JP6103167B1 - 受信装置 - Google Patents

Abstract

この発明に関わる受信装置は、時間軸上と周波数軸上の少なくとも一方で信号の一部に重なりを有する複数の無線信号が移動体において受信された受信信号について、時間軸と周波数軸とを含む探索空間における複数の無線信号の探索範囲を移動体の位置と速度の情報に基づいて定める探索範囲制御部１０３と、探索範囲制御部が定めた受信信号の探索範囲において、複数の無線信号のそれぞれに含まれる無線フレームが受信された時間と周波数に関わる情報を生成する時間周波数検出部１０４と、時間周波数検出部が生成した時間と周波数に関わる情報に基づいて、受信信号を復調して無線フレームを取得する検波部１０５と、を備える。

Description

この発明は、無線信号を受信する受信装置に関わるものであり、特に、送信装置から無線で送信された時間軸上あるいは周波数軸上において重なりを生じる複数の送信信号を受信する受信装置の復調技術に関する。

無線通信システムにおいて受信装置が受信した無線信号の復調を正しく行うためには、一般的に受信する無線信号の周波数、時間（シンボルタイミング、フレームタイミング等）の同期が必要である。ここで、受信する無線信号が何らかの干渉を受けている場合には干渉成分を含んだ受信信号を復調する技術が必要となる。受信対象である同一の信号フォーマットを有する複数の無線信号が時間軸上あるいは周波数軸上で重なりを生じることで干渉が生じる場合に有効な受信技術として、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple Output）においてＢＬＡＳＴ（Bell Laboratory Layered Space-Time）などに使用されるＳＩＣ（Successive Interference Cancellation）に代表される干渉キャンセリングを行う方式（第一の技術）や重なりを生じている全ての信号を最尤推定する方式（第二の技術）がある。

この第一の技術、第二の技術は、送信された無線信号の周波数および時間が何等かの同期手法によって得られている場合に適用できる同期検波方式の一種である。また、第一の技術は、差動送信された信号を対象に非同期検波で復調するとしても、復調結果からレプリカを生成する際に周波数および時間の情報が必要である。

干渉発生時に受信対象の無線信号の周波数、時間を推定する技術として、ＧＦＳＫ（Gaussian-filtered Frequency Shift Keying）またはＧＭＳＫ（Gaussian-filtered Minimum Shift keying）信号を対象にした同期技術が開示されている（特許文献１）。しかし特許文献１は、受信対象の複数の無線信号が互いに干渉している場合にこれらの複数の無線信号を対象にそれぞれの時間と周波数を推定する方法について開示しない。例えば、移動する車両、航空機、衛星（以下、まとめて移動体と呼ぶ）等に搭載された受信装置が、周波数帯域を共用する複数の送信装置から送信された、必ずしも共通でない時間軸上あるいは周波数軸上の変移が生じた信号を受信する場合、複数の送信信号が互いに干渉することとなり、干渉の生じた信号を受信するためにそれぞれの送信信号の時間および周波数を推定する必要がある。このような場合には、プリアンブル等の同期用信号を用いて、時間、周波数シフトを加えた同期用信号と相関処理を行い、ピークを与えた時間、周波数を推定結果とする方式やＯＭＰ（Orthogonal Matching Pursuit）のようなスパースコーディングの手法により、時間、周波数、ペイロード情報を基底とし、それらの集合である辞書からいくつかの基底を選び出すことにより時間、周波数推定結果を得る方法が考えられる。

特開２０１３−４６３８２号公報

従来の受信装置の時間、周波数の推定技術は上述のようであったので、互いに干渉する複数の送信信号を受信する場合に、時間軸と周波数軸で構成される２次元の探索空間から復調で性能劣化が起こらない程度の分解能で時間と周波数の推定を行うには多大な計算量が必要になるとう問題があった。特に移動体が高速に運動してドップラー周波数変移が周波数偏差おいて支配的になる通信環境においては、探索空間が拡大することからこの問題が顕著であった。
この発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、互いに干渉する複数の無線信号を受信する受信装置であって、受信するそれぞれ無線信号の時間および周波数を推定に要する計算量を削減した受信装置を得ることを目的とする。

この発明に関わる受信装置は、移動体において受信された時間軸上と周波数軸上の少なくとも一方で信号の一部に重なりを有する複数の無線信号を含む１つの受信信号について、時間軸と周波数軸とを含む探索空間における複数の無線信号の探索範囲を移動体の位置と速度の情報に基づいて定める探索範囲制御部と、探索範囲制御部が定めた受信信号の探索範囲において、複数の無線信号のそれぞれに含まれる無線フレームが受信された時間と周波数に関わる情報を生成する時間周波数検出部と、時間周波数検出部が生成した時間と周波数に関わる情報に基づいて、受信信号を復調して無線フレームを取得する検波部と、を備える。

この発明は複数の無線信号が未知の時間軸上もしくは周波数軸上の偏差を持って到来する場合にも、時間および周波数の絞り込みを行うことにより評価関数で計算する時間および周波数の間隔を適切に制御することができるようになり、時間および周波数を推定に要する計算量を削減することができる。

この発明の実施の形態１に係る受信装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る受信装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る受信装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る受信装置における無線信号の受信について説明する模式図である。 この発明の実施の形態１に係る受信装置が受信するフレーム構成の一例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る受信装置の処理フローの一例を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る受信装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２に係る受信装置の処理フローの一例を示すフローチャートである。

以下、この発明を実施するための形態を、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面においては同一もしくは相当する部分に同一の符号を付している。

実施の形態１
図１は、この発明の実施の形態１に係る受信装置の機能構成の一例を示すブロック図である。受信器１０１は送信装置が送信した無線信号を受信するアンテナ（図示せず）を含む機器である。受信器１０１は無線信号を受信して電気信号で受信信号を生成して出力する。なお、受信器１０１は一般的な無線信号の受信装置が実施する、アンテナが受信した無線周波数帯域のＲＦ（Radio Frequency）信号をベースバンド信号に変換する処理などを実施して出力してもよい。ここで受信器１０１はドップラーなどで周波数変移した信号を表現するのに十分なサンプリングレートでサンプルされたデータ列を受信信号として出力するものとする。

位置管理部１０２は、移動体の位置に関する情報（位置情報）と速度に関する情報（速度情報）を管理する。位置情報、速度情報は例えばＧＰＳ（Global Positioning System）や慣性航法装置から取得する情報から得ることが可能である。位置管理部１０２はまた、受信器が備える受信アンテナの指向性の情報と位置情報、速度情報を処理することで受信信号のデータ列と関連付けられて時間および周波数の絞り込みに使用される絞り込み情報を生成する。探索範囲制御部１０３は、位置管理部１０２が生成する地理的な絞り込み情報に加えて、後述の解析部１０７が出力する解析情報を用いて時間と周波数の探索空間の制御を行う。

時間周波数検出部１０４では、時間変数τと周波数変数ｆに関わる評価関数ｇ（τ，ｆ）を生成し、その結果から受信信号に含まれる複数の送信信号それぞれの時間および周波数の情報（時間周波数情報）を生成する。検波部１０５は、受信器１０１が出力する受信信号と時間周波数検出部１０４が出力する時間周波数情報に基づいて受信信号に重畳された複数の送信信号に対応する信号を復調し、復調信号を出力する。

誤り検出部１０６はそれぞれの復調信号について誤り検出処理を実施する。データ解析部１０７は誤り検出処理済みの復調信号の解析を実施し、解析結果（解析情報）を探索範囲制御部１０３に出力する。また、誤り検出処理後の復調信号を受信データとして出力する。

図２はこの実施の形態の受信装置をＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の専用ハードウェアで実現した場合の構成例である。図２では、位置管理部１０２、探索範囲制御部１０３、時間周波数検出部１０４、検波部１０５、誤り検出部１０６、解析部１０７をＦＰＧＡ２０１で実現している。図２では位置管理部１０２が使用する位置情報を取得する機器の例としてＧＰＳ受信器３０１を合わせて示している。なお、前述の通り位置情報を取得する方法をこの発明は限定するものではないので、別の手段を用いて構成することも可能である。また、受信器１０１はアンテナを備えた無線信号の受信器である。

図３はこの実施の形態の受信装置をプロセッサとプロセッサ上で実行されるプログラムを用いて実現した場合の構成例である。位置管理部１０２、探索範囲制御部１０３、時間周波数検出部１０４、検波部１０５、誤り検出部１０６、解析部１０７の機能をプログラムによって構成し、メモリ２０２に記憶した当該プログラムをプロセッサ２０３が実行する。メモリ２０２はプロセッサ２０３の作業領域としても使用される。図２および図３に示した構成以外にもソフトウェアおよび専用ハードウェアを組み合わせた種々の構成が可能である。

なお、この発明の受信装置は必ずしも移動体に搭載される必要はない。受信器１０１を切り離し、移動体に搭載された受信器１０１が出力する信号を何らかの手段（無線通信、有線通信、ＲｏＦ（Radio on Fiber）およびこれらの組み合わせ等）で別の装置である受信装置に転送して時間周波数検出部１０４に入力するようにしてもよい。また同様に、位置管理部１０２についても、例えばＧＰＳを用いて現在位置や速度の取得を行う場合のＧＰＳ受信器など、移動体にて実施されることが必要な機能を除いて、本発明の受信装置から切り離して構成するようにしてもよい。本発明の受信装置が実際に受信信号を取得する移動体に実装されないとき、時間経過によって変動する位置管理部１０２で取得される位置情報や受信アンテナの指向性の情報と受信器１０１で取得される信号とで時刻同期が必要な場合は、双方にタイムスタンプをつけるなどの処理を行うようにすればよい。

次にこの実施の形態の受信装置の動作を説明する。ここでは図４に示すように、地表に存在する送信装置１５１と送信装置１５２が上空を移動する移動体１５３に対して非同期に周波数を共用する無線信号を送信する場合を例に説明する。移動体１５３はこの実施の形態に係る受信装置を備え、送信装置１５１と送信装置１５２が送信したそれぞれの信号を受信する。このとき、送信装置１５１と送信装置１５２が非同期に信号を送信するため、移動体１５３の受信装置が受信する信号は、送信装置１５１と送信装置１５２が送信した信号が時間軸上で重なった信号になる可能性がある。なお、送信装置１５１と送信装置１５２がＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式によりそれぞれの送信装置に割り当てられた異なるスロットに信号を送信したとしても、図４の矢印１６１と矢印１６２で示すように、移動体に信号が到達するまでの経路が異なることから、それぞれの経路長（Ｌ１およびＬ２とする）に依存した異なる伝搬遅延を生じて、２つの送信装置からの信号の一部が時間軸上で重なることが考えられる。

また、移動体１５３と送信装置１５１との位置関係と、移動体１５３と送信装置１５２との位置関係が異なる場合、送信装置１５１と送信装置１５２から送信された無線信号には異なる量のドップラー周波数変移が生じる。例えば図４において、移動体１５３が矢印１７１で示す方向に速度ｖで移動しており、移動体１５３と送信装置１５１を結ぶ線分（矢印１６１に相当）と移動体１５３の進行方向（矢印１７１）とのなす角がθであるとする。このとき、送信装置１５１と移動体１５３について、ドップラー現象に寄与する速度はｖｃｏｓθである。ここで、移動体１５３が送信装置１５２の鉛直方向にあるものとすると、送信装置１５１が送信した信号はドップラー周波数変移が０以上である一方、送信装置１５２が送信する信号はドップラー周波数変移が０である。移動体に到来する無線信号には、このようなドップラー現象による周波数変移の成分と、送信装置が用いる発振器に由来する周波数変移によって求まる周波数偏差が付加されることになる。このように複数の無線信号のそれぞれに異なる周波数変移が生じることで、これらの複数の無線信号の一部が周波数軸上で重なることが考えられる。

図５は送信装置１５１、送信装置１５２が送信する無線フレーム（送信データ）の構成の一例を示す。ここでは、図３に示すようにプリアンブル１８１、データペイロード１８２、誤り検出コード１８３で構成されるものとする。なお、図５の例では誤り検出コードとしてＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）を用いている。以下では、図５に示す構造のデータがＧＭＳＫ（Gaussian-filtered Minimum Shift keying）変調方式により比較的短時間持続するバースト信号で送信される場合を例に説明するが、この発明はこれらのフレーム構成、変調方式に限定されるものではない。

図６はこの実施の形態の受信装置の処理フローの一例を示すフローチャートである。なお、この実施の形態の受信装置は図４に示したフローチャートに限定されるものではなく、同等の結果が得られる限り、処理の順番を変更したり、並列化したりしても良い。初めに受信器１０１が移動体に送信された無線信号を受信して受信信号を取得する（Ｓ１００）。次に位置管理部１０２は移動体の位置、速度を取得する（Ｓ１０１）。次に、探索範囲制御部１０３が移動体の位置、速度、さらに受信アンテナの指向性の情報を元にドップラー周波数偏差と遅延量の代表的な値を取得し（Ｓ１０２）、ドップラー周波数偏差と遅延量の代表的な値と送信装置の発振器固有の周波数偏差および送信装置との距離に基づいて、受信信号からそれぞれの送信装置が送信した信号を探索する時間−周波数の探索空間の範囲を設定する（Ｓ１０３）。

次に、時間周波数検出部１０４が探索範囲制御部１０３によって設定された範囲内の各点で評価関数ｇ（τ，ｆ）を計算する（Ｓ１０４）。次に、検波部１０５が時間周波数検出部１０４で求められた評価関数値と受信器１０１が出力する受信信号により検波処理を実行し復調結果のデータ列を生成する（Ｓ１０５）。次に誤り検出部１０６がＣＲＣによるエラーチェックを行う（Ｓ１０６）。次に、解析部１０７は誤り検出部１０６の誤り検出結果と、検波部１０５が生成した復調結果のデータ列から探索範囲制御部１０３が行う探索空間範囲の設定に利用できる送信装置の位置情報と速度情報など（送信装置情報）を取り出すデータ解析を行う（Ｓ１０７）。

以下に上述のＳ１００−Ｓ１０７の処理の詳細について説明する。Ｓ１００は送信機１５１、送信機１５２が送信した無線信号を受信する処理である。移動機１５３が備えるアンテナが送信機１５１、送信機１５２が送信した無線信号を受信し、あらかじめ定められたサンプリングレートでサンプリングされたデータ列として受信信号を生成する。Ｓ１０１の処理は移動体の位置、速度の情報を取得する。上述の通り、ＧＰＳ等の既存の技術を用いることにより位置情報、速度情報は容易に得ることが可能である。Ｓ１０１の処理で現在時刻などその他の情報を取得してもよい。

次にＳ１０２の処理について説明する。移動体の位置情報と受信アンテナの指向性の情報から、受信信号に含まれる無線信号を送信した送信装置が存在する範囲は次に示すように推定することができる。例えば、図４のように上空にある移動体から地表にある送信装置を見下ろす場合であれば、送信装置に対する俯角と送信装置までの距離の範囲を計算することができる。このように送信装置が存在する可能性のある範囲を特定することで、想定されるドップラー周波数偏差と伝搬遅延量を求めることが可能である。

また、無線信号を受信することが想定される範囲が地上と海上の双方を含む場合で、いずれかにのみ送信装置が存在することが分かっている場合には、地図情報を用いることで送信装置が存在しない場所から無線信号が送信された場合に対応するドップラー周波数偏差、遅延量を除外することも可能である。なお、受信アンテナの指向性の情報、地図情報などはあらかじめ取得しておけばよい。

Ｓ１０３の処理では、Ｓ１０２の処理で求めたドップラー周波数偏差と発振器固有の周波数偏差の情報から受信信号において想定される周波数の変移幅を求め、求めた変移幅とＳ１０２の処理で求めた伝搬遅延量の幅から、時間−周波数の２次元空間において受信信号から各送信装置が送信した信号を探索する範囲を設定する。なお、発振器固有の周波数偏差の情報は、通信システムで設計された発振精度の情報の他に、受信したい対象の送信機が決まっている場合、過去に対象装置から送信された信号の復調に使用した周波数偏差情報を使用してもよい。また、ＴＤＭＡ方式では時分割多重の基準時刻が必要であるが、通信システムがＧＰＳで時刻同期をしていればＧＰＳにより基準時刻を得ることが可能であるし、その他、時刻情報が必要であれば適用する通信システムに応じて時刻情報の取得を行うようにすればよい。また、ＧＰＳを使用する方法以外にも、決まった時刻に送信されるビーコン等の信号を受信することで基準時刻を得る方法も考えられる。

さらに、Ｓ１０３の処理では復調対象の受信信号から抽出した情報を探索範囲の制御に利用することができる。たとえば、送信装置が送信した送信フレームのペイロード内に送信装置の位置情報、速度情報や送信装置固有に割り振られた識別符号が含まれている通信システムにおいて、誤り検出部１０６で誤りがないと判定された受信フレームを対象に解析部１０７がデータ解析を行った結果から、送信装置の地理情報（位置情報、速度情報に加え、送信装置固有に割り振られた識別符号を含んでもよい）と、当該受信フレームの復調において使用した同期情報、すなわち時間周波数検出部１０４がＳ１０４の処理で求めた同期用の遅延、周波数に関する情報と、この受信フレームを受信した際の位置管理部１０２が取得した移動体の地理情報（位置情報、速度情報、指向性アンテナの受信ビーム方向など）のデータとからなる３種の情報のセットをまとめて保存する。これにより、移動体がある送信装置から信号を受信したときの移動体と送信装置の両者の位置情報と、同期に使用した時間周波数情報からなるデータベースを作成できる。

移動体が移動して、他の時刻に再度同様の条件の位置情報、速度情報、アンテナ指向性方向で無線信号を受信する場合には、データベースから類似した条件での過去のデータをとりだし、記録されているドップラー周波数付近で受信が可能と判断することができ、当該同期情報に基づいた探索範囲の絞りこみが可能になる。十分にデータベースに情報が蓄積されている場合、位置管理部１０２からのデータを直接的に探索範囲決定に使用せず、データ解析部１０７の解析結果から得られた位置情報と速度情報に基づくデータベースを用いて間接的に探索範囲の設定をするようにしてもよく、両者を組み合わせて使用してもよい。

Ｓ１０４の処理では、評価関数ｇ（τ，ｆ）を求め、その結果から受信信号に含まれる複数の送信機からの送信信号に関する時間周波数情報を生成する。この処理の具体例として既知系列であるプリアンブルパターンを使用する方法がある。プリアンブルの開始タイミング（遅延量に相当）を時間変数τ、周波数（もしくは周波数偏差）を周波数変数ｆとしてτとｆを変更したパターン信号ｐ（τ，ｆ）を生成し、生成したパターン信号ｐ（τ，ｆ）と受信信号とのあいだ相関特性を取得する。これにより異なる遅延量、周波数偏差ごとの受信信号とパターン信号ｐとの相関値を得ることができ、得られた相関値が評価関数ｇの各要素となる。Ｓ１０４では評価関数ｇがピークを与える遅延量、周波数を時間周波数情報として出力する。

評価関数ｇを求めるとき、変数であるτ，ｆを変更するステップ幅を後段の検波部１０５が要求される受信性能を満たすように設定する必要がある。しかし、必要なステップ幅で全ての変数τ，変数ｆの組み合わせについて評価関数ｇの値を求めるには多大な計算コストが必要になることから、Ｓ１０３の処理により探索範囲の制限をする。

既知系列との相関を求める処理における既知パターンは、理想的には遅延時間方向に対して自己相関が単一のピークをもち、周波数方向のシフトに対してもピーク位置から急峻に相関特性が減衰するパターンを使うことが望ましい（レーダあいまい度関数などの形で評価される）が、あいまい度関数が不完全であるために評価関数がピークからずれたτ、ｆに対して緩やかに減衰していく場合、その性質を利用して計算量を削減することも可能である。すなわち評価関数ｇが連続関数であってピーク値を与えるτ、ｆからいくらか離れたτ、ｆでも評価関数ｇがある程度の大きさを与えることが期待できる場合、ある変数τ，ｆに対する評価関数値がしきい値を下回る場合、その近辺では大きい評価関数値は得られないと推測でき、評価関数ｇを求める際の変数τ、変数ｆのステップ幅を適応的に粗く制御することで計算量を削減できる。

これは、交番パターンなどをプリアンブルに使用するあいまい度関数の広がりの大きいシステムにおいて特に有効である。なお、評価関数として相関特性以外のレプリカ減算による電力削減量などを用いた場合であっても、ピーク値から外れたときの関数値の裾の幅が広い特性が期待できるものであれば、相関特性の場合と同様に計算量を削減することが可能である。

なお、評価関数ｇとして例えばＯＭＰ（Orthogonal Matching Pursuit）のようなスパースコーディングの手法を適用することも可能である。たとえば、ある周波数（周波数変数ｆ）である時刻（時間変数τ）に図５に示すフレームが到来していると仮定して、プリアンブルとそれに続くデータペイロード部分のレプリカを生成し、受信信号からレプリカを差し引いて得られる受信電力の減衰量を評価関数ｇ（τ，ｆ）と設定してもよい。ここで、データペイロード部分のレプリカの生成は、仮の復調処理を行って送信された系列を求めることが考えられる。なお、仮の復調処理は時刻τ、周波数ｆについて行う同期検波でもよいし、あるいは遅延検波方式やＦＳＫ（Frequency Shift Keying）で使用されるディスクリ検波方式で行ってもよい。この他に、受信したい対象の送信装置がわかっており、装置の固有識別番号が使用できる場合や、同じ地域から時間的に継続して無線信号を受信する場合、過去に受信成功した受信信号からレプリカを生成してもよい。送信装置が位置情報などを報知するシステムでは、移動しない限りペイロードも大きく変動しないため過去の受信データをプリアンブルと同様に取り扱うことで、レプリカ生成のための演算量を低減することができる。また、広い周波数偏差に対応するために高いオーバサンプリングレートで受信器１０１からの受信信号が生成されている場合、受信信号にはサンプルレート帯域幅に比例した電力をもつ熱雑音が含まれる。このような場合、周波数ｆを中心とした帯域制限処理を行った後に相関処理やレプリカ減算を行って評価関数ｇ（τ，ｆ）を求めるようにしてもよい。帯域制限によって信号対雑音電力比を改善し、評価関数に対する雑音の影響を軽減することができるようになる。

また、差動符号化を用いる変調方式の場合などでは送信系列を直接求める代わりに、たとえばＧＭＳＫであればＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）のような４個の候補点からなる受信コンステレーションが得られる特性を利用して、信号点配置図上の４候補点のどこに信号があるかを判定するように構成して、レプリカ生成を行ってもよい。

なお、時間周波数検出部１０４はＳ１０４の処理で、受信信号に含まれるフレームの個数分の時間周波数情報を出力することが要求されるが、一つ目の時間周波数情報を出力した際に、それと対応したレプリカを復調処理（もしくは仮の復調処理）で求めて受信信号から減算し、減算した結果を新たな受信信号として再度ｇ（τ，ｆ）を生成し直して２つめ以降のフレームの時間周波数情報を出力するようにしてもよい。また、仮の復調処理の中で、データペイロードの中身を解析するようにしてもよい。

Ｓ１０５の処理では、Ｓ１００の処理で取得された受信信号について、Ｓ１０４の処理で得られる時間周波数情報に基づいて当該受信信号に含まれる複数の信号を復調し、送信装置から送信された１つ以上のフレームを取得し、受信フレームとして出力する。Ｓ１０５の処理では取得した受信フレームの個数を計数し、受信したフレームの個数があらかじめ定められたしきい値を超えるまでフレームの取得を実施する。なお、フレーム取得の終了条件としては、受信したフレームの個数による判断に代えて、復調処理や評価関数計算で行う干渉キャンセル処理後の残留受信電力が、雑音や他のシステムから到来する干渉電力と比較して十分に残留受信電力が小さい場合に処理を終了するなどとしてもよい。

なお、ここでは同期検波を行うこととするが、その他、ＳＩＣ（Successive Interference Cancellation）やビタビアルゴリズムを適用した最尤推定法を組み合わせるなど、対象である通信システムに適した既存の復調処理を実施すればよい。なお、ＳＩＣを用いる場合は、Ｓ１０６で求められるＣＲＣエラーが検出されない場合に限定して干渉キャンセル処理を行うように構成してもよい。

Ｓ１０５の処理で取得した受信フレームは次のＳ１０６の処理に渡される。なお、受信フレームに復調処理で使用した時間と周波数の情報を付加して渡すようにしてもよい。

Ｓ１０６の処理では、Ｓ１０５で取得された受信フレームについてＣＲＣによるエラーチェックを行い、エラーチェック結果と対応するエラーチェック後の受信フレームをデータ解析部１０７に出力する。ここで、誤り検出部１０６に入力する受信フレームとして軟判定状態のビット列データを入力し、エラー検出時に軟判定の尤度が小さいビットから反転するなどして再度ＣＲＣ計算を行うことでエラー訂正を行えるように構成してもよい。

Ｓ１０７の処理は送信装置から送信されフレーム内（例えばデータペイロード内）に、次以降の受信におけるＳ１０３の処理で活用できる情報が含まれる場合に行う。ここでＳ１０３の処理に活用できる情報とは前述の通り、送信装置の位置情報、速度情報、送信装置固有の識別符号など（送信装置情報）である。Ｓ１０７の処理では、エラーチェック後のフレームデータの意味情報を解析し、取得した送信装置情報と対応するフレームの復調に用いた時間周波数情報を出力する。また、エラーチェック後のフレームを受信データとして出力する。このとき、検波部１０５で使用した遅延量と送信装置情報とを対応付けることにより、送信装置がＴＤＭＡを用いる通信システムではタイムスロットの伝搬遅延の影響に関する情報も生成することが可能である。継続して移動体が同じ地域からの信号を受信する場合、移動体の受信器１０１は同じ送信装置からの信号（フレーム）を間欠的に受信する。このとき、同じ送信装置から受信した複数のフレームのタイムスロットの基準時間からの遅延量はほぼ同じになると想定できる。したがって受信装置では、送信装置と同様の方法で定めたタイムスロットの基準時間に対し、過去の受信信号で得た遅延時間付近で評価関数の計算や復調処理を行うことで計算量を削減することが可能となる。また、同時に送信装置情報を使うことで、上述したレプリカ生成に過去の受信信号を使用する処理も行うことが可能となる。

以上のように、この実施の形態の受信装置によれば、移動体の位置情報あるいは速度情報等を用いて、受信信号に複数の重畳された複数の送信信号を探索する時間と周波数の二次元の探索空間の範囲を制限するようにしたので、複数の送信信号が時間軸上あるいは周波軸上で不特定の重なりを生じて移動体に到来する場合にも、受信する送信信号のタイミングおよび周波数の探索にかかる計算コスト削減して効率的に送信装置が送信したデータを抽出することができる。計算資源を効率よく使用できるため、より多数のデータを短時間に取得することが可能になる。

以上の説明では、時間と周波数の二次元空間を探索空間としたが、通信方式の仕様に依存してその他のパラメータの推定が必要になる場合には、必要なパラメータを探索空間の次元に加えてもよい。たとえば、ＧＭＳＫ変調方式の変調指数や、フィルタ帯域幅（帯域幅時間積：ＢＴ積）に関しても推定が必要である場合、それらの値も探索空間に加えて処理してもよい。なお、演算コスト削減のために、たとえば、まず時間周波数だけを上記の説明の方法である範囲で絞り込んだ後、複数のＢＴ積で評価関数を計算して評価関数のピークを与えた時間・周波数・ＢＴ積を推定するような構成としてもよい。以上の処理により、送信信号のパラメータばらつきに起因する受信品質の劣化を防ぐことができる。

実施の形態２
次に、ビームフォーミングなどの受信指向性制御により受信対象の通信領域を制御する受信装置にこの発明を適用する場合の実施の形態を説明する。図７はこの実施の形態に係る受信装置の機能構成の一例を示すブロック図である。図１に示した受信装置の機能構成に対して、受信器１０１の後段にフィルタ１０８を備える点と誤り検出部１０５でエラー検出をしなかったフレームがフィルタ１０８にフィードバックされる点が異なる。なお、この実施の形態では受信器１０１は複数の受信アンテナ（図示せず）を備え、それぞれの受信アンテナにより無線信号を並列に取得し、取得した各信号をフィルタ部１０８に出力するものとする。なお、この実施の形態の受信装置は、図１に示した受信装置と同様のハードウェア構成により実現することが可能である。

次に動作を説明する。図８はこの実施の形態の処理フローの一例を示すフローチャートである。受信器１０１は複数の受信アンテナで取得したそれぞれの信号をフィルタ１０８に出力する（Ｓ２００）。Ｓ２００の処理は複数のアンテナについて処理をする点を除いてＳ１００と同様である。

フィルタ１０８は、受信器１０１から入力される複数の信号に対応した受信指向性を特定の方向に制御する重み係数（ウェイト）を生成し、それぞれの信号に重みづけを行って加算した加算信号を生成するビーム生成処理を行う（Ｓ２０１）。次に、フィルタ１０８は誤り検出部１０５からフィードバックされた正常に受信したフレームがある場合に、当該フレームのデータ列、その際に使用した同期情報（時間、周波数）、復調時に用いたビーム生成のための重み係数を用いて、当該フレームのレプリカを生成し、加算信号から減算する既知信号キャンセル処理を実施する（Ｓ２０２）。そしてレプリカの減算後の加算信号は受信信号として時間周波数検出部１０４に入力される。なお、Ｓ２０２の処理はフィードバックされたフレームが無い場合には実施しなくてもよい。また、Ｓ２０２の処理では、受信したフレームに関わる干渉の影響が小さいと判断される（重み係数により判断）場合は、減算処理を行わなくてもよい。

時間周波数検出部１０４に入力された受信信号を対象にして、位置情報管理部１０２、探索範囲制御部１０３、時間周波数検出部１０４、検波部１０５、誤り検出部１０６、解析部１０７が復調処理を実施する（Ｓ２０３）。このＳ２０３は図６に示したＳ１０１−Ｓ１０７の処理に相当する処理である。

Ｓ２０３の処理の後、フィルタ１０８は残留信号判定を行う（Ｓ２０４）。Ｓ２０４の処理において残留信号が無いと判定する判定基準の例としては、ある時刻の受信信号からあらかじめ定めた個数以上の受信信号を復調した場合であるとか、復調成功した信号のレプリカを生成して、受信信号から減算していったときに残留する受信電力が定められたしきい値を下回った場合であるとか、直近の復調処理で新たにフレームを受信しなかった場合などが考えられる。

Ｓ２０４の処理で残留信号が無いことを判定した場合、フィルタ１０８は新規に加算信号の生成を行わず、処理が終了する。一方、残留信号がある場合にはＳ２０１の処理で別の加算信号を生成し、Ｓ２０３以降の処理を再度実施する。

複数受信アンテナにより受信した複数の信号を用いて、受信指向性を変更しながら変更しながら復調処理を行う際には、受信指向性を狭い領域に絞り込めない場合に重複した領域に複数回受信指向性を向けることになり、受信処理済みの既知のフレームの信号が加算信号に混ざっている可能性があるが、既知の信号をＳ２０２の処理により復調処理で使用した時間周波数情報を用いてキャンセルすることで、未復調の信号の受信品質を改善することができる。

以上のように、この発明に関わる受信装置は時間および周波数において重なりを生じて到来する複数の送信信号を受信した受信信号から、少ない計算コストでそれぞれの送信信号に含まれたデータを抽出して受信データを生成できるので、移動する車両、航空機、衛星などの移動体が受信した無線信号を処理する装置として有用である。

１０１ 受信器、１０２ 位置管理部、１０３ 探索範囲制御部、１０４ 時間周波数検出部、１０５ 検波部、１０６ 誤り検出部、１０７ 解析部、１０８ フィルタ、１５１ 送信装置、１５２ 送信装置、１５３ 移動体、１８１ プリアンブル、１８２ データペイロード、１８３ 誤り検出コード、２０１ ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、２０２ プロセッサ、２０３ メモリ、３０１ ＧＰＳ受信器。

Claims (4)

1. 移動体において受信された時間軸上と周波数軸上の少なくとも一方で信号の一部に重なりを有する複数の無線信号を含む１つの受信信号について、時間軸と周波数軸とを含む探索空間における前記複数の無線信号の探索範囲を前記移動体の位置と速度の情報に基づいて定める探索範囲制御部と、
   前記探索範囲制御部が定めた前記受信信号の前記探索範囲において、前記複数の無線信号のそれぞれに含まれる無線フレームが受信された時間と周波数に関わる情報を生成する時間周波数検出部と、
   前記時間周波数検出部が生成した時間と周波数に関わる情報に基づいて、前記受信信号を復調して前記無線フレームを取得する検波部と、
   を備えることを特徴とする受信装置。
2. 前記検波部で取得された無線フレームを解析する解析部を備え、
   前記無線フレームは当該無線フレームを送信した送信装置の位置情報を含み、
   前記探索範囲制御部は、前記解析部の解析の結果得られる前記送信装置の位置情報と当該位置情報に対応する無線フレームを受信した際の前記移動体の位置と速度の情報と当該無線フレームを復調した際の前記時間と周波数に関わる情報とを対応付けて記憶し、当該記憶した情報に基づいて前記探索範囲を定める、
   ことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 前記時間周波数検出部は、
   時間と周波数を変数とする評価関数であって、前記変数の変化に応じて連続的に関数値が変化する評価関数を用いて前記時間と周波数に関わる情報を生成し、
   前記評価関数の値に応じて前記評価関数を求める際の時間と周波数の変化幅を適応的に制御する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の受信装置。
4. 複数のアンテナで受信された信号をビームフォーミングで合成して受信指向性の異なる複数の前記受信信号を生成するフィルタを備え、
   前記フィルタは、前記複数の受信信号のいずれかを復調して得られた前記無線フレームに基づいて生成されたレプリカを前記ビームフォーミングで合成した加算信号から減算して他の前記受信信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に受信装置。

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