WO2022102129A1 - 受信装置、通信システム、受信方法、制御回路および記憶媒体 - Google Patents

受信装置、通信システム、受信方法、制御回路および記憶媒体 Download PDF

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WO2022102129A1
WO2022102129A1 PCT/JP2020/042626 JP2020042626W WO2022102129A1 WO 2022102129 A1 WO2022102129 A1 WO 2022102129A1 JP 2020042626 W JP2020042626 W JP 2020042626W WO 2022102129 A1 WO2022102129 A1 WO 2022102129A1
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antennas
unit
receiving device
received
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PCT/JP2020/042626
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康義 能田
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三菱電機株式会社
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    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
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    • H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
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    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H04B7/0426—Power distribution
    • H04B7/043—Power distribution using best eigenmode, e.g. beam forming or beam steering

Definitions

  • the present disclosure relates to a receiving device, a communication system, a receiving method, a control circuit, and a storage medium for receiving a signal in a state where a plurality of signals are superimposed by a plurality of antennas.
  • a wireless communication system in order to accommodate a plurality of transmission / reception signal channels, they are multiplexed by time, code, and frequency. Further, as typified by a wireless LAN or the like, transmission collisions are avoided between each transmission device based on carrier sense or the like.
  • AFC Automatic Frequency Control
  • MIMO Multiple-Input Multiple-Output
  • SIC Successessive Interference Cancellation
  • BLAST Bell Laboratories Layered Space-Time
  • Non-Patent Document 1 discloses a technique for improving communication quality by suppressing interference of asynchronously colliding signals by SIC.
  • Non-Patent Document 1 is premised on reception with a single antenna, and a method for synthesizing a plurality of signals received by a plurality of antennas, particularly, antennas included in each of different moving objects, is disclosed.
  • SIC it is necessary that there is a difference in received power between multiple received signals to be demodulated, but if multiple beams are properly combined, multiple received signals with different received power can be generated, so the number of signals that can be demodulated increases. You can expect to do it.
  • a receiving device that receives a signal at a different receiving position is used, different Doppler shifts and delays are added to the received signal in each propagation path from each transmitting device to each receiving position, and these effects are eliminated.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and is capable of appropriately synthesizing each signal received by each of a plurality of moving antennas, particularly antennas of different mobile bodies, to improve communication quality.
  • the purpose is to obtain a possible receiver.
  • the present disclosure is a receiving device that receives a signal in a state where a plurality of radio signals are superimposed by a plurality of antennas, and receives a signal received by each of the antennas.
  • the weight generator that generates the weight for beam formation to improve the reception quality of the desired signal, which is one of the plurality of radio signals, and the frequency of the signal received by each of the antennas.
  • the weight correction unit that corrects the weight to compensate for the Doppler shift between the signals received by each of the antennas, and the signal received by each of the antennas are combined using the corrected weight. It is equipped with a synthesis unit.
  • the receiving device has an effect that the communication quality can be improved by appropriately synthesizing each signal received by each of a plurality of moving antennas.
  • the figure which shows an example of the target communication system to which the receiving apparatus which concerns on Embodiment 1 is applied.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a target communication system to which the receiving device according to the first embodiment is applied.
  • the communication system 100 shown in FIG. 1 includes receivers 101A and 101B and a control station 103.
  • the receivers 101A and 101B receive the radio signal transmitted from the transmitter 104 existing in each reception cover area with an antenna (not shown).
  • the receivers 101A and 101B superimpose a plurality of radio signals transmitted from the plurality of transmitters 104 that perform transmission processing at the same time. You will receive the signal in the same state.
  • the number of transmitters 104 is an example, and the number of transmitters 104 may be 5 or more, or 3 or less. Further, in the example shown in FIG. 1, in order to simplify the explanation, transmission is performed in an area that does not overlap with the reception cover area 102B of the reception cover area 102A and an area that does not overlap with the reception cover area 102A of the reception cover area 102B. Although it is assumed that the machine 104 does not exist, the transmitter 104 may exist in these areas.
  • receiver 101A and the receiver 101B are referred to. Collectively referred to as receiver 101.
  • each receiver 101 and each transmitter 104 fluctuates with time.
  • the signal received by each receiver 101 from each transmitter 104 is transmitted to the control station 103 by some other communication means.
  • This communication means normally uses a communication band different from the radio signal received from the transmitter 104, but may transmit a signal obtained by amplifying and reproducing the received signal in analog, or may transmit the received signal.
  • a sample string digitally converted into a baseband may be digitally transmitted as observation data.
  • AIS Automatic Identification System
  • a signal transmitted by a transmitter mounted on a ship may be received by a receiver mounted on a satellite, which is an example of a moving body. I can imagine.
  • the communication system 100 is composed of a receiver 101 mounted on a satellite and a transmitter 104 mounted on a ship. Since the distance and relative speed between transmitters and receivers are different, when many transmission signals are received, the power, frequency, time, and phase have different values and are received asynchronously.
  • the AIS system as described in Non-Patent Document 1, a large number of signals transmitted by a plurality of ships are asynchronously superimposed while having different propagation delays depending on the distance between the satellite and the ship.
  • each of the receivers 101 is mounted on different satellites and each of the transmitters 104 is mounted on different ships. Although the number of satellites will be described as 2, it may be 3 or more.
  • the signal processing method described below is mainly performed by the control station 103 in FIG. 1, but a specific satellite receives a signal received by a receiver 101 mounted on another satellite by intersatellite communication. It may be aggregated and signal processing may be performed within the satellite. That is, although it is appropriate that the receiving device according to the present embodiment is mounted on the control station 103, it may be mounted on any satellite.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the overall structure of signal processing performed by the receiving device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 shows an example in which the receiving device 105 according to the first embodiment is mounted on the control station 103.
  • the reception signal generation units 201 and 202 of the reception device 105 are a module directly connected to the reception antenna that converts a normal reception signal into a baseband, or a reception antenna at the above-mentioned physical location (for example, a satellite). It consists of a receiving module for observed observation data. That is, the reception signal generation units 201 and 202 generate a baseband reception signal from the radio signal received by the corresponding reception antenna.
  • the receiving device 105 sequentially executes the receiving stages 203-1, 203-2, ..., 203-N (N is an integer of 2 or more) with respect to the received signals generated by the received signal generation units 201 and 202. , Demodulate the received data.
  • each reception stage is performed by the reception processing units 300-1, 300-2, ..., 300-N.
  • the reception processing unit is provided for each reception stage, but each reception stage may be realized by a number of reception processing units smaller than the number of reception stages.
  • a single reception processing unit may be configured to re-input the processing results of each reception stage and sequentially execute the subsequent reception stages.
  • the number of receiving antennas (number of receiving branches) is 2, but it may be 3 or more. Further, in the configuration of FIG. 2, it is assumed that one signal is separated for each reception stage (reception stages 203-1, 203-2, ..., 203-N) that performs demodulation processing based on SIC. The number of stages is arbitrary and may change depending on the received signal and the observation time width for processing the received signal at one time. It is assumed that a series of demodulation processes are completed by an appropriate end determination described later.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration of a reception stage executed by the reception device 105 according to the first embodiment.
  • the configuration of the reception stage 203-1 shown in FIG. 2 will be described.
  • the reception processing unit 300-1 that realizes the reception stage 203-1 includes a reference signal detection unit 301, a weight generation unit 302, a weight correction unit 303, a synthesis unit 304, a demodulation unit 305, a replica generation unit 306, and a replica removal unit 307. Be prepared.
  • the reference signal detection unit 301 detects a reference signal included in the received signals input from the received signal generation units 201 and 202, and based on the detected reference signal, determines the arrival time, that is, the reception timing and the frequency of the received signal. presume. Specifically, the reference signal detection unit 301 estimates the arrival time and frequency for one of the plurality of signals transmitted from the plurality of transmitters 104. Here, like the signal transmitted by the transmitter in AIS, a known series (reference signal) such as a preamble is usually added to the communication wave. Therefore, the reference signal detection unit 301 can estimate the arrival time and frequency of the received signal by correlating the reference signal created inside the receiving device 105 with the received signal. Specifically, for example, the above estimation process can be realized by taking a sliding correlation in the time direction using a signal obtained by multiplying a reference signal by a phase rotation pattern assuming a plurality of candidate frequencies.
  • the weight generation unit 302 is a desired signal (hereinafter referred to as a desired wave) which is a signal whose arrival time and frequency are estimated by the reference signal detection unit 301 based on the estimation result of the arrival time and frequency of the received signal by the reference signal detection unit 301. Generate weights that make it easier to demodulate). For example, the weight generation unit 302 calculates the phase information of the received signal based on the estimation result by the above-mentioned correlation processing, and receives each complex coefficient such that the phases of the received signals of both reception branches are matched based on the phase information. By multiplying the received signal of the branch and synthesizing it, a weight is generated so that the received SNR after synthesizing is improved.
  • the received SNR is an example of reception quality.
  • the weight generation unit 302 has a low received SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) before synthesis based on the power information of the peak timing of the correlation result and the magnitude of the power in the time and frequency around it. Weights may be generated that can reduce the effects of interference and noise by reducing the weight of the likely receive branch.
  • SINR Signal to Interference plus Noise Ratio
  • the weight correction unit 303 corrects the weight generated by the weight generation unit 302 based on the frequency information indicating the frequency of the received signal estimated by the reference signal detection unit 301.
  • the weight correction process will be described using an equation. When two receive branches are used and there are four transmit signals, the relationship between the receive signals r 0 and r 1 and the transmit signals s 0 , s 1 , s 2 and s 3 is the equation (1) except for the influence of noise. )become that way.
  • Equation (1) the part of the matrix indicates the propagation path, and h 00 to h 13 are the complex number propagation path coefficients between the transceivers.
  • exp () describes the effect of different Doppler shifts between receivers.
  • the received signal vector r is multiplied by the weight matrix W to obtain the combined received signal y.
  • the propagation path coefficient h is expected to be constant (static) during reception of a single transmission packet, but phase rotation occurs due to Doppler shift, and reception power fluctuation similar to fading occurs during weight synthesis. It ends up. Therefore, when it is desired to receive the transmission signal s 0 , the Doppler terms ⁇ 00 and ⁇ 01 representing the Doppler shift for each receiving antenna are estimated, and the reverse rotation series is multiplied by the static weight after beam synthesis. Stabilize the level of the desired wave. That is, the weight correction unit 303 generates a new weight matrix W'shown in the equation (5) so that it can be used for the actual composition.
  • equation (6) by extracting the Doppler term of the received signal that is a specific reference, if the signal after extraction is defined as a new s 0 , the weight applied to the other received signal is the reference.
  • the demodulation unit 305 Since the original s 0 also contains a frequency error component due to incomplete stability of the oscillator, the component and the Doppler component of the reference signal are known in the demodulation unit 305 with respect to the signal after synthesis.
  • the demodulation may be performed while making corrections using the one-branch reception algorithm (for example, delayed detection, synchronous detection, and the method shown in Non-Patent Document 1). By reducing the variables to be estimated in this way, it is possible to reduce the influence of the frequency estimation error with a smaller amount of calculation.
  • the compositing unit 304 uses the corrected weight matrix W' to acquire a time sample sequence of a single received signal. At this time, if the reception timing seems to be different between the two reception branches due to the distance between the receivers, etc., the combination is performed based on the reception peak timing obtained by the reference signal detection unit 301.
  • the signal timing of the time may be corrected and combined. This makes it possible to demodulate the desired wave with higher quality by avoiding the incompleteness of branch synthesis (synthesis of the received signal of each received branch) due to not only the frequency error but also the time error.
  • the synthesis unit 304 synthesizes the reception signals of each reception branch using the corrected weight matrix W'and outputs a signal obtained by combining the reception signals to the demodulation unit 305 as a reception signal after synthesis.
  • the correlation accuracy is obtained when another signal is received with a strong power that causes interference at different times and frequencies in close proximity. May not appear.
  • estimation is performed with rough accuracy, and the weight generation unit 302 and the weight correction unit 303 try to demodulate using a plurality of weight candidates and Doppler estimated values, and error detection such as CRC (Cyclic Redundancy Check) is detected. The process may be repeated until it no longer occurs. As a result, even if the estimation accuracy is not sufficient, it is possible to increase the number of signals that can be demodulated by repeatedly trying to calculate the small accuracy error portion.
  • synthesizing may be performed while changing the timing candidates.
  • the demodulation unit 305 demodulates the desired signal from the post-synthesis received signal output by the synthesis unit 304.
  • the demodulation unit 305 performs demodulation processing on the received signal after synthesis by using, for example, delayed detection, synchronous detection, or a reception method for a single antenna as shown in Non-Patent Document 1.
  • the demodulation unit 305 outputs the error detection result together with the demodulation bit pattern for one packet.
  • the replica generation unit 306 again calculates the propagation path coefficient, frequency deviation, arrival time, etc. of the received signal of each received branch before synthesis by correlation processing using a reliable bit pattern such as CRC checked. Generate a replica to remove the effect of the demodulated desired signal from the received signal of each receiving branch. At this time, if the received signal is affected by the phase noise of the transmitter 104 and the phase fluctuation in the packet cannot be ignored, the phase fluctuation tracking pattern is simultaneously estimated using the demodulated bit pattern as a reference signal to compensate for the phase fluctuation. It may be possible to improve the accuracy of the replica.
  • the replica removal unit 307 uses the replica generated by the replica generation unit 306 to cancel the influence of the demodulated desired signal from the reception signal of each reception branch, as in the existing technique such as BLAST described above. Specifically, the replica removal unit 307 subtracts a replica from each input received signal to generate a received signal of each branch from which the components of the demodulated desired signal have been removed.
  • the reception processing unit 300-n that executes the processing of the reception stage in the subsequent stage executes the same processing as each unit constituting the reception processing unit 300-1 for the reception signal input from the reception stage in the previous stage, and inputs the signal.
  • the desired signal included in the received received signal is demodulated, and the component of the demodulated desired signal is removed from the input received signal.
  • the receiving device 105 targets one desired signal in each of the receiving processing units 300-1 to 300-N constituting the receiving stages 203-1 to 203-N.
  • Aperture, Doppler shift, and time error compensation processing are used to synthesize the received signal of each received branch, which is suitable for demodulating the desired signal.
  • each of the reception processing units 300-1 to 300-N demodulates the desired signal from the combined received signal, and further removes the demodulated desired signal from the received signal and outputs the desired signal. That is, in each reception stage, when a received signal is input, a synthesis process for improving the demodulation performance of one desired signal is performed on the received signal of each received branch, and the desired signal is obtained from the combined received signal.
  • the demodulated desired signal is removed from the received signal and output to the receiving stage in the subsequent stage.
  • the number of signals that can be demodulated is increased when multiple receive branches are available. According to this embodiment, it is possible to realize a receiving device capable of improving the communication quality in a communication system in which the relative positional relationship between the transmitting antenna and the receiving antenna fluctuates.
  • the demodulation unit 305 is supposed to output the demodulated data string, but in addition to the demodulated data string, it outputs the CRC calculation result, the Doppler frequency or frequency deviation used for demodulation, the arrival time, the weight information, and the like. After that, it may be used as demodulation auxiliary information when it is desired to acquire a signal from the same transmitter.
  • Embodiment 2 The receiving device according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
  • the configuration of the target communication system to which the receiving device according to the second embodiment is applied is the same as that of the first embodiment (see FIG. 1).
  • the overall structure of the signal processing performed by the receiving device according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment (see FIG. 2).
  • the configuration of each reception stage of signal processing that is, the configuration of the reception processing unit that realizes each reception stage is partially different from the embodiment.
  • the description of the common parts with the first embodiment will be omitted, and the different parts will be described.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a reception processing unit 300a-1 that realizes the first reception stage executed by the reception device according to the second embodiment. The same applies to the configuration of the reception processing unit that realizes another reception stage.
  • the reception processing unit 300a-1 includes a blind weight generation unit 308 in place of the reference signal detection unit 301 and the weight generation unit 302 of the reception processing unit 300-1 described in the first embodiment, and also includes the weight correction unit 303 and the weight correction unit 303.
  • the composition unit 304 is replaced with the weight correction unit 303a and the composition unit 304a, respectively, and the position information management unit 309 is added.
  • the blind weight generation unit 308 generates weights.
  • the blind weight generation unit 308 is a weight generation unit of the receiving device according to the second embodiment, which corresponds to the weight generation unit 302 shown in FIG.
  • the blind weight generation unit 308 generates weights by using a blind algorithm such as CMA (Constant Modulus Amplitude) that does not require a reference signal.
  • CMA Constant Modulus Amplitude
  • the number of received branches usually needs to be larger than the number of signals arriving at the same time, so in many cases, 3 received branches or more are required. However, as shown in FIG. 4, even if the number of received branches is 2, it is possible to generate a weight for synthesizing one received signal.
  • the number of received branches is small, for example, when the number of received branches is 2, the number of weights is also two scalar values, so if the amount of calculation is sufficient, the expected received SNR of the incoming signal Appropriate weights may be generated within the range expected from the combination and phase. In this case, it is not always necessary to connect the received signal and the blind weight generation unit 308. Although there is no high possibility that the wait created for the first time can be received, the processing from the blind weight generation unit 308 to the demodulation unit 305 may be repeated a plurality of times until the CRC no longer detects an error.
  • the position information management unit 309 specifies a range that can be taken by each of the Doppler frequency and the delay time from the positional relationship between the plurality of receiving antennas and the antennas that transmit desired signals, and the weight correction unit 303a and the synthesis unit 304a are used. Provides correction Doppler frequency and arrival time information.
  • the delay time here means the difference in time when the desired signal arrives at each receiving antenna. That is, the delay time indicates a time lag in the timing at which the receiving antenna of each receiving branch receives the desired signal.
  • the position information management unit 309 determines the orbit information of the satellite and the position or sea area (latitude / longitude) where the transmitter 104 exists. Estimate Doppler frequency and delay time based on information etc.). Based on the estimation results of the Doppler frequency and the delay time, each of the weight correction unit 303a and the synthesis unit 304a performs weight correction and synthesis processing, so that the signal from the position where the transmitter 104 exists or the sea area is subjected to beam synthesis. It becomes possible to stably receive the desired wave, and there is a high possibility that the signal to be acquired can be acquired pinpointly.
  • the position where the above transmitter exists it may be the position where the ship confirmed by the SAR (Synthetic Aperture Radar) image or the like is located. This makes it possible to efficiently collate the ship confirmed by the SAR image with the AIS when it is not desired to demodulate the signal from the sea area of interest for the convenience of saving the amount of calculation.
  • SAR Synthetic Aperture Radar
  • the method of location information management may be a hybrid type with the method based on the reference signal in the first embodiment.
  • the position information may be used only when the estimated value of the received SINR obtained from the correlation result of the reference signal is not good.
  • weights can be generated without using a reference signal.
  • Embodiment 3 The receiving device according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
  • the configuration of the target communication system to which the receiving device according to the third embodiment is applied is the same as that of the first embodiment (see FIG. 1).
  • the description of the common parts with the first embodiment will be omitted, and the different parts will be described.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a reception processing unit that realizes a reception stage executed by the reception device according to the third embodiment.
  • a first reception processing unit 300b-1 that realizes a first-stage reception stage and a second reception processing unit 300b-2 that realizes a second-stage reception stage are described.
  • the second reception processing unit 300b-2 is the same as the reception processing unit 300-1 shown in FIG. 3 described in the first embodiment.
  • the first reception processing unit 300b-1 includes a replica generation unit 306, a replica removal unit 307, and a demodulation unit 310.
  • the demodulation unit 310 demodulates the received data without synthesizing the reception signals of the two reception branches.
  • the received signal of only one of the received branches is used, there are cases where demodulation can be sufficiently performed without performing synthesis. For example, when one receiving branch obtains a sufficiently good reception SINR. In this case, it is not necessary to synthesize and demodulate the received signal of each received branch. Conversely, if there is a problem with the frequency estimate or delay estimate by combining, the signal that can be demodulated correctly is incompletely synthesized. It may not be possible to demodulate depending on the nature. That is, it is not necessary to synthesize the received signals of each received branch in a part of the received stage. In other words, in each receiving stage, for example, when there is no received signal of a receiving branch whose received SINR is larger than a predetermined threshold value, the received signal of each receiving branch may be synthesized and demodulated. ..
  • the demodulation unit 310 may individually consider each received branch as a synthesized signal and perform demodulation, and if one received packet can be received without error detection, then the same as the processing described so far. May be processed.
  • replica generation and removal may not be performed at some reception stages because there may be problems with the replica removal quality. That is, replica generation and removal may not be performed in the receiving stage where there is a problem with replica removal quality.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and it is possible to prevent the processing load related to the demodulation of the received data from increasing more than necessary.
  • Embodiment 4 Next, the receiving device according to the fourth embodiment will be described.
  • the configuration of the target communication system to which the receiving device according to the fourth embodiment is applied is the same as that of the first embodiment (see FIG. 1). Further, the overall structure of the signal processing performed by the receiving device according to the fourth embodiment and the configuration of the receiving processing unit that realizes each receiving stage of the signal processing are the same as those of the first embodiment (see FIGS. 2 and 3). ..
  • the receiving device according to the fourth embodiment performs signal processing according to the flowchart shown in FIG. Note that FIG. 6 is a flowchart showing an example of the operation of the receiving device according to the fourth embodiment.
  • the receiving signal generation units 201 and 202 described in the first embodiment generate a received signal (step S11).
  • the received signal generation units 201 and 202 acquire a sample sequence having a time width of one packet or more in terms of time and perform processing.
  • the receiving device 105 next demodulates the received signal generated in step S11 (step S12).
  • the demodulation unit 305 attempts to demodulate the received signal of each received branch without synthesizing the received signal of each stage.
  • each received signal may be input to the demodulation unit 305 via the synthesis unit 304, or may be directly input to the demodulation unit 305.
  • the receiving device 105 confirms whether or not the demodulation is successful (step S13), and if the demodulation is successful, that is, if the demodulation unit 305 does not detect an error (step S13: Yes), the replica.
  • the generation unit 306 generates a replica of the demodulated signal (step S21).
  • step S13 if the received signal of at least one received branch can be demodulated, it is determined that the demodulation is successful.
  • the replica removal unit 307 removes the replica from the received signal (step S22), and demodulates the received signal after removing the replica again (step S12).
  • step S13: No when demodulation fails (step S13: No), it is confirmed whether the reference signal can be detected, that is, whether a correlation peak of sufficient received power exists in the correlation processing for detecting the reference signal (step S14). .. If the reference signal cannot be detected (step S14: No), the receiving device 105 ends the process.
  • the weight generation unit 302 When the reference signal can be detected (step S14: Yes), the weight generation unit 302 generates a weight for synthesizing the received signal of each received branch (step S15).
  • the weight correction unit 303 corrects the weight generated by the weight generation unit 302 (step S16). Weight generation and correction are performed by the method described in the first embodiment.
  • the synthesizing unit 304 synthesizes the received signals of each received branch using the corrected weights (step S17), and the demodulating unit 305 demodulates the combined received signals (step S18).
  • the receiving device 105 confirms whether or not the demodulation in step S18 is successful (step S19), and if the demodulation is successful (step S19: Yes), the replica generation unit 306 is a replica of the demodulated signal. (Step S21), the replica removal unit 307 removes the replica from the received signal (step S22), returns to step S12, and performs demodulation processing again.
  • step S20 determines whether to end the process. For example, it is determined that the process is terminated when the number of repetitions of steps S15 to S18 described above reaches a predetermined upper limit value, and it is determined that the process is continued when the number of repetitions does not reach the upper limit value.
  • step S20: No the receiving device 105 assumes that there is an error in the reference signal detection result by the reference signal detection unit 301, and uses it as an estimated value of the arrival time and frequency of the received signal. , The processing of steps S15 to S18 is executed again using a value different from the value used last time or before, and demodulation is attempted.
  • step S20 when it is determined to end the process (step S20: Yes), the receiving device 105 ends the process.
  • the upper limit of the number of repetitions of steps S15 to S18 is 1 or more, and if the upper limit is 1, if demodulation in step S18 fails, the process ends as it is.
  • the receiving device 105 confirms whether a sufficient number of demodulated data has been obtained after the successful demodulation in step S12 and after the successful demodulation in step S18, and is sufficient. If it is determined that the number of demodulated data has been obtained, the process may be terminated as it is without proceeding to the replica generation in step S21.
  • the receiving device 105 first demodulates the received signal of each receiving branch as it is, and when the demodulation fails, synthesizes each received signal and demodulates the combined received signal. do.
  • the same effect as that of the first embodiment that is, the effect that a receiving device capable of improving the communication quality in the communication system in which the relative positional relationship between the transmitting antenna and the receiving antenna fluctuates can be realized.
  • the process is terminated when the reference signal cannot be detected in step S14, but the wait may be generated by using a blind algorithm such as CMA.
  • the position information management unit 309 described in the second embodiment may be provided, and the weight generation by the blind algorithm may be performed after limiting the Doppler frequency and the delay time.
  • FIG. 7 is a diagram showing a first example of a hardware configuration that realizes a receiving device according to each embodiment
  • FIG. 8 is a second example of a hardware configuration that realizes a receiving device according to each embodiment. It is a figure which shows.
  • the receiving device is realized by, for example, the receiving data generation circuit 401, the processing circuit 402, and the reception result storage device 403 shown in FIG. 7.
  • the received signal generation units 201 and 202 described in each embodiment are realized by the received data generation circuit 401.
  • the second reception processing unit 300b-2 is realized by the processing circuit 402.
  • the processing circuit 402 is a single circuit, a composite circuit, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a circuit in which these are combined.
  • the reception result storage device 403 is used to store the demodulation bit series obtained at each reception stage executed by the reception device.
  • the receiving device can also be realized by the received data generation circuit 401 shown in FIG. 8, the processor 404 which is a control circuit, the memory 405, and the display 406.
  • the processor 404 is a CPU (Central Processing Unit, central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, DSP (Digital Signal Processor)), system LSI (Large Scale Integration), or the like.
  • the memory 405 includes RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (registered trademark) (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), and the like.
  • the reception processing unit 300b-2 of 2 stores a program for operating as each of these units in the memory 405, and the processor 404 reads and executes this program, so that the reception processing units 300-1 to 300- N, 300a-1, the first reception processing unit 300b-1, and the second reception processing unit 300b-2 are realized.
  • the memory 405 is also used to store the demodulation bit series obtained at each reception stage executed by the receiving device.
  • the display 406 is used when displaying the processing result by the receiving device.
  • the program stored in the memory 405 is, for example, a storage of a CD (Compact Disc) -ROM, a DVD (Digital Versatile Disc) -ROM, or the like. It may be provided to a user or the like in a state of being written on a medium, or may be provided via a network.
  • the configuration shown in the above embodiments is an example, and can be combined with another known technique, can be combined with each other, and does not deviate from the gist. It is also possible to omit or change a part of the configuration.
  • 100 communication system 101A, 101B receiver, 102A, 102B reception coverage area, 103 control station, 104 transmitter, 105 receiver, 201, 202 reception signal generator, 203-1, 203-2, 203-N reception stage , 300-1,300-2,300-N, 300a-1 reception processing unit, 300b-1 first reception processing unit, 300b-2 second reception processing unit, 301 reference signal detection unit, 302 weight generation unit , 303, 303a weight correction unit, 304, 304a synthesis unit, 305, 310 demodulation unit, 306 replica generation unit, 307 replica removal unit, 308 blind weight generation unit, 309 position information management unit, 401 reception data generation circuit, 402 processing Circuit, 403 reception result storage device, 404 processor, 405 memory, 406 display.

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Abstract

複数の無線信号が重畳した状態の信号を複数のアンテナで受信する受信装置であって、アンテナのそれぞれで受信した信号の受信タイミングおよび周波数に基づいて、複数の無線信号の中の一つである希望信号の受信品質を向上させるためのビーム形成用のウェイトを生成するウェイト生成部（３０２）と、アンテナのそれぞれで受信した信号の周波数に基づいて、アンテナのそれぞれで受信した信号間のドップラシフトを補償するための補正をウェイトに対して行うウェイト補正部（３０３）と、アンテナのそれぞれで受信した信号を補正後のウェイトを使用して合成する合成部（３０４）と、を備える。

Description

受信装置、通信システム、受信方法、制御回路および記憶媒体
　本開示は、複数の信号が重畳した状態の信号を複数のアンテナで受信する受信装置、通信システム、受信方法、制御回路および記憶媒体に関する。
　無線通信システムでは、複数の送受信信号チャネルを収容するために、時間や符号、周波数でそれらを多重することが行われている。また、無線ＬＡＮなどに代表されるように、各送信装置間でキャリアセンス等に基づき送信衝突を回避することも行われている。
　一般に、無線通信システムにおける受信装置では、復調を正しく行うために、受信した波形に対してキャリア周波数同期を行うＡＦＣ（Automatic　Frequency　Control）、時刻同期を行うシンボルタイミング同期、フレームタイミング同期などが必要である。
　ここで、各送信装置間でデータが非同期となっている場合や、キャリアセンスが成立しない場合は、これらの技術がうまく作用せず、受信装置側で互いに干渉した波形が受信されてしまう。無線通信において、異なる送信装置から送信された信号同士の干渉が発生した際の受信技術としては、何らかのフィルタリング（ビームフォーミングを含む）で信号を除去する方式、ＭＩＭＯ（Multiple－Input　Multiple－Output）においてＢＬＡＳＴ（Bell　Laboratories　Layered　Space－Time）などに使用されるＳＩＣ（Successive　Interference　Cancellation）に代表される干渉キャンセリングを行う方式が候補となる。
　非特許文献１には、非同期に衝突する信号の干渉をＳＩＣにより抑圧して通信品質を改善する技術が開示されている。
　しかしながら、非特許文献１に記載の技術は、シングルアンテナでの受信を前提としており、複数アンテナ、特に、異なる移動体のそれぞれが備えるアンテナで受信した複数の信号を合成する手法については開示されていない。ＳＩＣでは復調したい複数の受信信号間に受信電力差がついている必要があるが、複数のビームを適切に合成すれば、異なる受信電力の受信信号を複数生成できるので、復調可能な信号数が増加することが期待できる。ここで、異なる受信位置で信号を受信する受信装置を利用する場合、各送信装置から各受信位置までのそれぞれの伝搬経路で異なるドップラシフトや遅延が受信信号に加わるため、これらの影響を除去する必要がある。特に、静的なビーム形成用ウェイトを使った場合、ドップラ周波数により時変する位相により、フェージングのように受信ＳＮＲ（Signal　to　Noise　Ratio）が時変動して通信品質が低下してしまう問題がある。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、移動する複数のアンテナ、特に異なる移動体のそれぞれが備えるアンテナのそれぞれで受信した各信号を適切に合成して通信品質を改善することが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、本開示は、複数の無線信号が重畳した状態の信号を複数のアンテナで受信する受信装置であって、アンテナのそれぞれで受信した信号の受信タイミングおよび周波数に基づいて、複数の無線信号の中の一つである希望信号の受信品質を向上させるためのビーム形成用のウェイトを生成するウェイト生成部と、アンテナのそれぞれで受信した信号の周波数に基づいて、アンテナのそれぞれで受信した信号間のドップラシフトを補償するための補正をウェイトに対して行うウェイト補正部と、アンテナのそれぞれで受信した信号を補正後のウェイトを使用して合成する合成部と、を備える。
　本開示にかかる受信装置は、移動する複数のアンテナのそれぞれで受信した各信号を適切に合成して通信品質を改善することができる、という効果を奏する。
実施の形態１にかかる受信装置を適用する対象の通信システムの一例を示す図 実施の形態１にかかる受信装置が実施する信号処理の全体構造の一例を示す図 実施の形態１にかかる受信装置が実行する受信ステージの構成を説明するための図 実施の形態２にかかる受信装置が実行する最初の受信ステージを実現する受信処理部の構成例を示す図 実施の形態３にかかる受信装置が実行する受信ステージを実現する受信処理部の構成例を示す図 実施の形態４にかかる受信装置の動作の一例を示すフローチャート 各実施の形態にかかる受信装置を実現するハードウェア構成の第１の例を示す図 各実施の形態にかかる受信装置を実現するハードウェア構成の第２の例を示す図
　以下に、本開示の実施の形態にかかる受信装置、通信システム、受信方法、制御回路および記憶媒体を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかる受信装置を適用する対象の通信システムの一例を示す図である。
　図１に示す通信システム１００は、受信機１０１Ａおよび１０１Ｂと、管制局１０３とを含む。
　受信機１０１Ａおよび１０１Ｂは、それぞれの受信カバーエリアに存在する送信機１０４から送信された無線信号を、図示を省略したアンテナで受信する。通信システム１００においては、受信機１０１Ａの受信カバーエリア１０２Ａと受信機１０１Ｂの受信カバーエリア１０２Ｂの一部が重なり合っており、この重なり合っているエリアに４台の送信機１０４が存在している。これら４台の送信機１０４のうち、複数の送信機１０４が同時に送信処理を行う場合、受信機１０１Ａおよび１０１Ｂは、同時に送信処理を行う複数の送信機１０４から送信された複数の無線信号が重畳した状態の信号を受信することになる。
　なお、送信機１０４の数は一例であり、送信機１０４は５台以上でもよいし、３台以下でもよい。また、図１に示す例では、説明を簡単化するため、受信カバーエリア１０２Ａの受信カバーエリア１０２Ｂと重なり合っていないエリア、および、受信カバーエリア１０２Ｂの受信カバーエリア１０２Ａと重なり合っていないエリアには送信機１０４が存在しないものとしているが、これらのエリアに送信機１０４が存在していてもよい。
　また、以下の説明では、受信機１０１Ａと受信機１０１Ｂとを区別する必要がない場合、例えば、受信機１０１Ａおよび受信機１０１Ｂに共通の事項を説明する場合、受信機１０１Ａと受信機１０１Ｂとをまとめて受信機１０１と記載する。
　通信システム１００においては、各受信機１０１と各送信機１０４の相対位置関係は時間変動する。各受信機１０１が各送信機１０４から受信した信号は、何らかの別の通信手段で管制局１０３に伝送される。この通信手段は、通常は送信機１０４から受信する無線信号とは別の通信帯域を利用するが、受信信号をアナログで増幅および再生して得られる信号を伝送してもよいし、受信信号をデジタルでベースバンドに変換したサンプル列を観測データとしてデジタル伝送してもよい。このような環境としては、ＡＩＳ（Automatic　Identification　System：自動船舶識別システム）において船舶に搭載された送信機が送信する信号を移動体の一例である衛星に搭載された受信機で受信する場合などが想定できる。この場合、通信システム１００は、衛星に搭載された受信機１０１と、船舶に搭載された送信機１０４とで構成される。送受信機間の距離や相対速度が異なることから多くの送信信号を受信する際に電力、周波数、時刻、位相がそれぞれ異なる値を持ち非同期に受信される。特にＡＩＳシステムでは非特許文献１にあるとおり、複数の船舶が送信した信号が、衛星－船舶間での距離により異なる伝搬遅延を持ちながら非同期に多数重畳する。本実施の形態では、受信機１０１のそれぞれが異なる衛星に搭載され、送信機１０４のそれぞれが異なる船舶に搭載されているものとして説明を行う。なお、衛星の個数を２として説明を行うが、３以上としてもかまわない。
　以下で説明する信号処理方式は主に図１の管制局１０３で行うことが適切であるが、衛星間通信によりある特定の衛星が、別の衛星に搭載された受信機１０１が受信した信号を集約し、衛星内で信号処理を実施してもよい。すなわち、本実施の形態にかかる受信装置は管制局１０３に搭載されることが適切であるが、いずれかの衛星に搭載されてもよい。
　図２は、実施の形態１にかかる受信装置が実施する信号処理の全体構造の一例を示す図である。図２では、実施の形態１にかかる受信装置１０５が管制局１０３に搭載される場合の例を示している。
　受信装置１０５の受信信号生成部２０１および２０２は、受信アンテナに直結された、通常の受信信号をベースバンドに変換するモジュール、または、前述した物理的な場所（例えば、衛星）にある受信アンテナで観測した観測データの受信モジュールで構成される。すなわち、受信信号生成部２０１および２０２は、対応する受信アンテナで受信された無線信号からベースバンドの受信信号を生成する。受信装置１０５は、受信信号生成部２０１および２０２で生成した受信信号に対して受信ステージ２０３－１，２０３－２，…，２０３－Ｎ（Ｎは２以上の整数）を順番に実行することにより、受信データを復調する。各受信ステージの処理は、受信処理部３００－１，３００－２，…，３００－Ｎが行う。なお、図２では、受信ステージごとに受信処理部を設ける構成としたが、受信ステージ数よりも少ない数の受信処理部で各受信ステージを実現する構成としてもよい。例えば、単一の受信処理部が、各受信ステージでの処理結果を再入力して後段の受信ステージを順次実行する構成としてもよい。
　図２に示す例では受信アンテナ数（受信ブランチ数）を２としているが、３以上としてもかまわない。また、図２の構成では、ＳＩＣに基づく復調処理を行う受信ステージ（受信ステージ２０３－１，２０３－２，…，２０３－Ｎ）ごとに一つの信号を分離することを想定している。ステージの数は任意であり、受信信号や、受信信号を一度に処理する観測時間幅に応じ変化してもよい。後述する適当な終了判定により一連の復調処理を完了するものとする。
　図３を用いて、受信ブランチ数が２のときの各受信ステージの構成を説明する。図３は、実施の形態１にかかる受信装置１０５が実行する受信ステージの構成を説明するための図である。一例として、図２に示す受信ステージ２０３－１の構成について説明する。なお、他の受信ステージ（受信ステージ２０３－２，…，２０３－Ｎ）の構成も同様である。
　受信ステージ２０３－１を実現する受信処理部３００－１は、参照信号検出部３０１、ウェイト生成部３０２、ウェイト補正部３０３、合成部３０４、復調部３０５、レプリカ生成部３０６およびレプリカ除去部３０７を備える。
　参照信号検出部３０１は、受信信号生成部２０１および２０２から入力される受信信号に含まれる参照信号を検出し、検出した参照信号に基づいて、受信信号の到来時刻すなわち受信タイミングと、周波数とを推定する。詳細には、参照信号検出部３０１は、複数の送信機１０４から送信された複数の信号の中の１つを対象として、到来時刻および周波数を推定する。ここで、ＡＩＳにおいて送信機が送信する信号のように、通常、通信波にはプリアンブルなどの既知系列（参照信号）が付与されている。そのため、参照信号検出部３０１は、受信装置１０５内部で作成した参照信号と受信信号との相関をとることにより、受信信号の到来時刻および周波数を推定することができる。具体的には、たとえば参照信号に対して複数の候補周波数を想定した位相回転パターンを乗算した信号を用いて時間方向のスライディング相関をとることで、上述の推定処理を実現できる。
　ウェイト生成部３０２は、参照信号検出部３０１による受信信号の到来時刻および周波数の推定結果に基づき、参照信号検出部３０１が到来時刻および周波数を推定した信号である希望信号（以下では希望波と称する場合もある）を復調しやすくするウェイトを生成する。ウェイト生成部３０２は、例えば、前述の相関処理による推定結果に基づいて受信信号の位相情報を算出し、位相情報に基づき、両受信ブランチの受信信号の位相を合わせこむような複素係数を各受信ブランチの受信信号に乗算し合成することで、合成後の受信ＳＮＲが向上するようにするウェイトを生成する。受信ＳＮＲは受信品質の一例である。また、ウェイト生成部３０２は、同様に、相関結果のピークタイミングの電力情報とその周辺の時間および周波数における電力の大きさに基づき、合成前の受信ＳＩＮＲ（Signal　to　Interference　plus　Noise　Ratio）が低いと思われる受信ブランチの重みを小さくすることで干渉やノイズの影響を低減できるようなウェイトを生成してもよい。
　ウェイト補正部３０３は、参照信号検出部３０１が推定した受信信号の周波数を示す周波数情報に基づき、ウェイト生成部３０２が生成したウェイトを補正する。ウェイトの補正処理について式を用いて説明する。２つの受信ブランチを使い、４つの送信信号があるとき、受信信号ｒ0およびｒ1と送信信号ｓ0、ｓ1、ｓ2およびｓ3との関係は、雑音の影響を除くと式（１）のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（１）において、行列の部分が伝搬路を示しており、ｈ00～ｈ13が各送受信機間の複素数の伝搬路係数である。exp()の項が各受信機間で異なるドップラシフトの影響を表す。式（１）を行列とベクトルで表すと次式（２）のようになり、線形変換により受信信号を得ることを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　本実施の形態にかかる受信装置では、次式（３）に示すように、受信信号ベクトルｒにウェイト行列Ｗを乗算して合成後の受信信号ｙを得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　受信ブランチ数２の場合、ウェイトｗの数は２であり、式（３）を展開すると式（４）のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　伝搬路係数ｈは、単一送信パケットを受信中に一定（静的）であることが見込まれるが、ドップラシフトにより位相回転が発生し、ウェイト合成時にフェージングに類似した受信電力変動が発生してしまう。そこで、送信信号ｓ0を受信したい場合には、各受信アンテナに対するドップラシフトを表すドップラ項ω00、ω01を推定して、その逆回転系列を静的なウェイトに乗算することでビーム合成後の希望波のレベルを安定させる。つまり、式（５）に示す新たなウェイト行列Ｗ’をウェイト補正部３０３が生成し、実際の合成に使用できるようにする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　式（５）により、推定処理が正しく動作すれば希望波ｓ0に対する振幅は一定となるが、希望波ｓ1以外は異なるドップラシフトが付与されるので、フェージングに類似する現象が発生し、時変する干渉が混入する。そのため、このビーム形成ではｓ0だけを受信することにし、後段の受信ステージでｓ1以降を同様の手法で分離していく。以上のように、各受信ステージで信号を合成する際に希望波に対応したドップラシフトを補償するためのドップラ補正項をウェイト補正部３０３で付与することで、図１のようなシステムにおいて希望波を逐次分離するＳＩＣ処理が実現可能になる。
　ここで、式（５）において受信信号に２つのドップラ補正項を乗算する方法を説明したが、実際に用意する補正用のドップラ補正項は（受信ブランチ数－１）だけあればよい、すなわち、式（４）は、次式（６）に書き換えられることに注意する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　式（６）では、特定の基準となる受信信号のドップラ項をくくりだしたことで、くくりだした後の信号を新たなｓ0と定義すれば、他方の受信信号にかけるウェイトは、基準となる受信信号のドップラ項との間の相対値を設定することで、振幅がフェージングのように上下する問題は回避できる。もともとのｓ0には、発振器の安定度が不完全なことによる周波数誤差成分も含まれているので、その成分と基準信号のドップラ成分を、合成後の信号に対して復調部３０５において、公知の１ブランチ受信用アルゴリズム（例えば、遅延検波、同期検波、非特許文献１に示されている方法）を用いて補正しながら復調を行えばよい。このようにして、推定対象変数を減らすことで、より少ない計算量で、周波数推定誤差の影響を軽減することが可能になる。
　上述の説明ではｓ0をどのように特定するか触れていなかったが、参照信号検出部３０１において相関ピークが最も大きいものを選定する方法が考えられる。
　合成部３０４は、補正されたウェイト行列Ｗ’を用いて、たとえば式（５）のような合成処理を行い単一の受信信号の時間サンプル列を取得する。このとき、２つの受信ブランチ間で、受信機同士の距離が離れている等の理由で受信タイミングにずれがあると思われる場合、参照信号検出部３０１で得た受信ピークタイミングをもとに合成時の信号タイミングを補正して合成してもよい。これにより、周波数誤差だけでなく時間誤差に伴うブランチ合成（各受信ブランチの受信信号の合成）の不完全性を回避して、希望波をより高品質に復調可能になる。合成部３０４は、補正されたウェイト行列Ｗ’を用いて各受信ブランチの受信信号を合成して得られた信号を、合成後受信信号として復調部３０５に出力する。
　また、参照信号検出部３０１での相関処理による電力、周波数、位相およびタイミングの検出では、近接する異なる時間および周波数で干渉となるような強い電力で別の信号を受信している場合は相関精度が出ない場合がある。その場合、荒い精度で推定を行い、ウェイト生成部３０２およびウェイト補正部３０３では、複数のウェイト候補およびドップラ推定値を用いて復調処理まで試行して、ＣＲＣ（Cyclic　Redundancy　Check）等の誤り検出が発生しなくなるまで処理を繰り返し実施してもよい。これにより、推定精度が十分でない場合も、細かい精度誤差の部分についての計算を繰り返し試行することにより、復調可能な信号数を増加させることが可能になる。合成部３０４においても同様にタイミング候補を変化させながら合成してもよい。
　復調部３０５は、合成部３０４が出力する合成後受信信号から希望信号を復調する。復調部３０５は、合成後受信信号を対象として、例えば、遅延検波、同期検波、または、非特許文献１に示されているようなシングルアンテナ用受信方式を用いて復調処理を行う。このとき、復調部３０５は、受信信号にＣＲＣなどの誤り検出機能があれば、１パケット分の復調ビットパターンとともに誤り検出結果を出力する。
　レプリカ生成部３０６は、合成前の各受信ブランチの受信信号に対して、再度、ＣＲＣチェック済みなど信頼できるビットパターンを使った相関処理などにより伝搬路係数、周波数偏差、到来時刻などを算出し、復調済みの希望信号の影響を各受信ブランチの受信信号から除去するためのレプリカを生成する。このとき、受信信号に送信機１０４の位相雑音等の影響があり、パケット内の位相時変動が無視できない場合、復調済みビットパターンを参照信号として位相変動追従パターンを同時に推定し、位相変動を補償してレプリカの精度を改善するようにしてもよい。
　レプリカ除去部３０７は、上述したＢＬＡＳＴ等の既存技術と同様に、レプリカ生成部３０６が生成したレプリカを使用して、各受信ブランチの受信信号から復調済み希望信号の影響をキャンセルする。具体的には、レプリカ除去部３０７は、入力された各受信信号からレプリカを減算して、復調済みの希望信号の成分が除去された各ブランチの受信信号を生成する。
　レプリカ除去部３０７が生成した復調済みの希望信号の成分が除去された受信信号は、後段の受信ステージの処理を実行する受信処理部３００－ｎ（ｎ＝２，３，４，…）に入力される。後段の受信ステージの処理を実行する受信処理部３００－ｎは、前段の受信ステージから入力された受信信号に対して、受信処理部３００－１を構成する各部と同様の処理を実行し、入力された受信信号に含まれる希望信号を復調するとともに、復調した希望信号の成分を入力された受信信号から除去する。
　以上のようにして、本実施の形態にかかる受信装置１０５は、受信ステージ２０３－１～２０３－Ｎを構成する受信処理部３００－１～３００－Ｎのそれぞれにおいて、一つの希望信号にターゲットを絞り、ドップラシフトおよび時間誤差の補償処理により、その希望信号の復調に適した、各受信ブランチの受信信号の合成を行う。また、受信処理部３００－１～３００－Ｎのそれぞれは、合成後の受信信号から希望信号を復調し、さらに、復調済みの希望信号を受信信号から除去して出力する。すなわち、各受信ステージでは、受信信号が入力されると、１つの希望信号の復調性能を向上させるための合成処理を各受信ブランチの受信信号に対して行い、合成後の受信信号から希望信号を復調するとともに、復調済みの希望信号を受信信号から除去して後段の受信ステージに出力する。このようにして、複数の受信ブランチを利用可能な場合に復調可能な信号数を増加させる。本実施の形態によれば、送信アンテナと受信アンテナとの相対位置関係が変動する通信システムにおける通信品質を改善可能な受信装置を実現できる。
　ここで、復調部３０５は復調されたデータ列を出力するとしたが、復調データ列に加えてＣＲＣの計算結果、復調に使用したドップラ周波数または周波数偏差、到来時間、ウェイトの情報等を出力し、その後同一送信機からの信号を取得したいときの復調補助情報として利用してもよい。
実施の形態２．
　図４を用いて実施の形態２にかかる受信装置を説明する。実施の形態２にかかる受信装置を適用する対象の通信システムの構成は実施の形態１と同様である（図１参照）。また、実施の形態２にかかる受信装置が実施する信号処理の全体構造も実施の形態１と同様である（図２参照）。ただし、信号処理の各受信ステージの構成、すなわち、各受信ステージを実現する受信処理部の構成が実施の形態と一部異なる。本実施の形態では実施の形態１と共通の部分については説明を省略し、異なる部分について説明を行う。
　図４は、実施の形態２にかかる受信装置が実行する最初の受信ステージを実現する受信処理部３００ａ－１の構成例を示す図である。なお、他の受信ステージを実現する受信処理部の構成も同様である。
　受信処理部３００ａ－１は、実施の形態１で説明した受信処理部３００－１の参照信号検出部３０１およびウェイト生成部３０２に代えてブラインドウェイト生成部３０８を備え、また、ウェイト補正部３０３および合成部３０４をそれぞれウェイト補正部３０３ａおよび合成部３０４ａに置き換え、位置情報管理部３０９を追加した構成である。
　受信処理部３００ａ－１においては、ブラインドウェイト生成部３０８がウェイトを生成する。ブラインドウェイト生成部３０８は、図３に示すウェイト生成部３０２に対応する、実施の形態２にかかる受信装置のウェイト生成部である。ブラインドウェイト生成部３０８は、参照信号を必要としない、ＣＭＡ（Constant　Modulus　Amplitude）などのブラインドアルゴリズムを用いてウェイトを生成する。ＣＭＡを使う場合、通常、受信ブランチ数が同時に到来する信号の数よりも多い必要があるので、多くの場合３受信ブランチ以上が必要である。しかし、図４に示すような、受信ブランチ数が２の構成であっても１受信信号を合成するウェイトを生成することは可能である。他の手法として、受信ブランチ数が少ない場合、たとえば受信ブランチ数が２の場合、ウェイトの数も２つのスカラー値であるので、計算量が十分にある場合、到来信号の想定される受信ＳＮＲの組み合わせや位相から想定される値域の範囲内で適当なウェイトを生成してもよい。この場合、必ずしも受信信号とブラインドウェイト生成部３０８を接続する必要はない。１回目に作ったウェイトで受信できる可能性は高くないが、複数回繰り返しブラインドウェイト生成部３０８から復調部３０５までの処理を、ＣＲＣでエラー検出しなくなるまで繰り返し試行してもよい。
　位置情報管理部３０９は、複数の受信アンテナと、希望する信号を送信するアンテナとの位置関係から、ドップラ周波数および遅延時間のそれぞれが取りうる範囲を特定し、ウェイト補正部３０３ａおよび合成部３０４ａに補正用ドップラ周波数および到来時間情報を与える。ここでの遅延時間とは、各受信アンテナに希望信号が到来する時間の差を意味する。すなわち、遅延時間は、各受信ブランチの受信アンテナが希望信号を受信するタイミングのずれを示す。
　たとえば、ＡＩＳにおいて送信機１０４が送信する信号を衛星に搭載された受信機１０１が受信する場合、位置情報管理部３０９は、衛星の軌道情報と、送信機１０４が存在する位置または海域（緯度経度情報など）とに基づいてドップラ周波数および遅延時間を推定する。ドップラ周波数および遅延時間の推定結果に基づき、ウェイト補正部３０３ａおよび合成部３０４ａのそれぞれがウェイト補正および合成処理を行うことで、送信機１０４が存在する位置または海域からの信号について、ビーム合成時の希望波を安定して受信することが可能になり、取得したい信号をピンポイントに取得できる可能性が高くなる。
　なお、上記の送信機の存在する位置に関して、ＳＡＲ（Synthetic　Aperture　Radar）画像等で確認した船舶が所在する位置等としてもよい。これにより、計算量の節約の都合で興味対象外の海域からの信号を復調したくない場合に、ＳＡＲ画像で確認した船舶とＡＩＳの照合を効率的に行うことが可能になる。
　本実施の形態では、ブラインドでのウェイト生成および位置情報管理に基づく補償用パラメータの推定方法を説明したが、この２つの要素を同時に適用する必要はなく、片方の処理を実施の形態１に基づくものとしたり、組み合わせを差し替えたりすることが可能である。また、位置情報管理の方法は実施の形態１での参照信号に基づく手法とハイブリッド型にしても差し支えない。例えば、参照信号の相関結果から得た受信ＳＩＮＲの推定値が良好でない場合に限り位置情報を利用する、などとしてもかまわない。
　本実施の形態で説明した構成を適用した場合にも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、参照信号を用いることなくウェイトを生成することができる。
実施の形態３．
　図５を用いて実施の形態３にかかる受信装置を説明する。実施の形態３にかかる受信装置を適用する対象の通信システムの構成は実施の形態１と同様である（図１参照）。本実施の形態では実施の形態１と共通の部分については説明を省略し、異なる部分について説明を行う。
　図５は、実施の形態３にかかる受信装置が実行する受信ステージを実現する受信処理部の構成例を示す図である。図５では、１段目の受信ステージを実現する第１の受信処理部３００ｂ－１と、２段目の受信ステージを実現する第２の受信処理部３００ｂ－２とを記載している。第２の受信処理部３００ｂ－２は、実施の形態１で説明した図３に示す受信処理部３００－１と同様である。第１の受信処理部３００ｂ－１は、レプリカ生成部３０６、レプリカ除去部３０７および復調部３１０を備える。第１の受信処理部３００ｂ－１では、２受信ブランチの受信信号を合成することなく復調部３１０が受信データを復調する。
　受信した際に、一方の受信ブランチのみの受信信号を使えば、合成を行わなくても十分に復調できる場合が存在する。例えば一方の受信ブランチで十分良好な受信ＳＩＮＲを得た場合である。この場合、各受信ブランチの受信信号の合成をして復調する必要はなく、逆に合成を行って周波数推定値や遅延推定値に問題があると、本来正しく復調できる信号が、合成の不完全性によって復調できなくなる場合もありうる。つまり、受信ステージの一部において、各受信ブランチの受信信号の合成を行わなくてもよい。換言すれば、各受信ステージでは、例えば、受信ＳＩＮＲが予め定められた閾値よりも大きい受信ブランチの受信信号が存在しない場合に各受信ブランチの受信信号を合成し、復調を行うようにしてもよい。
　このように、受信ステージの一部で、図３を用いて説明した一部の処理を行わなくてもよい。これにより、状況に応じて無駄なウェイト計算を回避して、復調効率を改善することができる。本実施の形態では、復調部３１０は、それぞれの受信ブランチを個別に合成済み信号とみなして復調を行えばよく、一つの受信パケットを誤り検出なく受信できれば、その後、これまで説明した処理と同様の処理を行ってもよい。
　また、レプリカの生成および除去についても、そのレプリカ除去品質に問題がある場合等があるため、一部の受信ステージで実施しなくてもよい。すなわち、レプリカ除去品質に問題がある受信ステージではレプリカの生成および除去を行わないようにしてもよい。
　本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができ、また、受信データの復調に関する処理負荷が必要以上に増大するのを防止できる。
実施の形態４．
　つづいて、実施の形態４にかかる受信装置を説明する。実施の形態４にかかる受信装置を適用する対象の通信システムの構成は実施の形態１と同様である（図１参照）。また、実施の形態４にかかる受信装置が実施する信号処理の全体構造および信号処理の各受信ステージを実現する受信処理部の構成も実施の形態１と同様である（図２および図３参照）。
　実施の形態４にかかる受信装置は、図６に示すフローチャートに従って信号処理を行う。なお、図６は、実施の形態４にかかる受信装置の動作の一例を示すフローチャートである。
　実施の形態４にかかる受信装置１０５は、まず、実施の形態１で説明した受信信号生成部２０１および２０２が受信信号を生成する（ステップＳ１１）。このとき、受信信号生成部２０１および２０２は、時間的に１パケット以上の時間幅のサンプル列を取得して処理を行う。受信装置１０５は、次に、ステップＳ１１で生成した受信信号を復調する（ステップＳ１２）。このステップＳ１２では、各ステージの受信信号を合成することなく、復調部３０５がそれぞれの受信ブランチの受信信号の復調を試行する。このとき、各受信信号は合成部３０４経由で復調部３０５に入力してもよいし、復調部３０５に直接入力する構成としてもよい。受信装置１０５は、次に、復調が成功したか否かを確認し（ステップＳ１３）、復調が成功した場合、すなわち、復調部３０５が誤りを検出しなかった場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、レプリカ生成部３０６が、復調済みの信号のレプリカを生成する（ステップＳ２１）。なお、ステップＳ１３では、少なくとも１つの受信ブランチの受信信号を復調できた場合に復調が成功したと判断する。次に、レプリカ除去部３０７が、受信信号からレプリカを除去し（ステップＳ２２）、レプリカ除去後の受信信号を対象として再度復調処理を行う（ステップＳ１２）。
　一方、復調に失敗した場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、参照信号を検出できるか、すなわち、参照信号検出のための相関処理において十分な受信電力の相関ピークが存在するかを確認する（ステップＳ１４）。参照信号を検出できなかった場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、受信装置１０５は処理を終了する。参照信号を検出できた場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、ウェイト生成部３０２が、各受信ブランチの受信信号を合成するためのウェイトを生成する（ステップＳ１５）。次に、ウェイト補正部３０３が、ウェイト生成部３０２で生成されたウェイトを補正する（ステップＳ１６）。ウェイトの生成および補正は実施の形態１で説明した方法で行う。次に、補正後のウェイトを用いて合成部３０４が、各受信ブランチの受信信号を合成し（ステップＳ１７）、合成後の受信信号を復調部３０５が復調する（ステップＳ１８）。
　受信装置１０５は、次に、ステップＳ１８における復調が成功したか否かを確認し（ステップＳ１９）、復調が成功した場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）、レプリカ生成部３０６が、復調済みの信号のレプリカを生成し（ステップＳ２１）、レプリカ除去部３０７が、受信信号からレプリカを除去して（ステップＳ２２）、ステップＳ１２に戻って再度復調処理を行う。
　ステップＳ１８における復調が失敗の場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）、受信装置１０５は、処理を終了するかを判定する（ステップＳ２０）。例えば、上述したステップＳ１５～ステップＳ１８の繰り返し回数が定められた上限値に達した場合に処理を終了すると判定し、繰り返し回数が上限値に達していない場合は処理を継続すると判定する。処理を終了しないと判定した場合（ステップＳ２０：Ｎｏ）、受信装置１０５は、参照信号検出部３０１による参照信号検出結果に誤差があると想定して、受信信号の到来時刻および周波数の推定値として、前回またはそれ以前に用いた値とは別の値を用いて、ステップＳ１５～ステップＳ１８の処理を再度実行して復調を試みる。一方、処理を終了すると判定した場合（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、受信装置１０５は処理を終了する。なお、ステップＳ１５～ステップＳ１８の繰り返し回数の上限値は１以上とし、上限値が１の場合はステップＳ１８における復調が失敗すると、そのまま処理が終了となる。
　また、図示はしていないが、受信装置１０５は、ステップＳ１２における復調に成功した後、および、ステップＳ１８における復調に成功した後、十分な数の復調データが得られたかを確認し、十分な数の復調データが得られたと判断した場合は、ステップＳ２１のレプリカ生成に進まず、そのまま処理を終了してもよい。
　以上のように、本実施の形態にかかる受信装置１０５は、まず、各受信ブランチの受信信号をそのまま復調し、復調に失敗した場合に、各受信信号を合成し、合成後の受信信号を復調する。これにより、実施の形態１と同様の効果、すなわち、送信アンテナと受信アンテナとの相対位置関係が変動する通信システムにおける通信品質を改善可能な受信装置を実現できるという効果を得ることができ、また、受信データの復調に関する処理負荷が必要以上に増大するのを防止できる。
　なお、図６に示すフローチャートではステップＳ１４で参照信号を検出できない場合に処理を終了することとしたが、ＣＭＡなどのブラインドアルゴリズムを用いてウェイトを生成するようにしてもよい。このとき、実施の形態２で説明した位置情報管理部３０９を備え、ドップラ周波数および遅延時間を限定した上でブラインドアルゴリズムによるウェイト生成を行うようにしてもよい。
　つづいて、本開示にかかる受信装置のハードウェア構成について説明する。図７は、各実施の形態にかかる受信装置を実現するハードウェア構成の第１の例を示す図、図８は、各実施の形態にかかる受信装置を実現するハードウェア構成の第２の例を示す図である。
　本開示にかかる受信装置は、例えば、図７に示す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とで実現される。具体的には、各実施の形態で説明した受信信号生成部２０１および２０２は受信データ生成回路４０１で実現される。また、実施の形態１で説明した受信処理部３００－１～３００－Ｎ、実施の形態２で説明した受信処理部３００ａ－１、実施の形態３で説明した第１の受信処理部３００ｂ－１および第２の受信処理部３００ｂ－２は、処理回路４０２で実現される。ここで、処理回路４０２は、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせた回路である。なお、受信結果格納装置４０３は、受信装置が実行する各受信ステージで得られる復調ビット系列を格納するために用いられる。
　また、本開示にかかる受信装置は、図８に示す受信データ生成回路４０１と、制御回路であるプロセッサ４０４と、メモリ４０５と、ディスプレイ４０６とで実現することも可能である。ここで、プロセッサ４０４は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit、中央処理装置、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）ともいう）、システムＬＳＩ（Large　Scale　Integration）などである。メモリ４０５は、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）などである。
　実施の形態１で説明した受信処理部３００－１～３００－Ｎ、実施の形態２で説明した受信処理部３００ａ－１、実施の形態３で説明した第１の受信処理部３００ｂ－１および第２の受信処理部３００ｂ－２は、これらの各部として動作するためのプログラムをメモリ４０５に格納しておき、このプログラムをプロセッサ４０４が読み出して実行することにより、受信処理部３００－１～３００－Ｎ，３００ａ－１、第１の受信処理部３００ｂ－１、第２の受信処理部３００ｂ－２が実現される。
　また、メモリ４０５は、受信装置が実行する各受信ステージで得られる復調ビット系列を格納するためにも用いられる。ディスプレイ４０６は、受信装置による処理結果を表示する場合に用いられる。
　実施の形態１で説明した受信処理部３００－１～３００－Ｎ、実施の形態２で説明した受信処理部３００ａ－１、実施の形態３で説明した第１の受信処理部３００ｂ－１および第２の受信処理部３００ｂ－２がプロセッサ４０４およびメモリ４０５で実現される場合、メモリ４０５に格納されるプログラムは、例えば、ＣＤ（Compact　Disc）－ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）－ＲＯＭなどの記憶媒体に書き込まれた状態でユーザ等に提供される形態であってもよいし、ネットワークを介して提供される形態であってもよい。
　以上の実施の形態に示した構成は、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、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、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。
　１００　通信システム、１０１Ａ，１０１Ｂ　受信機、１０２Ａ，１０２Ｂ　受信カバーエリア、１０３　管制局、１０４　送信機、１０５　受信装置、２０１，２０２　受信信号生成部、２０３－１，２０３－２，２０３－Ｎ　受信ステージ、３００－１，３００－２，３００－Ｎ，３００ａ－１　受信処理部、３００ｂ－１　第１の受信処理部、３００ｂ－２　第２の受信処理部、３０１　参照信号検出部、３０２　ウェイト生成部、３０３，３０３ａ　ウェイト補正部、３０４，３０４ａ　合成部、３０５，３１０　復調部、３０６　レプリカ生成部、３０７　レプリカ除去部、３０８　ブラインドウェイト生成部、３０９　位置情報管理部、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 (14)

  1. 　複数の無線信号が重畳した状態の信号を複数のアンテナで受信する受信装置であって、
    　前記アンテナのそれぞれで受信した信号の受信タイミングおよび周波数に基づいて、複数の前記無線信号の中の一つである希望信号の受信品質を向上させるためのビーム形成用のウェイトを生成するウェイト生成部と、
    　前記アンテナのそれぞれで受信した信号の周波数に基づいて、前記アンテナのそれぞれで受信した信号間のドップラシフトを補償するための補正を前記ウェイトに対して行うウェイト補正部と、
    　前記アンテナのそれぞれで受信した信号を補正後の前記ウェイトを使用して合成する合成部と、
    　を備えることを特徴とする受信装置。
  2. 　前記無線信号に含まれる参照信号に基づいて前記希望信号の受信タイミングおよび周波数を推定する参照信号検出部、
    　を備え、
    　前記ウェイト生成部は、参照信号検出部が推定した前記希望信号の受信タイミングおよび周波数に基づいて前記ウェイトを生成し、
    　前記ウェイト補正部は、参照信号検出部が推定した前記希望信号の周波数に基づいて前記ウェイトを補正する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
  3. 　前記合成部は、前記合成を行う際に、前記参照信号検出部が推定した前記希望信号の受信タイミングに基づいて、前記アンテナのそれぞれで受信する前記希望信号の受信タイミング誤差を補償する、
    　ことを特徴とする請求項２に記載の受信装置。
  4. 　前記希望信号を送信する送信アンテナと前記アンテナとの位置関係に基づいて、前記希望信号のドップラ周波数および遅延時間のそれぞれが取り得る範囲を特定する位置情報管理部、
    　を備え、
    　前記ウェイト補正部は、前記位置情報管理部が特定した範囲の前記ドップラ周波数に基づいて前記ウェイトを補正する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
  5. 　前記合成部は、前記合成を行う際に、前記位置情報管理部が特定した範囲の前記遅延時間に基づいて、前記アンテナのそれぞれで受信する前記希望信号の受信タイミング誤差を補償する、
    　ことを特徴とする請求項４に記載の受信装置。
  6. 　前記ウェイト生成部は、前記アンテナのそれぞれで受信した信号の受信タイミングおよび周波数と、前記希望信号の受信電力とに基づいて前記ウェイトを生成する、
    　ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の受信装置。
  7. 　前記合成部が前記アンテナのそれぞれで受信した信号を合成して得られた合成後受信信号から前記希望信号を復調する復調部と、
    　前記復調部による前記希望信号の復調結果に基づいて前記希望信号のレプリカを生成するレプリカ生成部と、
    　前記アンテナのそれぞれで受信した信号から前記レプリカを減算して、前記アンテナのそれぞれに対応する、前記希望信号の成分が除去された信号を生成するレプリカ除去部と、
    　を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の受信装置。
  8. 　前記レプリカ除去部で前記希望信号の成分が除去された後の信号に対して、前記ウェイト生成部がウェイトを生成する処理と、前記ウェイト補正部がウェイトを補正する処理と、前記合成部が信号を合成する処理と、前記復調部が希望信号を復調する処理と、前記レプリカ生成部がレプリカを生成する処理と、前記レプリカ除去部が希望信号の成分が除去された信号を生成する処理と、を繰り返し実行することを特徴とする請求項７に記載の受信装置。
  9. 　前記合成部は、前記アンテナのそれぞれで受信した信号の中に定められた受信品質を満たす信号が存在しない場合に前記合成を行う、
    　ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の受信装置。
  10. 　前記合成部は、前記アンテナのそれぞれで受信した信号の中に復調が成功した信号が存在しない場合に前記合成を行う、
    　ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の受信装置。
  11. 　請求項１から８のいずれか一つに記載の受信装置と、
    　それぞれが前記無線信号を送信する複数の送信機と、
    　を備え、
    　前記送信機から送信された前記無線信号を受信する複数の前記アンテナがそれぞれ異なる移動体に搭載されている、
    　ことを特徴とする通信システム。
  12. 　複数の無線信号が重畳した状態の信号を複数のアンテナで受信する受信装置の受信方法であって、
    　前記アンテナのそれぞれで受信した信号の受信タイミングおよび周波数に基づいて、複数の前記無線信号の中の一つである希望信号の受信品質を向上させるためのビーム形成用のウェイトを生成するステップと、
    　前記アンテナのそれぞれで受信した信号の周波数に基づいて、前記アンテナのそれぞれで受信した信号間のドップラシフトを補償するための補正を前記ウェイトに対して行うステップと、
    　前記アンテナのそれぞれで受信した信号を補正後の前記ウェイトを使用して合成するステップと、
    　を含むことを特徴とする受信方法。
  13. 　複数の無線信号が重畳した状態の信号を複数のアンテナで受信する受信装置を制御する制御回路であって、
    　前記アンテナのそれぞれで受信した信号の受信タイミングおよび周波数に基づいて、複数の前記無線信号の中の一つである希望信号の受信品質を向上させるためのビーム形成用のウェイトを生成するステップと、
    　前記アンテナのそれぞれで受信した信号の周波数に基づいて、前記アンテナのそれぞれで受信した信号間のドップラシフトを補償するための補正を前記ウェイトに対して行うステップと、
    　前記アンテナのそれぞれで受信した信号を補正後の前記ウェイトを使用して合成するステップと、
    　を前記受信装置に実行させることを特徴とする制御回路。
  14. 　複数の無線信号が重畳した状態の信号を複数のアンテナで受信する受信装置を制御するプログラムを記憶する記憶媒体であって、
    　前記アンテナのそれぞれで受信した信号の受信タイミングおよび周波数に基づいて、複数の前記無線信号の中の一つである希望信号の受信品質を向上させるためのビーム形成用のウェイトを生成するステップと、
    　前記アンテナのそれぞれで受信した信号の周波数に基づいて、前記アンテナのそれぞれで受信した信号間のドップラシフトを補償するための補正を前記ウェイトに対して行うステップと、
    　前記アンテナのそれぞれで受信した信号を補正後の前記ウェイトを使用して合成するステップと、
    　を前記受信装置に実行させることを特徴とする記憶媒体。
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