JP2862082B1 - 受信方法および受信装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 到来遅延パスが散在する環境下においても特
性の改善されるパスダイバーシチ受信方法および受信装
置を提供すること。 【解決手段】 遅延波の中から受信電力の大きな遅延波
を選択して、直接波と選択した遅延波を抽出するための
アレーウェイトとアレー出力応答を求め、直接波を抽出
するステアリングベクタアレー出力と選択した遅延波を
抽出するステアリングベクタアレーの出力をブランチメ
トリック合成を行い、直接波と選択した遅延波に対する
候補信号を持つ最尤系列推定器で送信信号系列の推定を
行う。この際に、マルチトレリス構造を持つビタビアル
ゴリズムを使用することにより演算量を増加させること
なく受信品質を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、受信方法および
受信装置に関し、特に、ディジタル移動通信や無線LAN
において問題となるマルチパス対策技術に関し、周波数
選択性フェージングを克服することができる受信方法お
よび受信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マルチパス対策技術としてアダプ
ティブアレーアンテナとビタビアルゴリズムを組み合わ
せたパスダイバーシチ受信方式が提案されている。図９
は、本発明者が学会（1997 IEEE 6th International Co
nferrence on Universal Personal Communications,12-
16 October 1997）において発表した従来例の信号処理
内容を示す機能ブロック図である。

【０００３】この技術は、直接波抽出用のステアリング
ベクタアレーウェイトを計算する際に直接波だけでなく
１シンボル遅延波に対する候補信号も用意し、また、１
シンボル遅延波抽出用のステアリングベクタアレーウェ
イトを計算する際に１シンボル遅延波だけでなく直接波
に対する候補信号も用意することにより、他の希望波に
対して指向性のナル点を形成せずに希望波成分を取り込
み、複数のアレー出力を最尤系列推定器(Maximum Likel
ihood Sequence Estimation:以下MLSEと記す)において
ブランチメトリック合成を行って送信信号系列の推定を
行うものである。なお、MLSEについては、例えば「ディ
ジタル移動通信のための波形等化技術」1996年6月トリケッフ
゜ス発行,77-100ヘ゜ーシ゛に記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のパスダ
イバーシチ受信方式において、直接波から数シンボル遅
延までの遅延波を全て考慮すると、ビタビアルゴリズム
の状態数が増加し、計算量が指数関数的に増加してしま
うという問題点があった。従って、希望波は直接波と１
シンボル遅延波程度に限られており、直接波と長大遅延
波１波だけが到来するような到来パスが散在するような
環境においては、パスダイバーシチ効果が得られないと
いった問題があった。この発明の目的は、前記した従来
技術の問題点を解決し、遅延波の遅延量が大きい場合に
おいても精度良く受信可能な受信方法および受信装置を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
の課題を解決するため、トレーニング信号を用いてチャ
ネルインパルス応答の推定を行い、受信電力が最大の遅
延波を選択して、直接波とその選択した遅延波とを希望
波としてそれぞれのパスを抽出するようにステアリング
ベクタアレーウェイトとその出力応答を計算する。そし
て、アレーから出力される直接波と選択した遅延波成分
からマルチトレリス構造を持つビタビイコライザを用い
て系列推定を行う。

【０００６】本発明においては、直接波と選択された遅
延波以外をアレー処理によって抑圧し、遅延波の遅延量
に対応したマルチトレリス構造を持つビタビイコライザ
を用いることにより、遅延波の遅延量が大きい場合にお
いても計算量が増加せず、かつ誤り率も劣化しない受信
方式が実現できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例を説明する。図６は、本発明の受信装置のハードウェ
ア構成例を示すブロック図である。アダプティブアレー
アンテナ１には、例えば、４素子から８素子程度のリニ
アアレーアンテナや平面アレーアンテナ等が使用され
る。線形復調器２は、例えば受信信号を増幅し、周波数
変換し、直交検波して、ベースバンドまでダウンコンバ
ートする。Ａ／Ｄ変換器３は、受信ベースバンド信号を
Ａ／Ｄ変換する。信号処理部４は、例えばＤＳＰ（デジ
タルシグナルプロセッサ）等により構成され、後述する
ような、本発明に関するアダプティブアレーアンテナ処
理および最尤系列推定器に関する処理を実行する。

【０００８】図１は、図６の信号処理部４における本発
明の信号処理機能を示す機能ブロック図である。また、
図２は、各アンテナにおいて受信される直接波および遅
延波の電力例を示す説明図である。なお、実施例におけ
る信号型式としては、伝送すべきデータ部の前に既知の
トレーニング信号が付加されており、ＴＤＭＡ方式で伝
送されるものとする。

【０００９】チャネルインパルス応答推定・希望波選択
部２４は、トレーニング期間において、全てのアンテナ
からの受信信号を用いて、各ブランチ毎に直接波から数
シンボル遅延波までのチャネルインパルス応答の推定を
行う。また、図２に示すような合成プロファイルを算出
し、遅延波の中で電力が最大のもの、即ち図２の例にお
いては３シンボル遅延波を選択する。

【００１０】直接波抽出用アレー処理部は、直接波抽出
用ステアリングベクタアレー１０および拘束条件付き適
用アルゴリズム１１からなり、各アレーアンテナの復調
信号から直接波を抽出するように動作する。アダプティ
ブアンテナの制御法としては種々の指導原理が公知であ
るが、フィードバックタイプが一般的であり、アレー出
力と参照信号との平均２乗誤差が最小となるように適応
アルゴリズムを用いてアレーウェイトを制御すると、指
向性のナル点が遅延波の到来方向に向き、遅延波が抑圧
される。

【００１１】アダプティブアンテナに用いられるウェイ
ト決定アルゴリズムとしては、LMS((Least Mean Squar
e)アダプティブアレー、RLS(Recursive Least Squares)
アダプティブアレーやSMI(Sample Matrix Inversion)ア
レー等がある。なお、このようなアダプティブアンテナ
信号処理方式は、例えば、鷹尾和昭：”アダプティブア
ンテナ理論体系”，信学論（B-II），Vol.J75-B-II，N
o.11，pp.713-720（1992年11月発行）、小川恭孝，菊間
信良：”アダプティブアンテナ理論の進展と今後の展
望”，信学論（B-II），Vol.J75-B-II，No.11，pp.721-
732（1992年11月発行）あるいは、「ディジタル移動通
信のための波形等化技術」1996年6月トリケッフ゜ス発行、101-
116ヘ゜ーシ゛に記載されているように周知である。

【００１２】拘束条件付き適用アルゴリズム１１として
は、簡易なLMS(Least Mean Square)アルゴリズム、収束
特性の優れるRLS(Recursive Least Squares)アルゴリズ
ム等が使用でき、アレー出力と参照信号との誤差からア
ダプティブアレーのウェイトを制御する。

【００１３】最大電力遅延波抽出用アレー処理部は、直
接波抽出用アレー処理部と同様に最大電力遅延波抽出用
ステアリングベクタアレー１６および拘束条件付き適用
アルゴリズム１７からなる。アルゴリズム１７はアルゴ
リズム１１と同じものであり、各アレーアンテナの復調
信号から最大電力遅延波を抽出するように動作する。

【００１４】図３は、アレー処理部における動作を示す
説明図である。直接波抽出用アレー１０の出力には１、
２、４シンボル遅延波を抑圧して直接波と３シンボル遅
延波成分が出力される。また、最大電力遅延波抽出用ア
レーにおいても、１、２、４シンボル遅延波を抑圧して
３シンボル遅延波および直接波成分が出力される。な
お、図３において実線は直接波抽出用アレーの指向特
性、点線は最大電力遅延波抽出用アレーの指向特性を示
している。

【００１５】アレー処理とMLSEの結合処理部は、アレー
出力推定器であるレプリカ生成器１２、１８およびマル
チトレリスビタビアルゴリズム２３等からなる。レプリ
カ生成器１２、１８は、トランスバーサルフィルタ等を
使用して、求められたチャネルインパルス応答（CIR）
と既知のトレーニング信号あるいは候補信号を畳み込ん
で希望波に対する参照信号あるいはレプリカを生成す
る。

【００１６】加算器１３、１９はアレー１０、１６の出
力からレプリカ生成器１２、１８の出力を減算し、誤差
信号を出力する。該誤差信号は拘束条件付き適用アルゴ
リズム１１、１７にそれぞれ入力されると共に、絶対値
２乗計算器１４、２０に入力される。絶対値２乗計算器
１４、２０の出力信号は乗算器１５、２１にそれぞれ入
力され、後述する重み係数＃０、＃１がそれぞれ乗算さ
れ、それぞれのアレーにおけるブランチメトリックとし
て出力される。加算器２２はそれぞれの乗算器の出力信
号を加算し、ビタビアルゴリズム２３に出力する。ビタ
ビアルゴリズム２３は、合成されたブランチメトリック
に基づいて受信信号系列を推定し、該系列および候補信
号を出力する。

【００１７】マルチトレリス構造のビタビアルゴリズム
について説明する。例えばトレーニングモードにおける
パス選択で直接波と３シンボル遅延波のタップを選択し
たとすると、受信信号をアレーに通すことにより直接波
と３シンボル遅延波の合成波が得られる。そこで、選択
した２タップの差分、即ち３組だけ最尤系列推定器を用
意して、合成したブランチメトリック系列を各組に順に
並列に振り分ける。例えば最初の組＃１には１番目、４
番目、７番目…のブランチメトリックが割り当てられ
る。この割り当てられたブランチメトリックに対応する
アレー出力信号は連続した畳み込み信号となっている。
このため３組の系列推定器として周知のビタビアルゴリ
ズムを使用する場合、ビタビアルゴリズムの状態数を変
調多値数に減らすことができ、計算量が大幅に減少す
る。

【００１８】図５は、レプリカ生成器の動作を示す説明
図である。ビタビアルゴリズムでは直接波と最大電力遅
延波に対する候補信号を発生する。アレー出力レプリカ
生成器１２、１８は、例えばトランスバーサルフィルタ
により構成され、直接波および最大電力遅延波（３シン
ボル遅延波）に相当する候補信号とそれぞれの推定チャ
ネルインパルス応答（図５においてはh^0(k)、h^3(k)）
とを畳み込んで、各アレー出力に対するレプリカをそれ
ぞれ生成する。

【００１９】次に、トレーニング期間における動作を説
明する。トレーニング期間においては伝送路のインパル
ス応答、取り込む遅延波、アレーウェイト、重み係数が
決定される。まず、各アンテナからの受信信号を用いて
各アンテナ毎に直接波と数シンボル遅延波までのチャネ
ルインパルス応答の推定を行う。そして、各遅延波のチ
ャネルインパルス応答の絶対値の２乗を計算し、各遅延
タイミング毎に全てのアンテナでのチャネルインパルス
応答の電力の和を計算する。その後、各遅延タイミング
の中からチャネルインパルス応答の電力和が最大の遅延
タイミングを検出する。図２に示す例においては、各遅
延波の電力を比較すると３シンボル遅延波の電力が最大
なので、希望波として３シンボル遅延波が選択される。

【００２０】次に、直接波のインパルス応答をアレー出
力における直接波成分の応答を決定する拘束ベクトルと
して、アレーウェイトとアレー出力応答（チャネルイン
パルス応答）を拘束条件付き最小２乗法を用いて計算す
る。このときアレー出力応答は直接波だけでなく３シン
ボル遅延波についても行う。図３に示すように、直接波
のインパルス応答を拘束ベクトルとして制御するアレー
は直接波と３シンボル遅延波成分を出力し、他の遅延波
を抑圧する。

【００２１】次に、選択した遅延波のインパルス応答を
拘束ベクトルとして、アレーウェイトとアレー出力応答
を拘束条件付き最小２乗法を用いて計算する。図３に示
すように、このアレーも直接波成分と３シンボル遅延波
を出力し、他の遅延波を抑圧する。

【００２２】更に、得られたアレーウェイトと出力応答
を用いて、トレーニング区間での受信信号を再び用いて
誤差信号から累積誤差電力を計算し、トレーニング終了
時に累積シンボル数で正規化（除算）して平均誤差電力
を求める。そして、直接波のチャネルインパルス応答ベ
クトルの電力和を計算して、平均誤差電力で除算するこ
とにより、アレー出力信号の品質を推定する。選択した
遅延波抽出用アレーについてもこの操作を同様に行う。
この各パスダイバーシチブランチの推定品質（（SINR）
を用いて、直接波抽出用アレー出力信号と選択した遅延
波抽出用アレー出力信号の品質に比例した重み係数＃
０、＃１を求める。

【００２３】データ区間においては、選択した遅延波の
遅延タイミングに応じて最尤系列推定用にビタビアルゴ
リズムのサブセットトレリスを用意する。サブセットト
レリス数は選択した遅延波の遅延シンボル数に対応す
る。即ち遅延シンボル数が３であれば３組のサブセット
トレリスを用意する。

【００２４】次に、候補信号に対してアレー出力と最尤
系列推定器からのレプリカとの誤差を計算する。また、
同じ候補信号に対して３シンボル遅延波抽出用のアレー
についても同様に行い、誤差を計算する。そして、これ
らの誤差の絶対値２乗を計算してトレーニングモードに
おいて計算したパスダイバーシチ合成係数を用いて、図
４に示すように重み付けを行いブランチメトリック合成
を行う。

【００２５】その後、ブランチメトリックを図４に示す
ようにシリアルーパラレル変換器３０によってシリアルー
パラレル変換して各サブセットトレリス２３に振り分け
る。そして、各サブセットトレリス毎にビタビアルゴリ
ズムを用いて送信信号の推定を行う。最後に各ビタビア
ルゴリズムの推定系列をパラレル-シリアル変換器３１
によってパラレル-シリアル変換して送信系列を推定す
る。

【００２６】図８は、実施例の構成を示す機能ブロック
図である。ここで適応アルゴリズムとしては単拘束LMS
アルゴリズムや単拘束SMIアルゴリズムなどを用いるこ
とができる。図７は、計算機シミュレーションによる実
施例の特性改善例を示すグラフである。縦軸はビット誤
り率、横軸は最大電力遅延波の遅延量である。

【００２７】条件は変調方式がQＰＳＫ、復調方式は準
同期検波としている。アルゴリズムはトレーニング期間
で単拘束SMIアルゴリズムを用いてアレーウエイトとイ
ンパルス応答を求め、トレーニング期間の後尾16シンボ
ルを用いて平均誤差電力を計算する。更にパスダイバー
シチ合成用重み係数を求めてデータ区間で用いる。ま
た、アレー出力信号が直接波成分と２シンボル遅延波成
分を含んでいるため、マルチトレリスビタビ等化部で
は、ビタビアルゴリズムを２つ用意し、受信信号系列を
交互にシリアル-パラレル変換して独立にビタビアルゴ
リズムで送信信号を推定する。そのため、ビタビアルゴ
リズム状態数は４状態のままである。

【００２８】また、アンテナ本数は4本としている。到
来波の条件は２波とし、第１波を直接波、第２波を遅延
波とし、遅延波の遅延時間を０から４シンボルまで変化
させている。また、各到来波のフェージングは各アンテ
ナで独立であるとしている。更に、各波の平均電力は等
しいとしている。

【００２９】以上、実施例を開示したが、更に以下に述
べるような変形例も考えられる。実施例としては、アレ
ー処理において直接波および遅延波をそれぞれ取り込ん
でブランチメトリックの合成を行う例を開示したが、本
発明の実施においてはブランチメトリック合成処理は必
須の構成要件ではなく、例えば直接波抽出用のアレーの
みを備え、誤差をブランチメトリックとしてマルチトレ
リスビタビアルゴリズム処理を行うようにしても効果が
ある。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
受信電力の大きい遅延波を希望波とすることができるた
め従来方式と比べて更に大きなパスダイバーシチ利得を
得ることができ、伝送品質向上に寄与するところが大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の信号処理機能を示す機能ブロック図で
ある。

【図２】受信される直接波および遅延波の電力例を示す
説明図である。

【図３】アレー処理部における動作を示す説明図であ
る。

【図４】ブランチメトリック合成処理を示す機能ブロッ
ク図である。

【図５】レプリカ生成器の動作を示す説明図である。

【図６】本発明の受信装置のハードウェア構成例を示す
ブロック図である。

【図７】実施例の特性改善例を示すグラフである。

【図８】実施例の構成を示す機能ブロック図である。

【図９】従来例の信号処理内容を示す機能ブロック図で
ある。

【符号の説明】

１…アレーアンテナ、２…線形復調器、３…Ａ／Ｄ変換
器、４…信号処理部、１０、１６…アダプティブアレー
処理部、１１、１７…適応アルゴリズム、１２、１８…
レプリカ生成器、１３、１９…加算器、１４、２０…絶
対値２乗計算器、１５、２１…乗算器、２２…加算器、
２３…マルチトレリスビタビ等化器

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−260941（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−29890（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−13262（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−53870（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−35546（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−45626（ＪＰ，Ａ) 藤井正明、アダプティブアレーアンテ ナとＭＬＳＥの結合処理によるマルチパ ス分離・合成法に関する一検討、電子情 報通信学会技術研究報告、ＶＯＬ．95、 ＮＯ．390（ＲＣＳ95 97−111）、ＰＡ ＧＥ１−６ 藤井正明、周波数選択性フェージング チャネルにおけるアダプティブアレーと ＭＬＳＥの結合処理方式の特性に関する 一検討、電子情報通信学会技術研究報 告、ＶＯＬ．96、ＮＯ．212（ＲＣＳ96 52−65）、ＰＡＧＥ21−26 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04B 7/00 H04B 7/02 - 7/12 H04L 1/02 - 1/06 H01Q 3/00 - 3/46 H01Q 21/00 - 21/30 H01Q 23/00 H01Q 25/00 - 25/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アダプティブアレーアンテナ処理と最尤
   系列推定処理を結合した受信方法において、 各アレーにおける受信信号からチャネルインパルス応答
   を推定して遅延波プロファイルを計算し、 各遅延波の中から最大の電力を持つ遅延波を選択し、 直接波とその選択した遅延波をそれぞれ希望波として直
   接波抽出用のステアリングベクタアレーウェイトと選択
   した遅延波抽出用のステアリングベクタアレーウェイト
   を計算してパスダイバーシチ受信を行い、 選択した遅延波の遅延量に対応するマルチトレリス構造
   を持つビタビアルゴリズムを使用して、直接波と選択し
   た遅延波から系列推定を行うことを特徴とする受信方
   法。
2. 【請求項２】 下記の（１）から（６）の工程を含む、
   アダプティブアレーアンテナ処理と判定帰還形最尤系列
   推定処理を結合した受信方法。 （１）アンテナからの受信信号についてチャネルインパ
   ルス応答の推定を行い、遅延波プロファイルを計算する
   工程。 （２）各遅延波の中から最大の電力を持つ遅延波を選択
   する工程。 （３）直接波および選択された遅延波のインパルス応答
   をそれぞれのアレー出力における直接波および遅延波成
   分の応答を決定する拘束ベクトルとし、それぞれのアレ
   ーウェイトと最尤系列推定器のチャネルインパルス応答
   を同時に制御かつ推定する工程。 （４）候補信号に対して直接波抽出用アレーおよび遅延
   波抽出用のアレーの出力と最尤系列推定器からのレプリ
   カとの誤差をそれぞれ計算する工程。 （５）品質情報に基づき誤差情報であるブランチメトリ
   ックに重み付けをした合成を行って、選択された遅延波
   の遅延量に対応したマルチトレリス構造を持つ最尤系列
   推定器を用いて送信信号系列の推定を行う工程。 （６）最尤系列推定器の各状態毎の生き残りパスに応じ
   てアレーウェイトと最尤系列推定器におけるチャネルイ
   ンパルス応答を同時に更新する工程。
3. 【請求項３】 請求項１あるいは２のいずれかに記載の
   受信方法を実行する受信手段を備えたことを特徴とする
   受信装置。