JP6603252B2 - 無線通信装置及び受信処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置及び受信処理方法に関する。

従来から、モノとモノ同士をつなぐＭ２Ｍ（Machine-to-Machine）通信に適した無線通信方式として、Ｗｉ−ＳＵＮ（Wireless Smart Utility Network）（登録商標）やＵバスエアーなどの規格が策定されている。Ｗｉ−ＳＵＮ（登録商標）やＵバスエアーでは、回路構成が比較的単純で低消費電力なＦＳＫ変調（Frequency Shift Keying：周波数偏移変調）方式が採用されている（例えば、非特許文献１参照）。ＦＳＫ変調では、例えば２値ＦＳＫ変調の場合は、送信情報が１のときは搬送波周波数をｆ１、送信情報が０のときは搬送波周波数をｆ２に変化させることで情報を送信する。

Ｍ２Ｍ通信がターゲットとするアプリケーションでは、１台の無線基地局に対し、無線端末局数は膨大な数が存在する。端末局１台当たりのデータパケット長は短いものが多いと想定されるが、Ｗｉ−ＳＵＮ（登録商標）やＵバスエアーでの低速な通信で、かつ膨大な端末局が通信を試みると、パケット同士の干渉が増大し、通信容量が低下してしまうと考えられる。

一方、従来から、異なる端末局の干渉を低減する手法として、マルチステージ干渉キャンセラが検討されている（例えば、非特許文献２参照）。マルチステージ干渉キャンセラは、先に復調した端末局の復調信号を再度変調し、チャネル推定結果に基づいてチャネル状態情報を付与することで干渉レプリカ信号を生成する。干渉レプリカ信号を受信信号から減算することで、干渉レプリカ信号が生成された端末局から他の端末局へ及ぼしていた干渉を低減する。

マルチステージ干渉キャンセラには逐次型とパラレル型がある。逐次型は端末局の信号を１台分ずつ復調し、先に復調した端末局の信号を受信信号から減算してから次の端末局の信号を復調する。マルチステージ干渉キャンセラでは、全ての端末局の復調及び干渉レプリカ信号生成を一巡行うことを１ステージと呼ぶ。第１ステージの完了後、第２ステージとして、受信信号を干渉レプリカ信号除去前に戻し、再び復調及び干渉レプリカ信号生成を行う。第２ステージでは、端末局の復調処理を行うときに、第２ステージで既に復調済みの端末局に関しては当該ステージ、すなわち第２ステージで生成した干渉レプリカ信号を、第２ステージで未だ復調済みでない端末局に関しては前ステージ、すなわち第１ステージで生成した干渉レプリカ信号を除去してから、復調処理を行う。従って、第１ステージに比べて、復調順が早い端末局でも干渉が低減され、誤り率特性が改善する。上記の処理は１〜Ｎ（Ｎは任意の整数）ステージ分実行される。

パラレル型では、第１ステージにて、全端末局の復調及び干渉レプリカ生成を一斉に実行する。従って、第１ステージでは干渉低減効果はない。続く第２ステージでも全端末局の処理を一斉に行うが、それぞれの端末局を復調する際、他の端末局に関しては前ステージで生成した干渉レプリカ信号を除去することで、干渉を低減する。上記の処理は２〜Ｎステージ分実行される。

図５は、ＦＳＫ変調を行う従来の送信局装置８０の構成を示す図である。図５において、送信局装置８０は、ＦＳＫ変調器８１と、無線部８２とを備える。ＦＳＫ変調器８１は、入力信号をＦＳＫ変調し、ＦＳＫ変調信号を生成する。ここで、２値ＦＳＫを例として、ＦＳＫ変調のベースバンド信号の生成方法を説明する。まず、入力信号に基づいて、位相遷移信号を生成する。

図６は、入力信号と位相遷移信号の一例を示す図である。入力信号が１の区間では、１シンボルの間に位相がπｑ増加し、入力信号が０の区間では、１シンボルの間に位相がπｑ減少する。ここで１シンボル長はＴで表され、ｑは正規化最大周波数偏位を意味する変調度を表す。入力信号をｘとすると、位相遷移信号φ_ｕは下記の（１）式で表される。ｔは時間を表す。

続いて、ＦＳＫ変調されたベースバンド信号ｕ_ｂｂは下記の（２）式で表される。

以上がＦＳＫ変調のベースバンド信号の生成方法である。続く無線部８２は、ＦＳＫ変調器８１でＦＳＫ変調された信号に対して周波数変換を行い、アンテナ８３から受信局へ信号を送信する。なお、ＦＳＫ変調においては、ＦＳＫ変調前に帯域制限フィルタを通過させる場合と、ＦＳＫ変調後に帯域制限フィルタを通過させる場合がある。特に、ＦＳＫ変調前にガウスフィルタを通過させるＦＳＫ変調はＧＦＳＫ変調（Gaussian Frequency Shift Keying：ガウス型周波数偏移変調）と呼ばれ、広く利用されている。ＦＳＫ変調前に帯域制限フィルタを通過させる場合、（１）式におけるｘを次の（３）式に示すｘ’に置き換える。

ここでｇは、フィルタのインパルス応答である。ＦＳＫ変調後に帯域制限フィルタを通過させる場合は、無線部８２に入力されるｕ_ｂｂを次の（４）式に示すｕ’_ｂｂに置き換える。

図７は、ＦＳＫ復調とマルチステージ干渉キャンセラを実行する従来の受信局装置９０の構成を示す図である。マルチステージ干渉キャンセラは逐次型でステージ数は１とした。また、１度の受信処理においてＫ台の送信局Ｔ１〜ＴＫの信号を復調するものとする。以下では、送信局Ｔ１〜ＴＫを総称するとき、又は、区別しないときには、送信局Ｔと記載する。送信局Ｔは、例えば、図５に示す送信局装置８０である。

同図において、受信局装置９０は無線部９２と、ＦＳＫ復調器９３−１〜９３−Ｋと、干渉レプリカ信号生成器９４−１〜９４−Ｋと、減算器９５−１〜９５−Ｋとを備える。無線部９２は、送信局Ｔ１〜ＴＫから送信され、アンテナ９１で受信した信号に対して周波数変換を行う。ＦＳＫ復調器９３−ｉ（ｉは１以上Ｋ以下の整数）は周波数変換された信号に対してＦＳＫ復調を行い、ある１台の送信局Ｔｉの入力信号を復調する。干渉レプリカ信号生成器９４−ｉは、ＦＳＫ復調器９３−ｉで復調された信号に基づいて、干渉レプリカ信号を生成する。減算器９５−１は、無線部９２が周波数変換した信号から、干渉レプリカ信号生成器９４−１が生成した干渉レプリカ信号を減算する。減算器９５−ｊ（ｊは２以上Ｋ以下の整数）は、減算器９５−（ｊ−１）が干渉レプリカ信号を除去した信号を入力し、入力した信号から干渉レプリカ信号生成器９４−ｊが生成した干渉レプリカ信号を減算する。つまり、ＦＳＫ復調器９３−ｊがＦＳＫ復調する信号は、無線部９２が周波数変換した信号から、干渉レプリカ信号生成器９４−１〜９４−（ｊ−１）のそれぞれが生成した干渉レプリカ信号を除去した信号である。

干渉レプリカ信号の生成方法について説明する。
まず、復調信号ｙに対して、送信局装置８０と同様にＦＳＫ変調を行い、ＦＳＫ変調信号ｖ_ｂｂを得る。ｖ_ｂｂは下記の（５）式で表される。

ここで、φ_ｖは位相遷移信号であり、下記の（６）式で表される。

さらに、周波数オフセットｆ_ｏｆｆとチャネル状態情報αｅｘｐ（ｊβ）を下記の（７）式に従って印加し、干渉レプリカ信号ｒ_ｒｐｌｃを得る。

なお、受信局装置９０は、送信局装置８０と同様に、ＦＳＫ変調前、あるいはＦＳＫ変調後に帯域制限フィルタを通過させる。ＦＳＫ変調前に帯域制限フィルタを通過させる場合、（６）式におけるｙを次の（８）式のｙ’に置き換える。

ＦＳＫ変調後に帯域制限フィルタを通過させる場合、（７）式におけるｖ_ｂｂを次のｖ’_ｂｂに置き換える。

無線部９２で周波数変換された信号から干渉レプリカ信号を減算してから次の送信局Ｔの復調処理を行うことで、復調した送信局Ｔの信号が他の送信局Ｔの信号に及ぼしていた干渉が低減され、通信容量が改善される。

ＦＳＫ復調器９３−ｉ及び干渉レプリカ信号生成器９４−ｉの処理は、ｉが１からＫまでのＫ台の送信局分繰り返され、完了次第、受信処理は終了となる。

斉藤 洋一著，「ディジタル無線通信の変復調」，社団法人 電子情報通信学会，株式会社 コロナ社，平成８年，ｐ．７０−１０７ 立川 敬二監修，「Ｗ−ＣＤＭＡ移動通信方式」，丸善株式会社，平成１３年，ｐ．５６−７７

図７に示す従来の受信局装置９０において、干渉レプリカ信号生成器９４−ｉ（ｉは１以上Ｋ以下の整数）は、送信局Ｔｉの周波数特性、すなわち、変調度やフィルタ特性を既知としておく必要がある。しかし、Ｍ２Ｍ通信で用いられる無線機は安価であることが望まれるため、送信局が持つ周波数特性情報と、実際の送信局の周波数特性には誤差があることが想定される。従って、干渉レプリカ信号生成器９４−１〜９４−ｉで生成される干渉レプリカ信号に誤差が生じ、周波数変換された信号から減算後も残留干渉が生じてしまう。特にＦＳＫ変調では、（６）式から明らかなように、帯域制限フィルタの誤差は積分によって累積され、累積された誤差は変調度の誤差によってさらに増大してしまう。

図８は、実際にＦＳＫ変調を行う無線機から得た受信信号のベースバンド信号の同相成分と、従来の受信局装置の処理に従って生成したレプリカ信号を示す図である。図８（ａ）はサンプル番号１から１００、図８（ｂ）はサンプル番号３４０１から３５００を示す。また、図９は、受信信号測定時の諸元を示す図である。

図８（ａ）及び図８（ｂ）より明らかなように、実測値と干渉レプリカ信号の間には誤差が生じており、時間の経過に従って誤差が大きくなっていることが分かる。これは、前述の通り受信局装置の持つ周波数特性情報と、実際の送信局装置の周波数特性が異なるために誤差が生じ、さらに時間の経過に従って誤差が累積するためと考えられる。従って、誤差の累積がない他の変調方式に比べて、ＦＳＫ変調では送信局装置の周波数特性を正確に把握しなければ、干渉レプリカ信号の精度が大きく劣化し、干渉キャンセル処理による通信容量改善効果を得ることができない。

上記事情に鑑み、本発明は、受信したＦＳＫ変調信号の干渉レプリカ信号を高精度に生成することができる無線通信装置及び受信処理方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、１台以上の送信局からＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調された送信信号を無線により受信する受信部と、前記送信局ごとに、前記受信部により受信された信号、又は、前記受信部により受信された信号から他の前記送信局のレプリカ信号が除去された信号を処理対象信号とし、前記処理対象信号から前記送信局における前記送信信号をＦＳＫ復調するＦＳＫ復調部と、前記送信局ごとに、前記処理対象信号から前記送信局におけるＦＳＫ変調前の周波数特性を推定する送信局周波数特性推定部と、前記送信局ごとに、前記送信局周波数特性推定部により推定された周波数特性の推定値と、前記ＦＳＫ復調部によりＦＳＫ復調された前記送信局の前記送信信号である復調信号とに基づいて、前記送信局から送信された無線の前記送信信号のレプリカ信号を生成する干渉レプリカ信号生成部と、前記受信部により受信された前記信号から、前記干渉レプリカ信号生成部が生成した前記レプリカ信号を除去して前記処理対象信号を生成する干渉除去部と、を備える無線通信装置である。

本発明の一態様は、上述の無線通信装置であって、前記送信局周波数特性推定部は、前記処理対象信号と前記送信局の前記復調信号との相関演算によって、前記送信局におけるＦＳＫ変調前の周波数特性を推定する。

本発明の一態様は、上述の無線通信装置であって、前記送信局周波数特性推定部は、ＺＦ（Zero Forcing）アルゴリズム又はＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）アルゴリズムによって前記送信局のＦＳＫ変調前の周波数特性を推定する。

本発明の一態様は、上述の無線通信装置であって、前記送信局周波数特性推定部は、反復的な演算によって誤差関数が最小となるＦＳＫ変調前の周波数特性を推定し、前記誤差関数には、前記処理対象信号と、前記復調信号を用いて生成された前記レプリカ信号との差分が用いられる。

本発明の一態様は、上述の無線通信装置であって、前記送信局周波数特性推定部は、反復的な演算によって誤差関数が最小となるＦＳＫ変調前の周波数特性を推定し、前記誤差関数には、前記処理対象信号の位相遷移と、前記復調信号に基づいて生成された前記レプリカ信号の位相遷移との差分が用いられる。

本発明の一態様は、上述の無線通信装置であって、前記送信局周波数特性推定部は、反復的な演算によって誤差関数が最小となるＦＳＫ変調前の周波数特性を推定し、前記誤差関数には、前記処理対象信号の周波数遷移と、前記復調信号に基づいて生成された前記レプリカ信号の周波数遷移との差分が用いられる。

本発明の一態様は、上述の無線通信装置であって、前記送信局周波数特性推定部は、前記送信局におけるＦＳＫ変調前の周波数特性を表すパラメータとして、変調度と送信フィルタの帯域幅とを推定する。

本発明の一態様は、無線通信装置が実行する受信処理方法であって、１台以上の送信局からＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調された送信信号を無線により受信する受信過程と、前記送信局ごとに、前記受信過程において受信された信号、又は、前記受信過程において受信された信号から他の前記送信局のレプリカ信号が除去された信号を処理対象信号とし、前記処理対象信号から前記送信局における前記送信信号をＦＳＫ復調するＦＳＫ復調過程と、前記送信局ごとに、前記処理対象信号から前記送信局におけるＦＳＫ変調前の周波数特性を推定する送信局周波数特性推定過程と、前記送信局ごとに、前記送信局周波数特性推定過程において推定された周波数特性の推定値と、前記ＦＳＫ復調過程においてＦＳＫ復調された前記送信局の前記送信信号である復調信号とに基づいて、前記送信局から送信された無線の前記送信信号のレプリカ信号を生成する干渉レプリカ信号生成過程と、前記受信過程において受信された前記信号から、前記干渉レプリカ信号生成過程において生成された前記レプリカ信号を除去して前記処理対象信号を生成する干渉除去過程と、を有する。

本発明により、受信したＦＳＫ変調信号の干渉レプリカ信号を高精度に生成することが可能となる。

本発明の実施形態による受信局装置の構成の一例を示す図である。 同実施形態による受信局装置の処理フローの一例を示す図である。 同実施形態による送信局周波数特性推定において、受信信号と復調信号の相関演算による推定に用いる、受信ベースバンド信号の周波数遷移信号と、復調信号から生成した参照信号の一例を示す図である。 同実施形態による受信局装置の受信信号のベースバンド信号と、同実施形態による受信局装置の干渉レプリカ信号生成器で生成された干渉レプリカ信号の一例を示す図である。 ＦＳＫ変調信号を送信する従来の送信局装置の構成の例を示す図である。 ＦＳＫ変調信号を生成する従来の方法を説明する図である。 ＦＳＫ変調信号を受信し、干渉キャンセル処理を行う従来の受信局装置の例を示す図である。 従来の受信局装置の受信信号のベースバンド信号と、従来の受信局装置の干渉レプリカ信号生成器で生成された干渉レプリカ信号の一例を示す図である。 図８に示す干渉レプリカ信号が得られた従来の受信局装置における受信信号測定時の諸元を示す図である。

本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による受信局装置１０の構成の一例を示す図である。受信局装置１０は、無線部１２と、ＦＳＫ復調器１３−１〜１３−Ｋと、送信局周波数特性推定器１４−１〜１４−Ｋと、干渉レプリカ信号生成器１５−１〜１５−Ｋと、減算器１６−１〜１６−Ｋとを備える。同図に示す受信局装置１０は、図７に示す従来の受信局装置９０の構成に比べて、送信局周波数特性推定器１４−１〜１４−Ｋが追加されている。無線部１２、ＦＳＫ復調器１３−１〜１３−Ｋ、及び、減算器１６−１〜１６−Ｋはそれぞれ、図７に示す受信局装置９０の無線部９２、ＦＳＫ復調器９３−１〜９３−Ｋ、及び、減算器９５−１〜９５−Ｋと同様の機能を有する。

無線部１２は、アンテナ１１で受信した、送信局Ｔ１〜ＴＫから送信された信号に対して周波数変換を行う。送信局Ｔ１〜ＴＫは、例えば、図５に示す送信局装置８０である。ＦＳＫ復調器１３−ｉ（ｉは１以上Ｋ以下の整数）は、周波数変換された信号に対してＦＳＫ復調を行い、送信局Ｔｉの入力信号を復調する。送信局周波数特性推定器１４−ｉは、ＦＳＫ復調器１３−ｉがＦＳＫ復調を行う対象の信号に基づいて、送信局Ｔｉが備えるＦＳＫ変調器以前の周波数特性を推定する。ＦＳＫ変調器以前とは、図５に示すＦＳＫ変調器８１への入力前、つまり、ＦＳＫ変調器８１によるＦＳＫ変調前のことであり、帯域制限フィルタを通過している場合もある。

干渉レプリカ信号生成器１５−ｉは、ＦＳＫ復調器１３−ｉで復調された信号と、送信局周波数特性推定器１４−ｉにより推定された送信局Ｔｉの周波数特性とに基づいて、干渉レプリカ信号を生成する。減算器１６−１は、無線部１２が周波数変換した信号から、干渉レプリカ信号生成器１５−１が生成した干渉レプリカ信号を減算する。減算器１６−ｊ（ｊは２以上Ｋ以下の整数）は、減算器１６−（ｊ−１）が干渉レプリカ信号を除去した信号を入力し、入力した信号から干渉レプリカ信号生成器１５−ｊが生成した干渉レプリカ信号を減算する。つまり、ＦＳＫ復調器１３−ｊがＦＳＫ復調する信号は、無線部１２が周波数変換した信号から、干渉レプリカ信号生成器１５−１〜１５−（ｊ−１）のそれぞれが生成した送信局Ｔ１〜Ｔ（ｊ−１）のレプリカ信号を除去した信号である。

図２は、図１に示す受信局装置１０の処理フローの一例を示す図である。
なお、図１及び図２において、マルチステージ干渉キャンセラは逐次型であり、ステージ数は１としたが、パラレル型の場合や、ステージ数が２以上の場合でも、本実施形態は同様に有効である。また、１度の受信処理においてＫ台の送信局Ｔ１〜ＴＫの信号を復調するものとする。

アンテナ１１は、送信局Ｔ１〜ＴＫのそれぞれから送信された信号が重畳された信号を受信し、無線部１２は、アンテナ１１が受信した信号に対して周波数変換を行う（ステップＳ１）。受信局装置１０は、ｉが１からＫまで順に、以下のステップＳ２〜ステップＳ６の処理を行う。

ＦＳＫ復調器１３−ｉは、周波数変換された信号に対してＦＳＫ復調を行い、１台の送信局Ｔｉの入力信号を復調する（ステップＳ２）。ｉ＝１の場合、ＦＳＫ復調器１３−１は、無線部１２が周波数変換した信号に対してＦＳＫ復調を行い、ｉ＝２〜Ｋの場合、ＦＳＫ復調器１３−ｉは、減算器１６−（ｉ−１）によりレプリカ信号除去済みの、周波数変換された信号に対してＦＳＫ復調を行う。

送信局周波数特性推定器１４−ｉは、送信局Ｔｉが備えるＦＳＫ変調器以前の、送信局Ｔｉの周波数特性を推定する（ステップＳ３）。ｉ＝１の場合、送信局周波数特性推定器１４−ｉは、無線部１２が周波数変換した信号を用いて推定を行い、ｉ＝２〜Ｋの場合、送信局周波数特性推定器１４−ｉは、減算器１６−（ｉ−１）によりレプリカ信号除去済みの、周波数変換された信号を用いて推定を行う。

干渉レプリカ信号生成器１５−ｉは、（６）式における復調信号ｙを次のｙ”に置き換えて、従来の受信局装置９０の干渉レプリカ信号生成器９４−ｉと同様の処理を実行し、干渉レプリカ信号を生成する（ステップＳ４）。なお、Ｔは１シンボル長、ｑは変調度、ｔは時間である。

ここで、ｈは、送信局周波数特性推定器１４−ｉで推定した送信局ＴｉのＦＳＫ変調器以前の周波数特性のインパルス応答である。なお、送信局Ｔｉにおいて、ＦＳＫ変調前に帯域制限フィルタを通過させていた場合でも、帯域制限フィルタの効果は送信局周波数特性推定器１４−ｉで推定したＦＳＫ変調以前の周波数特性に含まれるため、（８）式の処理を実行する必要はない。

送信局周波数特性推定器１４−ｉにおける送信局ＴｉのＦＳＫ変調器以前の周波数特性の推定方法について説明する。

図３は、受信信号と復調信号の相関演算による推定に用いる、受信ベースバンド信号の周波数遷移信号と、復調信号から生成した参照信号の一例を示す図である。図３（ａ）は離散的にサンプリングされた受信ベースバンド信号の周波数遷移ｓを表す。周波数遷移ｓの中心にあるシンボルと中心が一致するように取り出すと良い。あるサンプリング点ｋにおける周波数遷移ｓは次の式で表される。

ここでφ_ｒは受信信号の位相遷移であり、次の（１２）式で表される。

ここでｒは受信信号のベースバンド信号を離散的にサンプリングした信号であり、Ｉｍは虚部、Ｒｅは実部を取り出す。なお、利用するサンプル数は、推定する周波数特性を実現するフィルタのタップ数と同じ数とする。図３では、タップ数は７であり、１シンボル当たりのオーバーサンプリング点数は５としている。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の周波数遷移ｓの中心のシンボルを復調した結果を中心とし、残りのタップ数分を０で埋めた参照信号ｃを表す。受信信号と復調信号の相関演算による推定方法では、周波数遷移ｓと参照信号ｃを用いて、送信局のＦＳＫ変調器以前の周波数特性Ｈを以下のように推定する。

ここで、Ｓ及びＣはそれぞれ、周波数遷移ｓ及び参照信号ｃのフーリエ変換であり、*は複素共役を表す。実用上は、雑音やシンボル間干渉があるため、可能な限り多くのシンボルに対して同様の処理を行い、結果を平均化するとより高精度な推定値が得られる。（１０）式における送信局のＦＳＫ変調器以前の周波数特性のインパルス応答ｈを求めるには、（１３）式に示すＨを逆フーリエ変換すれば良い。

ＺＦ（Zero Forcing：ゼロフォーシング）アルゴリズムによって送信局のＦＳＫ変調器以前の周波数特性を求めるには、（１３）式の代わりに次の（１４）式を用いれば良い。

ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：最小平均二乗誤差）アルゴリズムによって送信局のＦＳＫ変調器以前の周波数特性を求めるには、（１３）式の代わりに次の（１５）式を用いれば良い。

ここで、Ｐ_ｎは周波数遷移ｓに含まれる雑音電力とする。

送信局周波数特性推定器１４−ｉにおいて、定めた誤差関数が小さくなるようにＦＳＫ変調器以前の周波数特性を反復的に更新することで、ＦＳＫ変調器以前の周波数特性を推定する手法について説明する。

誤差関数を、受信信号と、復調信号に基づいて生成したレプリカ信号の差分とする方法について説明する。送信局周波数特性推定器１４−ｉは、事前に共有された周波数特性情報を用いて干渉レプリカ信号を生成する。干渉レプリカ信号を生成するには、復調信号ｙに対して、送信局Ｔｉと同様にＦＳＫ変調を行い、ＦＳＫ変調信号ｗ_ｂｂを得る。ＦＳＫ変調信号ｗ_ｂｂは下記の（１６）式で表される。

ここで、φ_ｗは位相遷移信号であり、下記の（１７）式で表される。

ここで、ｚは復調信号に対して送信局のＦＳＫ変調器以前の周波数特性の推定値をフィルタリングした信号であり、下記の（１８）式で表される。

さらに、チャネル状態情報αｅｘｐ（ｊβ）を下記の（１９）式に従って印加し、干渉レプリカ信号ｒ_ｒｐｌｃ’を得る。

送信局周波数特性推定器１４−ｉでは、受信信号と干渉レプリカ信号ｒ_ｒｐｌｃ’の差分である誤差関数が最小となるｈを、送信局ＴｉのＦＳＫ変調器の周波数特性のインパルス応答の推定値とする。

なお、誤差関数を、（１２）式に示す受信信号の位相遷移と、（１７）式に示すレプリカ信号の位相遷移の差分として与えても良い。

また、誤差関数を、（１１）式に示す受信信号の周波数遷移と、（１８）式に示すレプリカ信号の周波数遷移の差分として与えても良い。

送信局周波数特性推定器１４−ｉにおいて、反復的に誤差関数が最小となるＦＳＫ変調器以前の周波数特性を推定する方法において、送信局ＴｉのＦＳＫ変調器以前の周波数特性を変調度と送信フィルタの帯域幅の２つのパラメータで表しても良い。ガウスフィルタを例に、変調度と帯域幅で送信局のＦＳＫ変調器以前の周波数特性を表す（２０）式を次に示す。

ここで、ｇ_{ｇａｕｓｓ}はガウスフィルタのインパルス応答であり、その周波数特性Ｇ_{ｇａｕｓｓ}は次式で表される。

ここでｆは周波数、Ｂは片側３ｄＢ帯域幅、Ａは１シンボル当たりの位相遷移量がπｑとなるよう調整する定数である。周波数特性を変調度と帯域幅で表すことによって、求める未知数の数を減らし、少ない演算量で周波数特性を求めることができる。

上記の誤差関数が小さくなるようにＦＳＫ変調器以前の周波数特性を反復的に更新することで、ＦＳＫ変調器以前の周波数特性を推定できる。

上記のように、受信局で送信局の周波数特性が未知の場合や既知ではあるが誤差が含まれる場合において、送信局のＦＳＫ変調器以前の周波数特性を推定し、推定した周波数特性を利用して干渉レプリカ信号を生成することで、ＦＳＫ変調信号の干渉レプリカ信号を高精度に生成し、干渉レプリカ信号を減算後の残留干渉を低減することが可能となる。干渉レプリカ信号を減算してから次の送信局の復調処理を行うことで、復調した送信局が他の送信局に及ぼしていた干渉が低減され、通信容量が改善される。

減算器１６−ｉは、周波数変換された信号から干渉レプリカ信号生成器１５−ｉが生成した干渉レプリカ信号を除去する(ステップＳ５）。ｉ＝１の場合、減算器１６−１は、無線部１２が周波数変換した信号から、干渉レプリカ信号生成器１５−１が生成した干渉レプリカ信号を減算する。ｉが２以上の場合、減算器１６−ｉは、減算器１６−（ｉ−１）が干渉レプリカ信号を除去した信号から、干渉レプリカ信号生成器１５−ｉが生成した干渉レプリカ信号を除去する。

ＦＳＫ復調器１３−ｉ、送信局周波数特性推定器１４−ｉ、干渉レプリカ信号生成器１５−ｉ、減算器１６−ｉの処理は、ｉ＝１〜ＫのＫ台の送信局分繰り返され、完了次第、受信処理は終了となる(ステップＳ６）。

図４は、実際にＦＳＫ変調を行う無線機から得た受信信号のベースバンド信号の同相成分と、本実施形態の受信局装置１０の処理に従って生成したレプリカ信号を示し、図４（ａ）はサンプル番号１から１００、図４（ｂ）はサンプル番号３４０１から３５００を示す。なお、送信局の周波数特性は反復的な推定によって推定し、推定時の誤差関数を受信信号と、復調信号に基づいて生成したレプリカ信号の差分とし、送信局の周波数特性は変調度とガウスフィルタの帯域幅によって表した。送信局側の設定値では変調度4、ガウスフィルタのＢＴ積０．５であったが、推定の結果、変調度３．９６３４８９７４４３９８７９９、ＢＴ積０．６４０７５６４５７８０１６４４として干渉レプリカ信号を生成した。図４より、図８に示す従来の受信局装置の処理に従って生成したレプリカ信号に比べ、実測値との誤差が小さくなっており、かつ時間が経過しても変わらず誤差が小さいままであることが分かる。以上の結果から、本実施形態による干渉レプリカ信号の高精度化の効果を確認できる。

上述した実施形態によれば、無線通信装置は、受信部と、ＦＳＫ復調部と、送信局周波数特性推定部と、干渉レプリカ信号生成部と、干渉除去部とを有する。例えば、無線通信装置は受信局装置１０であり、受信部は無線部１２であり、ＦＳＫ復調部はＦＳＫ復調器１３−１〜１３−Ｋであり、送信局周波数特性推定部は送信局周波数特性推定器１４−１〜１４−Ｋであり、干渉レプリカ信号生成部は干渉レプリカ信号生成器１５−１〜１５−Ｋであり、干渉除去部は減算器１６−１〜１６−Ｋである。無線通信装置は、送信局の機能を有してもよい。

受信部は、１台以上の送信局からＦＳＫ変調された送信信号を無線により受信する。ＦＳＫ復調部は、送信局ごとに、レプリカ信号の生成前は受信部により受信された信号を、レプリカ信号の生成後は受信部により受信された信号から他の送信局のレプリカ信号が除去された信号を処理対象信号とし、処理対象信号から送信局における送信信号をＦＳＫ復調する。例えば、ＦＳＫ復調部がＦＳＫ復調器１３−１であった場合、処理対象信号を無線部１２が受信した信号とし、送信局Ｔ１の送信信号をＦＳＫ復調する。また、例えば、ＦＳＫ復調部がＦＳＫ復調器１３−ｊ（ｊ＝２〜Ｋ）であった場合、処理対象信号を無線部１２が受信した信号から送信局Ｔ１〜Ｔ（ｊ−１）のレプリカ信号が除去された信号とし、送信局Ｔｊの送信信号をＦＳＫ復調する。また例えば、複数ステージを行う逐次型の場合、ある送信局の送信信号を復調する際の処理対象信号は、受信部が受信した信号から、既に復調済みの他の送信局に関しては当該ステージで生成したレプリカ信号を、当該ステージで未だ復調済みでない他の送信局に関しては前ステージで生成したレプリカ信号を除去した信号となる。また、パラレル型の場合、第１ステージにおける各送信局の処理対象信号は、受信部が受信した信号であり、第２ステージ以降では、各送信局の処理対象信号は、受信部により受信した信号から直前のステージにおいて生成された他の送信局のレプリカ信号を除去した信号である。

送信局周波数特性推定部は、送信局ごとに、処理対象信号から送信局におけるＦＳＫ変調前の周波数特性を推定する。干渉レプリカ信号生成部は、送信局ごとに、送信局周波数特性推定部により推定された周波数特性の推定値と、送信局周波数特性推定部と同じ処理対象信号からＦＳＫ復調部によりＦＳＫ復調された送信局の送信信号である復調信号とに基づいて、送信局から送信された無線の送信信号のレプリカ信号を生成する。干渉除去部は、受信部により受信された信号から、干渉レプリカ信号生成部が生成したレプリカ信号を除去して処理対象信号を生成する。

上述した実施形態によれば、受信局装置で送信局装置の周波数特性が未知の場合や既知ではあるが誤差が含まれる場合に、受信局装置において、ＦＳＫ変調信号の干渉レプリカ信号を高精度に生成し、受信信号から干渉レプリカ信号を減算した後の残留干渉を低減することが可能となる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

ＦＳＫ変調された信号を受信する無線通信装置に利用可能である。

１０…受信局装置， １１…アンテナ， １２…無線部， １３−１〜１３−Ｋ…ＦＳＫ変調器， １４−１〜１４−Ｋ…送信局周波数特性推定器， １５−１〜１５−Ｋ…干渉レプリカ信号生成器， 減算器１６−１〜１６−Ｋ， ８０…送信局装置， ８１…ＦＳＫ変調器， ８２…無線部， ８３…アンテナ， ９０…受信局装置， ９１…アンテナ， ９２…無線部， ９３−１〜９３−Ｋ…ＦＳＫ変調器， ９４−１〜９４−Ｋ…干渉レプリカ信号生成器， 減算器９５−１〜９５−Ｋ

Claims (8)

1. １台以上の送信局からＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調された送信信号を無線により受信する受信部と、
   前記送信局ごとに、前記受信部により受信された信号、又は、前記受信部により受信された信号から他の前記送信局のレプリカ信号が除去された信号を処理対象信号とし、前記処理対象信号から前記送信局における前記送信信号をＦＳＫ復調するＦＳＫ復調部と、
   前記送信局ごとに、前記処理対象信号から前記送信局におけるＦＳＫ変調前の周波数特性を推定する送信局周波数特性推定部と、
   前記送信局ごとに、前記送信局周波数特性推定部により推定された周波数特性の推定値と、前記ＦＳＫ復調部によりＦＳＫ復調された前記送信局の前記送信信号である復調信号とに基づいて、前記送信局から送信された無線の前記送信信号のレプリカ信号を生成する干渉レプリカ信号生成部と、
   前記受信部により受信された前記信号から、前記干渉レプリカ信号生成部が生成した前記レプリカ信号を除去して前記処理対象信号を生成する干渉除去部と、
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記送信局周波数特性推定部は、前記処理対象信号と前記送信局の前記復調信号との相関演算によって、前記送信局におけるＦＳＫ変調前の周波数特性を推定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記送信局周波数特性推定部は、ＺＦ（Zero Forcing）アルゴリズム又はＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）アルゴリズムによって前記送信局のＦＳＫ変調前の周波数特性を推定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
4. 前記送信局周波数特性推定部は、反復的な演算によって誤差関数が最小となるＦＳＫ変調前の周波数特性を推定し、
   前記誤差関数には、前記処理対象信号と、前記復調信号を用いて生成された前記レプリカ信号との差分が用いられる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
5. 前記送信局周波数特性推定部は、反復的な演算によって誤差関数が最小となるＦＳＫ変調前の周波数特性を推定し、
   前記誤差関数には、前記処理対象信号の位相遷移と、前記復調信号に基づいて生成された前記レプリカ信号の位相遷移との差分が用いられる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
6. 前記送信局周波数特性推定部は、反復的な演算によって誤差関数が最小となるＦＳＫ変調前の周波数特性を推定し、
   前記誤差関数には、前記処理対象信号の周波数遷移と、前記復調信号に基づいて生成された前記レプリカ信号の周波数遷移との差分が用いられる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
7. 前記送信局周波数特性推定部は、前記送信局におけるＦＳＫ変調前の周波数特性を表すパラメータとして、変調度と送信フィルタの帯域幅とを推定する、
   請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の無線通信装置。
8. 無線通信装置が実行する受信処理方法であって、
   １台以上の送信局からＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調された送信信号を無線により受信する受信過程と、
   前記送信局ごとに、前記受信過程において受信された信号、又は、前記受信過程において受信された信号から他の前記送信局のレプリカ信号が除去された信号を処理対象信号とし、前記処理対象信号から前記送信局における前記送信信号をＦＳＫ復調するＦＳＫ復調過程と、
   前記送信局ごとに、前記処理対象信号から前記送信局におけるＦＳＫ変調前の周波数特性を推定する送信局周波数特性推定過程と、
   前記送信局ごとに、前記送信局周波数特性推定過程において推定された周波数特性の推定値と、前記ＦＳＫ復調過程においてＦＳＫ復調された前記送信局の前記送信信号である復調信号とに基づいて、前記送信局から送信された無線の前記送信信号のレプリカ信号を生成する干渉レプリカ信号生成過程と、
   前記受信過程において受信された前記信号から、前記干渉レプリカ信号生成過程において生成された前記レプリカ信号を除去して前記処理対象信号を生成する干渉除去過程と、
   を有することを特徴とする受信処理方法。

Images