JP2018133740A - 無線通信装置、位相雑音補正方法、及び無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】位相雑音による通信品質の劣化を効果的に抑制すること。【解決手段】マルチキャリア伝送を行う無線通信装置１０が提供される。無線通信装置１０は、受信信号ｙを基に位相雑音の電力スペクトルを測定する測定部１１と、測定された電力スペクトルを基に算出される位相雑音の自己相関値に基づいて位相雑音の推定に用いるサンプル点を特定し、特定されたサンプル点について推定される第１の位相雑音を補間して、全てのサンプル点について推定される第２の位相雑音の推定値を計算し、計算された推定値に基づいて受信信号ｙの位相雑音を補正する演算部１２とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信装置、位相雑音補正方法、及び無線通信システムに関する。

近年、無線伝送速度を向上させる方法として広帯域の信号を利用する方法がある。ある周波数を基準とする帯域の無線通信に許容される帯域幅は、その周波数を基準に決められる。また、高い周波数になるほど許容される帯域幅は広くなり、広い帯域幅を利用した高速伝送を実現することができる。例えば、IEEE802.11adやIEEE802.11ayなどの国際標準規格では、高速伝送を実現するために高周波帯域（60GHz帯）の利用が規定されている。

上記のような高周波帯域を利用する場合、局部発振器の周波数ゆらぎによる位相雑音が大きくなる。例えば、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式を採用する無線通信システムでは、上記のような位相雑音の影響によりサブキャリア間の直交性が乱れ、サブキャリア同士が干渉するＩＣＩ（Inter Carrier Interference）が生じうる。ＩＣＩが生じると通信品質が劣化する。そのため、上記のような位相雑音を補正する方法が検討されている。

位相雑音を補正する方法として、例えば、ＯＦＤＭシンボルに含まれるパイロット信号とレプリカ信号とを用いて位相雑音補正係数を推定し、隣接する３つのチャネル等化後の受信サブキャリア信号を合成し、局部発振器位相雑音を補正する方法が提案されている。また、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を実施する前に複素ベースバンド信号から位相変動を検出して位相雑音を抑圧する方法が提案されている。また、各サブキャリアの位相誤差情報及び振幅歪情報を用いて位相誤差情報を生成し、この位相誤差情報に基づいて伝搬路歪補正係数を修正し、その伝搬路歪補正係数を用いて位相雑音を補正する方法が提案されている。

また、ＦＦＴにより周波数領域に変換された信号から受信信号レプリカを生成し、受信信号と受信信号レプリカの平均二乗誤差が最小になるように位相雑音成分の推定及び補正を実施する方法が提案されている。また、受信信号及び時間領域の受信信号レプリカを用いた収束アルゴリズム（ＬＭＳ（Least Mean Square）、ＲＬＳ（Recursive Least Square）など）により位相雑音成分の推定及び補正を実施する方法が提案されている。

特開2016-092454号公報 特開平11-220451号公報 特開2000-286819号公報

Songping Wu and Yeheskel Bar-Ness, "Computationally Efficient Phase Noise Cancellation Technique in OFDM Systems with Phase Noise", ISSSTA2004, Sydney, Australia, 30 Aug. - 2 Sep. 2004. Satoshi Suyama, Hiroshi Suzuki, Kazuhiko Fukawa and Jungo Izumi, "Iterative Receiver Employing Phase Noise Compensation and Channel Estimation for Millimeter-Wave OFDM Systems", IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL. 27, NO. 8, OCTOBER 2009.

上記の提案方法では受信信号の全てのサンプル点からサンプリングされる電力値を用いて位相雑音成分の推定及び補正が実施される。しかし、サンプル点の中には位相雑音の推定精度が低くなるサンプル点が含まれうる。このようなサンプル点における位相雑音成分の推定結果を利用して位相雑音を補正すると位相雑音が十分に補正されず、通信品質の劣化を抑制する効果が小さくなるリスクがある。

１つの側面によれば、本発明の目的は、位相雑音による通信品質の劣化を効果的に抑制することができる無線通信装置、位相雑音補正方法、及び無線通信システムを提供することにある。

一態様によれば、マルチキャリア伝送を行う無線通信装置において、受信信号を基に位相雑音の電力スペクトルを測定する測定部と、測定された電力スペクトルを基に算出される位相雑音の自己相関値に基づいて位相雑音の推定に用いるサンプル点を特定し、特定されたサンプル点について推定される第１の位相雑音を補間して、全てのサンプル点について推定される第２の位相雑音の推定値を計算し、計算された推定値に基づいて受信信号の位相雑音を補正する演算部とを有する、無線通信装置が提供される。

位相雑音による通信品質の劣化を効果的に抑制することができる。

第１実施形態に係る無線通信システムの一例を示した図である。 第２実施形態に係る無線通信システムの一例を示した図である。 第２実施形態に係る無線通信装置が有するハードウェアの一例を示した図である。 第２実施形態に係る無線通信装置が有する機能の一例を示したブロックである。 第２実施形態に係る無線通信装置による位相雑音補正の処理の流れを示したフロー図である。 第２実施形態の一変形例に係る無線通信装置が有する機能の一例を示したブロックである。 第２実施形態の一変形例に係る閾値計算の処理の流れを示したフロー図である。 位相雑音ＰＳＤの一例を示した図である。 位相雑音の自己相関値の一例を示した図である。 平均ＢＬＥＲ特性の比較結果を示した図である。 平均ＢＬＥＲ特性の比較結果（繰り返し処理の効果）を示した図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において実質的に同一の機能を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。

＜１．第１実施形態＞
図１を参照しながら、第１実施形態について説明する。第１実施形態は、高周波帯域を利用してマルチキャリア伝送を実施する無線通信システムに関する。図１は、第１実施形態に係る無線通信システムの一例を示した図である。なお、図１に示した無線通信システム５は、第１実施形態に係る無線通信システムの一例である。

図１に示すように、無線通信システム５は、無線通信装置１０、２０を有する。以下では、説明の都合上、無線通信装置２０から無線通信装置１０へＯＦＤＭ信号（図１（Ａ）を参照）を送信する場合を例に挙げて説明を進める。

無線通信装置１０は、測定部１１及び演算部１２を有する。なお、無線通信装置１０には、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリなどのメモリ（非図示）が搭載されていてもよい。

測定部１１は、アンテナを介して受信される信号（受信信号ｙ）を基に位相雑音の電力スペクトルを測定する。図１の例では、測定部１１が、受信信号ｙに含まれる既知のプリアンブル（Preamble）信号を用いて位相雑音ＰＳＤ（Power Spectral Density）を測定している（図１（Ｂ）を参照）。測定部１１の機能は、例えば、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）（周波数）シンセサイザにより実現できる。

演算部１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのプロセッサである。演算部１２は、上記のメモリに格納されたプログラムに従って動作してもよい。

演算部１２は、測定部１１により測定された位相雑音の電力スペクトルを基に位相雑音の自己相関値を計算する。そして、演算部１２は、位相雑音の自己相関値に基づいて位相雑音の推定に用いるサンプル点を特定する。

例えば、演算部１２は、位相雑音ＰＳＤに対するＩＦＦＴ（Inverse FFT）を実施することで自己相関値の時間変化（図１（Ｃ）を参照）を得る。また、演算部１２は、自己相関値の時間変化から、自己相関値が所定値（図１の例では０．９）以上となる時間Ｔを特定し、特定された時間Ｔに基づいて電力閾値Ｔｈを計算する。

例えば、演算部１２は、受信信号ｙのレプリカ信号（受信信号レプリカ）ｙ₀（ｔ）を生成し、電力閾値Ｔｈを変えながら、時間Ｔ内にレプリカ信号ｙ₀（ｔ）の電力値｜ｙ₀（ｔ）｜が電力閾値Ｔｈ以上となるサンプル点（図１（Ｄ）を参照）の出現確率を計算する。また、演算部１２は、計算された出現確率が所定確率（例えば、９９％）以上となる電力閾値Ｔｈを特定する。また、演算部１２は、レプリカ信号ｙ₀（ｔ）の電力値｜ｙ₀（ｔ）｜が電力閾値Ｔｈ以上となるサンプル点を特定する。

演算部１２は、特定されたサンプル点について位相雑音（第１の位相雑音）を推定する。また、演算部１２は、推定された第１の位相雑音を補間して、全てのサンプル点について推定される第２の位相雑音の推定値を計算する。また、演算部１２は、計算された推定値に基づいて受信信号ｙの位相雑音を補正する。

あるサンプル点（時刻ｔ_sのサンプル点）における位相雑音の推定値は、受信信号ｙ（ｔ_s）及びレプリカ信号ｙ₀（ｔ_s）に基づいて計算できる。また、時刻ｔ_sの前後におけるサンプル点の受信信号｛ｙ（ｔ_s−Ｌ），…，ｙ（ｔ_s＋Ｌ）｝及びレプリカ信号｛ｙ₀（ｔ_s−Ｌ），…，ｙ₀（ｔ_s＋Ｌ）｝を推定に用いてもよい。この場合、時刻ｔ_sにおける位相雑音の推定精度を高めることができる。但し、Ｌは、予め設定されている。

電力閾値Ｔｈを用いて特定された各サンプル点については上記の方法で位相雑音の推定値（第１の位相雑音の推定値）が得られる。残りのサンプル点については、例えば、演算部１２が、上記の方法で得られている位相雑音の推定値（第１の位相雑音の推定値）を用いた線形補間を実施することで位相雑音の推定値を得る。そして、演算部１２は、特定されたサンプル点についての推定値及び残りのサンプル点についての推定値を用いて受信信号ｙに含まれる位相雑音を補正する。

上記の方法を適用することで、雑音電力より電力値が十分に大きいサンプル点を用いて位相雑音を推定することが可能になり、位相雑音の推定精度が向上する。また、位相雑音の推定精度が上がることで位相雑音が効果的に補正され、通信品質の向上に寄与する。

なお、上述した第１実施形態の方法とは異なり、全てのサンプル点を用いて周波数領域で位相雑音を推定する方法（比較例＃１）の場合、ＦＦＴサイズの逆行列演算が実施されるために演算量が大きくなる。また、演算量を削減する工夫を施しても、比較例＃１の場合には雑音電力より電力値が小さいサンプル点を位相雑音の推定に用いてしまうリスクがあり、上述した第１実施形態の方法に比べると通信品質が劣ることがある。

また、収束アルゴリズムを用いて時間領域で位相雑音を推定する方法（比較例＃２）の場合、上述した第１実施形態の方法とは異なり、収束アルゴリズムの演算に時間がかかる。また、上記の比較例＃１と同様に、雑音電力より電力値が小さいサンプル点を位相雑音の推定に用いてしまうリスクがあり、上述した第１実施形態の方法に比べると通信品質が劣ることがある。つまり、上述した第１実施形態の方法を適用することにより、演算量の削減及び通信品質の向上が期待できる。

以上、第１実施形態について説明した。
＜２．第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、高周波帯域（ミリ波帯）を利用してマルチキャリア伝送を実施する無線通信システムに関する。

（システム）
図２を参照しながら、無線通信システム５０について説明する。図２は、第２実施形態に係る無線通信システムの一例を示した図である。なお、図２に示した無線通信システム５０は、第２実施形態に係る無線通信システムの一例である。

図２に示すように、無線通信システム５０は、無線通信装置１００、２００を有する。無線通信装置１００、２００は、例えば、携帯電話、スマートフォン、ＰＣ（Personal Computer）などのユーザ端末、或いは、中継局や基地局などの通信装置などである。

以下では、説明の都合上、無線通信装置２００が通信装置、無線通信装置１００がユーザ端末の場合を想定し、無線通信装置２００から無線通信装置１００にＯＦＤＭ信号が送信される状況を例に挙げて説明を進める。但し、無線通信装置２００がユーザ端末、無線通信装置１００が通信装置の場合や、無線通信装置１００、２００の双方がユーザ端末や通信装置の場合などに対しても後述する第２実施形態の技術を適用可能である。

無線通信装置２００は、ミリ波帯（例えば、６０ＧＨｚ帯など）を利用してＯＦＤＭ信号を送信する。無線通信装置１００は、無線通信装置２００から送信されるＯＦＤＭ信号を受信する。以下、無線通信装置２００が受信したＯＦＤＭ信号を受信信号ｙ（ｔ）と表記し、ＯＦＤＭ信号に含まれるサブキャリア成分をサブキャリア信号と呼ぶ場合がある。後述するように、無線通信装置１００は、連続波（ＣＷ：Continuous Wave）の周波数ゆらぎによる位相雑音を精度良く推定し、推定した位相雑音を補正する機能を有する。

（ハードウェア）
無線通信装置１００は、図３に示すようなハードウェアを有する。図３は、第２実施形態に係る無線通信装置が有するハードウェアの一例を示した図である。なお、無線通信装置２００も図３に例示した無線通信装置１００と同じハードウェアを有するため、無線通信装置２００のハードウェアについては説明を省略する。

図３に示すように、無線通信装置１００は、アンテナ１０１、アンプ１０２、１１０、乗算器１０３、１０９、発振器１０４を有する。また、無線通信装置１００は、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器１０５、プロセッサ１０６、メモリ１０７、及びＤ／Ａ（Digital to Analog）変換器１０８を有する。

アンテナ１０１は、ＲＦ（Radio Frequency）信号を電波として周囲に向けて送信し、ＲＦ信号を電波として受信する送受信アンテナである。アンプ１０２は、アンテナ１０１を介して受信されるＲＦ信号を増幅させる増幅器である。発振器１０４は、連続波（交流信号）を発信させる局部発振器である。発振器１０４から出力される連続波と、アンプ１０２から出力される増幅後のＲＦ信号とは乗算器１０３に入力され、乗算器１０３によりＢＢ（Base-Band）信号に変換される。

Ａ／Ｄ変換器１０５は、乗算器１０３から出力されるアナログ領域のＢＢ信号（アナログＢＢ信号）をデジタル領域のＢＢ信号（デジタルＢＢ信号）に変換する。プロセッサ１０６は、デジタルＢＢ信号に対する処理を実行する。また、プロセッサ１０６は、無線通信装置１００の動作を制御する。プロセッサ１０６は、例えば、ＣＰＵ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどである。

メモリ１０７は、プロセッサ１０６が処理を実行する際などに用いるデータを一時的又は永続的に格納するための記憶装置である。メモリ１０７は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フラッシュメモリなどである。Ｄ／Ａ変換器１０８は、プロセッサ１０６から出力されるデジタルＢＢ信号をアナログＢＢ信号に変換する。

Ｄ／Ａ変換器１０８から出力されるアナログＢＢ信号と発振器１０４から出力される連続波とは乗算器１０９に入力され、乗算器１０９によりＲＦ信号に変換される。アンプ１１０は、乗算器１０９から出力されるＲＦ信号を増幅させる増幅器である。アンプ１１０から出力されるＲＦ信号は、アンテナ１０１を介して送信される。

なお、図３に示したハードウェアは一例であり、アンテナ１０１の本数や形状、プロセッサ１０６の数などを変更することが可能である。また、無線通信装置１００を受信装置として利用する場合、Ｄ／Ａ変換器１０８、乗算器１０９、アンプ１１０を省略できる。このような変形も当然に第２実施形態の技術的範囲に属する。

（機能ブロック）
図４を参照しながら、無線通信装置１００の機能について説明する。図４は、第２実施形態に係る無線通信装置が有する機能の一例を示したブロックである。

図４に示すように、無線通信装置１００は、アンテナ１０１に接続されるＲＦ部１３１、ＲＦ部１３１に接続されるＡ／Ｄ変換器１０５（ＡＤＣ：Analog to Digital Converter）、及びＡ／Ｄ変換器１０５に接続される同期部１３２を有する。

また、無線通信装置１００は、ＣＰ（Cyclic Prefix）除去部１３３、ＦＦＴ部１３４、チャネル推定部１３５、及びチャネル等化部１３６を有する。また、無線通信装置１００は、ＣＰＥ（Common Phase Error）推定部１３７、ＣＰＥ補正部１３８、復調部１３９、復号部１４０、及びＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）部１４１を有する。さらに、無線通信装置１００は、レプリカ生成部１４２、サンプル決定部１４３、位相雑音推定部１４４、補間部１４５、及び位相雑音補正部１４６を有する。

なお、ＲＦ部１３１の機能は、例えば、上述したアンプ１０２、乗算器１０３、発振器１０４により実現されうる。ＣＰ除去部１３３、ＦＦＴ部１３４、チャネル推定部１３５、チャネル等化部１３６、ＣＰＥ推定部１３７、ＣＰＥ補正部１３８、復調部１３９、復号部１４０、ＣＲＣ部１４１の機能は、プロセッサ１０６及びメモリ１０７により実現されうる。また、レプリカ生成部１４２、サンプル決定部１４３、位相雑音推定部１４４、補間部１４５、及び位相雑音補正部１４６の機能は、プロセッサ１０６及びメモリ１０７により実現されうる。

アンテナ１０１により受信されるＯＦＤＭ信号（ＲＦ信号）は、ＲＦ部１３１に入力される。ＲＦ部１３１は、アンテナ１０１から入力されるＯＦＤＭ信号をアナログＢＢ信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器１０５は、ＲＦ部１３１から出力されるアナログＢＢ信号をデジタルＢＢ信号に変換する。同期部１３２は、Ａ／Ｄ変換器１０５から出力されるデジタルＢＢ信号の同期をとる。ＣＰ除去部１３３は、同期部１３２から出力されるデジタルＢＢ信号からＣＰを除去する。

ＦＦＴ部１３４は、ＦＦＴにより、ＣＰ除去部１３３から出力される時間領域のデジタルＢＢ信号（時間領域の受信信号ｙ（ｔ））を周波数領域のデジタルＢＢ信号（周波数領域の受信信号Ｙ（ｋ））に変換する。

時間領域の受信信号ｙ（ｔ）は、下記の式（１）で与えられる。下記の式（１）において、ｓ（ｔ）は、無線通信装置２００から送信されるＯＦＤＭ信号を表す。ｈ_lは、ｌ番目のパスにおけるチャネルのインパルス応答を表す。τ_lは、ｌ番目のパスにおける遅延時間を表す。ｎ（ｔ）は時刻ｔにおける雑音成分を表す。θ_tは、時刻ｔの位相雑音成分を表す。

無線通信装置２００から送信されるＯＦＤＭ信号ｓ（ｔ）は、下記の式（２）で与えられる。下記の式（２）において、Ｓ（ｋ）はｋ番目のサブキャリア信号を表す。ＮはＦＦＴポイント数（ＦＦＴに用いるサンプル点の数）を表す。ｊは虚数単位である。

周波数領域の受信信号Ｙ（ｋ）は、上記の式（１）で与えられる時間領域の受信信号ｙ（ｔ）のＦＦＴにより、下記の式（３）で与えられる。上記の式（１）及び式（２）を用いて式を展開すると、Ｙ（ｋ）は、下記の式（３）の右辺最下段に示すような形で表現される。

上記の式（３）において、Ｈ（ｋ）は、下記の式（４）で与えられる。Π（ｋ）は、下記の式（５）で与えられる。Ψ（ｋ−ｋ₀）は、下記の式（６）で与えられる。時刻ｔの位相雑音成分を表すθ_tは、下記の式（６）で与えられるΨ（ｋ−ｋ₀）に含まれる。Ψ（ｋ−ｋ₀）（ｋ≠ｋ₀）は、位相雑音成分θ_tにより生じるサブキャリア信号間の干渉を表している。

上記の式（３）を参照すると、右辺最下段の第２項にΨ（ｋ−ｋ₀）（ｋ≠ｋ₀）が含まれていることから、位相雑音に起因する干渉の存在が分かる。この位相雑音を抑制するように補正を行うことでＩＣＩを低減し、通信品質を改善することができる。

チャネル推定部１３５は、デジタルＢＢ信号に含まれる既知信号（プリアンブル）を用いて、無線通信装置１００、２００のアンテナ間における伝送路チャネルのチャネル推定（減衰量及び位相回転量の計算）を実施する。チャネル等化部１３６は、チャネル推定部１３５から出力されるチャネル推定値を用いてチャネル等化の処理（伝送路ひずみを補正する処理）を実行する。

チャネル等化後の受信信号Ｙ₀（ｋ）は、下記の式（７）で与えられる。下記の式（７）において、Ｈ₀（ｋ）は、ｋ番目のサブキャリア信号のチャネル推定値を表す。

ＣＰＥ推定部１３７は、デジタルＢＢ信号の各シンボルに挿入されているパイロット信号を用いて各シンボルのＣＰＥを推定する。ＣＰＥは、位相雑音により搬送波に生じる位相変化であり、各サブキャリア信号に共通して生じる位相エラーである。ＣＰＥ補正部１３８は、ＣＰＥ推定部１３７から出力されるＣＰＥ推定値を用いて各シンボルのＣＰＥを補正する。

ＣＰＥ補正後の受信信号Ｙ₁（ｋ）は、下記の式（８）で与えられる。Ψ（０）は、位相雑音の影響で全てのサブキャリア信号に共通して乗算される位相回転を表し、下記の式（９）で与えられる。下記の式（８）に含まれるΨ₀（０）は、Ψ（０）の推定値を表し、下記の式（１０）で与えられる。

Ψ₀（０）の推定は、複数のサブキャリアで送受信される既知信号を利用し、下記の式（１０）に基づいて実施される。下記の式（１０）において、Ｋ_pは、既知信号の送信に利用されるサブキャリアの番号の集合を表す。Ｓ_p（ｋ）は、ｋ番目のサブキャリアで送信される既知信号を表す。Ｎ_pは、既知信号の送信に利用されるサブキャリアの個数を表す。

復調部１３９は、ＣＰＥ補正部１３８から出力されるＣＰＥ補正後の受信信号Ｙ₁（ｋ）に基づいて各サブキャリア信号の復調処理（In-phase/Quadrature-phase成分の抽出処理）を実行する。復号部１４０は、復調部１３９の出力を用いて復号処理（データビットの判定及び誤り訂正の処理）を実行する。ＣＲＣ部１４１は、ＣＲＣ符号を用いて、復号部１４０から出力されるデータビットの誤り検出を実施する。誤りがない場合、ＣＲＣ部１４１は、そのデータビットを送信データの受信結果として出力する。

誤りがある場合、レプリカ生成部１４２は、復号部１４０から出力されるデータビットに送信側と同じ符号化処理及び変調処理を施してレプリカ信号（送信信号レプリカ）を生成する。また、レプリカ生成部１４２は、チャネル推定部１３５から出力されるチャネル推定値を用いて送信信号レプリカから周波数領域の受信信号Ｙ（ｋ）のレプリカ信号（周波数領域の受信信号レプリカ）を生成する。

また、レプリカ生成部１４２は、ＩＦＦＴにより、周波数領域の受信信号レプリカから時間領域の受信信号ｙ（ｔ）のレプリカ信号（時間領域の受信信号レプリカｙ₀（ｔ））を生成する。時間領域の受信信号レプリカｙ₀（ｔ）は、下記の式（１１）で与えられる。下記の式（１１）において、Ｓ₀（ｋ）は、送信信号レプリカを表す。

サンプル決定部１４３は、レプリカ生成部１４２から出力される受信信号レプリカｙ₀（ｔ）から所定の間隔でサンプリングされるサンプル点の電力値Ｐと、予め設定されている電力閾値Ｔｈ_Pとを比較する。例えば、時刻ｔ_sのサンプル点における電力値Ｐ（ｔ_s）は、｜ｙ₀（ｔ_s）｜²で与えられる。そして、サンプル決定部１４３は、電力値Ｐが閾値Ｔｈ_P以上となるサンプル点を選択する。なお、雑音電力より電力値が十分に大きいサンプル点が選択されるように電力閾値Ｔｈ_Pが設定される。

位相雑音推定部１４４は、サンプル決定部１４３から出力されるサンプル点を用いて位相雑音の推定値を計算する。選択されたサンプル点の時刻ｔ_sにおける位相雑音の推定値θ_ts ⁽ⁿ⁾は、下記の式（１２）で与えられる。位相雑音推定部１４４は、選択されたサンプル点における受信信号ｙ（ｔ_s）及び受信信号レプリカｙ₀（ｔ_s）を用いて、下記の式（１２）により位相雑音の推定値θ_ts ⁽ⁿ⁾を計算する。

補間部１４５は、選択されたサンプル点における位相雑音の推定値を用いて、補間処理（例えば、線形補間）により、選択されたサンプル点以外のサンプル点における位相雑音の推定値を計算する。位相雑音補正部１４６は、位相雑音推定部１４４から出力される位相雑音の推定値及び補間部１４５から出力される位相雑音の推定値に基づいて、受信信号ｙ（ｔ）に含まれる位相雑音を補正する。つまり、位相雑音補正部１４６は、全てのサンプル点における位相雑音の推定値を用いて、受信信号ｙ（ｔ）に含まれる位相雑音が抑制されるように位相雑音の補正処理を実行する。

上記のように、雑音電力よりも電力値が十分に大きいサンプル点を選択して位相雑音を推定し、その推定結果を基に補間処理により全てのサンプル点における位相雑音を推定することで、位相雑音の推定精度が向上する。その結果、位相雑音をより正しく補正することが可能になり、通信品質の向上に寄与する。なお、上記の処理は繰り返し実行されてもよい。例えば、データビットの誤りがなくなるまで上記の処理が繰り返し実行される。

（処理フロー）
次に、図５を参照しながら、無線通信装置１００による位相雑音補正の処理の流れについて説明する。図５は、第２実施形態に係る無線通信装置による位相雑音補正の処理の流れを示したフロー図である。なお、図中では、送信信号レプリカ及び受信信号レプリカを単にレプリカ信号と表記する場合がある。

（Ｓ１０１）アンテナ１０１で受信されるＯＦＤＭ信号がダウンコンバージョンされてアナログＢＢ信号に変換され、Ａ／Ｄ変換によりデジタルＢＢ信号に変換され、ＣＰ除去、ＦＦＴ、ＣＰＥ補正、及び復調などの処理が実行されて復号部１４０に入力される。復号部１４０は、入力される複素シンボルからデータビットを判定し、データビットの誤り訂正を実施してＣＲＣ部１４１に入力する。ＣＲＣ部１４１によりデータビットに誤りがないと判定された場合には図５に示した一連の処理は終了し、誤りがある場合には処理がＳ１０２へと進む。

（Ｓ１０２）レプリカ生成部１４２は、復号部１４０から出力されるデータビットに送信側と同じ符号化処理及び変調処理を施して送信信号レプリカを生成する。また、レプリカ生成部１４２は、チャネル推定部１３５から出力されるチャネル推定値を用いて送信信号レプリカから周波数領域の周波数領域の受信信号レプリカを生成する。また、レプリカ生成部１４２は、ＩＦＦＴにより、周波数領域の受信信号レプリカから時間領域の受信信号レプリカｙ₀（ｔ）を生成する（上記の式（１１）を参照）。

（Ｓ１０３）サンプル決定部１４３は、レプリカ生成部１４２から出力される受信信号レプリカｙ₀（ｔ）から所定の間隔でサンプリングされるサンプル点の電力値Ｐと、予め設定されている電力閾値Ｔｈ_Pとを比較する。そして、サンプル決定部１４３は、電力値Ｐが閾値Ｔｈ_P以上となるサンプル点（選択サンプル点）を選択する。なお、雑音電力より電力値が十分に大きいサンプル点が選択されるように電力閾値Ｔｈ_Pが設定される。

（Ｓ１０４）位相雑音推定部１４４は、サンプル決定部１４３から出力される選択サンプル点を用いて位相雑音の推定値を計算する（上記の式（１２）を参照）。
（Ｓ１０５）補間部１４５は、選択サンプル点における位相雑音の推定値を用いて、補間処理（例えば、線形補間）により、選択サンプル点以外のサンプル点における位相雑音の推定値を計算する。

（Ｓ１０６）位相雑音補正部１４６は、位相雑音推定部１４４から出力される位相雑音の推定値及び補間部１４５から出力される位相雑音の推定値に基づいて、受信信号ｙ（ｔ）に含まれる位相雑音を補正する。つまり、位相雑音補正部１４６は、全てのサンプル点における位相雑音の推定値を用いて、受信信号ｙ（ｔ）に含まれる位相雑音が抑制されるように位相雑音の補正処理を実行する。

（Ｓ１０７）同期部１３２から出力されるデジタルＢＢ信号に対する処理と同様に、位相雑音補正部１４６により位相雑音が補正された受信信号に対し、復調・復号などの処理が実行されて複素シンボルからデータビットが復元される。

（Ｓ１０８）ＣＲＣ部１４１は、復元されたデータビットの誤り検出を実施し、位相雑音補正を終了するか否かを判定する。誤りが検出された場合、位相雑音補正の処理を終了せず、処理はＳ１０２へと進む。一方、誤りが検出されない場合、図５に示した一連の処理は終了する。

（変形例：機能ブロック）
ここで、図６を参照しながら、第２実施形態の一変形例について説明する。図６は、第２実施形態の一変形例に係る無線通信装置が有する機能の一例を示したブロックである。

上記の説明では、電力閾値Ｔｈ_Pを予め設定していたが、以下で説明する変形例では、位相雑音の自己相関値に基づいて電力閾値Ｔｈ_Pが決定される。また、上記の説明では各サンプル点における受信信号ｙ（ｔ_s）及び受信信号レプリカｙ₀（ｔ_s）のレベル値に基づいて位相雑音が推定されていた。一方、この変形例では、あるサンプル点における位相雑音を推定する際に、そのサンプル点の前後にあるサンプル点が利用される。

上記のような変形を加えるため、無線通信装置１００には、図６に示すように、位相雑音ＰＳＤ測定部２０１、自己相関計算部２０２、及び電力閾値計算部２０３が追加される。また、サンプル決定部１４３、位相雑音推定部１４４の機能が一部変形される。一方、ＣＰ除去部１３３、ＦＦＴ部１３４、チャネル推定部１３５、チャネル等化部１３６、ＣＰＥ推定部１３７、ＣＰＥ補正部１３８、復調部１３９、復号部１４０、ＣＲＣ部１４１、レプリカ生成部１４２、補間部１４５、及び位相雑音補正部１４６の機能は変形されないため、これらの要素についての詳細な説明は省略する。

位相雑音ＰＳＤ測定部２０１は、受信信号から既知信号（プリアンブルなど）を抽出し、その受信信号に含まれる位相雑音の電力スペクトル密度（ＰＳＤ；図８を参照）を計算する。位相雑音ＰＳＤ測定部２０１の機能は、例えば、入力信号のＰＳＤを出力するＰＬＬシンセサイザ（又はＰＬＬ周波数シンセサイザ）を用いて実現されうる。自己相関計算部２０２は、位相雑音ＰＳＤ測定部２０１から出力される位相雑音のＰＳＤに対してＩＦＦＴを施すことで位相雑音の自己相関値（図９を参照）を計算する。

電力閾値計算部２０３は、自己相関計算部２０２から出力される自己相関値のデータを参照し、自己相関値が所定の相関閾値（例えば、０．９）以上になる時間Ｔを計算する。また、電力閾値計算部２０３は、ＯＦＤＭ信号の統計的性質に基づいて、時間Ｔ内に電力閾値Ｔｈ_P以上となるサンプル点が所定の確率閾値（例えば、９９％）以上の確率で出現する電力閾値Ｔｈ_Pを特定する。

例えば、電力閾値計算部２０３は、電力閾値Ｔｈ_Pの候補となるパラメータを変えながら、既知信号から時間Ｔの幅で取得されるサンプル点の集合について上記の確率を計算し、上記の確率が確率閾値以上となるパラメータを特定する。そして、電力閾値計算部２０３は、特定されたパラメータを電力閾値Ｔｈ_Pとして出力する。なお、電力閾値Ｔｈ_Pの候補となるパラメータが予め複数設定されていてもよい。

サンプル決定部１４３は、電力閾値計算部２０３から出力される電力閾値Ｔｈ_Pと、レプリカ生成部１４２から出力される受信信号レプリカｙ₀（ｔ）から所定の間隔でサンプリングされるサンプル点の電力値Ｐとを比較する。そして、サンプル決定部１４３は、電力値Ｐが閾値Ｔｈ_P以上となるサンプル点（選択サンプル点）を選択する。

また、サンプル決定部１４３は、選択サンプル点の前後にあるＬ個のサンプル点（近傍サンプル点）を選択する。近傍サンプル点として選択されるサンプル点の個数Ｌは、例えば、ＢＬＥＲ（Block Error Rate）特性などが良好になる値に予め設定される。

位相雑音推定部１４４は、サンプル決定部１４３から出力される選択サンプル点と、各選択サンプル点に対応する近傍サンプル点とに基づいて位相雑音の推定値を計算する。例えば、時刻ｔ_sの選択サンプル点における位相雑音の推定値θ_ts ⁽ⁿ⁾は、下記の式（１３）及び式（１４）で与えられる。

下記の式（１３）において、ｖ（ｔ_s）は、下記の式（１４）に示すように、選択サンプル点の時刻ｔ_s及び近傍サンプル点の時刻｛ｔ_s−Ｌ，…，ｔ_s−１，ｔ_s＋１，…，ｔ_s＋Ｌ｝における受信信号ｙ（ｔ）のレベル値を要素とするベクトルである。また、ｖ₀（ｔ_s）は、選択サンプル点の時刻ｔ_s及び近傍サンプル点の時刻｛ｔ_s−Ｌ，…，ｔ_s−１，ｔ_s＋１，…，ｔ_s＋Ｌ｝における受信信号レプリカｙ₀（ｔ）のレベル値を要素とするベクトルである。下記の式（１４）において、上付きのＴは転置を表す。

上記のように、位相雑音の自己相関値に基づいて時間Ｔを決定し、時間Ｔに基づいてサンプル点を選択することで、位相雑音の変化が小さい範囲のサンプル点を選択することができる。そのため、選択サンプル点以外のサンプル点における位相雑音を線形補間により推定することによって推定精度が劣化するリスクを低減することができる。また、選択サンプル点の前後にある近傍サンプル点を利用することで、位相雑音の推定精度を高めることができる。

（変形例：処理フロー）
図７を参照しながら、電力閾値Ｔｈ_Pを計算する処理の流れについて説明する。図７は、第２実施形態の一変形例に係る閾値計算の処理の流れを示したフロー図である。なお、説明の中で図８及び図９を参照する場合がある。図８は、位相雑音ＰＳＤの一例を示した図である。図９は、位相雑音の自己相関値の一例を示した図である。

（Ｓ１１１）位相雑音ＰＳＤ測定部２０１は、受信信号から既知信号（プリアンブルなど）を抽出する。
（Ｓ１１２）位相雑音ＰＳＤ測定部２０１は、既知信号を基に位相雑音ＰＳＤ（図８を参照）を計算する。位相雑音ＰＳＤ測定部２０１の機能は、例えば、入力信号のＰＳＤを出力するＰＬＬシンセサイザ（又はＰＬＬ周波数シンセサイザ）を用いて実現されうる。

（Ｓ１１３）自己相関計算部２０２は、位相雑音ＰＳＤ測定部２０１から出力される位相雑音ＰＳＤに対してＩＦＦＴを施すことで位相雑音の自己相関値（図９を参照）を計算する。

（Ｓ１１４）電力閾値計算部２０３は、自己相関計算部２０２から出力される自己相関値のデータを参照し、自己相関値が所定の相関閾値（例えば、０．９）以上になる時間Ｔを検出する。

（Ｓ１１５）電力閾値計算部２０３は、時間Ｔ内に電力閾値Ｔｈ_P以上となるサンプル点の出現確率を求め、そのようなサンプル点が所定の確率閾値（例えば、９９％）以上の確率で出現する電力閾値Ｔｈ_Pを特定する。Ｓ１１５の処理が完了すると、図７に示した一連の処理は終了する。

（シミュレーション結果）
ここで、図１０及び図１１を参照しながら、上述した第２実施形態に係る位相雑音の補正を適用した場合の効果を示すシミュレーション結果について述べる。図１０は、平均ＢＬＥＲ特性の比較結果を示した図である。図１１は、平均ＢＬＥＲ特性の比較結果（繰り返し処理の効果）を示した図である。

シミュレーションは、搬送波周波数を６０ＧＨｚ、サンプリングレートを６００ＭＨｚ、ＦＦＴ／ＩＦＦＴサイズ（Ｎ）を１０２４、同期は理想、Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｏｆｆｓｅｔ（ＣＦＯ）を０とする条件で実施した。また、ＩＥＥＥ８０２．１１での採用実績がある拘束長７及び符号化率１／２の畳み込み符号器を使用し、パンクチャ処理により符号化率を３／４にする条件を考慮している。

また、受信信号には、図８に示したＰＳＤ特性を有する位相雑音を付加している。さらに、１Ｂｌｏｃｋ当たりの送信情報ビットを、変調方式が１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）の場合に２２６６ｂｉｔ、変調方式が６４ＱＡＭの場合に３３９２ｂｉｔとし、１ＯＦＤＭシンボルで１Ｂｌｏｃｋになるように設定されている。図１０の例は、変調方式を１６ＱＡＭに設定した場合の平均ＢＬＥＲ特性である。図１１の例は、変調方式を６４ＱＡＭに設定した場合の平均ＢＬＥＲ特性である。

図１０の鎖線（白丸）は、位相雑音の補正を実施しない条件でのシミュレーション結果（最も悪い条件）を示している。また、一点鎖線（黒丸）は、位相雑音を付加しない条件（最も良い条件）でのシミュレーション結果を示している。

また、図１０の太実線（白四角）は、上述した第２実施形態の位相雑音補正を実施した条件（実施例）でのシミュレーション結果を示している。また、細実線（黒三角）は、電力閾値Ｔｈ_Pによる判定を実施せずに全てのサンプル点を利用して位相雑音補正を実施した条件（比較例）でのシミュレーション結果を示している。

実施例のシミュレーション結果は、平均ＳＮＲの全範囲において、比較例のシミュレーション結果に比べ、位相雑音がない最も良い条件のシミュレーション結果に近い平均ＢＬＥＲ特性が得られている。このことから、電力閾値Ｔｈ_Pに基づいてサンプル点を選択し、選択されたサンプル点における位相雑音の推定値を用いて位相雑音の補正を実施することで、通信品質の改善が期待できることが分かる。

図１１のシミュレーション結果は、上述した位相雑音の補正を繰り返す回数と平均ＢＬＥＲ特性の改善との関係を示している。図１１の鎖線（白丸）は、位相雑音の補正を実施しない条件でのシミュレーション結果（最も悪い条件）を示している。また、一点鎖線（黒丸）は、位相雑音を付加しない条件（最も良い条件）でのシミュレーション結果を示している。また、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の結果は、いずれも上述した第２実施形態の位相雑音補正を実施した場合のシミュレーション結果である。

（Ａ）は、位相雑音補正を１回実施した場合（繰り返しなし）の結果を示している。（Ｂ）は、位相雑音補正を２回実施した場合（繰り返し１回）の結果を示している。（Ｃ）は、位相雑音補正を４回実施した場合（繰り返し３回）の結果を示している。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の結果を比較すると、繰り返し回数が増えるにつれ、位相雑音がない条件のシミュレーション結果に近づいていくことが分かる。つまり、上述した位相雑音補正の繰り返し処理により通信品質が向上することが分かる。

上記のように、電力閾値Ｔｈ_Pと受信信号レプリカのレベル値との比較からサンプリング点を選択することで通信品質の改善が得られる。また、位相雑音の自己相関を考慮して電力閾値Ｔｈ_Pを決めることで線形補間による誤差の影響を抑制し、さらに通信品質を改善できることが期待される。また、選択サンプル点の前後にあるサンプル点を考慮して位相雑音を推定することで推定精度の更なる向上が期待できる。また、位相雑音補正の繰り返し実施による通信特性の更なる改善が期待できる。

以上、第２実施形態について説明した。
＜３．付記＞
以上説明した実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）マルチキャリア伝送を行う無線通信装置において、
受信信号を基に位相雑音の電力スペクトルを測定する測定部と、
測定された前記電力スペクトルを基に算出される前記位相雑音の自己相関値に基づいて前記位相雑音の推定に用いるサンプル点を特定し、特定された前記サンプル点について推定される第１の位相雑音を補間して、全てのサンプル点について推定される第２の位相雑音の推定値を計算し、計算された前記推定値に基づいて前記受信信号の位相雑音を補正する演算部と
を有する、無線通信装置。

（付記２）前記演算部は、
前記自己相関値が第１の閾値以上となる時間を計算し、計算された前記時間内に前記受信信号の電力が第２の閾値以上となるサンプル点の出現確率に基づいて、前記サンプル点の特定に用いる前記第２の閾値を決定する
付記１に記載の無線通信装置。

（付記３）前記演算部は、
前記受信信号から第１のレプリカ信号を生成し、前記第１のレプリカ信号の電力が前記第２の閾値以上となるサンプル点を前記推定に用いるサンプル点として特定する
付記２に記載の無線通信装置。

（付記４）前記演算部は、
補正された前記受信信号から第２のレプリカ信号を生成すると共に、前記第２のレプリカ信号の電力が前記第２の閾値以上となるサンプル点を前記推定に用いるサンプル点として特定する処理を繰り返し実行する
付記３に記載の無線通信装置。

（付記５）マルチキャリア伝送を行う無線通信装置が、
受信信号を基に位相雑音の電力スペクトルを測定し、
測定された前記電力スペクトルを基に算出される前記位相雑音の自己相関値に基づいて前記位相雑音の推定に用いるサンプル点を特定し、
特定された前記サンプル点について推定される第１の位相雑音を補間して、全てのサンプル点について推定される第２の位相雑音の推定値を計算し、
計算された前記推定値に基づいて前記受信信号の位相雑音を補正する
位相雑音補正方法。

（付記６）マルチキャリア伝送を行う無線通信システムにおいて、
信号を送信する第１無線装置と；
前記第１の無線装置からの受信信号を基に位相雑音の電力スペクトルを測定し、
測定された前記電力スペクトルを基に算出される前記位相雑音の自己相関値に基づいて前記位相雑音の推定に用いるサンプル点を特定し、
特定された前記サンプル点について推定される第１の位相雑音を補間して、全てのサンプル点について推定される第２の位相雑音の推定値を計算し、
計算された前記推定値に基づいて前記受信信号の位相雑音を補正する第２無線装置と；
を有する、無線通信システム。

（付記７）マルチキャリア伝送を行う無線通信装置において、
信号を受信する受信部と、
前記信号からレプリカ信号を生成し、前記レプリカ信号の電力が所定の電力閾値以上となるサンプル点を特定し、前記サンプル点における前記信号及び前記レプリカ信号の電力に基づいて前記信号に含まれる位相雑音の推定値を計算し、前記推定値に基づいて前記位相雑音の補正処理を実行する演算部と
を有する、無線通信装置。

（付記８）前記演算部は、
前記信号に含まれる既知信号を基に測定される前記位相雑音の電力スペクトルに基づいて前記位相雑音の自己相関値を計算し、前記自己相関値に基づいて前記電力閾値を決定する
付記７に記載の無線通信装置。

（付記９）前記演算部は、
前記自己相関値が所定の相関閾値以上となる時間を特定し、
前記電力閾値の候補となるパラメータを変更しながら前記時間内に前記信号の電力が前記パラメータ以上となるサンプル点の出現確率を計算し、
前記サンプル点の出現確率が所定の確率閾値以上となる前記パラメータを前記電力閾値に設定する
付記８に記載の無線通信装置。

（付記１０）前記演算部は、
特定された前記サンプル点における前記位相雑音の推定値を用いた補間処理により、特定された前記サンプル点以外のサンプル点における前記信号の位相雑音の推定値を計算し、全てのサンプル点における前記推定値に基づいて前記位相雑音の補正処理を実行する
付記７に記載の無線通信装置。

（付記１１）マルチキャリア伝送を行う無線通信装置が、
受信される信号からレプリカ信号を生成し、前記レプリカ信号の電力が所定の電力閾値以上となるサンプル点を特定し、前記サンプル点における前記信号及び前記レプリカ信号の電力に基づいて前記信号に含まれる位相雑音の推定値を計算し、前記推定値に基づいて前記位相雑音の補正処理を実行する
位相雑音補正方法。

（付記１２）マルチキャリア伝送を行う無線通信システムにおいて、
送信信号を送信する第１無線装置と；
前記第１無線装置から受信した信号からレプリカ信号を生成し、前記レプリカ信号の電力が所定の電力閾値以上となるサンプル点を特定し、前記サンプル点における前記信号及び前記レプリカ信号の電力に基づいて前記信号に含まれる位相雑音の推定値を計算し、前記推定値に基づいて前記位相雑音の補正処理を実行する第２無線装置と；
を有する、無線通信システム。

（付記１３）前記第１無線装置は無線端末であり、
前記第２無線装置は基地局である
付記１２に記載の無線通信システム。

（付記１４）前記第１無線装置は基地局であり、
前記第２無線装置は無線端末である
付記１２に記載の無線通信システム。

５ 無線通信システム
１０、２０ 無線通信装置
１１ 測定部
１２ 演算部
ｙ 受信信号
Ｔｈ 電力閾値

Claims (6)

1. マルチキャリア伝送を行う無線通信装置において、
   受信信号を基に位相雑音の電力スペクトルを測定する測定部と、
   測定された前記電力スペクトルを基に算出される前記位相雑音の自己相関値に基づいて前記位相雑音の推定に用いるサンプル点を特定し、特定された前記サンプル点について推定される第１の位相雑音を補間して、全てのサンプル点について推定される第２の位相雑音の推定値を計算し、計算された前記推定値に基づいて前記受信信号の位相雑音を補正する演算部と
   を有する、無線通信装置。
2. 前記演算部は、
   前記自己相関値が第１の閾値以上となる時間を計算し、計算された前記時間内に前記受信信号の電力が第２の閾値以上となるサンプル点の出現確率に基づいて、前記サンプル点の特定に用いる前記第２の閾値を決定する
   請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記演算部は、
   前記受信信号から第１のレプリカ信号を生成し、前記第１のレプリカ信号の電力が前記第２の閾値以上となるサンプル点を前記推定に用いるサンプル点として特定する
   請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記演算部は、
   補正された前記受信信号から第２のレプリカ信号を生成すると共に、前記第２のレプリカ信号の電力が前記第２の閾値以上となるサンプル点を前記推定に用いるサンプル点として特定する処理を繰り返し実行する
   請求項３に記載の無線通信装置。
5. マルチキャリア伝送を行う無線通信装置が、
   受信信号を基に位相雑音の電力スペクトルを測定し、
   測定された前記電力スペクトルを基に算出される前記位相雑音の自己相関値に基づいて前記位相雑音の推定に用いるサンプル点を特定し、
   特定された前記サンプル点について推定される第１の位相雑音を補間して、全てのサンプル点について推定される第２の位相雑音の推定値を計算し、
   計算された前記推定値に基づいて前記受信信号の位相雑音を補正する
   位相雑音補正方法。
6. マルチキャリア伝送を行う無線通信システムにおいて、
   信号を送信する第１無線装置と；
   前記第１の無線装置からの受信信号を基に位相雑音の電力スペクトルを測定し、
   測定された前記電力スペクトルを基に算出される前記位相雑音の自己相関値に基づいて前記位相雑音の推定に用いるサンプル点を特定し、
   特定された前記サンプル点について推定される第１の位相雑音を補間して、全てのサンプル点について推定される第２の位相雑音の推定値を計算し、
   計算された前記推定値に基づいて前記受信信号の位相雑音を補正する第２無線装置と；
   を有する、無線通信システム。

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