無線受信装置、無線受信方法及びプログラム
【課題】ブロック間干渉や符号間干渉が生じる環境であっても、良好な受信性能が得られるようにする。
【解決手段】アンテナ２０１−１〜２０１−Ｒで受信された受信波は、無線受信部２０２−１〜２０２−Ｒで周波数変換、アナログ−デジタル変換が行われ、受信信号として出力される。受信信号に対し、ＦＦＴ部２０３−１〜２０３−ＲはＮポイントのＦＦＴを行う。信号検出部２０４が周波数領域によるＭＩＭＯ信号分離検出を行い、ＩＦＦＴ部２０５−１〜２０５−ＴがＩＦＦＴを行う。信号系列抽出部２０６−１〜２０６−ＴがＮポイントの信号から中央部分のＭシンボルを抽出し、仮判定値を生成する。干渉除去部２０７が、仮判定値を用いて干渉レプリカを生成し受信信号から減算する。最尤判定部２０８が、最尤判定を行い、送信信号の判定を行う。
【解決手段】アンテナ２０１−１〜２０１−Ｒで受信された受信波は、無線受信部２０２−１〜２０２−Ｒで周波数変換、アナログ−デジタル変換が行われ、受信信号として出力される。受信信号に対し、ＦＦＴ部２０３−１〜２０３−ＲはＮポイントのＦＦＴを行う。信号検出部２０４が周波数領域によるＭＩＭＯ信号分離検出を行い、ＩＦＦＴ部２０５−１〜２０５−ＴがＩＦＦＴを行う。信号系列抽出部２０６−１〜２０６−ＴがＮポイントの信号から中央部分のＭシンボルを抽出し、仮判定値を生成する。干渉除去部２０７が、仮判定値を用いて干渉レプリカを生成し受信信号から減算する。最尤判定部２０８が、最尤判定を行い、送信信号の判定を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯシングルキャリア方式を用いて通信を行う無線受信装置、無線受信方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信の分野では、特に広帯域伝送の場合、送信装置で送信された信号が、建物や山などで反射や回折されることにより複数の経路を通って受信装置で受信されるようなマルチパス環境となってしまう。マルチパス環境では、シングルキャリア伝送においては、符号間干渉（ＩＳＩ：Inter Symbol Interference）が生じてしまうため、等化が必要である。
【０００３】
シングルキャリア伝送における周波数領域等化（ＦＤＥ：Frequency Domain Equalizer）方式は、マルチパス環境下において良好な等化能力を有している。
【０００４】
しかしながら、ＦＤＥ方式はブロック間干渉（ＩＢＩ：Inter Block Interference）を防ぐためにサイクリックプレフィックス（ＣＰ：Cyclic Prefix）の挿入が必要である。ＣＰは冗長な信号であるため、ＣＰの挿入は伝送効率を低下させてしまう。
【０００５】
非特許文献１には、ＣＰを挿入せずにＩＢＩを抑圧するＦＤＥ技術が開示されている。図８は、非特許文献１における送信装置の構成を示すブロック図である。送信装置は変調部８０１、無線送信部８０２、アンテナ８０３で構成されている。情報ビットは変調部８０１でＰＳＫ（Phase Shift Keying：位相偏移変調）やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：直交振幅変調）などの変調シンボルにマッピングされ、無線送信部８０２で波形整形、デジタル−アナログ変換、周波数変換等が行われ、アンテナ８０３から送信される。
【０００６】
図９は、非特許文献１における受信装置の構成を示すブロック図である。受信装置は、アンテナ９０１、無線受信部９０２、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）部９０３、周波数領域等化部９０４、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆高速フーリエ変換）部９０５、信号系列抽出部９０６、復調部９０７で構成される。アンテナ９０１で受信した受信波は無線受信部９０２で周波数変換、アナログ−デジタル変換等が行われ、受信信号として出力される。ＦＦＴ部９０３では、ＮポイントのＦＦＴを行い、周波数領域等化部９０４では、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：最小平均２乗誤差）基準で周波数ポイント毎に等化を行い、ＮポイントのＩＦＦＴを行う。信号系列抽出部９０６はＮポイントのうち、中央部分のＭシンボル（ポイント）を抽出する。なおＭはＮ以下である。
【０００７】
ＩＢＩはＦＦＴブロック全体には広がらず、両端に影響を与え、両端から離れるほどその影響は小さくなるため、信号系列抽出部９０６で抽出した信号系列にはＩＢＩの影響は少なくなる。復調部９０７では抽出した信号系列を復調し、情報ビットを求める。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】武田，留場，安達，“ブロック間干渉を抑圧するＤＳ−ＣＤＭＡ周波数領域等化”電子情報通信学会技術報告 ＲＣＳ２００５−１７，２００５年５月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、非特許文献１に記載の技術では、ＩＢＩやＩＳＩの影響を少なくはできるが、十分に取り除くことはできず良好な受信性能が得られないという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、ＩＢＩやＩＳＩが生じる環境であっても、良好な受信性能が得られる無線受信装置、無線受信方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ＭＩＭＯシングルキャリア方式を用いて通信を行う無線受信装置であって、受信信号を周波数領域に変換するＦＦＴ部と、前記ＦＦＴ部の出力信号からＭＩＭＯ信号の分離検出を行う信号検出部と、前記信号検出部の出力信号を時間領域に変換するＩＦＦＴ部と、ＩＦＦＴ部の出力信号の中央部分を抽出し、仮判定値を生成する信号系列抽出部と、前記仮判定値を用いて、ブロック間干渉および符号間干渉のレプリカを生成し受信信号から減算する干渉除去部と、前記干渉除去部の出力に対して最尤判定を行う最尤判定部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、前記最尤判定部は、所定回数の判定処理が行われていない場合、求めた判定結果を仮判定値として干渉除去部に出力し、所定回数の判定処理が行われた場合、求めた判定結果を最尤判定値として出力し、
前記干渉除去部は、前記最尤判定部が出力した仮判定値を用いて干渉除去を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、前記信号検出部と前記干渉除去部の処理サイズが異なることを特徴とする。さらに、前記干渉除去部の処理サイズは前記信号検出部の処理サイズよりも小さいことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、ＭＩＭＯシングルキャリア方式を用いて通信を行う無線受信装置における無線受信方法であって、受信信号を周波数領域に変換するＦＦＴ過程と、前記ＦＦＴ過程の出力信号からＭＩＭＯ信号の分離検出を行う信号検出過程と、前記信号検出過程の出力信号を時間領域に変換するＩＦＦＴ過程と、ＩＦＦＴ過程の出力信号の中央部分を抽出し、仮判定値を生成する信号系列抽出過程と、前記仮判定値を用いて、ブロック間干渉および符号間干渉のレプリカを生成し受信信号から減算する干渉除去過程と、前記干渉除去過程の出力に対して最尤判定を行う最尤判定過程と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、コンピュータに、前記無線受信方法の各過程を実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＩＦＦＴ過程の出力信号の中央部分を抽出して仮判定値を生成し、前記仮判定値を用いてブロック間干渉および符号間干渉のレプリカを生成し受信信号から減算し、前記干渉除去過程の出力に対して最尤判定を行うので、ＩＢＩやＩＳＩを十分に除去できるため、良好な受信性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態の送信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態における受信装置の構成を示すブロック図である。
【図３】ＩＦＦＴ部の出力の中央部分抽出を示す説明図である。
【図４】ブロック両端へのダミーデータ生成の説明図である。
【図５】本実施形態の受信処理のフローチャートである。
【図６】本実施形態の効果確認を行うためのシミュレーション条件を示す図である。
【図７】図６の条件による結果を示すグラフである。
【図８】従来の送信装置の構成を示すブロック図である。
【図９】従来の受信装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１９】
以下の実施形態では、本発明をＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）方式に適用した例を説明するが、本発明はこれに限らない。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の送信装置の構成を示すブロック図である。
送信装置は、変調部１０１、Ｓ／Ｐ変換部１０２、無線送信部１０３−１〜１０３−Ｔ、アンテナ１０４−１〜１０４−Ｔで構成される。
【００２１】
情報ビットは変調部１０１でＰＳＫ（Phase Shift Keying：位相偏移変調）やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：直交振幅変調）などの変調シンボルにマッピングされ、Ｓ／Ｐ変換部１０２で直列並列変換されてＴ個の系列（ストリームとも呼ぶ）に分けられる。各系列は無線送信部１０３−１〜１０３−Ｔで波形整形、デジタル−アナログ変換、周波数変換等が行われ、アンテナ１０４−１〜１０４−Ｔから送信される。
【００２２】
図２は、本実施形態における受信装置の構成を示すブロック図である。
受信装置は、アンテナ２０１−１〜２０１−Ｒ、無線受信部２０２−１〜２０２−Ｒ、ＦＦＴ部２０３−１〜２０３−Ｒ、信号検出部２０４、ＩＦＦＴ部２０５−１〜２０５−Ｔ、信号系列抽出部２０６−１〜２０６−Ｔ、干渉除去部２０７、最尤判定（ＭＬＤ：Maximum Likelihood Ratio）部２０８で構成される。
【００２３】
アンテナ２０１−１〜２０１−Ｒで受信された受信波は、無線受信部２０２−１〜２０２−Ｒで周波数変換、アナログ−デジタル変換が行われ、受信信号として出力される。ＦＦＴ部２０３−１〜２０３−ＲではＮポイントのＦＦＴを行う。信号検出部２０４では、例えばＭＭＳＥ（最小平均２乗誤差：Minimum Mean Square Error）基準を用いてＭＩＭＯ信号の分離検出を行う。第ｊ周波数ポイントにおけるＲ次元受信信号ベクトルＹ（ｊ）は次式（１）のように表わせる。
【００２４】
【数１】
【００２５】
ここで、Ｈ（ｊ）は第ｊ周波数ポイントにおけるＲ行Ｔ列伝搬路行列、Ｓ（ｊ）は第ｊ周波数ポイントにおけるＴ次元送信信号ベクトル、Ｂ（ｊ）はサイクリックプレフィックス（ＣＰ：Cyclic Prefix）を挿入しないことによるＲ次元ブロック間干渉（ＩＢＩ：Inter Block Interference）ベクトル、Ｎ（ｊ）は第ｊ周波数ポイントにおけるＲ次元雑音ベクトルを表す。Ｂ（ｊ）をガウス分布であると近似すると、ＭＭＳＥ重みＷ（ｊ）は次式（２）のようになる。
【００２６】
【数２】
【００２７】
ただし、Ｐは全送信電力、σｎ２は雑音電力、ＩＲはＲ行Ｒ列の単位行列、上付きのＨは複素共役転置行列を表す。σＢ２は干渉電力であり次式（３）のように求めることができる。
【００２８】
【数３】
【００２９】
なお、Ｄはマルチパス数であり、ｈｄは第ｄパスの複素振幅である。信号検出部２０４は周波数ポイント毎にＷＨ（ｊ）Ｙ（ｊ）としてＭＩＭＯ信号分離検出を行う。
【００３０】
信号検出部２０４の出力は、ＩＦＦＴ部２０５−１〜２０５−ＴでＮポイントのＩＦＦＴが行われ、信号系列抽出部２０６−１〜２０６−Ｔでは、図３に示しているように、ＩＦＦＴ部の出力のうち、干渉を受けていない中央部分のＭシンボルを抽出して出力する。なお、ＭはＮ以下の自然数であり、Ｍ＝Ｎであってもよい。
【００３１】
干渉除去部２０７は、受信信号と信号系列抽出部２０６−１〜２０６−Ｔの出力信号を用いてブロック間干渉、符号間干渉（ＩＳＩ：Inter Symbol Interference)の除去を行う。時刻ｋにおける受信信号ベクトルｙ（ｋ）は次式（４）のように表わされる。
【００３２】
【数４】
【００３３】
ただし、ｘ（ｋ）は時刻ｋにおける送信信号ベクトル、ｎ（ｋ）は時刻ｋにおける雑音ベクトル、ｈｄは第ｄパスの伝搬路行列であり、次式（５）のように表わされる。
【００３４】
【数５】
【００３５】
時刻ｋにおける仮判定値をｘ＾（ｋ）とすると、干渉除去部２０７は受信信号からｘ＾（ｋ）から生成される干渉レプリカを次式（６）のように減算して出力する。
【００３６】
【数６】
【００３７】
上式は時刻ｋ以外の信号のレプリカを減算しているので、ブロック間干渉や符号間干渉を除去することができる。なお、仮判定値ｘ＾（ｋ）は、信号系列抽出部２０６−１〜２０６−Ｔや後述する最尤判定部２０８から得られる。また、仮判定値は硬判定値でも軟判定値でもよい。
【００３８】
干渉除去部２０７は、時刻ｋの送信信号を抽出して出力しているので、最尤判定部２０８は次式（７）（８）のように最尤判定を行う。
【００３９】
【数７】
【００４０】
なお、ｘ’は送信信号候補であり、変調方式のコンスタレーション数をＣとするとＣＴ通り存在する。送信アンテナ数が２でＱＰＳＫ変調の場合を例に説明すると、次式（９）のような１６通りの候補の中から最もそれらしいものを選択する。
【００４１】
【数８】
【００４２】
全てのｋにおける結果から、中央部分のデータを抜き出して処理は終了する。
【００４３】
なお、上述のＩＳＩキャンセラではＭごとに処理される場合がある。このとき式（６）において、ブロックの両端（ｋ＝Ｍ−Ｌ＋２，・・・，Ｍ−１，Ｍ）、（ｋ＝１，・・・，Ｌ−２）でｘ＾（ｋ）の値を得ることができない部分が存在する。この場合、図４のように、ブロックの両端のシンボルを、遅延波の数Ｄ−１だけ、それぞれ反対側の端部にコピーすることで、ダミーデータを生成すればよい。
【００４４】
図５は、本実施形態の受信処理のフローチャートである。受信信号に対し、ステップＳ５０１で、ＦＦＴ部２０３−１〜２０３−ＲはＮポイントのＦＦＴを行う。ステップＳ５０２では、信号検出部２０４が周波数領域によるＭＩＭＯ信号分離検出を行い、ステップＳ５０３でＩＦＦＴ部２０５−１〜２０５−ＴがＩＦＦＴを行い、ステップＳ５０４で信号系列抽出部２０６−１〜２０６−ＴがＮポイントの信号から中央部分のＭシンボルを抽出し、仮判定値を生成する。ステップＳ５０５では、干渉除去部２０７が、仮判定値を用いて干渉レプリカを生成し受信信号から減算する。ステップＳ５０６では、最尤判定部２０８が、最尤判定を行い、送信信号の判定を行う。ステップＳ５０７では、最尤判定部２０８が、所定の回数の判定処理を行ったかどうか判断し、所定回数の処理が行われたと判断した場合は最尤判定結果から情報ビットを求めて出力して処理を終了する。所定回数の処理が行われていない場合は、仮判定値を出力してステップＳ５０５の処理に移行する。ステップＳ５０５では、ステップＳ５０６で得られた仮判定値を用いて干渉除去を行い、ステップＳ５０６で最尤判定が行われる。
【００４５】
本発明によれば、ＩＦＦＴ過程の出力信号の中央部分を抽出して仮判定値を生成し、前記仮判定値を用いてブロック間干渉および符号間干渉のレプリカを生成し受信信号から減算し、前記干渉除去過程の出力に対して最尤判定を行ので、ＩＢＩやＩＳＩを十分に除去できるため、良好な受信性能を得ることができる。
特に、所定回数の判定処理が行われるまで、最尤判定部２０８の判定結果を仮判定値としてステップＳ５０５とＳ５０６の処理を繰り返すので、さらにＩＢＩやＩＳＩを十分に除去できるため、良好な受信性能を得ることができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、周波数領域等化と干渉除去及び最尤判定で同じサイズ（Ｎポイント）で処理をしていた。受信性能は、サイズＮを大きくすれば向上するが、ＦＦＴサイズも大きくなってしまうため演算量も大きくなってしまう。干渉除去は、干渉を直接除去するため、サイズを小さくすることができる。周波数領域等化でのサイズをＮ１、干渉除去及び最尤判定でのサイズをＮ２としたとき、Ｎ１＞Ｎ２とすれば、演算量を低減することができる。また、周波数領域等化から得られる仮判定値の精度が向上すれば、干渉除去性能も向上するので、周波数領域等化のサイズを大きくした場合、干渉除去及び最尤判定のサイズをより小さくすることもできる。
【００４７】
なお、上記第１、２の実施形態ではＣＰを挿入していない場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ＣＰを挿入しても、マルチパス遅延がＣＰを超える場合にはブロック間干渉が生じるので、本発明を適用することができる。
【００４８】
（実験例）
本実施形態の効果をシミュレーションにより確認した。図６はシミュレーション条件である。変調方式はＱＰＳＫ、送受信アンテナ数は共に４、ＦＦＴポイント数は２Ｎ＝１２８とした。なお、図中のＴｓは１シンボル期間を表している。
【００４９】
図７はシミュレーション結果である。横軸を１ビット当たりの信号電力と雑音密度の比（Ｅｂ／Ｎ０）、縦軸はビット誤り率（ＢＥＲ）である。
【００５０】
ひし形の破線で示すグラフｇ７０１はＣＰ＝１６でＦＦＴポイント数がＮの周波数領域等化のみの特性、白抜き三角の破線で示すｇ７０２はＣＰ＝１６でＦＦＴポイント数がＮの周波数領域等化とＩＳＩキャンセラ及びＭＬＤの繰り返しを行った特性、黒三角の実線で示すｇ７０３はＣＰなしでＦＦＴポイント数が２Ｎの周波数領域等化を行った特性、×の実線で示すｇ７０４はＣＰなしでＦＦＴポイント数が２Ｎの周波数領域等化とＩＳＩキャンセラ及びＭＬＤ（ＭＬＤからのフィードバックなし）の特性、白抜き丸の実線で示すｇ７０５はＣＰなしでＦＦＴポイント数が２Ｎの周波数領域等化とＩＳＩキャンセラ及びＭＬＤ（ＭＬＤからのフィードバック１回）の特性、白抜き四角の実線で示すｇ７０６はＣＰなしでＦＦＴポイント数が２Ｎの周波数領域等化とＩＳＩキャンセラ及びＭＬＤ（ＭＬＤからのフィードバック３回）の特性、白抜き三角の実線で示すｇ７０７はＣＰなしでＦＦＴポイント数が２Ｎの周波数領域等化とＩＳＩキャンセラ及びＭＬＤ（ＭＬＤからのフィードバック５回）の特性である。
【００５１】
なお、ｇ７０４〜ｇ７０７が提案方式である。また特性にはＣＰを挿入したことによる損失を含めている。
【００５２】
図７より、提案方式は従来方式と比べて良い結果が得られていることが分かる。さらに、ＭＬＤからのフィードバックを３回行えば、ＣＰありの場合よりも良い特性が得られている。
【００５３】
なお、本発明に関わる受信装置で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、ＣＰＵ等を制御するプログラム（コンピュータを機能させるプログラム）である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にＲＡＭに蓄積され、その後、各種ＲＯＭやＨＤＤに格納され、必要に応じてＣＰＵによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体（例えば、ＲＯＭ、不揮発性メモリカード等）、光記録媒体（例えば、ＤＶＤ、ＭＯ、ＭＤ、ＣＤ、ＢＤ等）、磁気記録媒体（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等）等のいずれであってもよい。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。
【００５４】
また市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。また、上述した実施形態における移動局装置および基地局装置の一部、または全部を典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現してもよい。受信装置の各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、または全部を集積してチップ化してもよい。各機能ブロックを集積回路化した場合に、それらを制御する集積回路制御部が付加される．
【００５５】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。
【００５６】
以上、この発明の実施形態を、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特許請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１０１ 変調部
１０２ 変換部
１０３ 無線送信部
１０４ アンテナ
２０１ アンテナ
２０２ 無線受信部
２０３ ＦＦＴ部
２０４ 信号検出部
２０５ ＩＦＦＴ部
２０６ 信号系列抽出部
２０７ 干渉除去部
２０８ 最尤判定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯシングルキャリア方式を用いて通信を行う無線受信装置、無線受信方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信の分野では、特に広帯域伝送の場合、送信装置で送信された信号が、建物や山などで反射や回折されることにより複数の経路を通って受信装置で受信されるようなマルチパス環境となってしまう。マルチパス環境では、シングルキャリア伝送においては、符号間干渉（ＩＳＩ：Inter Symbol Interference）が生じてしまうため、等化が必要である。
【０００３】
シングルキャリア伝送における周波数領域等化（ＦＤＥ：Frequency Domain Equalizer）方式は、マルチパス環境下において良好な等化能力を有している。
【０００４】
しかしながら、ＦＤＥ方式はブロック間干渉（ＩＢＩ：Inter Block Interference）を防ぐためにサイクリックプレフィックス（ＣＰ：Cyclic Prefix）の挿入が必要である。ＣＰは冗長な信号であるため、ＣＰの挿入は伝送効率を低下させてしまう。
【０００５】
非特許文献１には、ＣＰを挿入せずにＩＢＩを抑圧するＦＤＥ技術が開示されている。図８は、非特許文献１における送信装置の構成を示すブロック図である。送信装置は変調部８０１、無線送信部８０２、アンテナ８０３で構成されている。情報ビットは変調部８０１でＰＳＫ（Phase Shift Keying：位相偏移変調）やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：直交振幅変調）などの変調シンボルにマッピングされ、無線送信部８０２で波形整形、デジタル−アナログ変換、周波数変換等が行われ、アンテナ８０３から送信される。
【０００６】
図９は、非特許文献１における受信装置の構成を示すブロック図である。受信装置は、アンテナ９０１、無線受信部９０２、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）部９０３、周波数領域等化部９０４、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆高速フーリエ変換）部９０５、信号系列抽出部９０６、復調部９０７で構成される。アンテナ９０１で受信した受信波は無線受信部９０２で周波数変換、アナログ−デジタル変換等が行われ、受信信号として出力される。ＦＦＴ部９０３では、ＮポイントのＦＦＴを行い、周波数領域等化部９０４では、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：最小平均２乗誤差）基準で周波数ポイント毎に等化を行い、ＮポイントのＩＦＦＴを行う。信号系列抽出部９０６はＮポイントのうち、中央部分のＭシンボル（ポイント）を抽出する。なおＭはＮ以下である。
【０００７】
ＩＢＩはＦＦＴブロック全体には広がらず、両端に影響を与え、両端から離れるほどその影響は小さくなるため、信号系列抽出部９０６で抽出した信号系列にはＩＢＩの影響は少なくなる。復調部９０７では抽出した信号系列を復調し、情報ビットを求める。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】武田，留場，安達，“ブロック間干渉を抑圧するＤＳ−ＣＤＭＡ周波数領域等化”電子情報通信学会技術報告 ＲＣＳ２００５−１７，２００５年５月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、非特許文献１に記載の技術では、ＩＢＩやＩＳＩの影響を少なくはできるが、十分に取り除くことはできず良好な受信性能が得られないという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、ＩＢＩやＩＳＩが生じる環境であっても、良好な受信性能が得られる無線受信装置、無線受信方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ＭＩＭＯシングルキャリア方式を用いて通信を行う無線受信装置であって、受信信号を周波数領域に変換するＦＦＴ部と、前記ＦＦＴ部の出力信号からＭＩＭＯ信号の分離検出を行う信号検出部と、前記信号検出部の出力信号を時間領域に変換するＩＦＦＴ部と、ＩＦＦＴ部の出力信号の中央部分を抽出し、仮判定値を生成する信号系列抽出部と、前記仮判定値を用いて、ブロック間干渉および符号間干渉のレプリカを生成し受信信号から減算する干渉除去部と、前記干渉除去部の出力に対して最尤判定を行う最尤判定部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、前記最尤判定部は、所定回数の判定処理が行われていない場合、求めた判定結果を仮判定値として干渉除去部に出力し、所定回数の判定処理が行われた場合、求めた判定結果を最尤判定値として出力し、
前記干渉除去部は、前記最尤判定部が出力した仮判定値を用いて干渉除去を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、前記信号検出部と前記干渉除去部の処理サイズが異なることを特徴とする。さらに、前記干渉除去部の処理サイズは前記信号検出部の処理サイズよりも小さいことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、ＭＩＭＯシングルキャリア方式を用いて通信を行う無線受信装置における無線受信方法であって、受信信号を周波数領域に変換するＦＦＴ過程と、前記ＦＦＴ過程の出力信号からＭＩＭＯ信号の分離検出を行う信号検出過程と、前記信号検出過程の出力信号を時間領域に変換するＩＦＦＴ過程と、ＩＦＦＴ過程の出力信号の中央部分を抽出し、仮判定値を生成する信号系列抽出過程と、前記仮判定値を用いて、ブロック間干渉および符号間干渉のレプリカを生成し受信信号から減算する干渉除去過程と、前記干渉除去過程の出力に対して最尤判定を行う最尤判定過程と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、コンピュータに、前記無線受信方法の各過程を実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＩＦＦＴ過程の出力信号の中央部分を抽出して仮判定値を生成し、前記仮判定値を用いてブロック間干渉および符号間干渉のレプリカを生成し受信信号から減算し、前記干渉除去過程の出力に対して最尤判定を行うので、ＩＢＩやＩＳＩを十分に除去できるため、良好な受信性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態の送信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態における受信装置の構成を示すブロック図である。
【図３】ＩＦＦＴ部の出力の中央部分抽出を示す説明図である。
【図４】ブロック両端へのダミーデータ生成の説明図である。
【図５】本実施形態の受信処理のフローチャートである。
【図６】本実施形態の効果確認を行うためのシミュレーション条件を示す図である。
【図７】図６の条件による結果を示すグラフである。
【図８】従来の送信装置の構成を示すブロック図である。
【図９】従来の受信装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１９】
以下の実施形態では、本発明をＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）方式に適用した例を説明するが、本発明はこれに限らない。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の送信装置の構成を示すブロック図である。
送信装置は、変調部１０１、Ｓ／Ｐ変換部１０２、無線送信部１０３−１〜１０３−Ｔ、アンテナ１０４−１〜１０４−Ｔで構成される。
【００２１】
情報ビットは変調部１０１でＰＳＫ（Phase Shift Keying：位相偏移変調）やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：直交振幅変調）などの変調シンボルにマッピングされ、Ｓ／Ｐ変換部１０２で直列並列変換されてＴ個の系列（ストリームとも呼ぶ）に分けられる。各系列は無線送信部１０３−１〜１０３−Ｔで波形整形、デジタル−アナログ変換、周波数変換等が行われ、アンテナ１０４−１〜１０４−Ｔから送信される。
【００２２】
図２は、本実施形態における受信装置の構成を示すブロック図である。
受信装置は、アンテナ２０１−１〜２０１−Ｒ、無線受信部２０２−１〜２０２−Ｒ、ＦＦＴ部２０３−１〜２０３−Ｒ、信号検出部２０４、ＩＦＦＴ部２０５−１〜２０５−Ｔ、信号系列抽出部２０６−１〜２０６−Ｔ、干渉除去部２０７、最尤判定（ＭＬＤ：Maximum Likelihood Ratio）部２０８で構成される。
【００２３】
アンテナ２０１−１〜２０１−Ｒで受信された受信波は、無線受信部２０２−１〜２０２−Ｒで周波数変換、アナログ−デジタル変換が行われ、受信信号として出力される。ＦＦＴ部２０３−１〜２０３−ＲではＮポイントのＦＦＴを行う。信号検出部２０４では、例えばＭＭＳＥ（最小平均２乗誤差：Minimum Mean Square Error）基準を用いてＭＩＭＯ信号の分離検出を行う。第ｊ周波数ポイントにおけるＲ次元受信信号ベクトルＹ（ｊ）は次式（１）のように表わせる。
【００２４】
【数１】
【００２５】
ここで、Ｈ（ｊ）は第ｊ周波数ポイントにおけるＲ行Ｔ列伝搬路行列、Ｓ（ｊ）は第ｊ周波数ポイントにおけるＴ次元送信信号ベクトル、Ｂ（ｊ）はサイクリックプレフィックス（ＣＰ：Cyclic Prefix）を挿入しないことによるＲ次元ブロック間干渉（ＩＢＩ：Inter Block Interference）ベクトル、Ｎ（ｊ）は第ｊ周波数ポイントにおけるＲ次元雑音ベクトルを表す。Ｂ（ｊ）をガウス分布であると近似すると、ＭＭＳＥ重みＷ（ｊ）は次式（２）のようになる。
【００２６】
【数２】
【００２７】
ただし、Ｐは全送信電力、σｎ２は雑音電力、ＩＲはＲ行Ｒ列の単位行列、上付きのＨは複素共役転置行列を表す。σＢ２は干渉電力であり次式（３）のように求めることができる。
【００２８】
【数３】
【００２９】
なお、Ｄはマルチパス数であり、ｈｄは第ｄパスの複素振幅である。信号検出部２０４は周波数ポイント毎にＷＨ（ｊ）Ｙ（ｊ）としてＭＩＭＯ信号分離検出を行う。
【００３０】
信号検出部２０４の出力は、ＩＦＦＴ部２０５−１〜２０５−ＴでＮポイントのＩＦＦＴが行われ、信号系列抽出部２０６−１〜２０６−Ｔでは、図３に示しているように、ＩＦＦＴ部の出力のうち、干渉を受けていない中央部分のＭシンボルを抽出して出力する。なお、ＭはＮ以下の自然数であり、Ｍ＝Ｎであってもよい。
【００３１】
干渉除去部２０７は、受信信号と信号系列抽出部２０６−１〜２０６−Ｔの出力信号を用いてブロック間干渉、符号間干渉（ＩＳＩ：Inter Symbol Interference)の除去を行う。時刻ｋにおける受信信号ベクトルｙ（ｋ）は次式（４）のように表わされる。
【００３２】
【数４】
【００３３】
ただし、ｘ（ｋ）は時刻ｋにおける送信信号ベクトル、ｎ（ｋ）は時刻ｋにおける雑音ベクトル、ｈｄは第ｄパスの伝搬路行列であり、次式（５）のように表わされる。
【００３４】
【数５】
【００３５】
時刻ｋにおける仮判定値をｘ＾（ｋ）とすると、干渉除去部２０７は受信信号からｘ＾（ｋ）から生成される干渉レプリカを次式（６）のように減算して出力する。
【００３６】
【数６】
【００３７】
上式は時刻ｋ以外の信号のレプリカを減算しているので、ブロック間干渉や符号間干渉を除去することができる。なお、仮判定値ｘ＾（ｋ）は、信号系列抽出部２０６−１〜２０６−Ｔや後述する最尤判定部２０８から得られる。また、仮判定値は硬判定値でも軟判定値でもよい。
【００３８】
干渉除去部２０７は、時刻ｋの送信信号を抽出して出力しているので、最尤判定部２０８は次式（７）（８）のように最尤判定を行う。
【００３９】
【数７】
【００４０】
なお、ｘ’は送信信号候補であり、変調方式のコンスタレーション数をＣとするとＣＴ通り存在する。送信アンテナ数が２でＱＰＳＫ変調の場合を例に説明すると、次式（９）のような１６通りの候補の中から最もそれらしいものを選択する。
【００４１】
【数８】
【００４２】
全てのｋにおける結果から、中央部分のデータを抜き出して処理は終了する。
【００４３】
なお、上述のＩＳＩキャンセラではＭごとに処理される場合がある。このとき式（６）において、ブロックの両端（ｋ＝Ｍ−Ｌ＋２，・・・，Ｍ−１，Ｍ）、（ｋ＝１，・・・，Ｌ−２）でｘ＾（ｋ）の値を得ることができない部分が存在する。この場合、図４のように、ブロックの両端のシンボルを、遅延波の数Ｄ−１だけ、それぞれ反対側の端部にコピーすることで、ダミーデータを生成すればよい。
【００４４】
図５は、本実施形態の受信処理のフローチャートである。受信信号に対し、ステップＳ５０１で、ＦＦＴ部２０３−１〜２０３−ＲはＮポイントのＦＦＴを行う。ステップＳ５０２では、信号検出部２０４が周波数領域によるＭＩＭＯ信号分離検出を行い、ステップＳ５０３でＩＦＦＴ部２０５−１〜２０５−ＴがＩＦＦＴを行い、ステップＳ５０４で信号系列抽出部２０６−１〜２０６−ＴがＮポイントの信号から中央部分のＭシンボルを抽出し、仮判定値を生成する。ステップＳ５０５では、干渉除去部２０７が、仮判定値を用いて干渉レプリカを生成し受信信号から減算する。ステップＳ５０６では、最尤判定部２０８が、最尤判定を行い、送信信号の判定を行う。ステップＳ５０７では、最尤判定部２０８が、所定の回数の判定処理を行ったかどうか判断し、所定回数の処理が行われたと判断した場合は最尤判定結果から情報ビットを求めて出力して処理を終了する。所定回数の処理が行われていない場合は、仮判定値を出力してステップＳ５０５の処理に移行する。ステップＳ５０５では、ステップＳ５０６で得られた仮判定値を用いて干渉除去を行い、ステップＳ５０６で最尤判定が行われる。
【００４５】
本発明によれば、ＩＦＦＴ過程の出力信号の中央部分を抽出して仮判定値を生成し、前記仮判定値を用いてブロック間干渉および符号間干渉のレプリカを生成し受信信号から減算し、前記干渉除去過程の出力に対して最尤判定を行ので、ＩＢＩやＩＳＩを十分に除去できるため、良好な受信性能を得ることができる。
特に、所定回数の判定処理が行われるまで、最尤判定部２０８の判定結果を仮判定値としてステップＳ５０５とＳ５０６の処理を繰り返すので、さらにＩＢＩやＩＳＩを十分に除去できるため、良好な受信性能を得ることができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、周波数領域等化と干渉除去及び最尤判定で同じサイズ（Ｎポイント）で処理をしていた。受信性能は、サイズＮを大きくすれば向上するが、ＦＦＴサイズも大きくなってしまうため演算量も大きくなってしまう。干渉除去は、干渉を直接除去するため、サイズを小さくすることができる。周波数領域等化でのサイズをＮ１、干渉除去及び最尤判定でのサイズをＮ２としたとき、Ｎ１＞Ｎ２とすれば、演算量を低減することができる。また、周波数領域等化から得られる仮判定値の精度が向上すれば、干渉除去性能も向上するので、周波数領域等化のサイズを大きくした場合、干渉除去及び最尤判定のサイズをより小さくすることもできる。
【００４７】
なお、上記第１、２の実施形態ではＣＰを挿入していない場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ＣＰを挿入しても、マルチパス遅延がＣＰを超える場合にはブロック間干渉が生じるので、本発明を適用することができる。
【００４８】
（実験例）
本実施形態の効果をシミュレーションにより確認した。図６はシミュレーション条件である。変調方式はＱＰＳＫ、送受信アンテナ数は共に４、ＦＦＴポイント数は２Ｎ＝１２８とした。なお、図中のＴｓは１シンボル期間を表している。
【００４９】
図７はシミュレーション結果である。横軸を１ビット当たりの信号電力と雑音密度の比（Ｅｂ／Ｎ０）、縦軸はビット誤り率（ＢＥＲ）である。
【００５０】
ひし形の破線で示すグラフｇ７０１はＣＰ＝１６でＦＦＴポイント数がＮの周波数領域等化のみの特性、白抜き三角の破線で示すｇ７０２はＣＰ＝１６でＦＦＴポイント数がＮの周波数領域等化とＩＳＩキャンセラ及びＭＬＤの繰り返しを行った特性、黒三角の実線で示すｇ７０３はＣＰなしでＦＦＴポイント数が２Ｎの周波数領域等化を行った特性、×の実線で示すｇ７０４はＣＰなしでＦＦＴポイント数が２Ｎの周波数領域等化とＩＳＩキャンセラ及びＭＬＤ（ＭＬＤからのフィードバックなし）の特性、白抜き丸の実線で示すｇ７０５はＣＰなしでＦＦＴポイント数が２Ｎの周波数領域等化とＩＳＩキャンセラ及びＭＬＤ（ＭＬＤからのフィードバック１回）の特性、白抜き四角の実線で示すｇ７０６はＣＰなしでＦＦＴポイント数が２Ｎの周波数領域等化とＩＳＩキャンセラ及びＭＬＤ（ＭＬＤからのフィードバック３回）の特性、白抜き三角の実線で示すｇ７０７はＣＰなしでＦＦＴポイント数が２Ｎの周波数領域等化とＩＳＩキャンセラ及びＭＬＤ（ＭＬＤからのフィードバック５回）の特性である。
【００５１】
なお、ｇ７０４〜ｇ７０７が提案方式である。また特性にはＣＰを挿入したことによる損失を含めている。
【００５２】
図７より、提案方式は従来方式と比べて良い結果が得られていることが分かる。さらに、ＭＬＤからのフィードバックを３回行えば、ＣＰありの場合よりも良い特性が得られている。
【００５３】
なお、本発明に関わる受信装置で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、ＣＰＵ等を制御するプログラム（コンピュータを機能させるプログラム）である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にＲＡＭに蓄積され、その後、各種ＲＯＭやＨＤＤに格納され、必要に応じてＣＰＵによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体（例えば、ＲＯＭ、不揮発性メモリカード等）、光記録媒体（例えば、ＤＶＤ、ＭＯ、ＭＤ、ＣＤ、ＢＤ等）、磁気記録媒体（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等）等のいずれであってもよい。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。
【００５４】
また市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。また、上述した実施形態における移動局装置および基地局装置の一部、または全部を典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現してもよい。受信装置の各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、または全部を集積してチップ化してもよい。各機能ブロックを集積回路化した場合に、それらを制御する集積回路制御部が付加される．
【００５５】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。
【００５６】
以上、この発明の実施形態を、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特許請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１０１ 変調部
１０２ 変換部
１０３ 無線送信部
１０４ アンテナ
２０１ アンテナ
２０２ 無線受信部
２０３ ＦＦＴ部
２０４ 信号検出部
２０５ ＩＦＦＴ部
２０６ 信号系列抽出部
２０７ 干渉除去部
２０８ 最尤判定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＩＭＯシングルキャリア方式を用いて通信を行う無線受信装置であって、
受信信号を周波数領域に変換するＦＦＴ部と、
前記ＦＦＴ部の出力信号からＭＩＭＯ信号の分離検出を行う信号検出部と、
前記信号検出部の出力信号を時間領域に変換するＩＦＦＴ部と、
ＩＦＦＴ部の出力信号の中央部分を抽出し、仮判定値を生成する信号系列抽出部と、
前記仮判定値を用いて、ブロック間干渉および符号間干渉のレプリカを生成し受信信号から減算する干渉除去部と、
前記干渉除去部の出力に対して最尤判定を行う最尤判定部と、
を備えることを特徴とする無線受信装置。
【請求項２】
前記最尤判定部は、所定回数の判定処理が行われていない場合、求めた判定結果を仮判定値として干渉除去部に出力し、所定回数の判定処理が行われた場合、求めた判定結果を最尤判定値として出力し、
前記干渉除去部は、前記最尤判定部が出力した仮判定値を用いて干渉除去を行うことを特徴とする請求項１に記載の無線受信装置。
【請求項３】
前記信号検出部と前記干渉除去部の処理サイズが異なることを特徴とする請求項１に記載の無線受信装置。
【請求項４】
前記干渉除去部の処理サイズは前記信号検出部の処理サイズよりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の無線受信装置。
【請求項５】
ＭＩＭＯシングルキャリア方式を用いて通信を行う無線受信装置における無線受信方法であって、
受信信号を周波数領域に変換するＦＦＴ過程と、
前記ＦＦＴ過程の出力信号からＭＩＭＯ信号の分離検出を行う信号検出過程と、
前記信号検出過程の出力信号を時間領域に変換するＩＦＦＴ過程と、
ＩＦＦＴ過程の出力信号の中央部分を抽出し、仮判定値を生成する信号系列抽出過程と、
前記仮判定値を用いて、ブロック間干渉および符号間干渉のレプリカを生成し受信信号から減算する干渉除去過程と、
前記干渉除去過程の出力に対して最尤判定を行う最尤判定過程と、
を備えることを特徴とする無線受信方法。
【請求項６】
コンピュータに、請求項５に記載の無線受信方法の各過程を実行させるためのプログラム。
【請求項１】
ＭＩＭＯシングルキャリア方式を用いて通信を行う無線受信装置であって、
受信信号を周波数領域に変換するＦＦＴ部と、
前記ＦＦＴ部の出力信号からＭＩＭＯ信号の分離検出を行う信号検出部と、
前記信号検出部の出力信号を時間領域に変換するＩＦＦＴ部と、
ＩＦＦＴ部の出力信号の中央部分を抽出し、仮判定値を生成する信号系列抽出部と、
前記仮判定値を用いて、ブロック間干渉および符号間干渉のレプリカを生成し受信信号から減算する干渉除去部と、
前記干渉除去部の出力に対して最尤判定を行う最尤判定部と、
を備えることを特徴とする無線受信装置。
【請求項２】
前記最尤判定部は、所定回数の判定処理が行われていない場合、求めた判定結果を仮判定値として干渉除去部に出力し、所定回数の判定処理が行われた場合、求めた判定結果を最尤判定値として出力し、
前記干渉除去部は、前記最尤判定部が出力した仮判定値を用いて干渉除去を行うことを特徴とする請求項１に記載の無線受信装置。
【請求項３】
前記信号検出部と前記干渉除去部の処理サイズが異なることを特徴とする請求項１に記載の無線受信装置。
【請求項４】
前記干渉除去部の処理サイズは前記信号検出部の処理サイズよりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の無線受信装置。
【請求項５】
ＭＩＭＯシングルキャリア方式を用いて通信を行う無線受信装置における無線受信方法であって、
受信信号を周波数領域に変換するＦＦＴ過程と、
前記ＦＦＴ過程の出力信号からＭＩＭＯ信号の分離検出を行う信号検出過程と、
前記信号検出過程の出力信号を時間領域に変換するＩＦＦＴ過程と、
ＩＦＦＴ過程の出力信号の中央部分を抽出し、仮判定値を生成する信号系列抽出過程と、
前記仮判定値を用いて、ブロック間干渉および符号間干渉のレプリカを生成し受信信号から減算する干渉除去過程と、
前記干渉除去過程の出力に対して最尤判定を行う最尤判定過程と、
を備えることを特徴とする無線受信方法。
【請求項６】
コンピュータに、請求項５に記載の無線受信方法の各過程を実行させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１６５０９５（Ｐ２０１２−１６５０９５Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２５２４（Ｐ２０１１−２２５２４）
【出願日】平成２３年２月４日（２０１１．２．４）
【出願人】（３０４０２１２７７）国立大学法人 名古屋工業大学 (784)
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月４日（２０１１．２．４）
【出願人】（３０４０２１２７７）国立大学法人 名古屋工業大学 (784)
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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