JPWO2011013343A1 - 無線通信装置及び信号検出方法 - Google Patents
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Abstract
回路規模を大きくすることなく、また消費電力を増加させることなく、干渉キャンセラの特性を向上させることができるとともに、受信性能を向上させることができる無線通信装置。この装置では、チャネル推定部(301)は、マルチパスフェージングを受けた受信信号より各パスのチャネル推定値及びチャネル推定値の分散値をセル毎に求める。チャネル電力算出部(303)は、各パスのチャネル推定値の電力のセル毎の電力総和を算出する。受信信号電力算出部(304)は、受信信号の受信電力を算出する。指数算出部(305)は、チャネル推定値と分散値と電力総和と受信電力とに基づいて熱雑音電力指数を算出するとともに、チャネル推定値と分散値と受信電力とに基づいて干渉セルの受信電力指数を算出する。
Description
本発明は、無線通信装置及び信号検出方法に関し、特に受信信号から干渉セルの干渉成分を除去する干渉キャンセラを備えた無線通信装置及び信号検出方法に関する。
従来、HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)等の、CDMAの高速化通信システムが知られている。このようなCDMAの高速化通信システムにおいて、CDMA受信機は、基地局の近傍において通信する場合には、通信品質が良く、高レートでの通信が可能である。一方、CDMA受信機は、基地局から遠いセルエッジにおいて通信する場合には、隣接セルからの干渉が大きく、通信可能なレートを低く抑えられてしまう。
また、従来、CDMA受信機において、セルエッジにおけるレートの低下を防ぐために、干渉セルとなる他セルの信号を除去する干渉キャンセラを用いて、受信性能の向上を図るものが知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2)。干渉キャンセラを用いて干渉セルの信号を除去するためには、干渉セルのチャネル推定を実施するとともに、干渉セルの受信電力及び熱雑音電力を正確に求める必要がある。
また、従来、他セルで使用されている拡散コードを全て推定することにより、干渉セルとなる他セルの受信電力を推定する方法が知られている(例えば、特許文献3)。
しかしながら、特許文献1及び特許文献2においては、干渉セルの受信電力と熱雑音電力との両方を含む熱雑音電力が推定され、正しく熱雑音電力を算出できないことにより、干渉キャンセラの性能が低下するという問題がある。また、特許文献3においては、干渉セルの受信電力を推定できるので、特許文献1及び特許文献2の方法により求めた熱雑音電力から、特許文献3の方法により求めた干渉セルの受信電力を取り除くことにより、精度良く熱雑音電力を求めることができる。しかし、特許文献3においては、逆拡散器を多数必要とするので、回路規模が大きくなるとともに消費電力が増加するという問題がある。
本発明の目的は、回路規模を大きくすることなく、また消費電力を増加させることなく、干渉キャンセラの特性を向上させることができるとともに、受信性能を向上させることができる無線通信装置及び信号検出方法を提供することである。
本発明の無線通信装置は、マルチパスフェージングを受けた受信信号より各パスのチャネル推定値及び前記チャネル推定値の分散値をセル毎に求めるチャネル推定手段と、各パスの前記チャネル推定値の電力のセル毎の電力総和を算出する電力総和算出手段と、前記受信信号の受信電力を算出する受信電力算出手段と、前記チャネル推定値と前記分散値と前記電力総和と前記受信電力とに基づいて熱雑音電力指数を算出するとともに、前記チャネル推定値と前記分散値と前記受信電力とに基づいて干渉セルの受信電力指数を算出する指数算出手段と、前記熱雑音電力指数及び前記干渉セルの受信電力指数により求めたフィルタ係数で前記受信信号をフィルタリングすることにより、前記受信信号に含まれる干渉セルの干渉成分を除去する干渉キャンセル手段と、を具備する構成を採る。
本発明の信号検出方法は、受信信号より干渉セルの干渉成分を除去して所望セルの信号を検出する無線通信装置における信号検出方法であって、マルチパスフェージングを受けた受信信号より各パスのチャネル推定値及び前記チャネル推定値の分散値をセル毎に求めるステップと、各パスの前記チャネル推定値の電力のセル毎の電力総和を算出するステップと、前記受信信号の受信電力を算出するステップと、前記チャネル推定値と前記分散値と前記電力総和と前記受信電力とに基づいて熱雑音電力指数を算出するとともに、前記チャネル推定値と前記分散値と前記受信電力とに基づいて前記干渉セルの受信電力指数を算出するステップと、前記熱雑音電力指数及び前記干渉セルの受信電力指数により求めたフィルタ係数で前記受信信号をフィルタリングすることにより、前記受信信号に含まれる干渉セルの干渉成分を除去した信号を検出するステップと、を具備するようにした。
本発明によれば、回路規模を大きくすることなく、また消費電力を増加させることなく、干渉キャンセラの特性を向上させることができるとともに、受信性能を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る通信システムの構成を示す図である。
図1は、本発明の実施の形態1に係る通信システムの構成を示す図である。
図1より、本実施の形態における通信システムは、複数の干渉局20−1〜20−j(jは、干渉局の数を示す任意の自然数)と、所望局30と、携帯電話等の無線通信装置100とから主に構成される。
図1において、干渉局20−1〜20−jは、所望局30の隣接セルを構成する。無線通信装置100は、所望局30のセル内で所望局30と通信を行っている。この際、無線通信装置100は、所望局30からの信号を受信するとともに、干渉局20−1〜20−jからの信号も受信する。
従って、無線通信装置100は、受信信号に含まれる干渉局20−1〜20−jによる干渉成分を、受信信号から精度良く除去することにより、所望局30の信号を精度良く検出することができる。
次に、無線通信装置100の構成について、図2を用いて説明する。図2は、無線通信装置100の構成を示すブロック図である。無線通信装置100は、例えばCDMA受信機である。
無線通信装置100は、アンテナ101と、無線部102と、アナログ/ディジタル(以下「A/D」と記載する)変換部103と、復調部104と、復号部105とから主に構成される。以下に、各構成について、詳細に説明する。
アンテナ101は、所望局及び干渉局より送信されたCDMA信号を受信して無線部102へ出力する。
無線部102は、アンテナ101から入力したCDMA信号に対して、ローパスフィルタまたはバンドパスフィルタを用いたフィルタ処理を行う。そして、無線部102は、フィルタ処理したCDMA信号をA/D変換部103へ出力する。
A/D変換部103は、無線部102から入力したアナログ信号であるCDMA信号をディジタル信号に変換して復調部104へ出力する。
復調部104は、A/D変換部103から入力したディジタル信号を復調して復号部105へ出力する。この際、復調部104は、受信信号から干渉セルの干渉成分を除去する処理を行う。なお、復調部104の構成の詳細については後述する。
復号部105は、復調部104から入力した復調後の信号を復号し、復号結果をデータとして出力する。
次に、復調部104の構成の詳細について、図3を用いて説明する。図3は、復調部104の構成を示すブロック図である。
復調部104は、チャネル推定部301と、最大電力チャネル推定選択部302と、チャネル電力算出部303と、受信信号電力算出部304と、指数算出部305と、干渉キャンセル部306とから主に構成される。以下に、各構成について、詳細に説明する。
チャネル推定部301は、A/D変換部103から入力したディジタル信号より、マルチパスフェージングを構成するパス毎に、所望セル(所望局)及び干渉セル(干渉局)のチャネル推定値及びチャネル推定値の分散値を算出する。そして、チャネル推定部301は、算出した各パスのチャネル推定値を最大電力チャネル推定選択部302とチャネル電力算出部303と干渉キャンセル部306へ出力するとともに、算出した各パスのチャネル推定値の分散値を最大電力チャネル推定選択部302へ出力する。
最大電力チャネル推定選択部302は、チャネル推定部301から入力した各パスのチャネル推定値及びチャネル推定値の分散値の中から、最大電力を有するパスのチャネル推定値及びチャネル推定値の分散値をセル毎に選択する。そして、最大電力チャネル推定選択部302は、選択した各パスのチャネル推定値及びチャネル推定値の分散値を指数算出部305へ出力する。
チャネル電力算出部303は、チャネル推定部301から入力した各パスのチャネル推定値から各パスの電力値を求め、求めた各パスの電力値をセル毎に加算することにより、各セルのチャネル推定値の電力総和を算出する。そして、チャネル電力算出部303は、電力総和の算出値を指数算出部305へ出力する。
受信信号電力算出部304は、A/D変換部103から入力したディジタル信号の受信電力を算出する。そして、受信信号電力算出部304は、受信電力の算出値を指数算出部305へ出力する。
指数算出部305は、最大電力チャネル推定選択部302から入力した最大電力を有するパスのチャネル推定値及び分散値と、チャネル電力算出部303から入力した電力総和の算出値と、受信信号電力算出部304から入力した受信電力の算出値とに基づいて、熱雑音電力指数を算出する。また、指数算出部305は、最大電力チャネル推定選択部302から入力した最大電力を有するパスのチャネル推定値及び分散値と、受信信号電力算出部304から入力した受信電力の算出値とに基づいて、干渉セルの受信電力指数を算出する。即ち、指数算出部305は、熱雑音電力指数と干渉セルの受信電力指数とを個別に算出する。そして、指数算出部305は、算出した熱雑音電力指数及び干渉セルの受信電力指数を干渉キャンセル部306へ出力する。なお、熱雑音指数及び干渉セルの受信電力指数を求める方法については後述する。
干渉キャンセル部306は、チャネル推定部301から入力した各セルのチャネル推定値と、指数算出部305から入力した熱雑音電力指数及び干渉セルの受信電力指数とに基づいて、A/D変換部103から入力したディジタル信号に対して、マルチパスによる直交性を復元し、かつ干渉セルの干渉成分を除去するフィルタリング処理を行う。そして、干渉キャンセル部306は、干渉成分を除去したディジタル信号を復調後の信号として復号部105へ出力する。
以上で、復調部104の構成の説明を終える。
次に、復調部104の動作について、図4を用いて説明する。図4は、復調部104の動作を示すフロー図である。
最初に、チャネル推定部301は、A/D変換部103から入力したディジタル信号より、マルチパスフェージングを構成する、互いに分離可能な個々のパス毎に逆拡散処理する(ステップST401)。この際、チャネル推定部301は、所望セルと干渉セルの双方について、パイロットチャネル等の特定のチャネルのみを逆拡散すればよい。
また、チャネル推定部301は、逆拡散した信号より、パス毎のチャネル推定値及びチャネル推定値の分散値を算出する(ステップST402)。また、ステップST401及びステップST402の処理は、マルチパスを構成する各パスについて行う。
次に、最大電力チャネル推定選択部302は、パス毎のチャネル推定値の電力値を算出し、算出した電力値のなかの最大電力のパスのチャネル推定値及びチャネル推定値の分散値を選択する(ステップST403)。
また、チャネル電力算出部303は、パス毎のチャネル推定値を2乗し、2乗した各チャネル推定値の総和を求めることによりチャネル電力を算出する(ステップST404)。また、ステップST403及びステップST404の処理は各セルについて行う。
また、受信信号電力算出部304は、A/D変換部103から入力したディジタル信号を2乗して、一定区間積和した値を平均化することによって受信信号の受信電力を算出する(ステップST405)。
次に、指数算出部305は、セル毎の最大電力のパスのチャネル推定値及びチャネル推定値の分散値と、セル毎の電力総和と、受信信号の受信電力とを用いて、熱雑音電力指数βを算出する。具体的には、指数算出部305は、以下の(1)式を用いて熱雑音電力指数βを算出する(ステップST406)。なお、熱雑音電力指数βが(1)式によって算出できることについては後述する。
次に、指数算出部305は、セル毎の最大電力のパスのチャネル推定値及びチャネル推定値の分散値と、受信信号の受信電力とを用いて、干渉セルの受信電力指数γjを算出する。具体的には、指数算出部305は、以下の(2)式を用いて干渉セルの受信電力指数γjを算出する(ステップST407)。なお、干渉セルの受信電力指数γjが(2)式によって算出できることについては後述する。
次に、干渉キャンセル部306は、セル毎のチャネル推定値と熱雑音指数と干渉セルの受信電力指数とを用いて、マルチパスによる直交性を復元し、かつ干渉セルからの干渉を除去するようなFIRフィルタ係数を算出する(ステップST408)。具体的には、干渉キャンセル部306は、以下の(3)式のようなマトリックスを構築する。
また、干渉キャンセル部306は、算出したフィルタ係数を用いて、A/D変換部103から入力したディジタル信号をFIRフィルタリングする(ステップST409)。
次に、干渉キャンセル部306は、FIRフィルタリングした信号を逆拡散処理する(ステップST410)。この際、干渉キャンセル部306は、干渉セルについては逆拡散処理を実施しない。
そして、干渉キャンセル部306は、逆拡散処理後の信号を復調後の信号として復号部105へ出力する。以上で、復調部104の動作の説明を終える。
次に、(1)式により熱雑音電力指数βが算出できるとともに、(2)式により干渉セルの受信電力指数γjが算出できる理由について、図5を用いて説明する。図5は、CDMA逆拡散処理後のスペクトル概念図である。
次に、干渉セルを考慮したチャネル推定値の分散モデル式を設定する。図5に示すように、例えば、所望セルのマルチパスの各パスについて、逆拡散処理及びチャネル推定を実施した場合、チャネル推定値の分散には、所望セルの他のパスからの干渉#501と、干渉セルからの干渉#502と、熱雑音成分#503とが含まれる。このチャネル推定値の分散モデル式は、以下の(7)式のようになる。
同様に、干渉セルのマルチパスの各パスについて、逆拡散処理及びチャネル推定を実施した場合のチャネル推定値の分散モデル式を、干渉セル数分(J個)設定する。
(6)式及び(J+1)個の(7)式において、未知数は、所望セルからの受信電力と、干渉セルからの受信電力と、熱雑音電力との(J+2)個となるので、(J+2)元1次方程式を解くことによって、熱雑音電力及び干渉セルの受信電力を算出できる。これらを用いて、(1)式により熱雑音電力指数βを算出することができるとともに、(2)式により干渉セルの受信電力指数γjを算出することができる。
本実施の形態において、1つのアンテナにより受信することにしたが、本実施の形態はこれに限らず、複数のアンテナにより受信するようにしても良い。この場合、アンテナ毎に熱雑音電力指数及び干渉セルの受信電力指数を算出することができる。また、アンテナ毎に算出した熱雑音電力指数及び干渉セルの受信電力指数をアンテナ間で平均化することにより、さらに高精度に熱雑音電力指数及び干渉セルの受信電力指数を算出することができる。
このように、本実施の形態によれば、干渉セルの受信電力指数と熱雑音電力指数とを分離して推定することにより、熱雑音電力の推定精度を向上させることができ、干渉キャンセラの特性を向上させることができるとともに、受信性能を向上させることができる。また、本実施の形態によれば、干渉セルについては、パイロットチャネル等の特定のチャネルのみを逆拡散処理すればよいので、回路規模を抑制することができるとともに、消費電力を低減することができる。
(実施の形態2)
図6は、本発明の実施の形態2に係る復調部600の構成を示すブロック図である。
図6は、本発明の実施の形態2に係る復調部600の構成を示すブロック図である。
図6に示す復調部600は、図3に示す実施の形態1に係る復調部104に対して、干渉対象セル数判定部601を追加し、指数算出部305の代わりに指数算出部602を有し、干渉キャンセル部306の代わりに干渉キャンセル部603を有する。なお、図6において、図3と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明を省略する。また、本実施の形態において、通信システムの構成は図1と同一であるとともに、無線通信装置の構成は、復調部104の代わりに復調部600を有する以外は図2と同一であるので、その説明を省略する。
チャネル推定部301は、A/D変換部103から入力したディジタル信号より、マルチパスフェージングを構成するパス毎に、所望セル(所望局)及び干渉セル(干渉局)のチャネル推定値及びチャネル推定値の分散値を算出する。そして、チャネル推定部301は、算出した各パスのチャネル推定値を最大電力チャネル推定選択部302とチャネル電力算出部303と干渉キャンセル部603へ出力するとともに、算出した各パスのチャネル推定値の分散値を最大電力チャネル推定選択部302へ出力する。
最大電力チャネル推定選択部302は、チャネル推定部301から入力した各パスのチャネル推定値及びチャネル推定値の分散値の中から、最大電力を有するパスのチャネル推定値及びチャネル推定値の分散値をセル毎に選択する。そして、最大電力チャネル推定選択部302は、選択した各パスのチャネル推定値及びチャネル推定値の分散値を指数算出部602へ出力する。
受信信号電力算出部304は、A/D変換部103から入力した受信信号の受信電力を算出する。そして、受信信号電力算出部304は、受信電力の算出値を指数算出部602へ出力する。
チャネル電力算出部303は、チャネル推定部301から入力した各パスのチャネル推定値から各パスの電力値を求め、求めた各パスの電力値をセル毎に加算することにより、各セルのチャネル推定値の電力総和を算出する。そして、チャネル電力算出部303は、電力総和の算出値を干渉対象セル数判定部601へ出力する。
干渉対象セル数判定部601は、チャネル電力算出部303から入力した電力総和の算出値が閾値より大きい場合には入力した電力総和を指数算出部602へ出力する。また、干渉対象セル数判定部601は、チャネル電力算出部303から入力した電力総和の算出値が閾値以下の場合には入力した電力総和を指数算出部602へ出力しない。また、干渉対象セル数判定部601は、閾値より大きい電力総和の算出値のセルを干渉対象セルとしてカウントする。そして、干渉対象セル数判定部601は、カウント値を干渉対象セル数として指数算出部602及び干渉キャンセル部603へ出力する。
指数算出部602は、最大電力チャネル推定選択部302から入力した最大電力を有するパスのチャネル推定値及び分散値と、干渉対象セル数判定部601から入力した電力総和の算出値と、受信信号電力算出部304から入力した受信電力の算出値とに基づいて、熱雑音電力指数及び干渉セルの受信電力指数を算出する。この際、指数算出部602は、干渉対象セル数判定部601から入力した干渉対象セル数に基づいて、干渉対象セル以外のセルを除いた演算により、熱雑音電力指数及び干渉セルの受信電力指数を算出する。そして、指数算出部602は、算出した熱雑音電力指数及び干渉セルの受信電力指数を干渉キャンセル部603へ出力する。
干渉キャンセル部603は、チャネル推定部301から入力した各セルのチャネル推定値と、指数算出部602から入力した熱雑音電力指数及び干渉セルの受信電力指数とに基づいて、A/D変換部103から入力したディジタル信号に対して、マルチパスによる直交性を復元し、かつ干渉セルの干渉成分を除去するフィルタリング処理を行う。この際、干渉キャンセル部603は、干渉対象セル数判定部601から入力した干渉対象セル数に基づいて、干渉対象セル以外のセルの干渉は除去しない。そして、干渉キャンセル部603は、干渉成分を除去したディジタル信号を復調後の信号として復号部105へ出力する。
なお、復調部600の動作は、干渉対象セル以外のセルを除いて演算及び処理を行う以外は図4と同一であるので、その説明を省略する。また、本実施の形態において、上記の実施の形態1と同様に、複数のアンテナにより信号を受信するようにしても良い。
このように、本実施の形態によれば、上記の実施の形態1の効果に加えて、電力総和の算出値が閾値以下の干渉対象ではないセルの受信電力指数の算出及び干渉対象ではないセルの信号検出を行わないので、消費電力をさらに低減することができる。
2009年7月29日出願の特願2009−176759の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
本発明にかかる無線通信装置及び信号検出方法は、特に干渉キャンセラにより受信信号から干渉セルの干渉成分を除去するのに好適である。
Claims (7)
- マルチパスフェージングを受けた受信信号より各パスのチャネル推定値及び前記チャネル推定値の分散値をセル毎に求めるチャネル推定手段と、
各パスの前記チャネル推定値の電力のセル毎の電力総和を算出する電力総和算出手段と、
前記受信信号の受信電力を算出する受信電力算出手段と、
前記チャネル推定値と前記分散値と前記電力総和と前記受信電力とに基づいて熱雑音電力指数を算出するとともに、前記チャネル推定値と前記分散値と前記受信電力とに基づいて干渉セルの受信電力指数を算出する指数算出手段と、
前記熱雑音電力指数及び前記干渉セルの受信電力指数により求めたフィルタ係数で前記受信信号をフィルタリングすることにより、前記受信信号に含まれる干渉セルの干渉成分を除去する干渉キャンセル手段と、
を具備する無線通信装置。 - 前記指数算出手段は、前記電力総和が閾値以上のセルの前記干渉セルの受信電力指数を算出する請求項1記載の無線通信装置。
- 複数のアンテナにより前記受信信号を受信する受信手段をさらに具備し、
前記指数算出手段は、前記アンテナ毎に前記熱雑音電力指数を算出する請求項1記載の無線通信装置。 - 複数のアンテナにより前記受信信号を受信する受信手段をさらに具備し、
前記指数算出手段は、前記アンテナ毎に前記干渉セルの受信電力指数を算出する請求項1記載の無線通信装置。 - 受信信号より干渉セルの干渉成分を除去して所望セルの信号を検出する無線通信装置における信号検出方法であって、
マルチパスフェージングを受けた受信信号より各パスのチャネル推定値及び前記チャネル推定値の分散値をセル毎に求めるステップと、
各パスの前記チャネル推定値の電力のセル毎の電力総和を算出するステップと、
前記受信信号の受信電力を算出するステップと、
前記チャネル推定値と前記分散値と前記電力総和と前記受信電力とに基づいて熱雑音電力指数を算出するとともに、前記チャネル推定値と前記分散値と前記受信電力とに基づいて前記干渉セルの受信電力指数を算出するステップと、
前記熱雑音電力指数及び前記干渉セルの受信電力指数により求めたフィルタ係数で前記受信信号をフィルタリングすることにより、前記受信信号に含まれる干渉セルの干渉成分を除去した信号を検出するステップと、
を具備する信号検出方法。
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