JP5695399B2

JP5695399B2 - 通信装置および無線通信方法

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Publication number: JP5695399B2
Application number: JP2010263696A
Authority: JP
Inventors: 北門　順; 順北門; 崇顕牧田; 咲子中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: JP2012114807A

Description

本発明は、通信装置および通信方法に関し、特に、アダプティブアレイ受信機能を備えた通信装置、およびそのような通信装置の通信方法に関する。

ＴＤ−ＬＴＥ（Time Division Duplex Long-Term Evolution)システムなどの通信システムでは、上り信号の送信に、ＳＣ−ＦＤＭＡ(Single Carrier Frequency Division Multiple Access)方式を採用している。各ＳＣ−ＦＤＭＡシンボルには、データ信号の前に遅延を吸収するためのＣＰ(Cyclic Prefix）と呼ばれる繰り返し信号が付加されて送信される（たとえば、特許文献１（特開２０１０−１３６３４７号公報）を参照）。

ＣＰが付加されることによって、受信側では、ＣＰ区間内であればどのタイミングでもキャリア間干渉やシンボル間干渉を発生させることなく受信した信号のＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理が可能となる。

特開２０１０−１３６３４７号公報

ところで、ＦＦＴ処理のタイミングの違いによってＦＦＴ処理後の信号の各サブキャリアの位相関係が変化する。よって、ＦＦＴ処理後の信号を用いてアダプティブアレイ受信処理を行なう場合は、ＦＦＴ処理タイミングに応じて各サブキャリアの位相関係を変化させた参照信号を使用する必要がある。

このような参照信号を選択するための手段として、予め各サブキャリアの位相を回転させた参照信号を複数個用意しておき、ＦＦＴ処理後の受信信号に含まれる復調レファレンス信号（Demodulation Reference Signal: DMRS）と複数の位相回転させた参照信号の相関を計算し、複数個の参照信号の中から相関値が最も大きくなる参照信号を選択し、選択された参照信号を使用してアダプティブアレイ処理を行なう方法が考えられる。

しかしながら、フェージングやシャドウイングなどで所望波の受信信号のレベルが低いとき、つまりＳＩＮＲ（signal to noise interference ratio）が低いときには、相関計算の結果にピークが立ちにくい。このような場合には、相関計算の結果に従って選択される参照信号の信頼性が低下する。

それゆえに、本発明の目的は、所望波の受信信号レベルが低い場合でも、参照信号を適切に選択することができる通信装置および通信方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の通信装置は、所望波の受信レベルを計測する計測部と、所望波の受信レベルが第１の閾値以上の場合に、受信信号に含まれる既知信号と複数の参照信号候補との相関演算を行ない、相関値に基づいて、複数の参照信号候補から参照信号を選択し、所望波の受信レベルが第１の閾値未満の場合に、過去に選択された参照信号を選択する参照信号選択部と、選択された参照信号を用いて、受信信号をアダプティブアレイ受信処理するアダプティブアレイ受信処理部とを備える。

本発明によれば、所望波の受信信号レベルが低い場合でも、参照信号を適切に選択することができる。

本発明の実施形態の無線通信システムで伝送されるフレームの構成を表わす図である。サブフレームの構成を表わす図である。サブフレームの構成を表わす図である。ＳＣ−ＦＤＭＡシンボルの構成を表わす図である。本発明の実施形態の無線基地局の構成を表わす図である。所望波の受信レベルと相関値との関係を説明するための図である。本発明の実施形態の無線基地局による参照信号の選択手順を表わすフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（フレーム）
図１は、本発明の実施形態の無線通信システムで伝送されるフレームの構成を表わす図である。

図１に示すように、１フレームは、１０ｍｓの時間で伝送される。１フレームは、ハーフフレームに分割される。各ハーフフレームは、時間順に、ダウンリンクサブフレームＤＬ、切替サブフレームＳ、２つの連続するアップリンクサブフレームＵＬ、ダウンリンクサブフレームＤＬで構成される。

ここで、切替サブフレームＳは、ＤｗＰＴＳ（Downlink Pilot Timeslot）と、ＧＰ（Guard Period：ガード期間）と、ＵｐＰＴＳ（Uplink Pilot Timeslot）で構成される。ＵｐＰＴＳは、２個のＳＣ−ＦＤＭＡシンボルで構成される。

（サブフレーム）
図２および図３は、アップリンクサブフレームＵＬの構成を表わす図である。

図２を参照して、１個のサブフレームは、２個のスロットで構成される。各スロットは、７個のＳＣ−ＦＤＭＡシンボルで構成される。各ＳＣ−ＦＤＭＡシンボルに含まれるリソースブロックＲＢの数が、たとえば６個の場合には、各リソースブロックＲＢは１２個のサブキャリアを含むので、各ＳＣ−ＦＤＭＡシンボルは、７２個のサブキャリアを含む。各スロットの第４番目のスロットには、ＤＭＲＳが配置される。このＤＭＲＳを用いて、受信信号の各サブキャリアの位相関係が導かれる。

図３を参照して、リソースブロックは、１２個のサブキャリアを含む。１個のサブフレームは、６個のリソースブロックＲＢ０〜ＲＢ６を含む。リソースブロックＲＢ０は、第０サブキャリア〜第１１サブキャリアを含む。リソースブロックＲＢ１は、第１２サブキャリア〜第２３サブキャリアを含む。リソースブロックＲＢ２は、第２４サブキャリア〜第３５サブキャリアを含む。リソースブロックＲＢ３は、第３６サブキャリア〜第４７サブキャリアを含む。リソースブロックＲＢ４は、第４８サブキャリア〜第５９サブキャリアを含む。リソースブロックＲＢ５は、第６０サブキャリア〜第７１サブキャリアを含む。

（シンボル）
図４は、ＳＣ−ＦＤＭＡシンボルの構成を表わす図である。

図４に示すように、ＳＣ−ＦＤＭＡシンボルの先頭には、このシンボルの最後の部分のコピーであるＣＰが付加されている。ＣＰの時間長をＴｃｐ、データ部分の時間長をＴとする。

（無線基地局の構成）
図５は、第１の実施形態の無線基地局の構成を表わす図である。

図５を参照して、この無線基地局１は、アンテナ２ａ，２ｂと、ＦＥ部３ａ，３ｂと、ＣＰ除去部４ａ，４ｂと、ＦＦＴ部５ａ，５ｂと、アダプティブアレイ受信処理部６と、信号処理部７と、リソース割当部８と、参照信号選択部９と、受信レベル検出部１１とを備える。

ＦＥ部３ａ，３ｂは、アンテナ２ａ，２ｂで受信した信号の周波数変換、増幅、およびＡ／Ｄ変換を行なう。

ＣＰ除去部４ａ，４ｂは、ＦＥ部３ａ，３ｂから出力される信号の先頭からＣＰの時間長Ｔｃｐ分を除去する。

ＦＦＴ部５ａ，５ｂは、ＣＰ除去部４ａ，４ｂから出力される信号をＦＦＴする。
アダプティブアレイ受信処理部６は、参照信号選択部９で選択された参照信号を用いて、ＦＦＴ部５ａ，５ｂから出力される信号のアダプティブアレイ受信処理を行なう。

信号処理部７は、アダプティブアレイ受信処理された信号を復号および復調する。
リソース割当部８は、各無線端末（ユーザ）とのデータ通信のためのリソースブロックを割り当てる。

受信レベル検出部１１は、所望波の受信レベルを計測する。
参照信号選択部９は、通信相手の無線端末（ユーザ）ごとに、所望波の受信信号のレベルに応じてサブキャリア間位相関係を求める手法（参照信号選択処理）を切替える。すなわち、参照信号選択部９は、所望波の受信レベルが所定のレベルより低いときは、相関計算を実施せず、同一ユーザの過去の直近のフレームで導き出された参照信号（位相関係）を適用する。参照信号選択部９は、所望波の受信信号のレベルが所定のレベルより高いため相関計算を実施したものの、その相関値が所定の閾値未満である場合（ピークが鋭くない場合）は、当該処理で推測される参照信号（候補）の位相と同一ユーザの過去の直近フレームで導き出された参照信号（位相関係）の位相との移動平均を行ない、その結果を適用する。参照信号選択部９は、所望波の受信信号のレベルが所定のレベルより高いため相関計算を実施し、その相関値が所定の閾値以上である場合（ピークが鋭い場合）は、当該相関計算で得られた参照信号（位相関係）を適用する。

具体的には、参照信号選択部９は、参照信号候補記憶部１７と、相関演算部１０と、参照信号候補決定部１２と、移動平均部１６と、過去参照信号位置記憶メモリ１５と、参照信号位置決定部１３と、参照信号決定部１４とを備える。

参照信号候補記憶部１７は、式（１）で示されるような、ＦＦＴタイミングに応じて位相回転させた複数の参照信号ｒi,tを予め保持している。ここで、Ｔは図４に示すＳＣ−ＦＤＭＡシンボルのデータ部の時間長、Ｔｃｐは図４に示すＣＰの時間長、ｊは虚数単位、ｉはサブキャリアの番号を表わす。ｔ（０〜８）は、図５に示す位相位置を表わし、ｔはＦＦＴのタイミング位置となる。ｒi^orgは、サブキャリア番号ｉのオリジナルの参照信号、つまりＦＦＴタイミングのずれによる位相回転が「０」の参照信号を表わす。

所望波の受信信号のレベルが閾値ＴＨ１以上の場合に、相関演算部１０は、ＦＦＴタイミングごとの参照信号ｒi,tとＤＲＭＳとの相関値Ｃt（ｔ＝０〜８）を式（２）に従って計算する。

ここで、Ｓはユーザに割り当てられているリソースブロック（複数個のリソースブロックが割り当てられている場合には番号が最も小さいリソースブロック）の先頭のサブキャリア番号を表わし、Ｅはユーザに割り当てられているリソースブロック（複数個のリソースブロックが割り当てられている場合には番号が最も大きいリソースブロック）の末尾のサブキャリア番号を表わす。たとえば、あるユーザに、リソースブロックＲＢ０とＲＢ１とが割り当てられている場合には、Ｓは０であり、Ｅは２３である。

ａi,3は、サブキャリア番号がｉで、かつシンボル番号が３の箇所に配置されているＦＦＴ処理後の受信信号を表わす。この受信信号はＤＲＭＳである。ｒi,t^*は、ｒi,tの複素共役である。

参照信号候補決定部１２は、相関値Ｃt（ｔ＝０〜８の整数）が最大となる位相位置ｔを参照信号候補位置ｔ０として特定し、その最大値を最大相関値ＭＡＸＣとして特定する。

過去参照信号位置記憶メモリは、過去の直近のフレームの参照信号位置ｏｔを記憶する。

移動平均部１６は、相関演算部１０で得られた最大相関値ＭＡＸＣが閾値ＴＨ２未満の場合には、参照信号候補位置ｔ０と同一ユーザの過去の直近フレームの参照信号位置ｏｔとの加重移動平均値ｍｔを計算する。この加重移動平均では、現在フレームと過去の直近フレームとの時間間隔が短いほど、過去の直近フレームの参照信号位置ｏｔに加える重みを大きくする。

参照信号位置決定部１３は、所望波の受信信号のレベルが閾値ＴＨ１未満の場合に、同一ユーザの過去の直近フレームの参照信号位置ｏｔを現フレームの参照信号位置ｎｔとする。参照信号位置決定部１３は、相関演算部１０で得られた最大相関値ＭＡＸＣが閾値ＴＨ２以上の場合に、参照信号候補位置ｔ０を現フレームの参照信号位置ｎｔとする。参照信号位置決定部１３は、相関演算部１０で得られた最大相関値ＭＡＸＣが閾値ＴＨ２未満の場合に、加重移動平均値ｍｔを現フレームの参照信号位置ｎｔとする。

参照信号決定部１４は、現フレームの参照信号位置ｎｔを四捨五入した値ｎｎｔを求めて、参照信号ｒi,nnt（ｉ＝Ｓ〜Ｅ）をアダプティブアレイ受信処理部６へ出力する。

（受信レベルと相関値）
図６は、所望波の受信レベルと相関値との関係を説明するための図である。

図６（ａ）は、所望波の受信レベルが相対的に高い場合における、複数の参照信号候補について、その参照信号候補を用いて計算した相関値を表わす図である。

図６（ａ）に示すように、位置ｔａでの参照信号候補を用いて計算した相関値が最大値ＰＡとなる。この最大値は、鋭いピーク値となっており、位置ｔａでの参照信号候補を参照信号として用いることが適切である可能性が高い。

図６（ｂ）は、所望波の受信レベルが相対的に低い場合における、複数の参照信号候補について、その参照信号候補を用いて計算した相関値を表わす図である。

図６（ｂ）に示すように、位置ｔｂでの参照信号候補を用いて計算した相関値が最大値ＰＢとなる。この最大値は、鈍いピーク値となっており、位置ｔｂでの参照信号候補を参照信号として用いることが適切である可能性が高くない。

（動作）
図７は、本発明の実施形態の無線基地局による参照信号の選択手順を表わすフローチャートである。

図７を参照して、受信レベル検出部１１は、所望波の受信レベルを計測する（ステップＳ１０１）。

所望波の受信信号のレベルが閾値ＴＨ１以上の場合には（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、相関演算部１０は、式（２）に従って、相関値Ｃt（ｔ＝０〜８）を計算する。参照信号候補決定部１２は、相関値Ｃt（ｔ＝０〜８の整数）が最大となるｔを参照信号候補位置ｔ０として特定し、その最大値を最大相関値ＭＡＸＣとして特定する（ステップＳ１０４）。

最大相関値ＭＡＸＣが閾値ＴＨ２以上の場合には（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、参照信号位置決定部１３は、参照信号候補位置ｔ０を現フレームの参照信号位置ｎｔとする（ステップＳ１０６）。

最大相関値ＭＡＸＣが閾値ＴＨ２未満の場合には（ステップＳ１０５でＮＯ）、移動平均部１６は、参照信号候補位置ｔ０と同一ユーザの過去の直近フレームの参照信号位置ｏｔとの移動平均を計算する。参照信号位置決定部１３は、加重移動平均値ｍｔを現フレームの参照信号位置ｎｔとする（ステップＳ１０６）。

一方、受信信号のレベルが閾値未満の場合には（ステップＳ１０２でＮＯ）、参照信号位置決定部１３は、同一ユーザの過去の直近フレームの参照信号位置ｏｔを現フレームの参照信号位置ｎｔとする（ステップＳ１０３）。

参照信号位置決定部１３は、ステップＳ１０３、ステップ１０６およびステップＳ１０７で求めた現フレームの参照信号位置ｎｔを過去の直近フレームの参照信号位置ｏｔとして過去参照信号位置記憶メモリ１５に記憶する（ステップＳ１０８）。

次に、参照信号決定部１４は、現フレームの参照信号位置ｎｔを四捨五入した値ｎｎｔを求めて、参照信号ｒi,nnt（ｉ＝Ｓ〜Ｅ）をアダプティブアレイ受信処理部６へ出力する。アダプティブアレイ受信処理部６は、参照信号ｒi,nnt（ｉ＝Ｓ〜Ｅ）を用いてアダプティブアレイ受信処理を行なう（ステップＳ１０９）。

なお、上記の閾値ＴＨ１、ＴＨ２については、予めシミュレーションで得られた結果を用いることとする。

（効果）
以上のように、本実施の形態によれば、所望波の受信レベルおよび参照信号選択時の相関演算結果の値に応じて、参照信号の選択方法を適切に切替えることができる。

（変形例）
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、たとえば以下のような変形例も含む。

（１）相関演算
本実施の形態では、シンボル番号が３の箇所に配置されるＤＲＭＳを用いて相関を計算したが、これに限定するものではなく、式（３）のようにシンボル番号が１０の箇所に配置されるＤＲＭＳを用いて相関を計算してもよい。

ここで、ａi,10は、サブキャリア番号がｉで、かつシンボル番号が３の箇所に配置されるＤＲＭＳを表わす。

（２）移動平均
本発明の実施形態では、移動平均部は、加重移動平均値を計算したが、これに限定するものではない。参照信号候補位置ｔ０と過去の直近フレームの参照信号位置ｏｔの重みが等しい単純移動平均を計算してもよい。

（３）過去フレーム
本発明の実施形態では、過去フレームとして、過去の直近のフレームを用いたが、これに限定するものではなく、直近のフレーム以前のフレームであってもよい。

（４）相関値の正規化
本発明の実施の形態のステップＳ１０５において、最大相関値ＭＡＸＣと閾値ＴＨ２とを比較したが、最大相関値ＭＡＸＣを受信レベルまたは受信電力で除算した値と閾値とを比較することとしてもよい。

（５）位相
本発明の実施形態では、式（１）に示すように、位相を８種類としたが、これに限定するものではなく、位相をＭ種類（Ｍは２以上の自然数）することとしてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１無線基地局、２ａ，２ｂアンテナ、３ａ，３ｂＦＥ部、４ａ，４ｂＣＰ除去部、５ａ，５ｂＦＦＴ部、６アダプティブアレイ受信処理部、７信号処理部、８リソース割当部、９参照信号選択部、１０相関演算部、１１受信レベル検出部、１２参照信号候補決定部、１３参照信号位置決定部、１４参照信号決定部、１５過去参照信号位置記憶メモリ、１６移動平均部、１７参照信号候補記憶部。

Claims

所望波の受信レベルを計測する計測部と、
所望波の受信レベルが第１の閾値以上の場合に、受信信号に含まれる既知信号と複数の参照信号候補との相関演算を行ない、相関値に基づいて、前記複数の参照信号候補から参照信号を選択し、所望波の受信レベルが第１の閾値以上の場合に、前記相関値の最大値が第２の閾値未満のときには、過去に選択された参照信号の位相と、前記相関値が最大となる参照信号の候補の位相との移動平均値を計算し、前記移動平均値に基づいて、前記複数の参照信号候補から参照信号を選択する参照信号選択部と、
前記選択された参照信号を用いて、前記受信信号をアダプティブアレイ受信処理するアダプティブアレイ受信処理部とを備えた通信装置。
前記参照信号選択部は、前記移動平均値として加重移動平均値を計算する、請求項１記載の通信装置。
前記受信信号は、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式で送信される信号であり、
前記複数の参照信号候補は、式（１）で表わされるｒi,tである、

ただし、ＴはＳＣ−ＦＤＭＡシンボルの時間長、ＴｃｐはＣＰ（Cyclic Prefix）の時間長、ｊは虚数単位、ｉはサブキャリアの番号を表わし、ｔは位相位置を表わし、ｒi^orgはサブキャリア番号ｉのオリジナルの参照信号を表わす、請求項１記載の通信装置。
前記受信信号に含まれる既知信号は、復調レファレンス信号（Demodulation Reference Signal: DMRS）である、請求項３記載の通信装置。
前記通信装置は、
受信した信号の先頭から時間長Ｔｃｐ分を除去するＣＰ除去部と、
前記ＣＰ除去部から出力される信号をフーリエ変換するフーリエ変換部とをさらに備え、
前記参照信号選択部は、前記フーリエ変換部から出力される信号に含まれる既知信号と複数の参照信号候補との前記相関演算を行ない、
前記アダプティブアレイ受信処理部は、前記フーリエ変換部から出力される信号をアダプティブアレイ受信処理する、請求項４記載の通信装置。
所望波の受信レベルを計測するステップと、
所望波の受信レベルが第１の閾値以上の場合に、受信信号に含まれる既知信号と複数の参照信号候補との相関演算を行ない、相関値に基づいて、前記複数の参照信号候補から参照信号を選択し、所望波の受信レベルが第１の閾値以上の場合に、前記相関値の最大値が第２の閾値未満のときには、過去に選択された参照信号の位相と、前記相関値が最大となる参照信号の候補の位相との移動平均値を計算し、前記移動平均値に基づいて、前記複数の参照信号候補から参照信号を選択するステップと、
前記選択された参照信号を用いて、アダプティブアレイ受信処理するステップとを備える通信方法。