテナ５０５、レプリカ生成部５０６、減算部５０７、受信部５０８、伝搬路推定部５０９、復調部５１０から構成されている。

図５に示す無線通信装置は、変調部５０１において変調を行い、デジタル送信信号を生成し、送信部５０２においてアナログ信号への変換および周波数変換を行う。分配器５０３により周波数変換された送信信号を２つに分配し、一方を送受共用回路５０４、他方をレプリカ生成部５０６へ出力する。送受共用回路５０４は、分配器５０３から供給された送信信号をアンテナ５０５に出力すると共に、アンテナ５０５で受信した受信信号を減算部５０７に出力する。レプリカ生成部５０６は伝搬路推定部５０９で推定された回り込み信号の伝搬路情報を基に回り込み信号レプリカを生成する。減算部５０７は、送受共用回路５０４の出力信号からレプリカ生成部５０６の出力信号を減算する。受信部５０８は受信した信号を周波数変換およびデジタル信号への変換を行う。伝搬路推定部５０９は受信部５０８の出信号に基づき伝搬路を推定する。復調部５１０は、受信部５０８の出力信号の復調を行う。

次に、図５に示す無線通信装置の動作について詳細に説明する。なお、説明を簡単にするため、以下の説明においては時間０からＬまでを伝搬路推定期間とし、伝搬路推定期間には信号レプリカの生成を行わないものとする。

送信部５０２は（１）式に従って周波数変換を行う。ここで、ｘ_１（ｔ）は変調部５０１の出力信号である。

分配器５０３は（２）式に従って、送信部５０２の出力信号ｙ_１（ｔ）を分配する。ここでは分配器５０３の分配比率を１：１とした。

送受共用回路５０４は、（３）式に従って、分配器５０３から供給された送信信号をアンテナ５０５に出力すると共に、アンテナ５０５で受信した受信信号を減算部５０７に出力する。ここで、Ｒは分配器５０４から入力され、減算部５０７へ漏れ込む信号の複素振幅応答、Ｎはアンテナ５０５から送信され、近くの物体に反射して、再度アンテナ５０５で受信した信号の数、τ_ｎは当該信号の遅延時間、ｈ_ｎは当該信号の位相振幅応答、ｙ_０（ｔ）はアンテナ５０５で受信した本来の受信信号である。なお、送受共用回路５０４には、一般にサーキュレータやハイブリッドが用いられ、いずれの場合も漏れ込み量Ｒは−２０〜−３０［ｄＢ］程度である。

レプリカ生成部５０６は、（４）式に従って回り込み信号レプリカｙ_４（ｔ）を生成する。ここで、〜Ｒ（〜は、後に続く文字の頭に付く、以下同様）、〜τ_ｍ、〜ｈ_ｍ、Ｍはそれぞれ分配器５０４から入力され、信号の減算部５０７へ漏れ込む信号の複素振幅応答の推定値、アンテナ５０５から送信され、近くの物体に反射して、再度アンテナ５０５で受信した回り込み信号の遅延時間の推定値、当該信号の位相振幅応答の推定値、レプリカ生成部５０６で生成する回り込み信号の数である。これらの推定方法については後述する。

減算部５０７は（５）式に従って送受共用回路５０４の出力信号からレプリカ生成部５０６の出力信号を減算する。

受信部５０８は（６）式に従って周波数変換を行う。

伝搬路推定部５０９は（７）式に従って相関値Ｄ（τ）を計算する。

ここでＴは相関値計算区間である。なお、伝搬路推定時、すなわち０≦ｔ≦Ｌの間は回り込み信号レプリカｙ_４（ｔ）＝０であるため、伝搬路推定で用いる周波数変換後の信号ｚ_１（ｔ）、相関値Ｄ（τ）はそれぞれ（８）式、（９）式の通りである。

伝搬路推定部５０９は、さらに相関値Ｄ（τ）のピークの位置をＭ＋１個検索し、２番目以降の位置を（〜τ_１）〜（〜τ_Ｎ）とする。また、当該ピークの値をそれぞれ〜Ｒ＝Ｄ（０）、〜ｈ_ｍ＝Ｄ（〜τ_ｍ）とする。なお、一般に相関値Ｄ（τ）には誤応答や雑音成分が含まれるため、ピークの位置検索の際に閾値を設ける事が多い。

次に、ｘ_１（ｔ）の自己相関特性が理想的である場合の伝搬路推定結果について説明する。理想的な自己相関特性とは（１０）式で規定される。

このとき、相関値Ｄ（τ）は遅延時間τが一致した回り込み信号のみが抽出され、図６に示すようにＤ（τ）はτ＝０，τ_１・・・τ_ＮのＮ＋１個のピークを持ち、それぞれの値はＲおよびｈ_ｍとなる。したがって、生成する回り込み信号の数Ｍが回り込み信号の総数Ｎと同じかそれ以上であり、ｘ_１（ｔ）の自己相関特性が理想的であれば、Ｒおよびｈ_ｍは誤差なく推定できる。そして、受信部５０７への入力信号ｙ_５（ｔ）は、（１１）式となり、回り込み信号成分をゼロにすることができ、デュプレクサやＲＦスイッチを用いずに送受信信号の分離を実現することができる。

米澤，山崎，石津，千葉，"地上波デジタル放送ＳＦＮ方式における中継局回り込み波除去，" 映像情報メディア学会技術報告２３（７３），１１−１６，１９９９−１１−１８

上述したように、自己相関特性が理想的であれば正しく伝搬路を推定でき、送信信号と受信信号の分離を実現できる。しかしながら、伝搬路を推定する際に利用する送信信号は通信を行うための信号であるため、一般に自己相関特性が悪い。そのため、従来の無線通信装置では、推定精度が劣化し、所定の信号分離度が得られない。図７に自己相関値がΔτでαとなる、すなわち（１２）式のような自己相関特性の場合の相関値Ｄ（τ）の一例を示す。

図７より明らかなように、自己相関特性が理想的でない場合（すなわち、自己相関特性が悪い場合）、本来のピークとは違う位置に誤応答ピークが出現し、誤った位置で伝搬路を推定しまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、受信側に漏れこんだ回り込み信号レプリカを減算する事で送信信号と受信信号の分離を行う無線通信装置において、推定精度の劣化を回避し、安定して高い信号分離度を実現することができる無線通信装置、無線通信方法及び無線通信プログラムを提供することを目的とする。

本発明は、信号を送受信するアンテナと、送信信号を前記アンテナを介して送信する送信手段と、伝搬路推定区間における送信側から受信側に回り込んだ信号の位相振幅応答を推定する伝搬路推定手段と、推定した前記位相振幅応答と前記送信信号に基づき回り込み信号レプリカを生成するレプリカ生成手段と、前記アンテナを介して受信した受信信号から前記回り込み信号レプリカを減算する減算手段と、減算後の前記受信信号について受信処理を行う受信手段とを備え、送受信信号を分離する無線通信装置であって、前記送信信号の所定の遅延時間内の自己相関特性の最悪値を計算する自己相関計算手段と、前記自己相関特性の最悪値が閾値以下となる区間を、前記伝搬路推定区間として決定する伝搬路推定区間決定手段とをさらに備えることを特徴とする。

本発明は、前記遅延時間をＴ、前記閾値をβ、前記送信信号の搬送波周波数をｆｃ、前記アンテナのゲインをＧとし、前記遅延時間Ｔを、（１５）式により決定することを特徴とする。

本発明は、前記レプリカ生成手段及び前記減算手段をそれぞれ２つずつ備え、前記受信処理を行う前の信号と、前記受信処理を行った後の信号とのそれぞれの信号に対して、前記レプリカ生成手段と前記減算手段の一組ずつを用いて前記送受信信号を分離することを特徴とする。

本発明は、所定のトレーニング信号を生成するトレーニング信号生成手段と、前記トレーニング信号の前記アンテナからの送信を抑圧する可変アッテネータと、前記トレーニング信号を基に前記受信手段の非線形特性を推定する非線形特性推定手段と、推定した前記非線形特性を基に前記受信手段の非線形特性の補正を行う非線形補正手段とをさらに備え、前記トレーニング信号生成手段は、前記送信手段が線形動作し、かつ前記受信手段が非線形動作する振幅の前記トレーニング信号を生成し、前記非線形特性推定手段は、前記受信手段の非線形特性を推定することを特徴とする。

本発明は、前記トレーニング信号の前記受信手段への回り込みを制限する第２の可変アッテネータと、前記トレーニング信号を基に前記送信手段の非線形特性を推定する第２の非線形特性推定手段と、推定した前記非線形特性に基づき前記送信手段の非線形特性の補正を行う第２の非線形補正手段とをさらに備え、前記トレーニング信号生成手段は、前記送信手段が非線形動作する大きな振幅の前記トレーニング信号を生成し、前記第２の可変アッテネータは、前記受信手段が飽和しない値を設定し、前記第２の非線形特性推定手段は、前記送信手段の非線形特性を推定することを特徴とする。

本発明は、信号を送受信するアンテナと、送信信号を前記アンテナを介して送信する送信手段と、伝搬路推定区間における送信側から受信側に回り込んだ信号の位相振幅応答を推定する伝搬路推定手段と、推定した前記位相振幅応答と前記送信信号に基づき回り込み信号レプリカを生成するレプリカ生成手段と、前記アンテナを介して受信した受信信号から前記回り込み信号レプリカを減算する減算手段と、減算後の前記受信信号について受信処理を行う受信手段とを備え、送受信信号を分離する無線通信装置における無線通信方法であって、前記送信信号の所定の遅延時間内の自己相関特性の最悪値を計算する自己相関計算ステップと、前記自己相関特性の最悪値が閾値以下となる区間を、前記伝搬路推定区間として決定する伝搬路推定区間決定ステップとを有することを特徴とする。

本発明は、信号を送受信するアンテナと、送信信号を前記アンテナを介して送信する送信手段と、伝搬路推定区間における送信側から受信側に回り込んだ信号の位相振幅応答を推定する伝搬路推定手段と、推定した前記位相振幅応答と前記送信信号に基づき回り込み信号レプリカを生成するレプリカ生成手段と、前記アンテナを介して受信した受信信号から前記回り込み信号レプリカを減算する減算手段と、減算後の前記受信信号について受信処理を行う受信手段とを備え、送受信信号を分離する無線通信装置上のコンピュータに、前記送信信号の所定の遅延時間内の自己相関特性の最悪値を計算する自己相関計算ステップと、前記自己相関特性の最悪値が閾値以下となる区間を、前記伝搬路推定区間として決定する伝搬路推定区間決定ステップとを行わせることを特徴とする。

本発明によれば、自己相関特性を考慮して伝搬路推定区間を決定する事で、伝搬路推定時の誤応答を一定レベル以下に抑える事ができるため、推定精度の劣化を回避し、安定して高い信号分離度を実現することができるという効果が得られる。
また、回り込み信号レプリカの生成をアナログ部とデジタル部で分担することで、装置コストを抑えながら高い信号分離度を実現することができる。
また、受信部の非線形特性の補正を行うことで、受信部が非線形動作する高い入力レベルでも動作可能となり、アナログ部で生成、減算する信号レプリカ数を減少させることができるため、装置コストの低減を実現することができる。
また、送信部の非線形特性の補正を行うことで、送信部を非線形動作させることができるようになるため、装置コストの低減を実現することができる。

本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。本発明の第３の実施形態の構成を示すブロック図である。本発明の第４の実施形態の構成を示すブロック図である。従来技術による無線通信装置の構成を示すブロック図である。従来のマルチユーザ受信装置および本発明に係るマルチユーザ受信装置のシミュレーション結果であって、信号分離回路の出力信号ｙ_ｍ（ｔ）のＳＩＮＲの相補累積確率を示す図である。従来のマルチユーザ受信装置および本発明に係るマルチユーザ受信装置のシミュレーション結果であって、信号分離回路の出力信号ｙ_ｍ（ｔ）のＳＩＮＲの相補累積確率を示す図である。

＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態による無線通信装置を説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。図１に示すように無線通信装置は、変調部１０１、送信部１０２、分配器１０３、送受共用回路１０４、アンテナ１０５、レプリカ生成部１０６、減算部１０７、受信部１０８、伝搬路推定部１０９、復調部１１０、自己相関計算部１１１、伝搬路推定区間決定部１１２から構成される。

次に、図１を参照して、図１に示す無線通信装置の動作について説明する。無線通信装置は、送信するべき信号を変調部１０１により変調を行い、デジタル送信信号を生成し、送信部１０２によりアナログ信号への変換および周波数変換を行う。そして、分配器１０３で周波数変換された送信信号を２つに分配し、一方を送受共用回路１０４、他方をレプリカ生成部１０６へ出力する。送受共用回路１０４は、分配器１０３から供給された送信信号をアンテナ１０５に出力して送信を行うと共に、アンテナ１０５で受信した受信信号を減算部１０７に出力する。

レプリカ生成部１０６は伝搬路推定部１０９で推定された伝搬路情報を基に回り込み信号レプリカを生成する。減算部１０７は、送受共用回路１０４の出力信号からレプリカ生成部の出力信号を減算する。受信部１０８は受信した信号を周波数変換およびデジタル信号への変換を行う。受信部１０８の出力信号は、伝搬路推定部１０９において伝搬路を推定すると共に、復調部１１０により復調を行う。自己相関検出部１１１は、変調部１０１が出力した送信信号の自己相関を計算し、伝搬路推定区間決定部１１２は自己相関計算部１１１で計算した自己相関の値を基に伝搬路推定を行う区間を決定する。

次に、数式を用いて自己相関計算部１１１、伝搬路推定区間決定部１１２の詳細な動作について説明する。なお、図１に示す変調部１０１、送信部１０２、分配器１０３、送受共用回路１０４、レプリカ生成部１０６、減算部１０７、受信部１０８、伝搬路推定部１０９及び復調部１１０は、それぞれ図５に示す変調部５０１、送信部５０２、分配器５０３、送受共用回路５０４、レプリカ生成部５０６、減算部５０７、受信部５０８、伝搬路推定部５０９及び復調部５１０と同様の動作であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

自己相関検出部１１１は（１３）式に従って相関値計算区間Ｔ内の自己相関特性の最悪値を計算する。

伝搬路推定区間決定部１１２は、自己相関計算部１１１において計算した相関値が（１４）式を満たす時間ｔ_０を検出し、ｔ_０〜ｔ_０＋Ｌを伝搬路推定区間として設定する。すなわち、自己相関特性において、本来のピークとは違う位置に誤応答ピークが出現する場合には、Ｃ_ｍａｘの値が大きくなり、自己相関特性が悪いことを示す。この値が一定値以下であることを基準として、それ以外の期間では伝搬路推定を行わないことによって、誤応答による伝搬路推定精度の劣化を回避することができる。ここで、βは伝搬路推定部１０９における相関値Ｄ（τ）のピーク位置検索の際の閾値と同じ値であり、達成したい送受の信号分離度に応じて決定する。このように伝搬路推定区間を決定することで、伝搬路推定時の誤応答の最大値をβ以下に抑える事ができる。

また、伝搬路推定部１０９で用いられる相関値計算区間Ｔは（１５）式に基づき設定する。（１５）式のように設定すると、相関値計算区間Ｔが長すぎることによる誤応答の発生を抑えつつ、相関値計算区間Ｔが短い事による回り込み波の見逃しを回避する事ができる。

その理由は以下のとおりである。アンテナ１０５から送信され、距離ｄの物体に反射して、再度アンテナ１０５で受信した信号の減衰量Ｑは、アンテナと物体との間が見通せる最も伝搬状態が良好な場合（送信信号の回り込みという意味では最悪の場合）、フリスの公式を用いて（１６）式で示される。

ここで、ｃは光速である。また、距離ｄを往復するのにかかる時間Δｔは（１７）式の通りである。

（１６）式を（１７）式に代入すると、（１８）式となる。

相関値計算区間Ｔの外で応答を検出しないためには、減衰量Ｑは最悪でも閾値β以下にする必要があるため、Ｑ＝βと置くと、（１５）式が導かれる。

以上詳細に説明したように、自己相関特性を考慮して伝搬路推定区間を決定する事で、伝搬路推定時に誤応答が閾値β以下となるため、推定精度の劣化を回避し、安定して高い信号分離度を実現することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態による無線通信装置を説明する。図２は、本発明の第２の実施形態における無線通信装置の構成を示すブロック図である。図２に示す無線通信装置は、変調部１０１、送信部１０２、分配器１０３、送受共用回路１０４、アンテナ１０５、レプリカ生成部１０６、減算部１０７、受信部１０８、伝搬路推定部１０９、復調部１１０、自己相関計算部１１１、伝搬路推定区間決定部１１２、第２のレプリカ生成部２０１、第２の減算部２０２から構成される。

次に、図２を参照して、図２に示す無線通信装置の動作を説明する。図２に示す無線通信装置は、変調部１０１で変調を行い、デジタル送信信号を生成し、送信部１０２でアナログ信号への変換および周波数変換を行う。そして、分配器１０３で周波数変換された送信信号を２つに分配し、一方を送受共用回路１０４、他方をレプリカ生成部１０６へ出力する。送受共用回路１０４は、分配器から供給された送信信号をアンテナ１０５に出力すると共に、アンテナ１０５で受信した受信信号を減算部１０７に出力する。レプリカ生成部１０６は伝搬路推定部１０９で推定された伝搬路情報を基に回り込み信号レプリカを生成する。

減算部１０７は、送受共用回路１０４の出力信号からレプリカ生成部１０６の出力信号を減算する。受信部１０８は受信した信号を周波数変換およびデジタル信号への変換を行い、伝搬路推定部１０９で伝搬路を推定する。第２のレプリカ生成部２０１は、伝搬路推定部１０９で推定した回り込み信号のうち、レプリカ生成部１０６で生成しなかった回り込み信号のレプリカを生成する。第２の減算部２０２は、受信部１０８の出力信号から第２のレプリカ生成部２０１の出力信号を減算する。復調部１１０は第２の減算部２０２の出力信号を基に復調を行う。自己相関検出部１１１は、変調部１０１が出力した送信信号の自己相関を計算し、伝搬路推定区間決定部１１２は自己相関計算部１１１で計算した自己相関の値を基に伝搬路推定を行う区間を決定する。

図２に示す無線通信装置が図１に示す無線通信装置と異なる点は、伝搬路推定部１０９で推定した回り込み信号のレプリカ生成を第２のレプリカ生成部２０１、レプリカ生成部１０６で分担する点である。第２のレプリカ生成部２０１、第２の減算部２０２の動作は、それぞれ前述したレプリカ生成部１０６、減算部１０７と同一である。

前述したレプリカ生成部１０６は、アナログ信号を扱うため、生成する回り込み信号レプリカ１つに対して１組の位相器、遅延線、可変アッテネータなどのアナログ素子群により構成される。そのため、生成する回り込み信号レプリカの数Ｍに比例してコストが増加する。また、それらの素子の製造誤差等により生成した回り込み信号レプリカの精度は低いため、送受の信号分離度を一定以上高くすることができない。

一方で、デジタル変換後の信号を扱う第２のレプリカ生成部２０１は、デジタル回路で構成されるため、生成する回り込み信号レプリカの数が増えてもコストが低く、回り込み信号レプリカの生成精度も非常に高い。しかしながら、受信部１０８が飽和してしまうと、正しく動作させることができない。

そこで、図２に示す無線通信装置では、（７）式の第１項に示す共用回路から回り込む信号のような信号レベルが非常に大きな回り込み信号についてはレプリカ生成部１０６で回り込み信号レプリカを生成し、減算部１０７で抑圧し、（７）式の第２項に示すアンテナ１０５から送信され、近隣の物体に反射して、再度アンテナ１０５で受信した信号のように数は多いが１つ１つのレベルは低い回り込み信号については第２のレプリカ生成部２０１で回り込み信号レプリカを生成し、第２の減算部２０２で抑圧することにより、装置コストを抑えながら高い信号分離度を実現することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態による無線通信装置を説明する。図３は、本発明の第３の実施形態における無線通信装置の構成を示すロック図である。図３に示す無線通信装置は、変調部１０１、送信部１０２、分配器１０３、送受共用回路１０４、アンテナ１０５、レプリカ生成部１０６、減算部１０７、受信部１０８、伝搬路推定部１０９、復調部１１０、自己相関計算部１１１、伝搬路推定区間決定部１１２、第２のレプリカ生成部２０１、第２の減算部２０２、トレーニング信号生成部３０１、可変アッテネータ３０２、非線形特性推定部３０３、非線形特性補正部３０４から構成される。

次に、図３を参照して、図３に示す無線通信装置の動作を説明する。図３に示す無線通信装置は、変調部１０１およびトレーニング信号生成部３０１で変調を行い、デジタル送信信号を生成し、送信部１０２でアナログ信号への変換および周波数変換を行う。そして、分配器１０３で周波数変換された送信信号を２つに分配し、一方を送受共用回路１０４、他方をレプリカ生成部１０６へ出力する。送受共用回路１０４は、分配器から供給された送信信号をアンテナ１０５に出力すると共に、アンテナ１０５で受信した受信信号を減算部１０７に出力する。送受共用回路１０４とアンテナ１０５の間には、可変アッテネータ３０２が接続され、入力された信号を設定した値だけ減衰させる。レプリカ生成部１０６は伝搬路推定部１０９で推定された伝搬路情報を基に回り込み信号レプリカを生成する。

減算部１０７は、送受共用回路１０４の出力信号からレプリカ生成部１０６の出力信号を減算する。受信部１０８は受信した信号を周波数変換およびデジタル信号への変換を行う。非線形特性推定部３０３は、受信部１０８の出力信号を用いて非線形特性を推定し、非線形特性補正部３０４により非線形特性の補正を行う。第２のレプリカ生成部２０１は、伝搬路推定部１０９で推定した回り込み信号のうち、レプリカ生成部１０６で生成しなかった回り込み信号のレプリカを生成する。第２の減算部２０２は、非線形特性補正部３０４の出力信号から第２のレプリカ生成部２０１の出力信号を減算する。復調部１１０は第２の減算部２０２の出力信号を基に復調を行う。自己相関検出部１１１は、変調部１０１が出力した送信信号の自己相関を計算し、伝搬路推定区間決定部１１２は自己相関検出部１１１で計算した自己相関の値を基に伝搬路推定を行う区間を決定する。

図３に示す無線通信装置が、図２に示す無線通信装置と異なる点は、トレーニング信号生成部３０１、可変アッテネータ３０２、非線形特性推定部３０３、非線形特性補正部３０４を用いて、受信部１０８の非線形特性を推定、補正する点である。なお、非線形特性を推定する期間はトレーニング信号生成部３０１、それ以外の期間は変調部１０１でデジタル送信信号が生成される。トレーニング信号生成部３０１で生成されるトレーニング信号には、十分に小さなレベルから受信部１０８が非線形動作するが飽和しないレベルまでが網羅される信号を用いる。

また、可変アッテネータ３０２の減衰量は非線形特性を推定する期間は十分に大きな値に、それ以外の期間は０に設定する。このようにアンテナ１０５に接続された可変アッテネータ３０２の減衰量を十分に大きな値に設定することで、アンテナからの送信が抑圧されるため、非線形特性を推定する期間はトレーニング信号生成部３０１で非線形特性推定に適した任意のトレーニング信号を生成し、それを利用して簡易かつ高精度に非線形特性を推定することができる。

また、このとき、可変アッテネータ３０２によりアンテナからトレーニング信号以外の不要信号の受信も抑圧されるため、非線形特性を高精度に推定することができる。また、非線形特性推定部３０３における非線形特性の推定および非線形特性補正部３０４における非線形特性の補正には多項式近似法、ルックアップテーブルを用いた方法など、公知の手法を用いることができる。

第２のレプリカ生成部２０１、第２の減算部２０２は、受信部１０８が線形動作領域あれば、残留した回り込み信号を完全に抑圧することができる。そのため、図２に示す無線通信装置では、第２のレプリカ生成部２０１、第２の減算部２０２により、回り込み信号を受信部１０８が線形動作するレベルまで下げる必要がある。そのため、第２のレプリカ生成部２０１の生成する回り込み信号レプリカの数や精度を一定以上に高める必要があり、第２のレプリカ生成部２０１のコストを一定以上下げる事ができない。

そこで、図３に示す無線通信装置では、任意信号を生成可能なトレーニング信号生成部３０１、アンテナ１０５からの信号の送信、受信を抑圧する可変アッテネータ３０２を用いて非線形補正特性推定部３０３で受信部１０８の非線形特性を高精度に推定し、非線形特性補正部３０４で補正することで、第２のレプリカ生成部２０１の生成する回り込み信号レプリカの数や要求精度を下げる。これにより、図２に示す無線通信装置と比べ、さらに装置コストを抑えながら高い信号分離度を実現することができる。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態による無線通信装置を説明する。図４は、本発明の第４の実施形態における無線通信装置の構成を示すブロック図である。図４に示す無線通信装置は、変調部１０１、送信部１０２、分配器１０３、送受共用回路１０４、アンテナ１０５、レプリカ生成部１０６、減算部１０７、受信部１０８、伝搬路推定部１０９、復調部１１０、自己相関計算部１１１、伝搬路推定区間決定部１１２、第２のレプリカ生成部２０１、第２の減算部２０２、トレーニング信号生成部３０１、可変アッテネータ３０２、非線形特性推定部３０３、非線形特性補正部３０４、第２の可変アッテネータ４０１、第２の非線形特性推定部４０２、第２の非線形特性補正部４０３から構成される。

次に、図４を参照して、図４に示す無線通信装置の動作を説明する。図４に示す無線通信装置は、変調部１０１およびトレーニング信号生成部３０１で変調を行い、デジタル送信信号を生成し、送信部１０２でアナログ信号への変換および周波数変換を行う。第２の非線形特性推定部４０２は、受信部１０８の出力信号を用いて送信部１０２の非線形特性を推定し、第２の非線形特性補正部４０３により送信部１０２の非線形特性の補正を行う。そして、分配器１０３で周波数変換された送信信号を２つに分配し、一方を送受共用回路１０４、他方をレプリカ生成部１０６へ出力する。送受共用回路１０４は、分配器１０３から供給された送信信号をアンテナ１０５に出力すると共に、アンテナ１０５で受信した受信信号を減算部１０７に出力する。送受共用回路１０４とアンテナ１０５の間には、可変アッテネータ３０２が接続され、入力された信号を設定した値だけ減衰させる。

送受共用回路１０４と減算部１０７の間には、第２の可変アッテネータ３０２が接続され、入力された信号を設定した値だけ減衰させる。レプリカ生成部１０６は伝搬路推定部１０９で推定された伝搬路情報を基に回り込み信号レプリカを生成する。減算部１０７は、送受共用回路１０４の出力信号からレプリカ生成部１０６の出力信号を減算する。受信部１０８は受信した信号を周波数変換およびデジタル信号への変換を行う。非線形特性推定部３０３は、受信部１０８の出力信号を用いて非線形特性を推定し、非線形特性補正部３０４により受信部１０８の出力信号の非線形特性の補正を行う。

第２のレプリカ生成部２０１は、伝搬路推定部１０９で推定した回り込み信号のうち、レプリカ生成部１０６で生成しなかった回り込み信号のレプリカを生成する。第２の減算部２０２は、非線形特性補正部３０４の出力信号から第２のレプリカ生成部の出力信号を減算する。復調部１１０は第２の減算部２０２の出力信号を基に復調を行う。自己相関検出部１１１は、変調部１０１が出力した送信信号の自己相関を計算し、伝搬路推定区間決定部１１２は自己相関検出部１１１で計算した自己相関の値を基に伝搬路推定を行う区間を決定する。

図４に示す無線通信装置が、図３に示す無線通信装置と異なる点は、第２の可変アッテネータ４０１、第２の非線形特性推定部４０２、第２の非線形特性補正部４０３を用いて、送信部１０２の非線形特性を推定、補正する点である。なお、送信部１０２の非線形特性を推定する期間はトレーニング信号生成部３０１、それ以外の期間は変調部１０１でデジタル送信信号が生成される。トレーニング信号生成部３０１で生成されるトレーニング信号には、十分に小さなレベルから送信部１０２が非線形動作するが飽和はしないレベルまでが網羅される信号を用いる。また、第２の可変アッテネータ４０１の減衰量は非線形特性を推定する期間は、受信部１０８が飽和しない値に、それ以外の期間は０に設定する。

図３に示す無線通信装置では、非線形特性補正部３０４により受信部１０８の非線形特性を補正することで、受信部１０８が非線形動作する高い受信レベルにおいても残留した回り込み信号を完全に抑圧することができる。しかしながら、送信部１０２が非線形動作すると、第２のレプリカ生成部２０１で生成した回り込み信号レプリカが、実際に受信部１０８で受信した回り込み信号と異なるため、回り込み信号を完全に抑圧することができない。そのため、図３に示す無線通信装置では、線形動作する送信部１０２を用いる必要があり、そのコストを一定以上下げる事ができない。

そこで、図４に示す無線通信装置では、受信部１０８が飽和動作しないように受信レベルを調整する第２の可変アッテネータ４０１を用いて第２の非線形推定部４０２で送信部１０２の非線形特性を高精度に推定し、第２の非線形補正部４０３で補正することで、送信部１０２が非線形動作しても、回り込み信号を完全に抑圧することができるようにした。これにより、図３に示す無線通信装置と比べ、さらに装置コストを抑える事ができる。

以上説明したように、送受信を同時に行う無線通信装置では、送信信号が受信回路に回り込むことによって干渉が生じる問題がある。従来技術では、送信信号から干渉信号のレプリカを生成して、受信信号からこの干渉信号のレプリカを減算することによって、回り込み干渉を除去していた。しかし、この技術では、送信信号の自己相関が悪い場合に、伝搬路推定の際の相関検出において誤検出することがあるため、干渉除去の精度が低いという問題がある。前述した無線通信装置では、送信信号の自己相関を算出し、自己相関が悪くない期間に限って伝搬路推定の相関検出を行うようにした。また、相互相関検出の処理期間を、近隣の物体からの反射波の伝搬損失が閾値βを上回る可能性のある期間に限定することで、所定の信号分離度の達成に必要な反射波の推定見逃しを回避しつつ、誤応答の発生を抑えるようにした。この構成により、送信信号の自己相関が悪い場合に生じる誤検出を回避し、干渉除去の精度を改善することが可能になる。

なお、図１における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより無線通信処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の精神及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行っても良い。

受信側に漏れこんだ回り込み信号レプリカを減算する事で送信信号と受信信号の分離を行う無線通信装置において、安定して高い信号分離度を実現することが不可欠な用途も適用できる。

１０１・・・変調部、１０２・・・送信部、１０３・・・分配器、１０４・・・送受共用回路、１０５・・・アンテナ、１０６・・・レプリカ生成部、１０７・・・減算部、１０８・・・受信部、１０９・・・伝搬路推定部、１１０・・・復調部、１１１・・・自己相関計算部、１１２・・・伝搬路推定区間決定部、２０１・・・第２のレプリカ生成部、２０２・・・第２の減算部、３０１・・・トレーニング信号生成部、３０２・・・可変アッテネータ、３０３・・・非線形特性推定部、３０４・・・非線形特性補正部、４０１・・・第２の可変アッテネータ、４０２・・・第２の非線形特性推定部、４０３・・・第２の非線形特性補正部

Claims

信号を送受信するアンテナと、
送信信号を前記アンテナを介して送信する送信手段と、
伝搬路推定区間における送信側から受信側に回り込んだ信号の位相振幅応答を推定する伝搬路推定手段と、
推定した前記位相振幅応答と前記送信信号に基づき回り込み信号レプリカを生成するレプリカ生成手段と、
前記アンテナを介して受信した受信信号から前記回り込み信号レプリカを減算する減算手段と、
減算後の前記受信信号について受信処理を行う受信手段と
を備え、送受信信号を分離する無線通信装置であって、
前記送信信号の所定の遅延時間内の自己相関特性の最悪値を計算する自己相関計算手段と、
前記自己相関特性の最悪値が閾値以下となる区間を、前記伝搬路推定区間として決定する伝搬路推定区間決定手段と
をさらに備えることを特徴とする無線通信装置。
前記遅延時間をＴ、前記閾値をβ、前記送信信号の搬送波周波数をｆｃ、前記アンテナのゲインをＧとし、
前記遅延時間Ｔを、

により決定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
前記レプリカ生成手段及び前記減算手段をそれぞれ２つずつ備え、
前記受信処理を行う前の信号と、前記受信処理を行った後の信号とのそれぞれの信号に対して、前記レプリカ生成手段と前記減算手段の一組ずつを用いて前記送受信信号を分離することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信装置。
所定のトレーニング信号を生成するトレーニング信号生成手段と、
前記トレーニング信号の前記アンテナからの送信を抑圧する可変アッテネータと、
前記トレーニング信号を基に前記受信手段の非線形特性を推定する非線形特性推定手段と、
推定した前記非線形特性を基に前記受信手段の非線形特性の補正を行う非線形補正手段とをさらに備え、
前記トレーニング信号生成手段は、前記送信手段が線形動作し、かつ前記受信手段が非線形動作する振幅の前記トレーニング信号を生成し、前記非線形特性推定手段は、前記受信手段の非線形特性を推定することを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
前記トレーニング信号の前記受信手段への回り込みを制限する第２の可変アッテネータと、
前記トレーニング信号を基に前記送信手段の非線形特性を推定する第２の非線形特性推定手段と、
推定した前記非線形特性に基づき前記送信手段の非線形特性の補正を行う第２の非線形補正手段とをさらに備え、
前記トレーニング信号生成手段は、前記送信手段が非線形動作する大きな振幅の前記トレーニング信号を生成し、前記第２の可変アッテネータは、前記受信手段が飽和しない値を設定し、前記第２の非線形特性推定手段は、前記送信手段の非線形特性を推定することを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
信号を送受信するアンテナと、
送信信号を前記アンテナを介して送信する送信手段と、
伝搬路推定区間における送信側から受信側に回り込んだ信号の位相振幅応答を推定する伝搬路推定手段と、
推定した前記位相振幅応答と前記送信信号に基づき回り込み信号レプリカを生成するレプリカ生成手段と、
前記アンテナを介して受信した受信信号から前記回り込み信号レプリカを減算する減算手段と、
減算後の前記受信信号について受信処理を行う受信手段と
を備え、送受信信号を分離する無線通信装置における無線通信方法であって、
前記送信信号の所定の遅延時間内の自己相関特性の最悪値を計算する自己相関計算ステップと、
前記自己相関特性の最悪値が閾値以下となる区間を、前記伝搬路推定区間として決定する伝搬路推定区間決定ステップと
を有することを特徴とする無線通信方法。
信号を送受信するアンテナと、
送信信号を前記アンテナを介して送信する送信手段と、
伝搬路推定区間における送信側から受信側に回り込んだ信号の位相振幅応答を推定する伝搬路推定手段と、
推定した前記位相振幅応答と前記送信信号に基づき回り込み信号レプリカを生成するレプリカ生成手段と、
前記アンテナを介して受信した受信信号から前記回り込み信号レプリカを減算する減算手段と、
減算後の前記受信信号について受信処理を行う受信手段と
を備え、送受信信号を分離する無線通信装置上のコンピュータに、
前記送信信号の所定の遅延時間内の自己相関特性の最悪値を計算する自己相関計算ステップと、
前記自己相関特性の最悪値が閾値以下となる区間を、前記伝搬路推定区間として決定する伝搬路推定区間決定ステップと
を行わせることを特徴とする無線通信プログラム。