WO2015141801A1 - 受信装置 - Google Patents

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WO2015141801A1
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石岡　和明
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a receiving device of a wireless communication system.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which a null symbol is randomly inserted in an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) method and interference power is measured using the null symbol.
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • interference waves such as narrowband interference whose frequency is narrower than the signal bandwidth, burst interference which is shorter in time than the packet length, and interference which is a sine wave but fluctuates in frequency in a short time like a microwave oven. If these interference types cannot be known in advance, optimal filtering cannot be performed when measuring interference power from null symbols. For this reason, even if the interference resistance performance is high for a certain type of interference, there is a problem that the interference resistance performance decreases for another type of interference.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a receiving apparatus with high interference resistance.
  • the present invention is a receiving device that receives a signal including a null symbol, and includes a null extracting unit that extracts a null symbol from the received signal, and the null A power calculating means for calculating the power of each null symbol extracted by the extracting means; a plurality of types of filtering are executed on the power of each null symbol calculated by the power calculating means; Filtering means to be obtained; and normalizing means to normalize data symbols included in the received signal based on a value obtained by performing non-linear processing on the average power value obtained by the filtering means.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless communication system to which a receiving device according to the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless device.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a transmitter.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a receiver.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a signal in which a null symbol is inserted.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a weighting factor as a filter characteristic of the two-dimensional filter unit.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the filter calculation.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of the two-dimensional filter unit.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of characteristics (weighting coefficients) of the two-dimensional filter.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless communication system to which a receiving device according to the present invention is applied.
  • the radio communication system includes a plurality of base stations 6 and a plurality of mobile stations 7, and each of the base stations 6 and the mobile stations 7 includes a radio device 5 and an antenna 10.
  • Each of the plurality of base stations 6 is connected to the wired network 8.
  • the mobile station 7 is a device in which the radio device 5 is mounted on a transportation means (moving body) such as an automobile, a railway vehicle, an aircraft, and a ship. Further, there may be a form in which a person carries the same radio device 5 as that constituting the mobile station 7.
  • the receiving device constitutes a radio device 5.
  • Each base station 6 is in an area called a cell, and communicates with a plurality of mobile stations 7 in the area.
  • the mobile station 7 can communicate with a communication partner on the wired network 8 via the base station 6.
  • communication can be continued by switching the connection with the base station 6.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the wireless device 5.
  • an antenna 10 is connected to the wireless device 5, and a receiver 1, a transmitter 2, and an antenna duplexer 3 are provided therein.
  • the antenna duplexer 3 is a switch that switches between transmission and reception, and in the case of frequency division sharing, the antenna duplexer 3 is a filter that separates transmission and reception frequencies.
  • two wireless devices 5 that transmit and receive wireless signals to each other are described, but one of the wireless devices 5 is mounted on the base station 6 and the other wireless device 5 is mounted on the mobile station 7. Has been.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the transmitter 2.
  • the transmitter 2 includes an RF unit 21, an IFFT unit 22, a null addition unit 23, a modulation unit 24, and an error correction coding unit 25.
  • the error correction encoding unit 25 encodes the transmission data
  • the modulation unit 24 modulates the encoded transmission data according to a modulation scheme such as QPSK or QAM.
  • the error correction encoding unit 25 may be realized by dedicated hardware or software.
  • a program for operating as the error correction encoding unit 25 is executed by a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a system LSI (Large Scale Integration). Realize.
  • a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a system LSI (Large Scale Integration). Realize.
  • the null adding unit 23 adds null to the modulated transmission data, and the IFFT unit 22 performs IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) on the transmission data after the null addition to perform OFDM modulation.
  • the RF unit 21 converts the transmission data after OFDM modulation into a high frequency and outputs it.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the receiver 1.
  • the receiver 1 includes an RF unit 11, an FFT unit 12, a null extraction unit 13, a power calculation unit 14, a two-dimensional filter unit 15, a normalization unit 16, a demodulation unit 17, and an error correction decoding unit 18. ing.
  • the RF unit 11 converts the received signal into a baseband signal, and then the FFT unit 12 decomposes into subcarriers for each OFDM symbol. To do.
  • the null extraction unit 13 extracts a null symbol from a signal for each symbol and for each OFDM subcarrier (an output signal from the FFT unit 12), and a complex signal that is a null symbol extracted by the null extraction unit 13 by the power conversion unit 14
  • the power value I 2 + Q 2 of (I + Qj) is calculated, and the two-dimensional filter unit 15 averages the power value in the time frequency domain.
  • the normalization unit 16 normalizes a non-null signal portion (data signal portion) in the output signal from the FFT unit 12 using the average power value calculated by the two-dimensional filter unit 15. Normalization is performed by dividing by the square root of the power value (average power value output from the two-dimensional filter unit 15).
  • the average power value of the null symbol part is the interference power itself, and a symbol having a large interference power has a small weight, so that interference is suppressed.
  • the signal (data component) is also suppressed at the same time as the interference, but after the demodulation unit 17 demodulates the signal output from the normalization unit 16, the error correction decoding unit 18 performs the decoding process to recover. Can do.
  • the error correction decoding unit 18 may be realized by dedicated hardware or software. When the error correction decoding unit 18 is realized by software, for example, it is realized by a processor executing a program for operating as the error correction decoding unit 18.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a signal in which a null symbol is inserted (added). A signal (data symbol) is transmitted where it is not a null symbol.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a weighting factor as a filter characteristic of the two-dimensional filter unit 15. FIG. 6 shows a filter having a characteristic in which all weights are 1 in a 7 ⁇ 7 time frequency domain.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a filter operation when the signal illustrated in FIG. 5 is filtered using the filter having the characteristics illustrated in FIG.
  • the interference power at point A (data symbol to which A is assigned) is the average of the power at the null point (null symbol to which B is assigned) in a 7 ⁇ 7 region centering on point A.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of the two-dimensional filter unit 15.
  • the two-dimensional filter unit 15 includes a first two-dimensional filter 151, a second two-dimensional filter 152, a third two-dimensional filter 153, and a maximum value selection unit 154.
  • Each two-dimensional filter (the first two-dimensional filter 151, the second two-dimensional filter 152, and the third two-dimensional filter 153) has different characteristics.
  • the maximum value selection unit 154 selects and outputs the maximum power value among the power values output from each two-dimensional filter. Since each two-dimensional filter is a filter suitable for different types of interference, it is possible to cope with different types of interference by setting the maximum value as interference power.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of characteristics (weighting factors) of each two-dimensional filter.
  • the first two-dimensional filter 151 is equally weighted in the time frequency domain in the range of 3 ⁇ 15
  • the second two-dimensional filter 152 is equally weighted in the time frequency domain in the range of 7 ⁇ 7.
  • the filter and the third two-dimensional filter 153 are equal weight filters in the range of 15 ⁇ 3 in the time frequency domain.
  • the first two-dimensional filter 151 has a high time resolution and a low frequency resolution. Therefore, the performance is high for interference with fast time fluctuation, but the performance is low for narrowband interference.
  • the third two-dimensional filter 153 has a low time resolution and a high frequency resolution.
  • the second two-dimensional filter 152 has intermediate characteristics between the first two-dimensional filter 151 and the third two-dimensional filter 153.
  • FIG. 8 shows a configuration example of the two-dimensional filter unit 15 including three types of two-dimensional filters having different characteristics.
  • the configuration includes four or more types of two-dimensional filters and two types of two-dimensional filters. It is good also as a structure.
  • the receiving apparatus performs filtering using a plurality of filters having different characteristics in a two-dimensional filter process for averaging received power in a plurality of null symbols in the time-frequency domain.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
  • the receiving apparatus is useful as a receiving apparatus that constitutes a communication apparatus (base station, mobile station, etc.) that transmits and receives a radio signal in which a null symbol is inserted.
  • a communication apparatus base station, mobile station, etc.

Abstract

　本発明にかかる受信装置は、ヌルシンボルが含まれた信号を受信する受信機１であって、受信した信号からヌルシンボルを抽出するヌル抽出部１３と、ヌル抽出部１３で抽出された各ヌルシンボルの電力を計算する電力計算部１４と、電力計算部１４で計算された各ヌルシンボルの電力に対して複数種類のフィルタリングを実行し、複数種類の電力平均値を求める２次元フィルタ部１５と、２次元フィルタ部１５が求めた電力平均値の非線形処理を行った値に基づいて、受信した信号に含まれているデータシンボルを規格化する規格化部１６と、を備える。

Description

受信装置
　本発明は、無線通信システムの受信装置に関する。
　ＩＳＭ（Industry-Science-Medical）バンドなどにおいて免許の不要な無線通信システムが普及している。この無線通信においては、同一時間、周波数を用いる別の通信や他の無線システム、その他電子レンジ等の電気機器、妨害者などからの干渉波を受け、その通信品質が低下するため、耐干渉性能の向上が必要である。耐干渉性能を向上させる手段として、例えば、ＯＦＤＭ（Orthogonal　Frequency　Division　Multiplexing）方式においてランダムにヌルシンボルを挿入し、ヌルシンボルで干渉電力を測定する手法が特許文献１に開示されている。
特許第４９０６８７５号公報
　干渉波には、周波数が信号帯域幅より狭い狭帯域干渉、パケット長より時間的に短いバースト干渉、電子レンジの様に短時間では正弦波であるが周波数が変動する干渉など様々なタイプがあり、これらの干渉のタイプを事前に知ることができない場合は、ヌルシンボルから干渉電力を測定する場合に最適なフィルタリングを行うことができない。このため、あるタイプの干渉に対しては耐干渉性能が高くても、別のタイプの干渉に対しては耐干渉性能が低下する、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、耐干渉性能の高い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、本発明は、ヌルシンボルが含まれた信号を受信する受信装置であって、受信した信号からヌルシンボルを抽出するヌル抽出手段と、前記ヌル抽出手段で抽出された各ヌルシンボルの電力を計算する電力計算手段と、前記電力計算手段で計算された各ヌルシンボルの電力に対して複数種類のフィルタリングを実行し、複数種類の電力平均値を求めるフィルタ手段と、前記フィルタ手段が求めた前記電力平均値の非線形処理を行った値に基づいて、前記受信した信号に含まれているデータシンボルを規格化する規格化手段と、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、干渉の種類に応じた最適なフィルタリング結果を得ることができ、受信性能を向上させることができる、という効果を奏する。
図１は、本発明にかかる受信装置を適用した無線通信システムの構成例を示す図である。 図２は、無線機の構成例を示す図である。 図３は、送信機の構成例を示す図である。 図４は、受信機の構成例を示す図である。 図５は、ヌルシンボルが挿入された信号の一例を示す図である。 図６は、２次元フィルタ部のフィルタ特性としての重み係数の一例を示す図である。 図７は、フィルタ演算の一例を示す図である。 図８は、２次元フィルタ部の構成例を示す図である。 図９は、２次元フィルタの特性（重み係数）の一例を示す図である。
　以下に、本発明にかかる受信装置の実施の形態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、本発明にかかる受信装置を適用した無線通信システムの構成例を示す図である。無線通信システムは、複数の基地局６と複数の移動局７を含んで構成されており、これらの基地局６と移動局７は、それぞれ無線機５およびアンテナ１０を備える。複数の基地局６はそれぞれ有線ネットワーク８に接続される。移動局７は、例えば自動車や鉄道車両、航空機、船舶などの交通手段（移動体）に無線機５が搭載されたものである。また、移動局７を構成しているものと同様の無線機５を人が持ち運ぶ形態もあり得る。図１では記載を省略しているが、受信装置は無線機５を構成している。
　基地局６はそれぞれセルと呼ばれるエリアの中にあり、そのエリア内の複数の移動局７と通信を行う。移動局７は基地局６経由で有線ネットワーク８上の通信相手などと通信することができる。移動局７が隣のセルに移動した場合は基地局６との接続を切り替えることにより通信を持続することができる。
　図２は、無線機５の構成例を示す図である。図示したように無線機５にはアンテナ１０が接続されており、その内部に受信機１、送信機２およびアンテナ共用器３を備える。時分割共用の場合、アンテナ共用器３は送受の切り替えを行うスイッチであり、周波数分割共用の場合、アンテナ共用器３は送信と受信の周波数を分離するフィルタである。図２では、無線信号を相互に送受信する２台の無線機５を記載しているが、いずれか一方の無線機５が基地局６に搭載され、他方の無線機５が移動局７に搭載されている。
　図３は、送信機２の構成例を示す図であり、図示したように、送信機２は、ＲＦ部２１、ＩＦＦＴ部２２、ヌル付加部２３、変調部２４および誤り訂正符号化部２５を備えている。送信機２においては、送信データを誤り訂正符号化部２５が符号化し、変調部２４では符号化後の送信データをＱＰＳＫやＱＡＭといった変調方式に従って変調する。誤り訂正符号化部２５は、専用のハードウェアで実現してもよいし、ソフトウェアで実現してもよい。ソフトウェアで誤り訂正符号化部２５を実現する場合、例えば、誤り訂正符号化部２５として動作するためのプログラムをＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、システムＬＳＩ（Large　Scale　Integration）などのプロセッサが実行することにより実現する。ヌル付加部２３は、変調後の送信データにヌルを付加し、ヌル付加後の送信データに対してＩＦＦＴ部２２がＩＦＦＴ（Inverse　Fast　Fourier　Transform：逆高速フーリエ変換）を実施してＯＦＤＭ変調を行い、ＯＦＤＭ変調後の送信データをＲＦ部２１が高周波に変換して出力する。
　図４は、受信機１の構成例を示す図である。図示したように、受信機１は、ＲＦ部１１、ＦＦＴ部１２、ヌル抽出部１３、電力計算部１４、２次元フィルタ部１５、規格化部１６、復調部１７および誤り訂正復号部１８を備えている。受信機１においては、送信機２が送信した高周波信号を受信すると、まず、受信した信号をＲＦ部１１がベースバンド信号に変換し、次に、ＯＦＤＭシンボル毎にＦＦＴ部１２がサブキャリアに分解する。ヌル抽出部１３は、シンボル毎、ＯＦＤＭサブキャリア毎の信号（ＦＦＴ部１２からの出力信号）からヌルシンボルを抽出し、電力変換部１４がヌル抽出部１３で抽出されたヌルシンボルである複素数信号（Ｉ＋Ｑｊ）の電力値Ｉ2＋Ｑ2を計算し、２次元フィルタ部１５が時間周波数領域で電力値の平均化を行う。規格化部１６は、２次元フィルタ部１５によって算出された平均電力値を用いて、ＦＦＴ部１２からの出力信号のうち、ヌルでない信号部分（データ信号部分）の規格化を行う。規格化は電力値（２次元フィルタ部１５から出力された平均電力値）の平方根で除算することにより行う。ヌルシンボル部分の平均電力値は干渉電力そのものであり、干渉電力が大きいシンボルは小さな重みとなることで干渉が抑圧される。このとき、干渉と同時に信号（データ成分）も抑圧されるが、規格化部１６から出力された信号を復調部１７が復調した後、誤り訂正復号部１８が復号処理を行うことにより回復することができる。誤り訂正復号部１８は、専用のハードウェアで実現してもよいし、ソフトウェアで実現してもよい。ソフトウェアで誤り訂正復号部１８を実現する場合、例えば、誤り訂正復号部１８として動作するためのプログラムをプロセッサが実行することにより実現する。
　図５は、ヌルシンボルが挿入（付加）された信号の一例を示す図である。ヌルシンボルでないところは信号（データシンボル）が伝送される。図６は、２次元フィルタ部１５のフィルタ特性としての重み係数の一例を示す図である。図６では、７×７の時間周波数領域で重みがすべて１の特性を有するフィルタを示している。図７は、図６に示した特性のフィルタを用いて図５に示した信号をフィルタリングする場合のフィルタ演算の一例を示す図である。この例では、Ａ点（Ａが付与されたデータシンボル）の干渉電力はＡ点を中心として７×７の領域にあるヌル点（Ｂが付与されたヌルシンボル）の電力の平均となる。
　図８は、２次元フィルタ部１５の構成例を示す図である。２次元フィルタ部１５は、第１の２次元フィルタ１５１、第２の２次元フィルタ１５２、第３の２次元フィルタ１５３および最大値選択部１５４を備える。各２次元フィルタ（第１の２次元フィルタ１５１、第２の２次元フィルタ１５２および第３の２次元フィルタ１５３）は、それぞれ異なる特性を有する。最大値選択部１５４は、各２次元フィルタから出力される電力値のうち、最大の電力値を選択して出力する。各２次元フィルタはそれぞれ異なるタイプの干渉に適したフィルタであるため、その最大値を干渉電力とすることで異なるタイプの干渉に対応することができる。
　図９は、各２次元フィルタの特性（重み係数）の一例を示す図である。図９の例では、第１の２次元フィルタ１５１が時間周波数領域で３×１５の範囲で等重みのフィルタ、第２の２次元フィルタ１５２が時間周波数領域で７×７の範囲で等重みのフィルタ、第３の２次元フィルタ１５３が時間周波数領域で１５×３の範囲で等重みのフィルタとしている。第１の２次元フィルタ１５１は時間分解能が高く周波数分解能が低い。そのため時間変動が速い干渉に対して性能が高いが、狭帯域干渉に対しては性能が低い。一方、第３の２次元フィルタ１５３は時間分解能が低く周波数分解能が高い。そのため時間変動が速い干渉に対して性能が低いが、狭帯域干渉に対しては性能が高い。第２の２次元フィルタ１５２は、第１の２次元フィルタ１５１と第３の２次元フィルタ１５３の中間の特性となる。これらのフィルタ出力の最大値などの非線形処理によるフィルタリング結果として２次元フィルタ部１５が出力することで狭帯域干渉と時間変動の速いバースト干渉に対して高い耐干渉性能を得ることができる。非線形処理には最大値以外にメジアン値などを用いることができる。
　図８では、特性の異なる３種類の２次元フィルタを備えた２次元フィルタ部１５の構成例を示したが、４種類以上の２次元フィルタを備えた構成や２種類の２次元フィルタを備えた構成としてもよい。
　このように、本実施の形態の受信装置は、複数のヌルシンボルにおける受信電力を時間周波数領域で平均化する２次元フィルタ処理において、複数の異なる特性のフィルタを用いてフィルタリングを行い、複数のフィルタリング結果のうち最大値などの非線形処理を使用してデータシンボルの規格化を行うこととした。これにより、狭帯域干渉やバースト干渉など、干渉の種類に応じた最適なフィルタリング結果を得ることができ、受信性能を向上させることができる。
　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。
　以上のように、本発明にかかる受信装置は、ヌルシンボルが挿入されている無線信号を送受信する通信装置（基地局、移動局など）を構成する受信装置として有用である。
　１　受信機、２　送信機、３　アンテナ共用器、５　無線機、６　基地局、７　移動局、８　有線ネットワーク、１０　アンテナ、１１，２１　ＲＦ部、１２　ＦＦＴ部、１３　ヌル抽出部、１４　電力計算部、１５　２次元フィルタ部、１６　規格化部、１７　復調部、１８　誤り訂正復号部、２２　ＩＦＦＴ部、２３　ヌル付加部、２４　変調部、２５　誤り訂正符号化部、１５１　第１の２次元フィルタ、１５２　第２の２次元フィルタ、１５３　第３の２次元フィルタ、１５４　最大値選択部。

Claims (4)

  1. 　ヌルシンボルが含まれた信号を受信する受信装置であって、
    　受信した信号からヌルシンボルを抽出するヌル抽出手段と、
    　前記ヌル抽出手段で抽出された各ヌルシンボルの電力を計算する電力計算手段と、
    　前記電力計算手段で計算された各ヌルシンボルの電力に対して複数種類のフィルタリングを実行し、複数種類の電力平均値を求めるフィルタ手段と、
    　前記フィルタ手段が求めた前記電力平均値の非線形処理を行った値に基づいて、前記受信した信号に含まれているデータシンボルを規格化する規格化手段と、
    　を備えることを特徴とする受信装置。
  2. 　前記フィルタ手段は、時間周波数領域においてフィルタリングを実行することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
  3. 　前記複数種類のフィルタリングは、狭帯域干渉により受信信号に付加された干渉成分の電力平均値を算出するためのフィルタリングと、バースト干渉により受信信号に付加された干渉成分の電力平均値を算出するためのフィルタリングと、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の受信装置。
  4. 　マルチキャリア無線伝送システムを構成することを特徴とする請求項１、２または３に記載の受信装置。
PCT/JP2015/058344 2014-03-19 2015-03-19 受信装置 WO2015141801A1 (ja)

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US15/126,383 US9762345B2 (en) 2014-03-19 2015-03-19 Receiving device
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JP2014-056711 2014-03-19

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