JP6685462B2 - 受信装置及び無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の受信アンテナを備えた受信装置及び無線通信システムに係り、特に最 適なアンテナ組み合わせを選択して、伝送品質の劣化を防ぐことができる受信装置及び無 線通信システムに関する。

［先行技術の説明］
無線伝送装置や伝送システムは、ディジタル変調された信号を伝送する技術であるディ ジタル伝送システムの普及に伴い、アナログ伝送に比べてより多くの情報量を伝送するこ とが可能となった。

近年、所要伝送レートの増加に伴い、送信機と受信機に複数のアンテナを用いて、伝送 レートを向上させる信号処理技術としてＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）が ある。

ＭＩＭＯは、送信側で送信データ（ストリーム）を複数の信号（サブストリーム）に分 割し、サブストリームを複数のアンテナから同時に送信させ、受信側において複数の受信 アンテナに受信させる。
各アンテナで受信された信号は、それぞれの送信アンテナからのサブストリームが互い に干渉しているが、サブストリームを分離検出することで伝送レートの増加を実現してい る。

複数の受信地点で受信し、各受信アンテナの受信信号を制御局に集約してＭＩＭＯ信号 検出を行う分散型のアンテナシステムでは、受信処理に要する演算規模等の制約により、 ＭＩＭＯ復調に使用する受信アンテナを選択する必要がある。
従って、各地点での受信アンテナの受信信号から、ＭＩＭＯ復調後の受信特性が高くな る組み合わせのアンテナを選択することでビット誤り率の少ない通信を実現することが望 ましい。

従来、アンテナの組み合わせを選択する方法として、受信側で計測した受信電力、受信 ＣＮＲ（Carrier to Noise Power Ratio：搬送波電力対雑音電力比）等の指標が一般的に 用いられている。

また、双方向の無線システムにおいて、フィードバック送信に用いる送信アンテナを選 択する必要がある場合、例えば、複信方式が時分割多重（Time Division Duplex）方式な らば、伝搬路の双対性を利用して、上述したＣＮＲに基づいた受信アンテナの組み合わせ と同じ組み合わせを送信アンテナとして選択する方法がある。

尚、ＭＩＭＯ伝送システムにおいては、アンテナ相関が高い環境では、受信信号の分離 検出が困難となるため、伝送品質が劣化することが知られている。

［関連技術］
尚、アンテナ組み合わせ選択に関する従来技術としては、特開２０１２−１１４７００ 号公報「分散アンテナシステム、分散アンテナ切替方法、基地局装置及びアンテナスイッ チ装置」（株式会社日立製作所、特許文献１）、国際公開第２００９／０８１８６０号公 報「無線通信システム、受信装置、受信方法」（横枕一成他、特許文献２）、特開２０１ ０−８７７０７号公報「送受信システム及び移動通信方法」（シャープ株式会社、特許文 献３）、原田啓介他「地上伝送路特性を考慮した誤り制御」、映像情報メディア学会年次 大会予稿集（１９９８）（非特許文献１）がある。

特許文献１には、受信電力が大きい順に分散アンテナのグループをアンテナクラスタと して選択し、選択後の受信信号に対して、ＭＩＭＯ信号検出を行う技術が開示されている 。
特許文献２には、受信装置において、伝搬路による歪を補償する等化部と、誤り訂正を 行う復号部とが処理を繰り返して符号化前のデータの検出を行う際に、相互情報量を用い て符号化率及び変調方式を選択する技術が記載されている。

特許文献３には、等化後の受信信号から送信ビットの信頼性から相互情報量を算出し、 相互情報量に基づいて変調方式又は符号化率を設定し、送信装置に通知する技術が記載さ れている。
非特許文献１には、マルチパス及び同一チャネル妨害が存在する伝送路条件に適応した 誤り制御の検討が記載されている。

特開２０１２−１１４７００号公報 国際公開第２００９／０８１８６０号公報 特開２０１０−８７７０７号公報

原田啓介他「地上伝送路特性を考慮した誤り制御」、映像情報メデ ィア学会年次大会予稿集（１９９８）

しかしながら、従来の受信装置及び無線通信システムでは、受信電力や受信ＣＮＲに基 づいてアンテナ組み合わせを選択した場合に、アンテナ相関の高い組み合わせを選択して しまい、ビット誤り率が劣化することがあるという問題点があった。

また、双方向の無線システムにおいて、受信装置で選択したアンテナを送信アンテナに 用いる場合、伝搬路の双対性により、フィードバック送信の伝搬路もアンテナ相関が高く なる。
そのため、受信側でアンテナ相関の高い組み合わせを選択した場合には、フィードバッ クの際にもビット誤り率が劣化してしまうという問題が生じる。

本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、アンテナ相関を考慮して最適なアンテナ組 み合わせを選択し、ビット誤り率の劣化を防ぐことができる受信装置及び無線通信システ ムを提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、複数の受信アンテナを備えた受信装置 であって、複数の受信アンテナにおけるアンテナの組み合わせ毎に、複数の受信アンテナ の受信信号から得られる誤り訂正符号化の符号化ビットに対する対数尤度比を算出する復 調部と、アンテナの組み合わせに対応する対数尤度比に基づいて平均相互情報量を算出す る相互情報量算出部と、平均相互情報量が最大となるアンテナの組み合わせを特定する判 定情報を出力するアンテナ組み合わせ選択部と、判定情報に基づいて、特定されたアンテ ナの組み合わせに対応する対数尤度比を選択する信号選択部と、選択された対数尤度比を 復号する復号部とを備えたことを特徴としている。

また、本発明は、上記受信装置において、複数の受信アンテナにおける受信信号毎に、 干渉波成分を含む信号成分を検出する干渉検出部と、干渉検出部で検出された信号成分を 消失させる処理を行う消失訂正部とを備え、干渉検出部及び消失訂正部が、復調部の前段 に設けられている場合には、受信信号について処理を行い、干渉検出部及び消失訂正部が 、復調部の後段に設けられている場合には、復調部から出力される対数尤度比について処 理を行うことを特徴としている。

また、本発明は、無線通信システムにおいて、入力された情報ビットに対して誤り訂正 符号化を行って符号化ビットを生成し、前記符号化ビットをディジタル変調して送信する 送信装置と、上記受信装置とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、複数の受信アンテナを備えた受信装置であって、複数の受信アンテナ におけるアンテナの組み合わせ毎に、複数の受信アンテナの受信信号から得られる誤り訂 正符号化の符号化ビットに対する対数尤度比を算出する復調部と、アンテナの組み合わせ に対応する対数尤度比に基づいて平均相互情報量を算出する相互情報量算出部と、平均相 互情報量が最大となるアンテナの組み合わせを特定する判定情報を出力するアンテナ組み 合わせ選択部と、判定情報に基づいて、特定されたアンテナの組み合わせに対応する対数 尤度比を選択する信号選択部と、選択された対数尤度比を復号する復号部を備えた受信装 置としているので、伝搬路のアンテナ相関や空間多重数の影響を反映したアンテナの組み 合わせを選択して復号することができ、ビット誤り率の劣化を防ぐことができる効果があ る。

また、本発明によれば、複数の受信アンテナにおける受信信号毎に、干渉波成分を含む 信号成分を検出する干渉検出部と、干渉検出部で検出された信号成分を消失させる処理を 行う消失訂正部とを備え、干渉検出部及び消失訂正部が、復調部の前段に設けられている 場合には、受信信号について処理を行い、干渉検出部及び消失訂正部が、復調部の後段に 設けられている場合には、復調部から出力される対数尤度比について処理を行う上記受信 装置としているので、干渉信号の影響が大きく信頼性の低いサブキャリアの信号を復号し ないようにして、受信特性を改善することができる効果がある。

本送信装置の構成ブロック図である。 第１の受信装置の構成ブロック図である。 第２の受信装置の構成ブロック図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る受信装置（本受信装置）及び無線通信システム（本無線通信 システム）は、複数のアンテナを備える受信装置において、復調部が、アンテナの組み合 わせ（アンテナ組み合わせ）毎の受信信号から誤り訂正符号化の符号化ビットに対する対 数尤度比（以下、「符号化ビットＬＬＲ（Log Likelihood Ratio）」とする）を算出し、 相互情報量算出部が、当該符号化ビットＬＬＲについて相互情報量を算出し、平均化して 平均相互情報量を求め、信号選択部が、平均相互情報量が最大となるアンテナの組み合わ せに基づいて復調信号を選択し、復号部が、選択された復調信号を復号するものであり、 平均相互情報量により伝搬路のアンテナ相関や空間多重数の影響を反映した組み合わせを 選択することができ、ビット誤り率の劣化を防ぐことができるものである。

また、本発明の実施の形態に係る受信装置及び無線通信システムは、復調部の前段に干 渉検出手段と消失訂正手段とを備え、干渉検出手段が、受信信号について干渉波が混入し ているサブキャリアを検出し、消失訂正部が、当該サブキャリアの被干渉電力が閾値より 大きい場合には当該サブキャリアの信号を消失させるものであり、信頼性の低いサブキャ リアを復号対象から除外して、受信特性の劣化を防ぐことができるものである。

［実施の形態に係る無線通信システム］
本発明の実施の形態に係る無線通信システムは、送信装置と受信装置共に２本以上のア ンテナを有するＭＩＭＯ伝送システムである。
送信側では、データストリームを２本のサブストリームに分割し、各サブストリームを ２本のアンテナからそれぞれ送信する。
以下、送信アンテナ２本、受信アンテナ３本で構成されるＭＩＭＯ伝送システムにおい て説明を行うが、送信アンテナ２本以上、受信アンテナ３本以上で構成されるＭＩＭＯ伝 送システムや、受信装置のみが３本以上の複数アンテナを有するＳＩＭＯ（Single Input Multiple Output）伝送システムにおいても適用可能である。

［実施の形態に係る送信装置の構成：図１］
本発明の実施の形態に係る送信装置（本送信装置）について図１を用いて説明する。図 １は、本送信装置の構成ブロック図である。本送信装置は、後述する第１の受信装置又は 第２の受信装置と組み合わせて用いられ、本無線通信システムを構成する。
図１に示すように、本送信装置は、符号化部１００と、インタリーバ１０１−１，１０ １−２と、変調部１０２−１，１０２−２と、ＲＦ（Radio Frequency：無線）部１０３ −１，１０３−２と、アンテナ１０４−１，１０４−２とを備えている。

符号化部１００は、入力された情報ビットに誤り訂正符号化を施して符号化ビットを出 力する。
インタリーバ１０１−１，１０１−２は、符号化ビットに異なる並び替え処理を行う。
変調部１０２−１，１０２−２は、符号化ビットにディジタル変調処理を施す。
ＲＦ部１０３−１，１０３−２は、入力されたベースバンド信号を搬送周波数帯にアッ プコンバートする。
アンテナ１０４−１，１０４−２は無線信号を送出する。

本送信装置の動作について簡単に説明する。
本送信装置では、送信対象となる情報ビット列が、符号化部１００に入力され、符号化 部１００で誤り訂正符号化が施されて、符号化ビットがインタリーバ１０１−１，１０１ −２で並び替え処理を施され、変調部１０２−１，１０２−２で変調処理が施される。
そして、ＲＦ部１０３−１，１０３−２でベースバンド信号から搬送周波数帯にアップ コンバートされ、アンテナ１０４−１，１０４−２から無線信号として送出される。

［第１の実施の形態に係る受信装置の構成：図２］
次に、本発明の第１の実施の形態に係る受信装置（第１の受信装置）について図２を用 いて説明する。図２は、第１の受信装置の構成ブロック図である。
図２に示すように、第１の受信装置は、受信系統１、受信系統２、受信系統３を備えた ＭＩＭＯ受信装置である。

具体的には、第１の受信装置は、アンテナ１１（１１−１，１１−２，１１−３）と、 ＲＦ部１２（１２−１，１２−２，１２−３）と、復調部１３（１３−１，１３−２，１ ３−３）と、デインタリーバ１４（１４−１，１４−２，１４−３，１４−４，１４−５ ，１４−６）と、ＭＵＸ（Multiplexer：マルチプレクサ）部１５（１５−１，１５−２ ，１５−３）と、相互情報量算出部１６（１６−１，１６−２，１６−３）と、アンテナ 組み合わせ選択部１７と、信号選択部１８と、復号部１９と、硬判定部２０とを備えてい る。

第１の受信装置の各部について説明する。
［アンテナ１１］
アンテナ１１は、搬送波周波数帯の無線信号を受信する。
アンテナ１１−１は受信系統１用、アンテナ１１−２は受信系統２用、アンテナ１１− ３は受信系統３用のアンテナである。

［ＲＦ部１２］
ＲＦ部１２は、アンテナ１１で受信した搬送波周波数帯の信号をベースバンド信号にダ ウンコンバートする。
ＲＦ部１２−１は、アンテナ１１−１で受信した無線信号から受信信号Ｙ₁を得る。
同様に、ＲＦ部１２−２は、アンテナ１１−２で受信した無線信号から受信信号Ｙ₂を 、ＲＦ部１２−３は、アンテナ１１−３で受信した無線信号から受信信号Ｙ₃を得る。
添え字の１，２，３はそれぞれ、受信系統１、受信系統２、受信系統３であることを示 している。

［復調部１３］
復調部１３は、アンテナ組み合わせに対応した２系統の受信信号を入力し、それぞれの 系統について符号化ビットＬＬＲ（Log Likelihood Ratio：対数尤度比）を算出する。第 １の受信装置は３つの受信系統を備えているため、３通りの受信系統の組み合わせ（アン テナ組み合わせ）がある。
ここで、符号化ビットとは、誤り訂正符号化後のビットを示す。これに対し、誤り訂正 符号化前のビットは情報ビットと称する。
また、符号化ビットＬＬＲは、当該ビットが“０”である尤度と“１”である尤度の比 の対数で定義される。

復調部１３−１は、アンテナ組み合わせ１（アンテナ１１−１とアンテナ１１−２）に 対応し、受信信号Ｙ₁とＹ₂が入力され、受信信号Ｙ₁について符号化ビットＬＬＲ（Ｌ_p,1
^E(1)）を算出し、受信信号Ｙ₂について符号化ビットＬＬＲ（Ｌ_p,2 ^E(1)）を算出する。

また、復調部１３−２は、アンテナ組み合わせ２（アンテナ１１−１とアンテナ１１− ３）に対応し、受信信号Ｙ₁とＹ₃が入力され、受信信号Ｙ₁について符号化ビットＬＬＲ （Ｌ_p,1 ^E(2)）を算出し、受信信号Ｙ₂について符号化ビットＬＬＲ（Ｌ_p,2 ^E(2)）を算出 する。

また、復調部１３−３は、アンテナ組み合わせ３（アンテナ１１−２とアンテナ１１− ３）に対応し、受信信号Ｙ₂とＹ₃が入力され、受信信号Ｙ₂について符号化ビットＬＬＲ （Ｌ_p,1 ^E(3)）を算出し、受信信号Ｙ₃について符号化ビットＬＬＲ（Ｌ_p,2 ^E(3)）を算出 する。

符号化ビットＬＬＲ（Ｌ_p,i ^E(j)）の添え字のｉは、ストリームの参照番号、ｊはアン テナ組み合わせの参照番号を示している。また、添え字のpは、Posterior（事後）の頭文 字を示している。
尚、ここでは復調部１３を並列化した例で説明するが、１つの復調部を用いて復調処理 を時分割で行い、アンテナの組み合わせ毎にＭＩＭＯ信号検出を行ってもよい。

符号化ビットＬＬＲの算出方法について簡単に説明する。
例えば、復調方式の一種であるＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection：最尤検出）で は、受信信号とレプリカ（伝送路推定結果から算出した理想受信点）の距離を利用するこ とで、符号化ビットＬＬＲを求めることが可能である。
また、ＺＦ（Zero Forcing：ゼロフォーシング）、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Er ror：最小平均二乗誤差）等のＭＩＭＯ信号検出方法として知られる復調方式でも、同様 に符号化ビットＬＬＲの算出が可能である。

そして、復調部１３は、受信ストリームの符号化ビットＬＬＲ（Ｌ_p,i ^E(j)）から復調 部１３の出力となる符号化ビットＬＬＲ（Ｌ_e,i ^E(j)）（出力ＬＬＲ）を算出する。添え 字のeは、Extrinsic（外部）の頭文字を示している。
ここでは、送信信号に関する事前情報がないため、復調部１３の出力ＬＬＲは先に算出 した符号化ビットＬＬＲと等価となる。
従って、Ｌ_e,1 ^E(1)＝Ｌ_p,1 ^E(1)、Ｌ_e,2 ^E(1)＝Ｌ_p,2 ^E(1)、
Ｌ_e,1 ^E(2)＝Ｌ_p,1 ^E(2)、Ｌ_e,2 ^E(2)＝Ｌ_p,2 ^E(2)、
Ｌ_e,1 ^E(3)＝Ｌ_p,1 ^E(3)、Ｌ_e,2 ^E(3)＝Ｌ_p,2 ^E(3) の関係が成り立つ。

［デインタリーバ１４］
デインタリーバ１４は、復調部１３からの出力ストリーム（復調部１３の出力ＬＬＲ） について、本送信装置で施されたインタリーブを元の順序に戻すように並び替える処理を 行う。
具体的には、デインタリーバ１４−１は、出力ＬＬＲ（Ｌ_e,1 ^E(1)）を並び替えて、デ インタリーブ後のＬＬＲ（Ｌ_a,1 ^D(1)）を出力する。
デインタリーバ１４−２は、出力ＬＬＲ（Ｌ_e,2 ^E(1)）を並び替えて、デインタリーブ 後のＬＬＲ（Ｌ_a,2 ^D(1)）を出力する。

デインタリーバ１４−３は、出力ＬＬＲ（Ｌ_e,1 ^E(2)）を並び替えて、デインタリーブ 後のＬＬＲ（Ｌ_a,1 ^D(2)）を出力する。
デインタリーバ１４−４は、出力ＬＬＲ（Ｌ_e,2 ^E(2)）を並び替えて、デインタリーブ 後のＬＬＲ（Ｌ_a,2 ^D(2)）を出力する。

デインタリーバ１４−５は、出力ＬＬＲ（Ｌ_e,1 ^E(3)）を並び替えて、デインタリーブ 後のＬＬＲ（Ｌ_a,1 ^D(3)）を出力する。
デインタリーバ１４−６は、出力ＬＬＲ（Ｌ_e,2 ^E(3)）を並び替えて、デインタリーブ 後のＬＬＲ（Ｌ_a,2 ^D(3)）を出力する。

［マルチプレクサ部１５］
マルチプレクサ部１５は、入力された２本の符号化ビットＬＬＲに対して、送信装置で 施された系統間振り分け処理を元の順序に戻るように並び替える処理を行う。
具体的には、マルチプレクサ１５−１は、デインタリーブ後のＬＬＲ（Ｌ_a,1 ^D(1)）と （Ｌ_a,2 ^D(1)）とを入力して、並び替えを行って統合し、アンテナ組み合わせ１に対応す る符号化ビットＬＬＲ（Ｌ_a ^D(1)）を生成して、信号選択部１８と相互情報算出部１６− １に出力する。

マルチプレクサ１５−２は、デインタリーブ後のＬＬＲ（Ｌ_a,1 ^D(2)）と（Ｌ_a,2 ^D(2)） とを入力して、並び替えを行って統合し、アンテナ組み合わせ２に対応する符号化ビット ＬＬＲ（Ｌ_a ^D(2)）を生成して、信号選択部１８と相互情報算出部１６−２に出力する。

また、マルチプレクサ１５−３は、デインタリーブ後のＬＬＲ（Ｌ_a,1 ^D(3)）と（Ｌ_a,2
^D(3)）とを入力して、並び替えを行って統合し、アンテナ組み合わせ３に対応するＬＬＲ （Ｌ_a ^D(3)）を生成して、信号選択部１８と相互情報算出部１６−３に出力する。

［相互情報量算出部１６］
相互情報量算出部１６は、各アンテナ組み合わせに対応する出力ＬＬＲに基づいて相互 情報量を算出し、更に平均化して各アンテナ組み合わせに対応する平均相互情報量を出力 する。
相互情報量は、伝送路の誤りが多いほど小さい値となる。
出力ＬＬＲに対する相互情報量は瞬時的な値であるため、ばらつきが大きい。そこで、 相互情報量算出部１６では、符号化ビット数Ｎ（Ｎは自然数）に対するサンプル平均を取 ることで、バラツキを抑えた平均相互情報量を出力するようにしている。

相互情報量算出部１６−１は、アンテナ組み合わせ１に対応する出力ＬＬＲ（Ｌ_a ^D(1)
）から平均相互情報量Ｉ_E ⁽¹⁾を算出して、アンテナ組み合わせ選択部１７に出力する。
同様に、相互情報量算出部１６−２は、アンテナ組み合わせ２に対応する出力ＬＬＲ（ Ｌ_a ^D(2)）から平均相互情報量Ｉ_E ⁽²⁾を算出し、相互情報量算出部１６−３は、アンテナ 組み合わせ３に対応するビット出力ＬＬＲ（Ｌ_a ^D(3)）から平均相互情報量Ｉ_E ⁽³⁾を算出 して、アンテナ組み合わせ選択部１７に出力する。
アンテナ組み合わせに対応する出力ＬＬＲから相互情報量を算出する方法については後 述する。

［アンテナ組み合わせ選択部１７］
アンテナ組み合わせ選択部１７は、相互情報量算出部１６−１，１６−２，１６−３か ら入力されたアンテナ組み合わせに応じた平均相互情報量Ｉ_E ⁽¹⁾，Ｉ_E ⁽²⁾，Ｉ_E ⁽³⁾を入力 して、平均相互情報量が最大となるアンテナの組み合わせを選択し、判定情報ｄを出力す る。

例えば、Ｉ_E ⁽¹⁾＝０．８、Ｉ_E ⁽²⁾＝０．４、Ｉ_E ⁽³⁾＝０．６であれば、アンテナ組み合 わせ選択部１７は、アンテナ組み合わせ１が最適として、信号選択部１８にマルチプレク サ部１５−１からのアンテナ組み合わせ１に対応する出力ＬＬＲを選択するよう、判定情 報ｄを出力する。

［信号選択部１８］
信号選択部１８は、判定情報ｄに基づいて、マルチプレクサ部１５−１，１５−２，１ ５−３の出力ＬＬＲからいずれか１つを選択して、選択した出力ＬＬＲ（Ｌ_a ^D）を後段の 復号部１０９に出力する。

［復号部１９］
復号部１９は、入力された符号化ビットＬＬＲ（Ｌ_a ^D）に対して、例えば、最大事後確 率復号などを用いて復号処理を行い、復号部１９の出力情報ビットＬＬＲ（Ｌ_u ^D）を算出 して出力する。

［硬判定部２０］
硬判定部２０は、出力情報ビットＬＬＲ（Ｌ_u ^D）に基づいて、硬判定などの判定処理に より得られる復号結果を出力する。

［相互情報量の算出］
次に、相互情報量算出部１６における相互情報量の算出処理について説明する。
相互情報量Ｉ（Ｘ；Ｙ）とは、事象Ｙを知ることによりもたらされる確率変数Ｘについ ての情報量、つまり確率変数Ｘに関する情報が事象Ｙにどれだけ含まれているかを定量的 に示すものであり、数式１で与えられる。
Ｉ（Ｘ；Ｙ）＝Ｈ（Ｘ）−Ｈ（Ｘ｜Ｙ）・・・（数式１）
Ｈ（Ｘ）は相互情報量における事前エントロピー、Ｈ（Ｘ｜Ｙ）は事後エントロピーと 呼ばれる。
本受信装置における相互情報量Ｉ（Ｘ；Ｙ）は、「送信信号Ｘ、受信信号Ｙのとき、受 信信号Ｙを得たときに送信信号Ｘに関して知りえる情報量」である。

相互情報量算出部１６において相互情報量を算出する第１の方法は、特許文献２と同様 に、時間平均と集合平均が同一であるというエルゴード性と、「０」と「１」の発生確率 が同一であり、分布が同一で対称なガウス分布に従うという一貫性条件とに基づくと仮定 して、ビットＬＬＲから相互情報量を求めるものである。

ビットＬＬＲが得られた場合の相互情報量は、数式２で表される。

数式２において、Ｉ_Xは０から１の実数で表される相互情報量、Ｋ_Bはビット長、ｌ_kは ｋ番目のビットのビットＬＬＲである。
第１の方法では、このようにしてアンテナ組み合わせ毎の相互情報量Ｉを求め、平均化 して平均相互情報量を算出する。

第２の方法は、特許文献３と同様に、分散とＪ関数を用いて相互情報量を求める方法で ある。
符号化ビットＬＬＲの分散σ_l ²は、等化振幅利得を用いて数式３のように表される。

数式３において、σ_l ²は、正の実数である。
符号化ビットＬＬＲの分散と相互情報量は相互に変換可能であり、Ｊ関数と呼ばれる近 似式を用いて数式４のように近似して表すことができる。

数式４において、Ｉ_Zは、符号化ビットＬＬＲの分散σ_l ²が与えられたときの相互情報 量を表している。
また、Ｈ₁,Ｈ₂,Ｈ₃は変調方式に応じた定数であり、変調方式がＢＰＳＫ又はＱＰＳＫ の場合は、Ｈ₁＝０．３０７３、Ｈ₂＝０．８９３５、Ｈ₃＝１．１０６４であり、変調方 式が１６ＱＡＭの場合は、Ｈ₁＝０．２２２４、Ｈ₂＝０．６７８３、Ｈ₃＝１．３６１７ である。
第２の方法では、このようにしてアンテナ組み合わせ毎の相互情報量Ｉを求め、平均化 して平均相互情報量を算出する。

［第１の受信装置の動作：図２］
次に、第１の受信装置の動作について図２を用いて簡単に説明する。
アンテナ１１−１，１１−２，１１−３で受信された高周波信号は、それぞれＲＦ部１ ２−１，１２−２，１２−３に入力されてダウンコンバートされ、受信信号Ｙ₁,Ｙ₂,Ｙ₃
を得る。
そして、受信信号Ｙ₁は、復調部１３−１，１３−２に入力され、受信信号Ｙ₂は、復調 部１３−１，１３−３に入力され、受信信号Ｙ₃は、復調部１３−２，１３−３に入力さ れる。

復調部１３−１，１３−２，１３−３では、それぞれアンテナ組み合わせ１，２，３に 対応した符号化ビットＬＬＲを求め、受信系統毎に出力ＬＬＲを算出する。
受信系統毎の出力ＬＬＲは、デインタリーバ１４−１〜１４−６において並び替えが行 われ、更に、マルチプレクサ部１５−１，１５−２，１５−３においてアンテナ組み合わ せ１，２，３に対応した出力ＬＬＲ（Ｌ_a ^D(1)），（Ｌ_a ^D(2)），（Ｌ_a ^D(3)）が生成され 、相互情報量算出部１６−１，１６−２，１６−３と信号選択部１８に出力される。

相互情報量算出部１６−１，１６−２，１６−３では、それぞれアンテナ組み合わせに 対応した相互情報量が算出され、平均化されて平均相互情報量Ｉ_E ⁽¹⁾，Ｉ_E ⁽²⁾，Ｉ_E ⁽³⁾が 出力される。
そして、アンテナ組み合わせ選択部１７で、平均相互情報量が最大となるアンテナ組み 合わせが選択されて特定され、信号選択部１８に判定情報ｄが出力される。
信号選択部１８では、判定情報ｄに従ってマルチプレクサ部１５−１，１５−２，１５ −３から出力されるアンテナ組み合わせに対応した出力ＬＬＲ（Ｌ_a ^D(1)），（Ｌ_a ^D(2)） ，（Ｌ_a ^D(3)）の内のいずれかを選択して、復号部１９に出力する。
そして、選択された出力ＬＬＲが復号部１９で復号され、硬判定部２０で判定されて各 ビットの値が出力される。

復調部１３における復調処理の相互情報量入出力特性は、アンテナ相関等の伝送路環境 に依存するため、復調処理後の平均相互情報量は、受信ＣＮＲなどでは考慮されていなか ったアンテナ相関の影響が反映された値となる。
また、相互情報量算出部１６で平均相互情報量を算出する際には、アンテナ相関に関す るパラメータが不要である。

このように、本受信装置及び本システムでは、平均相互情報量に基づいてアンテナの組 み合わせを選択して復号することにより、多様な伝搬環境に対応してビット誤り率の少な い通信を行うことができるものである。

［第１の実施の形態の効果］
本発明の第１の実施の形態に係る受信装置及び無線通信システムによれば、受信装置の 復調部１３−１，１３−２，１３−３が、アンテナ組み合わせ毎の受信信号から符号化ビ ットＬＬＲを算出し、相互情報量算出部１６−１，１６−２，１６−３が、アンテナ組み 合わせ毎の符号化ビットＬＬＲについて相互情報量を算出し、平均化して平均相互情報量 を求め、アンテナ組み合わせ選択部１７が、平均相互情報量が最大となるアンテナ組み合 わせを特定して判定情報ｄを出力し、信号選択部１８が、判定情報ｄに基づいて復調信号 を選択し、復号部１９が、選択された復調信号を復号するものであり、平均相互情報量を 指標としてアンテナ相関の小さい組み合わせを選択して復号することができ、ビット誤り 率の劣化を防ぐことができる効果がある。

第１の受信装置では、デインタリーバ１４から出力された後のＬＬＲを用いて相互情報 量を算出する手法を示したが、復調部１３の出力相互情報量と復号部１９の入力相互情報 量とは、間にデインタリーバ１４及びマルチプレクサ部１５が接続されて並べ替えが行わ れているだけであり、相互情報量としては同値となる。
従って、デインタリーバ１４の出力後のＬＬＲの代わりにデインタリーバ１４に入力さ れる前のＬＬＲを用いて平均相互情報量を算出してもよい。
つまり、復調部１３−１，１３−２，１３−３からのサブストリームを分岐して、それ ぞれ、相互情報量算出部１６−１，１６−２，１６−３に入力して、各サブストリームの 相互情報量を求めて、アンテナ組み合わせ毎の平均相互情報量を算出する。

また、第１の受信装置では、復調部１３から出力される各サブストリームのＬＬＲをマ ルチプレクサ部で束ねて（統合して）、平均相互情報量を算出する例を説明したが、サブ ストリームごとに平均相互情報量を算出してもよい。
つまり、デインタリーバ１４−１〜１４−６の出力を分岐して、それぞれ対応する相互 情報量算出部１６−１，１６−２，１６−３に入力し、各サブストリームの相互情報量を 求めてから、アンテナ組み合わせ毎の平均相互情報量を算出する。

ここでは、アンテナ組み合わせ選択の代表的な手法を示したが、同様の考え方により、 別の手法でアンテナ組み合わせを選択してもよい。
例えば、各アンテナの組み合わせでストリームの平均相互情報量を算出し、各アンテナ の組み合わせの最小平均相互情報量が最大となるアンテナ組み合わせを選択する、といっ た手法が挙げられる。

また、受信装置において、相互情報量算出部１６で算出された平均相互情報量Ｉ_E ⁽¹⁾， Ｉ_E ⁽²⁾，Ｉ_E ⁽³⁾を、表示部等に表示させて、受信装置を使用するユーザにアンテナ組み合 わせ毎の平均相互情報量を報知するように構成してもよい。
また、それに準ずる情報を提供することも可能であり、例えば、平均相互情報量Ｉ_E ⁽¹⁾
，Ｉ_E ⁽²⁾，Ｉ_E ⁽³⁾が“０”に近づいた場合は、警報アラームを出力して正常に受信できな い状態である旨を知らせる、といったことが考えられる。

更に、上述した例では、全アンテナの組み合わせに対して復調処理を行うように構成し たが、事前処理で一部の組み合わせを抽出してから復調処理を施してもよい。
例えば、受信電力やＣＮＲが極端に悪いアンテナの組み合わせは除外する等が挙げられ る。

また、受信装置側において送信アンテナを選択する必要がある場合、例えば複信方式が 時分割多重（ＴＤＤ；Time Division Duplex）方式であれば、伝搬路の双対性を利用して 、受信アンテナの組み合わせと同じ組み合わせを送信アンテナとして選択して、送信装置 に通知してもよい。

更にまた、上述した受信装置では、データシンボルから相互情報量を算出し、アンテナ 組み合わせを選択する構成としたが、プリアンブル、パイロットシンボル及びアンテナ組 み合わせ選択用信号等から相互情報量を算出してもよい。

この方法は、例えば、固有モード伝送を用いるシステムに特に有効である。
固有モード伝送を用いる場合、現在選択されている受信アンテナに対して送信プリコー ディングが施されているため、選択されている受信アンテナは互いに直交する空間チャネ ルを形成することができるが、一方、選択されていない受信アンテナは互いに直交する空 間チャネルを形成できず、受信電力や受信ＣＮＲに基づいてアンテナ選択を行うと、現在 選択されている受信アンテナが選ばれ続けてしまう。

そこで、上述したように、プリアンブル等の既知信号を用いて相互情報量を算出し、ア ンテナ組み合わせを選択すれば、プリコーディングウェイトを送信信号に施す固有モード 伝送であっても、適切なアンテナ組み合わせ選択を可能とすることができる効果がある。

［第２の受信装置：図３］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る受信装置（第２の受信装置）について図３を用 いて説明する。図３は、第２の受信装置の構成ブロック図である。尚、図２と同一の符号 を付した構成部分については、第１の受信装置と同様の構成及び動作であるため、説明は 省略する。
また、図３では、信号選択部１８の後段が省略されているが、第２の受信装置でも、図 ２に示した第１の受信装置と同様に、復号部１９と硬判定部２０とが設けられている。

第２の受信装置は、他システムからの干渉信号の混入によるビット誤り率の劣化を抑圧 するため、被干渉信号の消失訂正部を備えた構成である。
以下、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重 方式）変調された信号を受信する受信装置を想定して説明を行うが、シングルキャリア変 調においても適用可能である。

図３に示すように、第２の受信装置は、ＲＦ部１２から出力される受信信号について干 渉波を検出する干渉検出部２１（２１−１，２１−２，２１−３）と、干渉が検出された サブキャリアの信号を消失させる消失訂正部２２（２２−１，２２−２，２２−３）とを 備えている。
具体的には、受信系統１には、干渉検出部２１−１と消失訂正部２２−１が設けられ、 受信系統２には、干渉検出部２１−２と消失訂正部２２−２が設けられ、受信系統３には 、干渉検出部２１−３と消失訂正部２２−３が設けられている。

干渉検出部２１−１では、例えば非特許文献１で紹介されているＣＶＩ（Carrier Vari ance Information）を用いて、受信信号Ｙ₁について、干渉波が混入しているl（エル）番 目のサブキャリアの信号Ｙ_l,1を検出する。
消失訂正部２２−１は、干渉が検出されたサブキャリアＹ_l,1の被干渉電力が所定の閾 値より大きい場合は、当該サブキャリアの信号Ｙ_l,1の消失訂正処理を行う。
消失訂正処理ではデータの消失処理を行い、Ｙ_l,1を“０”もしくは“０に近似した値 ”に変換する。そして、消失訂正後の信号Ｙ_d,1を復調部１３−１に出力する。つまり、 妨害波の影響を大きく受けたサブキャリアの信号を消失させるものである。

同様に、干渉検出部２１−２は、受信信号Ｙ₂について干渉波が混入しているl番目のサ ブキャリアの信号Ｙ_l,2を検出し、消失訂正部２２−２が、当該サブキャリアの信号Ｙ_l,2
の被干渉電力が所定の閾値より大きい場合は、Ｙ_l,2の消失訂正処理を行って、復調部１ ３−２に出力する。

また、干渉検出部２１−３は、受信信号Ｙ₃について干渉波が混入しているl番目のサブ キャリアの信号Ｙ_l,3を検出し、消失訂正部２２−３が、当該サブキャリアの信号Ｙ_l,3の 被干渉電力が所定の閾値より大きい場合は、Ｙ_l,3の消失訂正処理を行って、復調部１３ −３に出力する。
各復調部１３以降の動作は、第１の受信装置と同様であり、第２の受信装置においても 、平均相互情報量に基づいてアンテナ相関の低い最適なアンテナ組み合わせを選択するこ とができるものである。

本来、干渉波が混入してしまうと、符号化ビットＬＬＲの絶対値は低くなるが、消失訂 正処理を行わない場合、干渉による受信レベルの増加に伴い、符号化ビットＬＬＲが高い と誤認識し、復号結果に悪影響を及ぼしてしまう。
そのため、第２の受信装置では、消失訂正により干渉波が混入した信頼性の低いサブキ ャリアの尤度を下げることで、受信特性を改善するようにしている。

一方で、消失訂正処理により、復号部の入力ＬＬＲ（マルチプレクサ部１５の出力）が “０”となるサンプルが生じるため、消失訂正処理後の平均相互情報量は、干渉波が混入 していない時に比べて減少する。
しかし、各アンテナ組み合わせにおいてほぼ同様に平均相互情報量が減少するため、ア ンテナ組み合わせ選択部１７における判断に影響を与えるものではない。

また、図３では、各復調部１３の前に干渉検出部２１及び消失訂正部２２を備える構成 としていたが、復調部１３の後に備えて、出力ＬＬＲについて干渉波の影響が大きいサブ キャリアの信号を除去するようにしてもよい。

更に、デインタリーバ１４の後や、マルチプレクサ部１５の後に設けても構わない。
つまり、干渉検出部２１と消失訂正部２２とを、デインタリーバ１４とマルチプレクサ 部１５との間、又はマルチプレクサ部１５と相互情報量算出部１６及び信号選択部１８と の間に設けてもよい。

［第２の実施の形態の効果］
第２の実施の形態に係る受信装置及び無線通信システムによれば、干渉検出部２１が、 受信信号について、干渉波が混入しているサブキャリアを検出し、消失訂正部２２が、当 該サブキャリアについて被干渉電力が所定の閾値より大きい場合には、データを消失させ るようにしているので、信頼性の低いサブキャリアを復号しないようにして、受信特性を 改善することができ、干渉信号が混入している場合でも、アンテナ相関の小さい最適なア ンテナ組み合わせを選択して復号を行うことができ、ビット誤り率の劣化を防ぐことがで きる効果がある。

この出願は、２０１７年２月２８日に出願された日本出願特願２０１７−０３６０５３を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。

本発明は、最適なアンテナ組み合わせを選択して、伝送品質の劣化を防ぐことができる 受信装置及び無線通信システムに適している。

１１，１０３…アンテナ、 １２，１０２…ＲＦ（無線）部、 １３…復調部、 １４ …デインタリーバ、 １５…マルチプレクサ部、 １６…相互情報量算出部、 １７…ア ンテナ組み合わせ選択部、 １８…信号選択部、 １９…復号部、 ２０…硬判定部、 ２１…干渉検出部、 ２２…消失訂正部、 １００…符号化部、 １０１…変調部、 １ ０２…ＲＦ（無線）部

Claims (3)

1. 複数の受信アンテナを備えた受信装置であって、
   前記複数の受信アンテナにおけるアンテナの組み合わせ毎に、前記複数の受信アンテナの受信信号から得られる誤り訂正符号化の符号化ビットに対する対数尤度比を算出する復調部と、
   前記アンテナの組み合わせに対応する対数尤度比に基づいて平均相互情報量を算出する相互情報量算出部と、
   前記平均相互情報量が最大となる前記アンテナの組み合わせを特定する判定情報を出力するアンテナ組み合わせ選択部と、
   前記判定情報に基づいて、前記特定されたアンテナの組み合わせに対応する対数尤度比を選択する信号選択部と、
   前記選択された対数尤度比を復号する復号部とを備えたことを特徴とする受信装置。
2. 複数の受信アンテナにおける受信信号毎に、干渉波成分を含む信号成分を検出する干渉検出部と、前記干渉検出部で検出された信号成分を消失させる処理を行う消失訂正部とを備え、
   前記干渉検出部及び前記消失訂正部が、前記復調部の前段に設けられている場合には、前記受信信号について処理を行い、
   前記干渉検出部及び前記消失訂正部が、前記復調部の後段に設けられている場合には、前記復調部から出力される対数尤度比について処理を行うことを特徴とする請求項１記載の受信装置。
3. 入力された情報ビットに対して誤り訂正符号化を行って符号化ビットを生成し、前記符号化ビットをディジタル変調して送信する送信装置と、
   請求項１又は請求項２記載の受信装置とを備えたことを特徴とする無線通信システム。

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