JP7106017B2

JP7106017B2 - 無線受信装置、制御回路、記憶媒体および無線通信方法

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Publication number: JP7106017B2
Application number: JP2021558572A
Authority: JP
Inventors: 康義能田; 俊介上橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2022-07-25
Anticipated expiration: 2039-12-17
Also published as: JPWO2021124463A1; WO2021124463A1

Description

本発明は、複数のキャリアを含む信号を用いて通信する無線受信装置、制御回路、記憶媒体および無線通信方法に関する。

無線通信システムでは、正確に情報を伝達するために、信号の歪みの影響を補償する技術が求められる。信号に歪みが発生する要因としては、伝送路におけるシンボル間干渉のほか、送信側で非線形領域を含む電力で信号を増幅する増幅器などが挙げられる。電力効率を改善するために増幅器の非線形領域を含む電力で信号を増幅する場合、非線形歪みが発生する。

特許文献１には、シングルキャリア伝送において、非線形歪みおよび線形歪みを同時に補償することが可能な受信装置が開示されている。特許文献１に開示された技術によれば、シングルキャリアを単一の増幅器で増幅した信号を受信する受信装置において、線形歪みと同様に非線形歪みを等化器で補償することが可能である。

また、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）のようなマルチキャリア方式においては、複数のキャリアを含む信号を単一の増幅器で増幅すると、キャリア間で相互変調歪みと呼ばれる非線形歪みが発生することが知られている。非特許文献１には、マルチキャリア方式の無線通信システムにおいて、送信側で非線形歪みを抑圧する技術が開示されている。

国際公開第２０１９／１７１５５１号

阿部友希、山尾泰「スペクトル分解並列信号処理による広帯域非線形補償法」信学技報ＲＣＳ２０１８－１９５２０１８年１１月

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術によれば、キャリア内で生じる非線形歪みおよび線形歪みを補償することはできるが、キャリア間で生じる相互変調歪みを除去することはできない。また、上記非特許文献１に記載の技術によれば、相互変調歪みを除去するためには、送信装置において、送信信号をフィードバックする回路が必要となり、信号処理回路の回路規模が増大するという問題があった。例えば、送信装置が衛星である衛星通信システムにおけるダウンリンクなど、送信装置における回路規模に制約がある場合、非特許文献１に記載の技術を適用することは困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、送信装置における回路規模の増大を抑制しつつ、相互変調歪みを補償することが可能な無線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、本発明にかかる無線受信装置は、送信装置が複数のキャリアを含む信号を単一の増幅器で増幅した際にキャリア間で生じる歪み成分である相互変調成分を含む無線信号を受信し、複数のキャリアのそれぞれの信号成分の一部または全てを復調処理を介して推定した参照信号を生成する参照信号生成部と、複数の参照信号に基づいて、受信信号に含まれる相互変調成分を推定する相互変調成分推定部と、受信信号から、推定された相互変調成分を減算する相互変調成分キャンセル部と、を有することを特徴とする。

本発明にかかる無線受信装置は、送信装置における回路規模の増大を抑制しつつ、相互変調歪みを補償することが可能であるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる無線受信装置の機能構成を示す図図１に示す無線受信装置が受信する信号のフォーマット例を示す図図１に示す無線受信装置の受信信号に含まれる複数のキャリア成分のそれぞれのキャリア周波数配置を示す図図１に示す相互変調成分推定部の機能構成例を示す図図１に示す無線受信装置の動作を説明するためのフローチャート本発明の実施の形態２にかかる無線受信装置の機能構成を示す図図６に示す無線受信装置の動作を説明するためのフローチャート本発明の実施の形態１，２にかかる無線受信装置をハードウェアで実現する場合の構成例を示す図本発明の実施の形態１，２にかかる無線受信装置の機能の一部をソフトウェアで実現する場合の構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる無線受信装置、制御回路、記憶媒体および無線通信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１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる無線受信装置１００の機能構成を示す図である。無線受信装置１００は、アンテナ１０１，１１１と、ＲＦ（Radio Frequency）回路部１０２，１１２と、非線形等化部１０３，１１３と、参照信号生成部１０４と、相互変調成分推定部１０５，１１５と、硬判定部１０６，１１６と、相互変調成分キャンセル部１０７，１１７と、ＦＥＣ（Forward Error Correction）部１０８，１１８とを有する。

無線受信装置１００は、図示しない送信装置から、複数のキャリアを含む信号を受信する。送信装置は、複数のキャリアを含む信号を、単一の増幅器で増幅している。このとき送信装置の送信装置は、電力効率を改善するために、増幅器の非線形領域を含む電力で信号を増幅している。この場合、増幅後の信号には、非線形歪み成分が含まれる。増幅時に生じる非線形歪み成分は、例えば、１つのシングルキャリア変調されたバンド内の信号同士が非線形増幅で干渉した際に発生する歪みであるキャリア内の非線形歪み成分を含む。また、複数のキャリアを含む信号を単一の増幅器で増幅するとき、ＯＦＤＭのように他の変調方式と比較してピーク電力の大きい変調方式では、複数のキャリア間で信号が干渉して歪みが生じることがある。キャリア間で生じる非線形歪み成分を、相互変調成分と称する。

図２は、図１に示す無線受信装置１００が受信する信号のフォーマット例を示す図である。無線受信装置１００の受信信号は、ヘッダ１１と、ペイロード１２と、パイロット１３とを含む。パイロット１３は、送受信間で予め定められたパターンの信号であり、例えば、ＤＶＢ－Ｓ（Digital Video Broadcasting-Satellite）規格などの衛星通信で使用される規格で定められたパターンを示す。

従来、衛星通信においては、他の変調方式よりもピーク電力の大きいＯＦＤＭのような変調方式を用いたマルチキャリア伝送は使用されてこなかったが、キャリアあたりの信号帯域幅を拡大すると、モデムでの並列化が難しくなったり、周波数特性の影響が大きくなったりすることから、近接した周波数で複数のキャリアを周波数多重して伝送し、単一の増幅器で増幅できるような送信装置の検討が必要になってきている。

アンテナ１０１，１１１のそれぞれは、互いに異なるキャリアの信号を受信する。アンテナ１０１は、ＲＦ回路部１０２と接続されており、受信信号をＲＦ回路部１０２に出力する。アンテナ１１１は、ＲＦ回路部１１２と接続されており、受信信号をＲＦ回路部１１２に出力する。

ＲＦ回路部１０２，１１２のそれぞれは、受信信号をそれぞれのキャリアに同調したベースバンド信号に変換する。ＲＦ回路部１０２は、非線形等化部１０３および相互変調成分推定部１０５のそれぞれと接続されており、非線形等化部１０３および相互変調成分推定部１０５のそれぞれに、ベースバンド信号を出力する。ＲＦ回路部１１２は、非線形等化部１１３および相互変調成分推定部１１５のそれぞれと接続されており、非線形等化部１１３および相互変調成分推定部１１５のそれぞれに、ベースバンド信号を出力する。ＲＦ回路部１０２，１１２のそれぞれは、アナログ回路であってもよいし、デジタル回路であってもよいし、アナログ回路およびデジタル回路の組合せであってもよい。

非線形等化部１０３，１１３のそれぞれは、ベースバンド信号に含まれる自キャリアの歪み成分を取り除く処理を行う。ここで自キャリアの歪み成分とは、キャリア内で生じる歪み成分であり、送信器側において増幅器の非線形領域を含む電力で信号を増幅したことに起因するキャリア内の非線形歪み成分である。また、自キャリアの歪み成分は、シンボル間干渉に起因する歪み成分を含むこともある。

非線形等化部１０３，１１３は、国際公開第２０１９／１７１５５１号（特許文献１）に示す非線形等化方式を用いることができる。非線形等化部１０３，１１３のそれぞれは、線形フィルタおよび非線形フィルタを有し、既知信号を使用して伝搬路推定を行い、推定結果に基づいて、線形フィルタおよび非線形フィルタのフィルタ係数を制御することで、自キャリアの線形歪みおよび非線形歪みを補償することができる。具体的には、非線形等化部１０３，１１３は、非線形フィルタを使用せずに、固定のフィルタ係数および線形フィルタを用いた第１等化処理を行い、第１等化処理後の受信信号を用いて同期処理が行われ、予め定められた条件が満たされると、線形フィルタおよび非線形フィルタの両方を使用した第２等化処理を開始してもよい。第２等化処理は、ＬＭＳ（Least Mean Square）などの適応等化アルゴリズムを用いてフィルタ係数を制御する適応等化処理である。また第２等化処理を開始する条件は、同期精度が基準以上となったことを判定する条件であり、例えば、同期処理が開始されてからの時間、処理サンプル数、および等化処理後の信号品質の少なくとも１つに基づくものとすることができる。非線形等化部１０３は、非線形等化処理を行って自キャリアの歪み成分を取り除く処理を行った後のベースバンド信号を相互変調成分推定部１０５および相互変調成分キャンセル部１０７に出力する。非線形等化部１１３は、非線形等化処理を行って自キャリアの歪み成分を取り除く処理を行った後のベースバンド信号を相互変調成分推定部１１５および相互変調成分キャンセル部１１７に出力する。

続いて、無線受信装置１００の受信信号について説明する。無線受信装置１００の受信信号は、送信装置において、複数のキャリアを含む信号を単一の増幅器で増幅している。増幅器への入力信号ｓ、１次歪みの係数ａ₁、３次歪みの係数ａ₃とすると、増幅器からの出力信号ｙは、以下の数式（１）で表される。

本実施の形態における２つのキャリアの成分をそれぞれＳ_L，Ｓ_Hとし、キャリアの周波数オフセット成分をωとすると、入力信号ｓは以下の数式（２）で表される。

ここで、Ｓ_L，Ｓ_Hは、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＡＰＳＫ（Amplitude Phase Shift Keying）、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）などの複素信号である。

図３は、図１に示す無線受信装置１００の受信信号に含まれる複数のキャリア成分Ｓ_L，Ｓ_Hのそれぞれのキャリア周波数配置を示す図である。ここで、キャリアの周波数オフセット成分はωである。数式（２）で示す信号を増幅器に通したときの増幅器からの出力信号ｙは、以下の数式（３）で表される。

数式（３）より、無線受信装置１００の受信信号には、以下の数式（４）に示す複数の成分が含まれることが分かる。

図１のアンテナ１０１、ＲＦ回路部１０２から構成される受信部が、ｅｘｐ（－ｊωｔ）の成分のキャリアに同調する場合、受信信号に含まれる成分は以下の数式（５）で表される。

参照信号生成部１０４は、ＦＥＣ部１０８，１１８に入力される信号をもとに硬判定処理を行う硬判定部１０６，１１６の硬判定結果を用いて、受信信号に含まれる２つのキャリア成分Ｓ_L，Ｓ_Hを算出して、キャリア成分Ｓ_L，Ｓ_Hの推定した参照信号＃１および参照信号＃２を生成する。参照信号生成部１０４は、生成した参照信号＃１および参照信号＃２を相互変調成分推定部１０５，１１５に出力する。例えば、相互変調成分推定部１０５がキャリア成分Ｓ_Lの処理を行う場合、参照信号生成部１０４は、キャリア成分Ｓ_Lの参照信号＃１を相互変調成分推定部１０５に出力する。相互変調成分推定部１１５がキャリア成分Ｓ_Hの処理を行う場合、参照信号生成部１０４は、キャリア成分Ｓ_Hの参照信号＃２を相互変調成分推定部１１５に出力する。

参照信号生成部１０４は、判定志向型で動作させるための硬判定結果、または、パイロット１３などの既知系列を用いて、参照信号を生成してもよい。例えば、図２に示すように、受信時刻ごとに、既知系列が含まれるか否かは変化するため、参照信号生成部１０４は、既知系列が含まれる受信時刻では既知系列を用いて参照信号を生成し、既知系列が含まれない受信時刻では硬判定結果を用いて参照信号を生成してもよい。或いは、参照信号生成部１０４は、ペイロード１２と対応する仮判定信号から参照信号を生成してもよい。仮判定信号は、例えば、硬判定処理部１０６において生成される。硬判定処理部１０６は、ハードリミット的な動作に限らずソフトリミット的な動作で判定処理を行って判定結果を生成し、判定結果を示す仮判定信号を生成することができる。具体的には、硬判定処理部１０６は、受信信号を入力とする判定用の関数に符号関数を近似するシグモイド関数の出力を近似する。シグモイド関数のパラメータを調整することで、硬判定的な動作と軟判定的な動作とをそれぞれ実現することができる。軟判定的動作に近いパラメータを選択することで、雑音除去効果が低下する代わりに、干渉による判定誤り時の誤り伝播を低減する効果を期待することができる。

図４は、図１に示す相互変調成分推定部１０５，１１５の機能構成例を示す図である。相互変調成分推定部１０５，１１５のそれぞれは、既知信号保持部２０１と、相互変調基本成分生成部２０２と、受信信号蓄積部２０３と、線形結合係数生成部２０４と、レプリカ生成部２０５とを有する。

既知信号保持部２０１は、ＤＶＢ－Ｓ２、ＤＶＢ－Ｓ２Ｘといった規格で定められた信号におけるパイロット、ヘッダに含まれるＳＯＦ（Start Of Frame）、スーパーフレーム内の同期用データ列などの既知信号を保持する。

相互変調基本成分生成部２０２は、既知信号保持部２０１が保持する既知信号と、参照信号生成部１０４から得られた参照信号＃１および参照信号＃２とに基づいて、相互変調基本成分を生成する。相互変調基本成分とは、上記の数式（５）に示される各成分である。相互変調基本成分生成部２０２は、生成した相互変調基本成分を、線形結合係数生成部２０４およびレプリカ生成部２０５のそれぞれに出力する。

受信信号蓄積部２０３は、ＲＦ回路部１０２，１１２からの受信信号を蓄積する。具体的には、相互変調成分推定部１０５の受信信号蓄積部２０３は、ＲＦ回路部１０２からの受信信号を蓄積し、相互変調成分推定部１１５の受信信号蓄積部２０３は、ＲＦ回路部１１２からの受信信号を蓄積する。受信信号蓄積部２０３は、相互変調基本成分生成部２０２で生成される相互変調基本成分の値と対応した時刻の信号列を、線形結合係数生成部２０４に供給する。

線形結合係数生成部２０４は、相互変調基本成分生成部２０２が生成した相互変調基本成分を用いて、受信信号蓄積部２０３で得た受信信号を線形結合で表すための係数の推定処理を行う。具体的には、線形結合係数生成部２０４は、受信信号と複数の相互変調基本成分のそれぞれとの相関をとることで係数を求めてもよいし、最小二乗法のモデル化を用いて係数を算出してもよい。相関を用いる場合、線形結合係数生成部２０４は、受信信号に対して複数の時刻の参照信号を用いて、信号間でスライディング相関を行ってもよい。これにより、複数時刻の入力信号が、あるサンプル時刻の出力信号に影響を及ぼすメモリ効果のような歪みを反映した推定結果を得ることができるようになる。また、最小二乗法によるモデル化を行う場合、線形結合係数生成部２０４は、複数の時刻における相互変調基本成分の値を説明変数に加えて最小二乗法を解くことでもメモリ効果のような歪みに対応することができる。

推定変数を増加させることで、メモリ効果のような歪みを反映した推定結果を得ることはできるようになるが、推定誤差などの影響を受けやすくなる。このため、特にＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）が低く雑音の影響を受けやすい環境では、線形結合係数生成部２０４は、寄与の小さい項を説明変数から除いたり、係数の値を「０」に固定することで、推定誤差の影響を低減することができる。例えば、数式（５）に示す相互変調基本成分のうち、最後に記載されたｅｘｐ（ｊ４ωｔ）は、自帯域から外側の４ωの位置に変調される成分であり、無線受信装置１００内では、フィルタにより除去されていることが多い。このため、線形結合係数生成部２０４は、係数を生成する際に、ｅｘｐ（ｊ４ωｔ）を説明変数から除外してもよい。

線形結合係数生成部２０４は、推定処理に先立って、希望波成分を除去した受信信号から推定処理を行ってもよい。つまり、本実施の形態では、非線形等化部１０３，１１３の出力は、受信レベルおよび位相が補正されるため、相互変調成分推定部１０５，１１５の線形結合係数生成部２０４は、参照信号に基づいて、受信信号から参照信号＃１の成分（Ｓ_Lと対応）を減算した後に、上述の推定処理を行ってもよい。また、線形結合の係数は、衛星通信では時間的な変動は緩やかであると想定される。このため、線形結合係数生成部２０４は、複数のフレームで推定した結果を用いて時間平均した結果を用いてもよいし、ＬＭＳ、ＲＬＳ（Recursive Least Squares）などの最小二乗法ベースの逐次アルゴリズムを用いてもよいし、推定結果をＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタで平均化した結果を用いてもよい。これにより、雑音の影響を低減することができるようになる。線形結合係数生成部２０４は、生成した係数を、レプリカ生成部２０５に出力する。

レプリカ生成部２０５は、線形結合係数生成部２０４が生成した係数と、相互変調基本成分生成部２０２が生成した相互変調基本成分とを用いて、受信信号に含まれる相互変調成分のレプリカを生成する。レプリカ生成部２０５は、複数の相互変調基本成分のそれぞれに、推定された係数を乗算した値を、線形結合することで相互変調成分のレプリカを生成する。本実施の形態では、受信信号に対して係数推定を行い、非線形等化部１０３，１１３の出力結果に対して信号をキャンセルする構成になっている。このため、レプリカ生成部２０５は、上記の線形結合の結果に対して、非線形等化部１０３，１１３が出力する等化フィルタ係数を用いて、非線形等化部１０３，１１３と同じ補正を行うことで、最終的な相互変調成分推定値を生成する。本実施の形態では、非線形等化処理を行うことで高次歪み成分が発生するため、非線形等化前の受信信号を用いて係数を推定する構成としている。

図１の説明に戻る。相互変調成分キャンセル部１０７，１１７は、相互変調成分推定値に基づいて、非線形等化部１０３，１１３の出力信号から、相互変調成分推定値を減算し、相互変調のない場合の等化結果に相当する受信信号を生成する。相互変調成分キャンセル部１０７は、生成した受信信号をＦＥＣ部１０８、硬判定部１０６および非線形等化部１０３のそれぞれに出力する。相互変調成分キャンセル部１１７は、生成した受信信号をＦＥＣ部１１８、硬判定部１１６および非線形等化部１１３のそれぞれに出力する。

ＦＥＣ部１０８，１１８は、受信信号から軟判定値または硬判定値を生成し、誤り訂正復号処理を行う誤り訂正復号部である。

非線形等化部１０３，１１３は、相互変調成分をキャンセルした後の受信信号を用いて、再度、非線形等化処理を繰り返してもよい。この場合、相互変調成分キャンセル部１０７，１１７は、２回目の非線形等化の結果に対しては、相互変調成分のキャンセル処理は行わず、ＦＥＣ部１０８，１１８に非線形等化結果をそのまま出力する。

無線受信装置１００は、キャリアがそれぞれ１００ＭＨｚ級以上の帯域幅を有し、各キャリア内で線形歪みおよび非線形歪みを含み、キャリア間で相互変調歪みが含まれる通信システムにおいても、受信性能を向上させることが可能である。本実施の形態で説明する技術は、伝搬路の時変動が緩やかであって、かつＳＮＲを大きくとれるような環境で精度のよい補償用係数が推定できることを利用したものであり、大容量衛星通信システムに適した受信技術である。本実施の形態では、送信側において複雑な処理を行うことなく、受信性能を改善することができる。上記の技術を用いることで、送信側では、送信信号の帯域制限、信号クリッピングを目的とした簡易なＤＰＤ（Digital Pre-Distortion）など演算量が比較的小さい処理を行うだけにして、受信側で歪みを除去する構成とすることができる。

相互変調成分推定部１０５，１１５は、同じ送信装置が同じ駆動点で増幅器をドライブして生成された送信信号を受信している間は、推定した係数を保持して使用することができる。しかしながら、増幅器の駆動点は、変動する場合がある。例えば、送信装置が使用する変調方式を変更する場合、送信装置が複数の増幅器を搭載しており、使用する増幅器を時間多重的に切り替える場合、無線受信装置１００の通信相手である送信装置が切り替わる場合などである。このような場合、送信装置は、送信信号に、使用中の増幅器の駆動点を識別するための駆動点識別情報を挿入し、無線受信装置１００に向けて送信する。無線受信装置１００は、受信信号に含まれた駆動点識別情報に基づいて、相互変調成分を推定するために使用する係数を変更する。ここで、使用する係数を変更するとは、予め推定された複数の係数の組の中から、使用する係数を切り替えることと、係数の再推定処理を行い、使用する係数を推定した係数に変更することとを含む。

例えば、実際の衛星通信システムでは、ＶＣＭ（Variable Coding Modulation）、ＡＣＭ（Adaptive Coding and Modulation）といった変調方式の適用が検討されている。使用する変調方式ごとに、回線を最大限活用可能なバックオフ値が変動するため、異なる駆動点、つまり変調方式ごとに異なる駆動点で増幅器をドライブすることが求められる。異なる駆動点で駆動した場合、補償すべき係数を差し替える必要がある。そこで、相互変調成分推定部１０５，１１５が保持する係数を、駆動点ごとに差し替えることができる。この場合、駆動点識別情報は、通信フレームに付加された変調方式の識別子であってよい。無線受信装置１００は、変調方式の識別子に基づいて、係数を差し替えたり、再推定する構成をとることで、様々な駆動点で受信性能を改善することができる。

また、衛星通信システムでは、ビームホッピングによるＴＤＭＡ（Time Division Multiplexing Access）の適用も検討されている。衛星通信ダウンリンクでは、地上局は衛星コンステレーション構成によって、様々な衛星と通信することが考えられる。また、衛星が複数の増幅器を備える構成も考えられる。この場合、駆動点識別情報は、バックオフに関する情報、増幅器の固有識別子などであってよい。これにより、地上局は、係数の再推定、差し替えタイミングを制御することが可能になる。衛星ごと、または増幅器ごとにスクランブルパターンを変更して送信するようにシステムを構成することで、無線受信装置１００において増幅器の変動を識別し、信号処理パラメータ推定の制御を行うことが可能になる。

図５は、図１に示す無線受信装置１００の動作を説明するためのフローチャートである。なお、以下の説明中において、アンテナ１０１、ＲＦ回路部１０２、非線形等化部１０３、相互変調成分推定部１０５、硬判定部１０６、相互変調成分キャンセル部１０７、およびＦＥＣ部１０８から構成される系統の処理について説明する。以下では省略されるが、アンテナ１１１、ＲＦ回路部１１２、非線形等化部１１３、相互変調成分推定部１１５、硬判定部１１６、相互変調成分キャンセル部１１７、およびＦＥＣ部１１８から構成される系統の処理についても同様である。同じ名称の機能部について符号を置き換えた処理が以下に説明する処理と並行して実行される。

無線受信装置１００のアンテナ１０１が送信装置からの信号を受信すると、ＲＦ回路部１０２は、受信信号をキャリアに同調したベースバンド信号に変換する（ステップＳ１０１）。

非線形等化部１０３は、非線形等化処理を行って、ＲＦ回路部１０２から取得したベースバンド信号から自キャリアの歪み成分を除去する（ステップＳ１０２）。

相互変調成分推定部１０５は、相互変調成分のキャンセル処理を実行済であるか否かを判断する（ステップＳ１０３）。

相互変調成分のキャンセル処理を実行済でない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、参照信号生成部１０４は、各キャリアの参照信号を生成する（ステップＳ１０４）。相互変調成分推定部１０５は、参照信号に基づいて、相互変調成分を推定する（ステップＳ１０５）。相互変調成分キャンセル部１０７は、非線形等化部１０３が出力する受信信号から、相互変調成分の推定値を減算して、相互変調成分をキャンセルする（ステップＳ１０６）。

硬判定部１０６は、相互変調成分キャンセル部１０７が出力する信号に基づいて、硬判定処理を実行する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７の実行後、相互変調成分キャンセル部１０７が出力する信号は、非線形等化部１０３にフィードバックされて、ステップＳ１０２から処理が繰り返される。

相互変調成分のキャンセル処理を実行済である場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４～ステップＳ１０７の処理は省略され、硬判定部１０６は、相互変調成分キャンセル部１０７が出力する信号に基づいて、硬判定処理を実行する（ステップＳ１０８）。相互変調成分キャンセル部１０７の出力する信号が、非線形等化部１０３にフィードバックされると、非線形等化部１０３は、フィードバックされた信号を用いて、前回と同様の非線形等化処理を行い、自キャリアの歪み成分を除去する。このとき、相互変調成分キャンセル部１０７は、相互変調成分のキャンセル処理を行わずに、非線形等化部１０３が出力する信号をそのまま出力することになる。

ＦＥＣ部１０８は、誤り訂正復号処理を行う（ステップＳ１０９）。ステップＳ１０１～ステップＳ１０９の処理は、アンテナ１０１が信号を受信したとき実行される。

以上説明したように、本発明の実施の形態１にかかる無線受信装置１００によれば、送信装置が複数のキャリアを含む信号を単一の増幅器で増幅した際にキャリア間で生じる歪み成分である相互変調成分を推定し、受信信号から、推定した相互変調成分をキャンセルすることができる。このため、送信装置における回路規模の増大を抑制しつつ、相互変調歪みを補償することが可能になる。したがって、受信品質を向上させることができる。また、衛星通信に適用する場合、共通増幅システムの設計の自由度が向上する。

なお、送信装置で相互変調歪みを抑制するＤＰＤでは、送信信号をフィードバックする回路が必要となり信号処理回路の回路規模が増大するだけでなく、送信スペクトルのスプリアス除去および低歪み化の２つの要求に対して適切な信号処理を行う必要がある。しかしながら、スプリアス除去および低歪み化は、同時に達成することが困難である場合が多い。また、経年劣化などの変動に対しても追従機構が必要となるなど、実現性に困難がある。無線受信装置１００によれば、受信側で相互変調歪みを補償することが可能になるため、上記の課題を解決することが可能である。なお、ＤＰＤを行った場合であっても、受信側、伝送路などで歪みが発生する場合があるため、受信側の信号処理が軽量化されるとは限らない。

図１では、各キャリアに対してそれぞれ異なるＲＦ回路部１０２，１１２を設ける構成としたが、本実施の形態はかかる例に限定されない。例えば、無線受信装置１００は、２つのキャリアに同調したベースバンド信号が得られる構成であれば、共通のアンテナを使って同一のＲＦ回路を設けて中間周波数帯の信号に変換した後、２つの異なる周波数の信号に変換するＤＤＣ（Digital to Digital Converter）を設けて、２つのベースバンド信号を得る構成としてもよい。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２にかかる無線受信装置１００Ａの機能構成を示す図である。無線受信装置１００Ａは、アンテナ１０１，１１１と、ＲＦ回路部１０２，１１２と、前置フィルタ３０３，３１３と、参照信号生成部３０４と、相互変調成分推定部３０５，３１５と、相互変調成分キャンセル部３０７，３１７と、ＦＥＣ部３０８，３１８とを有する。

無線受信装置１００Ａは、無線受信装置１００の非線形等化部１０３，１１３の代わりに、前置フィルタ３０３，３１３を有する。前置フィルタ３０３，３１３は、受信信号の補間処理により信号をサンプリングする。前置フィルタ３０３，３１３は、既知のタイミング同期方式を用いて、タイミング検出結果から得た遅延量をもとにフィルタ係数を制御している。前置フィルタ３０３，３１３は、非線形等化用の受信信号の絶対値２乗と受信信号との積に係数を与えた項を設けて、非線形補償をしてもよい。前置フィルタ３０３，３１３は、サンプリングした信号を相互変調成分推定部３０５，３１５および相互変調成分キャンセル部３０７，３１７のそれぞれに出力する。

図４に示したように、相互変調成分推定部１０５，１１５には、参照信号＃１、参照信号＃２、受信信号および等化フィルタ係数が入力される。これに対して、相互変調成分推定部３０５，３１５には、受信信号の代わりに前置フィルタ３０３，３１３の出力が入力され、等化フィルタ係数は入力されない。相互変調成分推定部３０５，３１５は、受信信号の代わりに前置フィルタ３０３，３１３の出力を用いて、相互変調成分推定部１０５，１１５と同様の手順により相互変調成分の推定処理を行う。ただし、相互変調成分推定部３０５，３１５は、相互変調成分推定部１０５，１１５において説明した、レプリカ生成部２０５が線形結合の結果に対して、非線形等化部１０３，１１３と同じ補正を行う処理は省略し、線形結合の結果を最終的な相互変調成分推定値として出力する。

参照信号生成部３０４は、ＦＥＣ部３０８，３１８で得られたＦＥＣ出力結果を用いて、参照信号を生成する。ＦＥＣ出力において、使用されている誤り訂正検出符号によっては、誤り検出が可能であり、ＦＥＣ部３０８，３１８は、誤りを検出しなかった場合に限って、参照信号生成部３０４に判定結果を出力してもよい。このような構成をとることにより、誤り発生時に推定結果に誤りが生じることを抑制することができる。参照信号生成部３０４は、ＦＥＣ結果から信号を再変調し、その結果に基づいて、実施の形態１と同様に、２つのキャリア成分Ｓ_L，Ｓ_Hのそれぞれを推定して参照信号＃１および参照信号＃２を生成する。

相互変調成分キャンセル部３０７，３１７は、前置フィルタ３０３，３１３の出力から相互変調成分推定部３０５，３１５が出力する相互変調成分の推定結果を減算した値をＦＥＣ部３０８，３１８のそれぞれに出力する。

図７は、図６に示す無線受信装置１００Ａの動作を説明するためのフローチャートである。なお、以下の説明中において、アンテナ１０１、ＲＦ回路部１０２、前置フィルタ３０３、相互変調成分推定部３０５、相互変調成分キャンセル部３０７、およびＦＥＣ部３０８から構成される系統の処理について説明する。以下では省略されるが、アンテナ１１１、ＲＦ回路部１１２、前置フィルタ３１３、相互変調成分推定部３１５、相互変調成分キャンセル部３１７、およびＦＥＣ部３１８から構成される系統の処理についても同様である。同じ名称の機能部について符号を置き換えた処理が以下に説明する処理と並行して実行される。

無線受信装置１００Ａのアンテナ１０１が送信装置からの信号を受信すると、ＲＦ回路部１０２は、受信信号をキャリアに同調したベースバンド信号に変換する（ステップＳ２０１）。

前置フィルタ３０３は、補間処理を行って受信信号をサンプリングする（ステップＳ２０２）。

参照信号生成部３０４は、各キャリアの参照信号を生成する（ステップＳ２０３）。相互変調成分推定部３０５は、参照信号に基づいて、相互変調成分を推定する（ステップＳ２０４）。相互変調成分キャンセル部３０７は、前置フィルタ３０３が出力する受信信号から、相互変調成分の推定値を減算して、相互変調成分をキャンセルする（ステップＳ２０５）。

ＦＥＣ部３０８は、誤り訂正復号処理を行う（ステップＳ２０６）。ステップＳ２０１～ステップＳ２０６の処理は、アンテナ１０１が信号を受信したとき実行される。

以上説明したように、本発明の実施の形態２にかかる無線受信装置１００Ａによれば、適当等化による非線形歪み補償機能を有しない無線受信装置１００Ａにおいても、実施の形態１と同様に、送信装置が複数のキャリアを含む信号を単一の増幅器で増幅した際にキャリア間で生じる歪み成分である相互変調成分を推定し、受信信号から、推定した相互変調成分をキャンセルすることができる。このため、送信装置における回路規模の増大を抑制しつつ、相互変調歪みを補償することが可能になる。

図８は、本発明の実施の形態１，２にかかる無線受信装置１００，１００Ａをハードウェアで実現する場合の構成例を示す図である。無線受信装置１００，１００Ａの機能は、受信データ生成回路４０１と、処理回路４０２と、受信結果格納装置４０３とを用いて実現することができる。

受信データ生成回路４０１は、アンテナ１０１，１１１およびＲＦ回路部１０２，１１２の処理を実行することができる。

処理回路４０２は、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）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、またはこれらを組み合わせたものである。処理回路４０２は、非線形等化部１０３，１１３、参照信号生成部１０４，３０４、相互変調成分推定部１０５，１１５，３０５，３１５、硬判定部１０６，１１６、相互変調成分キャンセル部１０７，１１７，３０７，３１７、ＦＥＣ部１０８，１１８，３０８，３１８および前置フィルタ３０３，３１３の処理を実行することができる。受信結果格納装置４０３は、復調結果を格納する記憶装置である。

上記では一例を示したが、必要に応じて、受信データ生成回路４０１および処理回路４０２の機能分担は変更してもよい。

図９は、本発明の実施の形態１，２にかかる無線受信装置１００，１００Ａの機能の一部をソフトウェアで実現する場合の構成例を示す図である。無線受信装置１００，１００Ａの機能は、受信データ生成回路４０１と、プロセッサ４０４と、メモリ４０５と、ディスプレイ４０６とを用いて実現することができる。

プロセッサ４０４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、制御回路、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、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などとも呼ばれる。

メモリ４０５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、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などである。

プロセッサ４０４は、メモリ４０５に記憶された、各構成要素の処理に対応する歪み補償プログラムを読み出して実行し、非線形等化部１０３，１１３、参照信号生成部１０４，３０４、相互変調成分推定部１０５，１１５，３０５，３１５、硬判定部１０６，１１６、相互変調成分キャンセル部１０７，１１７，３０７，３１７、ＦＥＣ部１０８，１１８，３０８，３１８および前置フィルタ３０３，３１３などの機能を実現することができる。また、メモリ４０５は、プロセッサ４０４が実行する各処理における一時メモリとしても使用される。なお、上記では一例を示したが、受信データ生成回路４０１およびプロセッサ４０４の機能分担は、必要に応じて変更してもよい。歪み補償プログラムは、通信路を介して提供されてもよいし、記憶媒体に記憶された状態で提供されてもよい。

ディスプレイ４０６は、処理結果を表示する。ディスプレイ４０６は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などである。なお、ここでは無線受信装置１００，１００Ａがディスプレイ４０６を有することとしたが、実施の形態１，２はかかる例に限定されない。例えば、ディスプレイ４０６は、復調結果を取得して動作する無線受信装置１００，１００Ａ以外の装置に備わっていてもよい。

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。

１１ヘッダ、１２ペイロード、１３パイロット、１００，１００Ａ無線受信装置、１０１，１１１アンテナ、１０２，１１２ＲＦ回路部、１０３，１１３非線形等化部、１０４，３０４参照信号生成部、１０５，１１５，３０５，３１５相互変調成分推定部、１０６，１１６硬判定部、１０７，１１７，３０７，３１７相互変調成分キャンセル部、１０８，１１８，３０８，３１８ＦＥＣ部、２０１既知信号保持部、２０２相互変調基本成分生成部、２０３受信信号蓄積部、２０４線形結合係数生成部、２０５レプリカ生成部、３０３，３１３前置フィルタ、４０１受信データ生成回路、４０２処理回路、４０３受信結果格納装置、４０４プロセッサ、４０５メモリ、４０６ディスプレイ。

Claims

送信装置が複数のキャリアを含む信号を単一の増幅器で増幅した際に前記キャリア間で生じる歪み成分である相互変調成分を含む無線信号を受信する無線受信装置であって、
複数の前記キャリアのそれぞれの信号成分の一部または全てを復調処理を介して推定した参照信号を生成する参照信号生成部と、
複数の前記参照信号に基づいて、受信信号に含まれる前記相互変調成分を推定する相互変調成分推定部と、
前記受信信号から、推定された前記相互変調成分を減算する相互変調成分キャンセル部と、
を有することを特徴とする無線受信装置。
前記相互変調成分キャンセル部は、非線形等化処理を行ってキャリア内で生じる歪み成分を抑圧した後の前記受信信号から、推定された前記相互変調成分を減算することを特徴とする請求項１に記載の無線受信装置。
前記参照信号生成部は、既知系列、各キャリアを受信する受信機内で生成される仮判定信号、前記受信信号の硬判定結果、または誤り訂正復号器の出力に基づいて、複数の前記キャリアのそれぞれの参照信号を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の無線受信装置。
前記相互変調成分推定部は、複数の相互変調基本成分と、複数の前記相互変調基本成分のそれぞれの係数とを用いた線形結合で前記相互変調成分の推定結果を表すことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の無線受信装置。
前記相互変調成分推定部は、複数の前記相互変調基本成分のそれぞれと前記受信信号との間の相関演算、複数の前記相互変調基本成分のそれぞれを説明変数とした前記受信信号との間の最小二乗法、または最小二乗法に基づく逐次アルゴリズムを用いて、前記係数を決定することを特徴とする請求項４に記載の無線受信装置。
前記受信信号は、前記増幅器の駆動点を識別するための駆動点識別情報を含み、
前記相互変調成分推定部は、受信した前記駆動点識別情報に基づいて、前記相互変調成分を推定するために使用する前記係数を変更することを特徴とする請求項４または５に記載の無線受信装置。
前記相互変調成分推定部は、予め推定された前記係数の中から使用する係数を切り替える、または、前記係数の再推定処理を行うことで、使用する前記係数を変更することを特徴とする請求項６に記載の無線受信装置。
送信装置が複数のキャリアを含む信号を単一の増幅器で増幅した際に前記キャリア間で生じる歪み成分である相互変調成分を含む無線信号を受信する無線受信装置を制御する制御回路であって、
複数の前記キャリアのそれぞれの信号成分の一部または全てを復調処理を介して推定した参照信号を生成するステップと、
複数の前記参照信号に基づいて、受信信号に含まれる前記相互変調成分を推定するステップと、
前記受信信号から、推定された前記相互変調成分を減算するステップと、
を無線受信装置に実施させることを特徴とする制御回路。
送信装置が複数のキャリアを含む信号を単一の増幅器で増幅した際に前記キャリア間で生じる歪み成分である相互変調成分を含む無線信号を受信する無線受信装置を制御するプログラムを記憶した記憶媒体において、該プログラムは、
複数の前記キャリアのそれぞれの信号成分の一部または全てを復調処理を介して推定した参照信号を生成するステップと、
複数の前記参照信号に基づいて、受信信号に含まれる前記相互変調成分を推定するステップと、
前記受信信号から、推定された前記相互変調成分を減算するステップと、
を無線受信装置に実施させることを特徴とする記憶媒体。
送信装置が複数のキャリアを含む信号を単一の増幅器で増幅した際に前記キャリア間で生じる歪み成分である相互変調成分を含む無線信号を受信する無線受信装置が実行する無線通信方法であって、
複数の前記キャリアのそれぞれの信号成分の一部または全てを復調処理を介して推定した参照信号を生成するステップと、
複数の前記参照信号に基づいて、受信信号に含まれる前記相互変調成分を推定するステップと、
前記受信信号から、推定された前記相互変調成分を減算するステップと、
を含むことを特徴とする無線通信方法。