JP6987299B2

JP6987299B2 - 受信装置、無線通信システム、干渉電力推定方法、制御回路および記憶媒体

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Publication number: JP6987299B2
Application number: JP2021504627A
Authority: JP
Inventors: 浩志富塚
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-03-08
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2021-12-22
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Description

本発明は、無線通信の干渉電力を推定する受信装置、無線通信システムおよび干渉電力推定方法に関する。

送信装置および受信装置によって構成される無線通信システムでは、所望信号と同一の周波数帯域内に干渉信号が存在すると、干渉信号の影響により受信誤り率の性能が劣化する。従来、干渉信号への対策として、スペクトル拡散通信、干渉キャンセラ方式、送信電力制御、適応変調制御など、干渉の影響度合いに応じて通信方式、送信電力などを制御して干渉耐性を向上することが行われている。

例えば、特許文献１には、スペクトル拡散通信の代表的な方式であるＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）システムにおいて、受信装置が受信信号の信号対干渉電力比（ＳＩＲ：Signal to Interference power Ratio）を推定し、送信装置が推定結果に基づいて送信電力を制御することで、同一チャネルの干渉下においてもチャネル容量を増大させる技術が開示されている。干渉信号の影響を軽減するための対策として、干渉電力の推定はかかせない重要な技術である。

また、干渉信号のレプリカを生成して干渉をキャンセルする干渉キャンセラ方式では、受信信号に含まれる干渉信号のレプリカを精度良く生成するため、干渉電力の大きさを正確に知る必要がある。干渉キャンセラ方式では、受信信号から所望信号および雑音を分離して、干渉電力のみを正確に推定する技術が重要である。

特許第３９７３０１７号公報

特許文献１に記載の技術によれば、送信装置は、既知信号であるパイロット信号を送信する。受信装置は、受信信号に含まれるパイロット信号を用いてパイロットパターンの平均相関電力を所望信号電力とし、受信信号の平均受信電力から所望信号電力を減算して、残った残留電力を干渉電力推定値としている。しかしながら、残留電力には、干渉電力以外に雑音電力が含まれる。そのため、特許文献１に記載の受信装置は、干渉電力に比べて雑音電力が無視できない大きさの場合、干渉電力を正確に推定できない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、受信信号に含まれる干渉信号の干渉電力の推定精度を向上可能な受信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の受信装置は、データシンボルの時間方向においてデータシンボルがマッピングされているデータシンボル区間の間に設けられたヌルシンボル区間に振幅が０となるヌルシンボルが挿入された受信信号から、ヌルシンボルを抽出し、信号補間処理を行ってデータシンボル区間の干渉信号を再生し、受信信号から干渉信号を除去した信号からデータシンボルを抽出した第１の干渉除去後信号を出力する干渉除去部を備える。また、受信装置は、受信信号から抽出したデータシンボルの第１の平均電力から、受信信号から抽出したヌルシンボルの第２の平均電力を減算して所望信号電力を推定し、第１の干渉除去後信号のデータシンボルの第３の平均電力から、所望信号電力を減算して第１の干渉除去後信号に含まれる第１の雑音電力を推定し、第１の雑音電力から受信信号に含まれる第２の雑音電力を推定し、第２の平均電力から第２の雑音電力を減算して干渉電力を推定する干渉電力推定部を備える。干渉電力推定部は、ヌルシンボル区間の間隔に信号補間処理によるゲイン値である電力比を乗算した値で第１の雑音電力を除算することで、第２の雑音電力を推定することを特徴とする。

本発明にかかる受信装置は、受信信号に含まれる干渉信号の干渉電力の推定精度を向上できる、という効果を奏する。

送信装置の構成例を示すブロック図ヌルシンボル挿入部が出力する送信シンボル系列の例を示す図受信装置の構成例を示すブロック図干渉除去部の構成例を示すブロック図干渉除去部の信号補間部による信号補間処理の例を示す図干渉電力推定部の構成例を示すブロック図受信装置の動作を示すフローチャート受信装置が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図受信装置が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図送信装置および受信装置を備える無線通信システムの構成例を示す図通信装置を備える無線通信システムの構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る受信装置、無線通信システムおよび干渉電力推定方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係る送信装置１の構成例を示すブロック図である。送信装置１と後述する受信装置とはそれぞれ別の装置である。送信装置１は、受信装置に対して信号を送信して通信を行う。送信装置１は、符号化部１００と、シンボルマッピング部１０１と、ヌルシンボル挿入部１０２と、送信波形整形部１０３と、Ｄ／Ａ（Digital／Analog）変換部１０４と、送信高周波部１０５と、アンテナ１０６と、を備える。

符号化部１００は、送信情報ビットに対して誤り訂正符号化を行い、送信ビット系列として出力する。誤り訂正符号化は、例えば、畳み込み符号化、ターボ符号化、ＬＤＰＣ（Low Density Parity Check code）などが挙げられるが、誤り訂正符号化はこれらに限定されない。なお、送信装置１は、誤り訂正符号化を行わない構成でもよい。

シンボルマッピング部１０１は、符号化部１００で誤り訂正符号化された送信ビット系列に対して一次変調を施し、送信シンボル系列に変換する。一次変調における変調方式は、例えば、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）などが挙げられるが、変調方式はこれらに限定されない。

ヌルシンボル挿入部１０２は、送信シンボル系列にヌルシンボルを挿入する。ヌルシンボルは、振幅が０となる信号である。ヌルシンボル挿入部１０２の詳細な動作については後述する。

送信波形整形部１０３は、送信シンボル系列をアップサンプリングする。また、送信波形整形部１０３は、送信シンボル系列に帯域制限を行い、ベースバンド信号またはＩＦ（Intermediate Frequency）信号である送信デジタル信号を生成する。送信波形整形部１０３が送信シンボル系列に帯域制限を行うときに用いる帯域制限フィルタの種類については特に限定されない。ただし、帯域制限フィルタについては、ヌルシンボル区間のナイキスト点における送信信号成分の漏れ込みを低減することができるナイキストフィルタの適用が効果的である。

Ｄ／Ａ変換部１０４は、送信デジタル信号を送信アナログ信号に変換する。送信高周波部１０５は、Ｄ／Ａ変換部１０４でＤ／Ａ変換された送信アナログ信号を無線周波数信号に変換する。アンテナ１０６は、無線周波数信号を送信する。なお、送信装置１において、ヌルシンボル挿入部１０２以外の構成要素における送信処理は一般的な無線送信装置で行われる送信処理であり、特に限定されるものではない。

ヌルシンボル挿入部１０２の動作について詳細に説明する。図２は、本実施の形態に係るヌルシンボル挿入部１０２が出力する送信シンボル系列の例を示す図である。図２において、横軸は時間を示し、縦軸は信号の振幅を示す。図２において、Ｄ０〜Ｄ５はデータシンボル２００を示す。図２に示すように、ヌルシンボル挿入部１０２は、送信シンボル系列すなわちデータシンボル２００がマッピングされているデータシンボル区間の間にヌルシンボル区間を設け、ヌルシンボル２０１を挿入する。図２は、ヌルシンボル挿入部１０２が、各データシンボル２００の間にそれぞれ１つのヌルシンボル２０１を挿入した例を示す。ただし、ヌルシンボル２０１の挿入間隔は任意であり、複数のデータシンボル区間毎に１つの間隔でヌルシンボル区間が設けられてもよい。また、データシンボル２００に対するヌルシンボル２０１の挿入間隔は、必ずしも等間隔でなくてもよい。

ヌルシンボル挿入部１０２は、ヌルシンボル２０１の挿入間隔を調整することによって、送信シンボル系列のヌル挿入率を任意に調整できる。ヌルシンボル２０１の挿入間隔を短くするほど、後述する受信装置においてヌルシンボル区間に現れる干渉信号をサンプリングする際のサンプリングレートを早める効果があり、より広帯域な干渉信号をサンプリングすることが可能となる。このように、送信装置１は、ヌルシンボル挿入部１０２がデータシンボル２００の時間方向にヌルシンボル２０１を挿入した信号を受信装置に送信する。なお、送信装置１は、送信データの中にヌルシンボル２０１の挿入位置を示す制御情報を入れて受信装置への通知を行ってもよいし、あらかじめ送信装置１と受信装置との間でヌルシンボル２０１の挿入規則を決めておいてもよい。これにより、送信装置１は、ヌルシンボル２０１の挿入位置を示す制御情報を削減することもできる。

送信装置１と通信を行う受信装置の構成および動作について説明する。図３は、本実施の形態に係る受信装置３の構成例を示すブロック図である。受信装置３は、アンテナ３００と、受信高周波部３０１と、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）変換部３０２と、受信波形整形部３０３と、干渉除去部３０４と、干渉電力推定部３０５と、復調部３０６と、復号部３０７と、を備える。

アンテナ３００は、無線周波数信号を受信する。アンテナ３００が受信した無線周波信号には、所望信号、干渉信号、および雑音が含まれる。所望信号は、送信シンボル系列に含まれる前述のデータシンボル２００である。受信高周波部３０１は、アンテナ３００で受信された無線周波数信号を、アナログ信号であるＩＦ信号またはベースバンド信号に周波数変換する。Ａ／Ｄ変換部３０２は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。受信波形整形部３０３は、所望信号の周波数帯域外の雑音を除去するため、デジタル信号の帯域制限を行う。

干渉除去部３０４は、受信波形整形部３０３で帯域制限が行われたデジタル信号である受信信号から干渉信号を再生し、受信信号から干渉信号を除去する。干渉除去部３０４は、受信信号から干渉信号を除去した干渉除去後信号であるデータシンボルを出力する。干渉除去部３０４の詳細な構成および動作については後述する。

干渉電力推定部３０５は、干渉除去部３０４に入力される信号すなわち受信波形整形部３０３で帯域制限が行われたデジタル信号である受信信号と、干渉除去部３０４から出力される干渉除去後信号とを用いて、所望信号の電力である所望信号電力および雑音の電力である雑音電力を推定し、受信信号に含まれる干渉信号の電力である干渉電力を推定する。干渉電力推定部３０５の詳細な構成および動作については後述する。

復調部３０６は、干渉除去後信号であるデータシンボルに復調処理を行い、誤り訂正復号用のデマッピング結果である復調結果を出力する。復号部３０７は、デマッピング結果である復調結果に誤り訂正復号化を行い、復号結果である復号ビットを出力する。なお、受信装置３において、干渉除去部３０４および干渉電力推定部３０５以外の構成要素における受信処理は一般的な無線受信装置で行われる受信処理であり、特に限定されるものではない。

つづいて、干渉除去部３０４の構成および動作について詳細に説明する。図４は、本実施の形態に係る干渉除去部３０４の構成例を示すブロック図である。干渉除去部３０４は、ヌルシンボル抽出部４００と、信号補間部４０１と、減算器４０２と、データシンボル抽出部４０３と、重み乗算部４０４と、減算器４０５と、データシンボル抽出部４０６と、を備える。

ヌルシンボル抽出部４００は、送信装置１のヌルシンボル挿入部１０２で挿入されたヌルシンボルを抽出する。信号補間部４０１は、ヌルシンボル抽出部４００で抽出されたヌルシンボルの信号の間の信号を補間する信号補間処理を行って、データシンボル区間の干渉信号を再生する。信号補間部４０１は、再生した干渉信号を干渉レプリカとして出力する。

減算器４０２は、受信波形整形部３０３から取得した受信信号から、信号補間部４０１で再生されたデータシンボル区間の干渉信号を減算し、受信信号から干渉信号を除去する。データシンボル抽出部４０３は、減算器４０２で干渉信号が除去された受信信号からデータシンボルを抽出し、干渉除去後信号として干渉電力推定部３０５に出力する。データシンボル抽出部４０３が出力する干渉除去後信号を第１の干渉除去後信号と称することがある。

重み乗算部４０４は、干渉電力推定部３０５で推定された干渉電力推定値および雑音電力推定値の比の情報から重み係数を算出する。重み乗算部４０４は、信号補間部４０１で再生された干渉レプリカと算出した重み係数とを乗算して出力する。重み乗算部４０４は、例えば、干渉電力推定値をＰ_Ｉとし、雑音電力推定値をσ^２とすると、重み係数αを次の式（１）のように計算することができる。

α＝Ｐ_Ｉ／（Ｐ_Ｉ＋β・σ^２） …（１）

ここで、雑音電力推定値σ^２は、所望信号の帯域幅に含まれる雑音電力を表している。βは、雑音電力推定値σ^２を干渉信号の帯域幅に対する雑音電力に変換するための係数であり、実数値で設定される。重み係数αを適正に設定することによって、受信装置３は、受信信号から干渉信号が除去された干渉除去後信号の搬送波レベル対干渉雑音比（ＣＩＮＲ：Carrier power to Interference plus Noise power Ratio）を最大化することができる。受信装置３において干渉除去性能を向上させる重み係数αを正しく設定するためには、式（１）に示すように、受信信号に含まれる干渉信号の干渉電力、および受信信号に含まれる雑音の雑音電力をそれぞれ知る必要がある。本実施の形態における干渉電力および雑音電力の詳細な推定方法については後述する。

減算器４０５は、受信波形整形部３０３から取得した受信信号から、重み乗算部４０４で干渉レプリカに重み係数αが乗算された信号を減算して干渉信号を除去する。データシンボル抽出部４０６は、減算器４０５で干渉信号が除去された受信信号からデータシンボルを抽出し、干渉除去後信号として復調部３０６に出力する。データシンボル抽出部４０６が出力する干渉除去後信号を第２の干渉除去後信号と称することがある。

図５は、本実施の形態に係る干渉除去部３０４の信号補間部４０１による信号補間処理の例を示す図である。図５において、横軸は時間を示し、縦軸は信号の振幅を示す。図５は、受信波形整形部３０３から取得した受信シンボル系列である受信信号を示すものである。図５において、Ｄ０〜Ｄ５はデータシンボル５００を示す。データシンボル５００は、データシンボル区間のシンボルである。ヌルシンボル５０１は、データシンボル区間の間に設けられたヌルシンボル区間のシンボルである。干渉信号５０２は、干渉信号と受信装置３内で発生した雑音とが合成された信号である。信号補間処理５０３は、信号補間部４０１における信号補間処理をイメージしたものである。干渉信号５０４は、信号補間部４０１から出力される干渉レプリカ、すなわち信号補間部４０１で再生された干渉信号をイメージしたものである。図５に示すように、受信信号は、所望信号であるデータシンボル５００と、送信装置１のヌルシンボル挿入部１０２で挿入されたヌルシンボル５０１と、に分けられる。また、受信信号には、所望信号の他に、干渉信号と、受信装置３内で発生した干渉信号５０２とが含まれる。ヌルシンボルは第１のシンボルとも呼ばれる。

ヌルシンボル抽出部４００は、受信波形整形部３０３から取得した受信信号からヌルシンボル５０１のみを抽出し、データシンボル５００を破棄する。信号補間部４０１は、ヌルシンボル抽出部４００で抽出されたヌルシンボルを用いて信号補間処理を行うことで、データシンボル区間の干渉信号を再生する。ここで、信号補間部４０１における信号補間処理の方法は特に限定されないが、例えば、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを用いる方法がある。また、信号補間部４０１は、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）およびＩＤＦＴ（Inverse Discrete Fourier Transform）、またはＦＦＴ（Fast Fourier Transform）およびＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）などを用いて周波数領域でフィルタリングする方法を用いてもよい。いずれの信号補間処理の方法においても、信号補間部４０１は、補間フィルタの周波数通過帯域を干渉が含まれる帯域にすることで、雑音の影響を低減して効果的に干渉信号を再生することができる。なお、干渉が含まれる帯域の推定方法は特に限定されない。信号補間部４０１は、例えば、周波数領域に変換後の信号における各周波数の電力の分布を観測し、平均電力に基づいたしきい値と比較し、電力の大きい周波数を干渉が含まれる帯域と判定してもよい。

つぎに、干渉電力推定部３０５の構成および動作について詳細に説明する。図６は、本実施の形態に係る干渉電力推定部３０５の構成例を示すブロック図である。干渉電力推定部３０５は、データシンボル抽出部６００と、平均電力算出部６０１と、ヌルシンボル抽出部６０２と、平均電力算出部６０３と、減算器６０４と、平均電力算出部６０５と、減算器６０６と、雑音電力推定部６０７と、減算器６０８と、を備える。

データシンボル抽出部６００は、受信波形整形部３０３から取得した受信信号から、送信装置１のシンボルマッピング部１０１で生成された送信シンボル系列のデータシンボルを抽出する。平均電力算出部６０１は、データシンボル抽出部６００で抽出されたデータシンボルの平均電力を算出する。平均電力算出部６０１が算出したデータシンボルの平均電力を第１の平均電力と称することがある。

ヌルシンボル抽出部６０２は、受信波形整形部３０３から取得した受信信号から、送信装置１のヌルシンボル挿入部１０２で挿入されたヌルシンボルを抽出する。平均電力算出部６０３は、ヌルシンボル抽出部６０２で抽出されたヌルシンボルの平均電力を算出する。平均電力算出部６０３が算出したヌルシンボルの平均電力を第２の平均電力と称することがある。

減算器６０４は、平均電力算出部６０１で算出されたデータシンボルの平均電力から、平均電力算出部６０３で算出されたヌルシンボルの平均電力を減算し、所望信号電力の推定値を算出する。減算器６０４は、算出した所望信号電力推定値を出力する。減算器６０４は、平均電力算出部６０１で算出されたデータシンボルの平均電力をＰ_ＤＡＴＡとし、平均電力算出部６０３で算出されたヌルシンボルの平均電力をＰ_ＮＵＬＬとすると、所望信号電力推定値Ｐ_Ｄを次の式（２）のように計算することができる。

Ｐ_Ｄ＝Ｐ_ＤＡＴＡ−Ｐ_ＮＵＬＬ …（２）

ここで、データシンボルの平均電力Ｐ_ＤＡＴＡは、所望信号電力、干渉電力、および雑音電力の総電力である。一方、ヌルシンボルの平均電力Ｐ_ＮＵＬＬは、干渉電力、および雑音電力の総電力である。このように、ヌルシンボルの平均電力Ｐ_ＮＵＬＬには、所望信号電力が含まれない。そのため、減算器６０４は、データシンボルの平均電力Ｐ_ＤＡＴＡとヌルシンボルの平均電力Ｐ_ＮＵＬＬとの差分をとることによって、所望信号電力推定値Ｐ_Ｄを推定することができる。

平均電力算出部６０５は、干渉除去部３０４のデータシンボル抽出部４０３から取得した干渉除去後信号の平均電力を算出する。平均電力算出部６０５が算出した干渉除去後信号の平均電力を第３の平均電力と称することがある。平均電力算出部６０５が算出した干渉除去後信号の平均電力をＰ_ＩＣとする。干渉除去後信号は、受信信号から干渉信号が除去された後の信号であり、所望信号および雑音の他、干渉除去時に用いた干渉レプリカに含まれている雑音が含まれている。以降において、受信信号に含まれている元の受信信号の雑音の電力を受信信号雑音電力とし、受信信号雑音電力と干渉レプリカによる干渉除去時に混入した雑音の電力とを合わせた電力を残留雑音電力とする。

減算器６０６は、平均電力算出部６０５で算出された干渉除去後信号の平均電力Ｐ_ＩＣ、すなわち所望信号電力および残留雑音電力の総電力から、減算器６０４で算出された所望信号電力推定値Ｐ_Ｄを減算し、残留雑音電力推定値σ_ＩＣ ^２を算出する。減算器６０６が算出した残留雑音電力推定値σ_ＩＣ ^２を第１の雑音電力と称することがある。減算器６０６は、残留雑音電力推定値σ_ＩＣ ^２を次の式（３）のように計算することができる。

σ_ＩＣ ^２＝Ｐ_ＩＣ−Ｐ_Ｄ …（３）

雑音電力推定部６０７は、残留雑音電力から干渉レプリカによる干渉除去時に加わった雑音を取り除き、雑音電力推定値σ^２を推定する。ここで、残留雑音電力推定値σ_ＩＣ ^２と雑音電力推定値σ^２との関係は、式（４）により表すことができる。

σ^２＝（１／γ）・σ_ＩＣ ^２ …（４）

式（１）で示される重み係数αは、干渉レプリカを生成する信号補間部４０１が信号補間処理を行ったときの入力信号および出力信号の電力比、すなわち出力信号電力／入力信号電力に依存している。重み係数αは、例えば、信号補間部４０１の入力信号および出力信号の平均電力を変化させないように振幅を調整した場合、すなわち出力信号電力／入力信号電力＝１の場合、ヌルシンボルの挿入シンボル間隔により決定される。すなわち、送信装置１がヌルシンボルを２シンボル周期で挿入した場合はγ＝２となり、送信装置１がヌルシンボルを４シンボル周期で挿入した場合はγ＝４となる。ゲイン値すなわち出力信号電力／入力信号電力が１以外の場合、送信装置１によるヌルシンボルの挿入シンボル間隔に対して、入力信号および出力信号の電力比を乗じたものをγと設定する。すなわち、信号補間部４０１の信号補間処理により生成される干渉レプリカに含まれる雑音は、信号補間処理によって雑音が強調され、入力信号に含まれる雑音電力に対して出力信号はα倍になって現れることを意味する。雑音電力推定部６０７は、この性質を利用して、雑音電力推定値σ^２を推定することができる。雑音電力推定部６０７が推定した雑音電力推定値σ^２を第２の雑音電力と称することがある。

減算器６０８は、平均電力算出部６０３で算出されたヌルシンボルの平均電力Ｐ_ＮＵＬＬから、雑音電力推定部６０７で算出された雑音電力推定値σ^２を減算し、干渉電力推定値Ｐ_Ｉを算出する。減算器６０８は、干渉電力推定値Ｐ_Ｉを次の式（５）のように計算することができる。

Ｐ_Ｉ＝Ｐ_ＮＵＬＬ−σ^２＝ …（５）

ヌルシンボルの平均電力Ｐ_ＮＵＬＬは、干渉信号および雑音の総電力である。そのため、減算器６０８は、ヌルシンボルの平均電力Ｐ_ＮＵＬＬと雑音電力推定値σ^２との差分をとることによって、干渉電力推定値Ｐ_Ｉを算出することができる。

上述した受信装置３の動作を、フローチャートを用いて説明する。図７は、本実施の形態に係る受信装置３の動作を示すフローチャートである。なお、受信装置３の動作に先立って、送信装置１は、データシンボルの時間方向にデータシンボルの振幅より値が小さい信号である第１の信号を挿入して送信する。受信装置３において、干渉除去部３０４は、データシンボルの時間方向にデータシンボルの振幅より値が小さい信号である第１の信号が挿入された受信信号から、第１の信号に対応する区間の信号であるシンボルを抽出する。干渉除去部３０４は、信号補間処理を行ってデータシンボルに対応する区間の干渉信号を再生する（ステップＳ１）。干渉除去部３０４は、受信信号から干渉信号を除去した信号からデータシンボルを抽出した第１の干渉除去後信号を出力する（ステップＳ２）。

干渉電力推定部３０５は、受信信号から抽出したデータシンボルの第１の平均電力から、受信信号から抽出した第１の信号のシンボルの第２の平均電力を減算して所望信号電力を推定する（ステップＳ３）。干渉電力推定部３０５は、第１の干渉除去後信号のデータシンボルの第３の平均電力から、所望信号電力を減算して第１の干渉除去後信号に含まれる第１の雑音電力を推定し、第１の雑音電力から受信信号に含まれる第２の雑音電力を推定する。干渉電力推定部３０５は、第２の平均電力から第２の雑音電力を減算して干渉電力を推定する（ステップＳ４）。

干渉除去部３０４は、干渉電力推定部３０５で推定された干渉電力および第２の雑音電力を用いて重み係数を算出する。干渉除去部３０４は、重み係数を干渉信号に乗算し、受信信号から重み係数を乗算した干渉信号を除去した信号からデータシンボルを抽出した第２の干渉除去後信号を出力する（ステップＳ５）。復調部３０６は、第２の干渉除去後信号を用いて復調を行う（ステップＳ６）。

つづいて、受信装置３のハードウェア構成について説明する。前述のように、受信装置３において、干渉除去部３０４および干渉電力推定部３０５以外の構成要素は、一般的な受信処理を行う従来のハードウェア構成により実現される。受信装置３において、干渉除去部３０４および干渉電力推定部３０５は、処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。

図８は、本実施の形態に係る受信装置３が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図である。処理回路がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、受信装置３の処理回路の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路では、メモリ９２に記憶されたプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路は、受信装置３の処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を備える。また、これらのプログラムは、受信装置３の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

ここで、プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などであってもよい。また、メモリ９２には、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などが該当する。

図９は、本実施の形態に係る受信装置３が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図である。処理回路が専用のハードウェアで構成される場合、図９に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。受信装置３の各機能を機能別に処理回路９３で実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路９３で実現してもよい。

なお、受信装置３の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

以上説明したように、本実施の形態において、送信装置１は、送信シンボル系列に対してヌルシンボルを挿入する。受信装置３は、ヌルシンボル５０１に現れる干渉信号に基づいて信号補間処理を行うことでデータシンボル区間の干渉信号を再生する。受信装置３は、再生したデータシンボル区間の干渉信号に基づいて受信信号に含まれる干渉信号を除去する。受信装置３は、干渉を除去する前の受信信号から、データシンボル５００とヌルシンボル５０１の電力差を利用して所望信号電力を推定する。そして、受信装置３は、信号補間処理による干渉除去前後の雑音電力の増加量が予測できる性質を利用して、干渉を除去した後の受信信号から雑音電力を推定する。これにより、受信装置３は、受信信号に含まれる所望信号、干渉信号、および雑音の中から干渉信号のみを分離して、干渉信号の干渉電力を精度良く推定することができる。

また、受信装置３は、受信信号に含まれる干渉電力の大きさが正確に分かるため、干渉除去精度を向上させることができ、所望信号の受信品質、例えば、ビット誤り率の劣化を低減することができる。また、受信装置３は、受信信号に含まれる干渉電力を正確に推定し、干渉信号を除去することによって耐干渉性を向上させ、未知の干渉が存在する電波伝搬環境において安定した無線通信を実現することができる。また、受信装置３は、受信信号に含まれる干渉電力を正確に推定することで、干渉信号の有無の検出精度の向上が図れる。

また、受信装置３は、無線回線品質の指標として利用できる搬送波レベル対雑音比（ＣＮＲ：Carrier power to Noise Ratio）、搬送波レベル対干渉比（ＣＩＲ：Carrier power to Interference power Ration）、ＣＩＮＲなどを正確に測定できるので、電波伝搬環境に応じた適応変調伝送、送信電力制御、無線リソース割当制御などに活用することで耐干渉性を向上し、安定した無線通信を実現することができる。具体的には、受信装置３において、干渉電力推定部３０５は、所望信号電力、干渉電力、および第２の雑音電力を用いてＣＩＮＲを測定することができる。また、干渉電力推定部３０５は、所望信号電力、および干渉電力を用いてＣＩＲを測定することができる。また、干渉電力推定部３０５は、所望信号電力、および第２の雑音電力を用いてＣＮＲを測定することができる。

また、本実施の形態では、受信装置３は、干渉電力推定部３０５で推定した干渉電力推定値および雑音電力推定値を干渉除去部３０４にフィードバックし、干渉レプリカに乗算する重み係数αの計算に利用し、干渉除去性能を向上させる構成としているが、これに限定されない。受信装置３は、干渉電力の推定だけを目的とする場合、または、各々推定した受信信号に含まれる所望信号電力、干渉電力、および雑音電力を用いてＣＮＲ、ＣＩＲ、ＣＩＮＲなどの推定だけを目的とする場合、干渉除去部３０４へのフィードバックを必ずしも行う必要はない。同様に、受信装置３は、干渉除去を目的としない場合、干渉除去部３０４において干渉信号が除去された受信信号すなわち干渉除去後信号を必ずしも後段の復調部３０６に出力する必要はない。

また、本実施の形態では、ヌルシンボルを振幅が０となる信号として説明したが、一例であり、ヌルシンボルの振幅は０に限らず、シンボルマッピング部１０１で生成される送信シンボル系列のデータシンボルの振幅より小さい振幅の信号に置き換えてもよい。ヌルシンボルの振幅は、例えば、送信シンボル系列の振幅の１／Ｒ以下の振幅である。ただし、Ｒは１以上とする。振幅が０、または送信シンボル系列の振幅より小さい振幅の信号を第１の信号とする。また、ヌルシンボル挿入部１０２がヌルシンボルを挿入するヌルシンボル区間は、ヌルシンボルではなく第１の信号を挿入する区間であってもよい。

なお、本実施の形態では、送信装置１が受信装置３に信号を送信して通信を行う無線通信システムについて説明したが、これに限定されない。送信装置１および受信装置３を備える通信装置が、送信装置１および受信装置３を備える他の通信装置との間で、双方向で信号を送受信する無線通信システムにも適用可能である。図１０は、本実施の形態に係る送信装置１および受信装置３を備える無線通信システム１０の構成例を示す図である。無線通信システム１０は、送信装置１と、受信装置３と、を備え、送信装置１が受信装置３に信号を送信するシステムである。図１１は、本実施の形態に係る通信装置４を備える無線通信システム１１の構成例を示す図である。通信装置４は、送信装置１と、受信装置３と、を備える。無線通信システム１１は、通信装置４同士が双方向で信号を送受信するシステムである。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１送信装置、３受信装置、４通信装置、１０，１１無線通信システム、１００符号化部、１０１シンボルマッピング部、１０２ヌルシンボル挿入部、１０３送信波形整形部、１０４Ｄ／Ａ変換部、１０５送信高周波部、１０６，３００アンテナ、３０１受信高周波部、３０２Ａ／Ｄ変換部、３０３受信波形整形部、３０４干渉除去部、３０５干渉電力推定部、３０６復調部、３０７復号部、４００，６０２ヌルシンボル抽出部、４０１信号補間部、４０２，４０５，６０４，６０６，６０８減算器、４０３，４０６，６００データシンボル抽出部、４０４重み乗算部、６０１，６０３，６０５平均電力算出部、６０７雑音電力推定部。

Claims

データシンボルの時間方向においてデータシンボルがマッピングされているデータシンボル区間の間に設けられたヌルシンボル区間に振幅が０となるヌルシンボルが挿入された受信信号から、前記ヌルシンボルを抽出し、信号補間処理を行って前記データシンボル区間の干渉信号を再生し、前記受信信号から前記干渉信号を除去した信号から前記データシンボルを抽出した第１の干渉除去後信号を出力する干渉除去部と、
前記受信信号から抽出したデータシンボルの第１の平均電力から、前記受信信号から抽出した前記ヌルシンボルの第２の平均電力を減算して所望信号電力を推定し、前記第１の干渉除去後信号のデータシンボルの第３の平均電力から、前記所望信号電力を減算して前記第１の干渉除去後信号に含まれる第１の雑音電力を推定し、前記第１の雑音電力から前記受信信号に含まれる第２の雑音電力を推定し、前記第２の平均電力から前記第２の雑音電力を減算して干渉電力を推定する干渉電力推定部と、
を備え、
前記干渉電力推定部は、前記ヌルシンボル区間の間隔に前記信号補間処理によるゲイン値である電力比を乗算した値で前記第１の雑音電力を除算することで、前記第２の雑音電力を推定する、
ことを特徴とする受信装置。
前記干渉除去部は、前記干渉電力推定部で推定された前記干渉電力および前記第２の雑音電力を用いて重み係数を算出し、前記重み係数を前記干渉信号に乗算し、前記受信信号から前記重み係数を乗算した干渉信号を除去した信号から前記データシンボルを抽出した第２の干渉除去後信号を出力し、
さらに、
前記第２の干渉除去後信号に復調処理を行う復調部、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
前記干渉電力推定部は、前記所望信号電力、前記干渉電力、および前記第２の雑音電力を用いて搬送波レベル対干渉雑音比を測定する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の受信装置。
前記干渉電力推定部は、前記所望信号電力、および前記干渉電力を用いて搬送波レベル対干渉比を測定する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の受信装置。
前記干渉電力推定部は、前記所望信号電力、および前記第２の雑音電力を用いて搬送波レベル対雑音比を測定する、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の受信装置。
データシンボルの時間方向においてデータシンボルをマッピングするデータシンボル区間の間に設けたヌルシンボル区間に振幅が０となるヌルシンボルを挿入して送信する送信装置と、
請求項１から５のいずれか１つに記載の受信装置と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。
干渉除去部が、データシンボルの時間方向においてデータシンボルがマッピングされているデータシンボル区間の間に設けられたヌルシンボル区間に振幅が０となるヌルシンボルが挿入された受信信号から、前記ヌルシンボルを抽出し、信号補間処理を行って前記データシンボル区間の干渉信号を再生する第１のステップと、
前記干渉除去部が、前記受信信号から前記干渉信号を除去した信号から前記データシンボルを抽出した第１の干渉除去後信号を出力する第２のステップと、
干渉電力推定部が、前記受信信号から抽出したデータシンボルの第１の平均電力から、前記受信信号から抽出した前記ヌルシンボルの第２の平均電力を減算して所望信号電力を推定する第３のステップと、
前記干渉電力推定部が、前記第１の干渉除去後信号のデータシンボルの第３の平均電力から、前記所望信号電力を減算して前記第１の干渉除去後信号に含まれる第１の雑音電力を推定し、前記第１の雑音電力から前記受信信号に含まれる第２の雑音電力を推定し、前記第２の平均電力から前記第２の雑音電力を減算して干渉電力を推定する第４のステップと、
を含み、
前記第４のステップにおいて、前記干渉電力推定部は、前記ヌルシンボル区間の間隔に前記信号補間処理によるゲイン値である電力比を乗算した値で前記第１の雑音電力を除算することで、前記第２の雑音電力を推定する、
ことを特徴とする干渉電力推定方法。
前記干渉除去部が、前記干渉電力推定部で推定された前記干渉電力および前記第２の雑音電力を用いて重み係数を算出し、前記重み係数を前記干渉信号に乗算し、前記受信信号から前記重み係数を乗算した干渉信号を除去した信号から前記データシンボルを抽出した第２の干渉除去後信号を出力する第５のステップと、
復調部が、前記第２の干渉除去後信号を用いて復調を行う第６のステップと、
を含むことを特徴とする請求項７に記載の干渉電力推定方法。
前記干渉電力推定部が、前記所望信号電力、前記干渉電力、および前記第２の雑音電力を用いて搬送波レベル対干渉雑音比を測定する第７のステップ、
を含むことを特徴とする請求項７または８に記載の干渉電力推定方法。
前記干渉電力推定部が、前記所望信号電力、および前記干渉電力を用いて搬送波レベル対干渉比を測定する第８のステップ、
を含むことを特徴とする請求項７から９のいずれか１つに記載の干渉電力推定方法。
前記干渉電力推定部が、前記所望信号電力、および前記第２の雑音電力を用いて搬送波レベル対雑音比を測定する第９のステップ、
を含むことを特徴とする請求項７から１０のいずれか１つに記載の干渉電力推定方法。
受信装置を制御するための制御回路であって、
データシンボルの時間方向においてデータシンボルがマッピングされているデータシンボル区間の間に設けられたヌルシンボル区間に振幅が０となるヌルシンボルが挿入された受信信号から、前記ヌルシンボルを抽出し、信号補間処理を行って前記データシンボル区間の干渉信号を再生、
前記受信信号から前記干渉信号を除去した信号から前記データシンボルを抽出した第１の干渉除去後信号を出力、
前記受信信号から抽出したデータシンボルの第１の平均電力から、前記受信信号から抽出した前記ヌルシンボルの第２の平均電力を減算して所望信号電力を推定、
前記第１の干渉除去後信号のデータシンボルの第３の平均電力から、前記所望信号電力を減算して前記第１の干渉除去後信号に含まれる第１の雑音電力を推定し、前記第１の雑音電力から前記受信信号に含まれる第２の雑音電力を推定し、前記第２の平均電力から前記第２の雑音電力を減算して干渉電力を推定、
を前記受信装置に実施させ、
前記ヌルシンボル区間の間隔に前記信号補間処理によるゲイン値である電力比を乗算した値で前記第１の雑音電力を除算することで、前記第２の雑音電力を推定する、
ことを特徴とする制御回路。
受信装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、
前記プログラムは、
データシンボルの時間方向においてデータシンボルがマッピングされているデータシンボル区間の間に設けられたヌルシンボル区間に振幅が０となるヌルシンボルが挿入された受信信号から、前記ヌルシンボルを抽出し、信号補間処理を行って前記データシンボル区間の干渉信号を再生、
前記受信信号から前記干渉信号を除去した信号から前記データシンボルを抽出した第１の干渉除去後信号を出力、
前記受信信号から抽出したデータシンボルの第１の平均電力から、前記受信信号から抽出した前記ヌルシンボルの第２の平均電力を減算して所望信号電力を推定、
前記第１の干渉除去後信号のデータシンボルの第３の平均電力から、前記所望信号電力を減算して前記第１の干渉除去後信号に含まれる第１の雑音電力を推定し、前記第１の雑音電力から前記受信信号に含まれる第２の雑音電力を推定し、前記第２の平均電力から前記第２の雑音電力を減算して干渉電力を推定、
を前記受信装置に実施させ、
前記ヌルシンボル区間の間隔に前記信号補間処理によるゲイン値である電力比を乗算した値で前記第１の雑音電力を除算することで、前記第２の雑音電力を推定する、
ことを特徴とする記憶媒体。