JP5304598B2

JP5304598B2 - 無線通信装置

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Publication number: JP5304598B2
Application number: JP2009253972A
Authority: JP
Inventors: 英史持田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2029-11-05
Also published as: JP2011101167A

Description

本発明は、無線通信装置に関するものである。

アダプティブアレーに関するアルゴリズムとして、最小二乗誤差法（ＭＭＳＥ）が知られている。ＭＭＳＥアルゴリズムは、所望のアレー応答である参照信号と実際のアレー出力信号との差を最小にすることによって最適なウェイト（ＭＭＳＥウェイト）を決定するシステムである（非特許文献１参照）。

ここで、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）やＬＴＥ（Long-Term Evolution）などの通信規格では、周波数分割多元接続（Frequency Division Multiple Access）方式によって、複数のユーザ（端末）が基地局に対して多元接続可能となっている。

周波数分割多元接続方式における信号（以下、「ＦＤＭＡ信号」という）は、周波数方向に並んだ複数のサブキャリアによって構成されている。したがって、ＭＭＳＥウェイトを計算するには、複数のアンテナそれぞれで受信した信号（時間領域受信信号）を、離散フーリエ変換（ＦＦＴ；高速フーリエ変換）して周波数領域の受信信号に変換する必要がある。ＭＭＳＥウェイトの計算には、この周波数領域の受信信号が用いられる。

菊間信良著、「アレーアンテナによる信号処理」、初版、株式会社科学技術出版、１９９８年、ｐ．３５

基地局と端末との間のクロックずれ、端末の移動、通信環境の変化により、理想的な送信タイミングは時々刻々と変化する。そのような変化に対応するため、端末は基地局からタイミングずれ情報を取得し、信号タイミングのずれを調整する。

しかし、上記のようなタイミング調整だけでは、ＭＭＳＥ合成の性能劣化を招くという問題がある。
例えば、ＬＴＥにおけるランダムアクセスを用いたタイミング調整の分解能（粒度）は約１［μｓ］であり、これは、ＦＦＴのサンプル数に換算すると３０サンプル（約１［μｓ］＝３０［samples］）となる。また、通信コネクション確立後の閉ループによるタイミング調整の分解能は１６［samples］である。
このように、ＬＴＥでは、最高でも１６サンプルの分解能しか得られない。この結果、受信側では、受信信号のＦＦＴタイミングずれであるタイミングオフセットが発生する。

ＭＭＳＥ合成方式では、このようなタイミングずれが発生すると、正しいウェイト計算が行えず、ウェイトの算出精度が低下する。

そこで、本発明は、上記のようなタイミングずれが発生することによって、ＭＭＳＥ合成におけるウェイト算出精度低下を防ぐことを目的とする。

（１）本発明は、受信信号に対して離散フーリエ変換を行って得られた周波数領域受信信号に基づいて、ＭＭＳＥ合成を行うＭＭＳＥ合成処理部を備えた無線通信装置であって、受信信号の離散フーリエ変換タイミングのずれによって前記周波数領域受信信号に生じた位相回転量を推定する位相回転量推定部と、前記位相回転量推定部によって推定された前記位相回転量に相当する回転量の逆回転を前記周波数領域受信信号にかける逆回転部と、を備え、前記ＭＭＳＥ合成処理部は、前記逆回転部によって逆回転がかけられた前記周波数領域受信信号に基づいて、ＭＭＳＥウェイトを計算して、ＭＭＳＥ合成を行うことを特徴とする無線通信装置である。

上記本発明によれば、受信信号の離散フーリエ変換タイミングのずれが発生しても、当該タイミングのずれによる周波数領域受信信号の位相回転に相当する回転量の逆回転が周波数領域受信信号にかけられた上でＭＭＳＥウェイトが計算されるため、ウェイト算出精度の低下を防止できる。

（２）前記位相回転量推定部は、一旦行われたＭＭＳＥ合成後の周波数領域受信信号に基づいて、前記位相回転量を推定するよう構成され、前記逆回転部は、一旦行われたＭＭＳＥ合成後の周波数領域受信信号に基づいて推定された前記位相回転量に相当する回転量の逆回転を、ＭＭＳＥ合成前の周波数領域受信信号にかけるよう構成され、前記ＭＭＳＥ合成処理部は、一旦行われたＭＭＳＥ合成後の周波数領域受信信号に基づいて推定された前記位相回転量に相当する回転量の逆回転がかけられた周波数領域受信信号に基づいて、ＭＭＳＥウェイトを計算して、ＭＭＳＥ合成を行うことができる。

ＭＭＳＥ合成後の周波数領域受信信号のほうが、合成前の周波数領域信号よりも信頼性が高まっていると期待されるため、ＭＭＳＥ合成後の周波数領域受信信号を用いて位相回転量を推定することで、位相回転量をより精度良く推定することができる。

（３）前記位相回転量推定部、前記逆回転部、及び前記ＭＭＳＥ合成処理部による一連の処理を繰り返し実行するよう構成されているのが好ましい。これらの一連の処理を繰り返すことで、位相回転量の推定誤差を小さくすることが可能である。

（４）一旦行われたＭＭＳＥ合成後の周波数領域受信信号に含まれるデータ信号を復調した復調信号に基づいて、前記データ信号についての送信信号レプリカを生成するレプリカ生成部を更に備え、前記位相回転量推定部は、パイロット信号及び前記パイロット信号についての周波数領域受信信号に基づいて、位相回転量を推定するよう構成され、更に前記位相回転量推定部は、前記送信信号レプリカを前記パイロット信号とみなすことで、データ信号についての周波数領域受信信号をも用いて、前記位相回転量を推定するよう構成され、前記逆回転部は、前記データ信号についての周波数領域受信信号をも用いて推定された前記位相回転量に相当する回転量の逆回転を、ＭＭＳＥ合成前の周波数領域受信信号にかけるよう構成され、前記ＭＭＳＥ合成処理部は、前記データ信号についての周波数領域受信信号をも用いて推定された前記位相回転量に相当する回転量の逆回転がかけられた周波数領域受信信号に基づいて、ＭＭＳＥウェイトを計算して、ＭＭＳＥ合成を行うことができる。

受信信号を復調することで生成された送信信号レプリカを用いることで、パイロット信号が増加したのと同様な効果が得られるため、位相回転量の推定精度を向上させることができる。

（５）前記レプリカ生成部は、前記復調信号に対して誤り訂正を行った後の信号に基づいて、前記データ信号についての送信信号レプリカを生成するよう構成されているのが好ましい。誤り訂正を行うことで、送信信号レプリカの推定精度が向上する。

（６）前記位相回転量推定部は、誤りが訂正できなかった又は誤りが検出されたデータ信号についての送信信号レプリカを、位相回転量の推定に用いられる送信信号レプリカから除外して、位相回転量の推定を行うのが好ましい。この場合、レプリカの信頼性が向上する。

（７）前記レプリカ生成部、前記位相回転推定部、前記逆回転部、及び前記ＭＭＳＥ合成処理部による一連の処理を繰り返し実行するよう構成されているのが好ましい。これらの処理を繰り返すことで、位相回転量の推定誤差を小さくすることが可能である。

本発明によれば、離散フーリエ変換タイミングのずれによって生じた位相回転量の推定値に相当する回転量の逆回転がかけられるため、ＭＭＳＥ合成におけるウェイト算出精度低下を防ぐことができる。

無線通信システムの全体図である。ＬＴＥ上り回線のフレーム構成図である。時間（シンボル）軸−周波数（サブキャリア）軸の２次元配置におけるリソースブロックを示す図である。基地局装置のブロック図である。第１実施形態に係るマルチアンテナ信号処理部のブロック図である。タイミングオフセット補償付きＭＭＳＥ合成処理のフローチャートである。比較例に係るマルチアンテナ信号処理部のブロック図である。タイミングオフセットの説明図である。タイミングオフセットによる位相回転及びその逆回転を示す図である。位相回転係数の求め方を示す図である。干渉波による影響を受けた場合の位相回転及びその逆回転を示す図である。第２実施形態に係るマルチアンテナ信号処理部のブロック図である。繰り返し型オフセット推定付きＭＭＳＥ合成処理のフローチャートである。繰り返し処理を行った場合の位相回転量を示すグラフである。第３実施形態に係る基地局装置のブロック図である。判定帰還型オフセット推定付きＭＭＳＥ合成処理のフローチャートである。リソースブロックにおける誤り訂正の単位を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、通信方式としてＬＴＥを例として説明するが、これに限られるものではない。

［１．第１実施形態］
図１は、ＬＴＥ方式における無線通信システム（例えば、携帯電話用通信システム）を示している。図１に示すように、この通信システムでは、セル構成が採用されており、各セルにそれぞれ基地局装置ＢＳ１，ＢＳ２が設置されている。
各基地局装置ＢＳ１，ＢＳ２は、セル内の移動局（ユーザ端末）ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３との間で通信を行う。また、各基地局装置ＢＳ１は、自セル内の複数の移動局ＭＳ１，ＭＳ２との間での通信を同時に行うことができる。

この通信システムでは、下り回線は直交周波数多重分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）が採用され、上り回線は単一キャリア周波数分割多元接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）が採用されている。

図２は、ＬＴＥの上り回線のフレーム構成を示している。このフレームは、周波数多重分割により複数の移動局によって共用され、基地局装置への多元接続が可能となっている。また、周波数多重に加えて、空間多重も行っても良い。なお、各移動局は、基地局装置によるランダムアクセスによってフレーム同期がとれている。

図２に示すようにＬＴＥ上り回線の１フレーム（ｆｒａｍｅ）は、１０個のサブフレーム（ｓｕｂｆｒａｍｅ）を時間軸方向に並べて構成されており、時間長は１０［ｍｓ］である。
また、１サブフレームは、２個のスロット（ｓｌｏｔ）を時間軸方向に並べて構成されており、時間長は１［ｍｓ］である。１スロットは、７個（又は６個）のシンボル（ＳＣ−ＦＤＭＡシンボル）を時間軸方向に並べて構成されており、時間長は０．５［ｍｓ］である。

各ＳＣ−ＦＤＭＡシンボルの先頭には、各シンボルの最後の部分のコピーがＣＰ（ＣｙｃｌｉｃＰｒｅｆｉｘ）として付加されている。なお、ＳＣ−ＦＤＭＡシンボルは、それぞれが変調データシンボル（ＱＰＳＫ変調データシンボルやＱＡＭ変調データシンボルなど）であるＮ個（Ｎは、２以上の整数）のサブシンボルから構成されている。

ＬＴＥの上りのデータチャネルにおいては、１スロットのうちの４シンボル目（シンボル番号３）が、既知信号である参照信号（ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＳｉｇｎａｌ）とされている。以下では、参照信号を「パイロット信号」ともいう。
１スロット内における他のシンボルはデータ信号（ＤａｔａＳｉｇｎａｌ）とされている。図３にも示すように、１スロットのうちの４シンボル目（シンボル番号３）においては、全サブキャリア（サブキャリア番号１〜１２）が参照信号となっている。

また、ＬＴＥでは、リソースブロック（ＲｅｓｏｕｒｃｅＢｌｏｃｋ）と呼ばれるユーザ割り当ての最小単位が設定されており、１リソースブロックは、７又は６シンボル×１２サブキャリアである。ＬＴＥでは、時間軸方向（シンボル方向）にみた場合、同一のユーザには同一のサブキャリア（周波数帯域）が割り当てられる。すなわち、時間軸方向に連続して並んだ複数のリソースブロックが同一ユーザに割り当てられる。
なお、１つのリソースブロックは、１スロットに対応する。

なお、リソースブロックのユーザへの割り当ては、基地局装置ＢＳ１，ＢＳ２が決定し、決定されたユーザ割り当て情報（ユーザ情報；ＭＡＰ情報）は、下り回線のフレームにて各移動局ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３へ通知される。各移動局ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３は、基地局装置によって割り当てられた１又は複数のリソースブロックを用いて、上り回線の通信を行う。

図４は、本実施形態に係る基地局装置ＢＳ１，ＢＳ２の構成を示している。基地局装置ＢＳ１，ＢＳ２は、アダプティブアレー処理（ＭＭＳＥ合成処理）のため、複数（図４では、２本）のアンテナ１ａ，１ｂを備えている。
各アンテナ１ａ，１ｂにて受信された信号（時間領域信号）は、それぞれ、ＦＦＴ部（高速フーリエ変換部；離散フーリエ変換部）２ａ，２ｂによって周波数領域受信信号ｘ₁，ｘ₂に変換される。

なお、図示は省略したが、アンテナ１ａ，１ｂにて受信された信号は、増幅、周波数変換、Ａ／Ｄ変換、ＣＰ除去、直並列変換などの各種処理が施された上で、ＦＦＴ部２ａ，２ｂに与えられる。

なお、各ＦＦＴ部２ａ，２ｂは、それぞれ、基地局装置の通信全周波数帯域（上り通信全周波数帯域）についての周波数領域受信信号を出力する。つまり、各ＦＦＴ部２ａ，２ｂから出力された周波数領域信号は、それぞれ、複数ユーザのＳＣ−ＦＤＭＡ受信信号が分離されておらず、複数ユーザ分の信号を含んだままの状態にある。

各ＦＦＴ部２ａ，２ｂから出力された複数の周波数領域のＳＣ−ＦＤＭＡ受信信号は、複数ユーザ分の信号を含んだまま、それぞれ、単一のマルチアンテナ信号処理部（ＭＭＳＥ合成処理部）３に与えられる。

マルチアンテナ信号処理部６は、複数（Ｎ個）のアンテナ１ａ，１ｂにて受信した複数の周波数領域受信信号ｘ１，・・・，ｘ_Nに対して、ＭＭＳＥアレー合成処理を行い、処理結果として単一の信号ｙを出力する。

マルチアンテナ信号処理部（ＭＭＳＥ合成処理部）６によるアレー合成処理により、干渉局となる他のセルにおける移動局ＭＳ３からの干渉波を除去して、受信品質を向上させることができる。なお、ＭＭＳＥ合成方式では、受信側で既知の信号（参照信号）を利用してＭＭＳＥウェイトを計算する。

ＭＭＳＥ合成により得られた出力信号ｙは、ユーザ分離＆ＩＤＦＴ部４により、ユーザ毎に信号に分離され、ユーザ毎の信号はそれぞれ逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）される。なお、信号の分離は、ユーザ毎の周波数割り当て（リソースブロック割り当て）を示すユーザ情報に基づいて、行われる。

図５は、本実施形態に係るマルチアンテナ信号処理部３を示し、図６は、マルチアンテナ信号処理部２によるＭＭＳＥ合成処理（タイミングオフセット補償付きＭＭＳＥ合成処理）の処理手順を示している。
マルチアンテナ信号処理部３は、ＭＭＳＥウェイト計算及びＭＭＳＥ合成を行うＭＭＳＥ合成処理部３１の他、位相回転量推定部３２及び逆回転部３３ａ，３３ｂを備えている。

ＭＭＳＥ合成処理部３１は、ＭＭＳＥ方式に基づき、ウェイトを計算するウェイト計算部３１ａを有している。ＭＭＳＥ方式は、既知の信号であるパイロット信号及びパイロット信号についての受信信号に基づいて、ウェイトを計算する。つまり、ＭＭＳＥ方式では、ウェイト計算の際において、パイロット信号についての受信信号が必要となる。
ウェイト計算に用いられるＭＭＳＥ方式としては、特に限定されるものではなく、例えば、ＬＭＳ，ＲＬＳ，ＳＭＩ，ＮＬＭＳ，カルマンフィルタ，アフィン射影法などを採用することができるが、直接解法であるＳＭＩを用いるのが好ましい。

また、ＭＭＳＥ合成処理部３１では、ユーザ割り当て最小単位であるリソースブロック毎に、ウェイトを計算し、アレー合成を行う。つまり、ウェイト計算の対象となるリソースブロック内のパイロット信号だけを用いて、ＳＭＩアルゴリズムなどでウェイトを計算し、そのウェイトを、ウェイト計算の対象となったリソースブロック内の信号（データ信号）の合成に用いる。

ユーザ割り当て最小単位であるリソースブロック毎にウェイトを決定してアレー合成することで、同一ユーザから送信された参照信号だけを用いてウェイトを計算でき、異なるユーザから送信された参照信号によってウェイトが不適切に計算されることを防止できる。また、複数の干渉端末から干渉波を受けても、干渉除去が可能となる。

前記位相回転量推定部３２は、各アンテナ１ａ，１ｂで受信した受信信号を、ＦＦＴ部２ａ，２ｂにおけるＦＦＴタイミング（離散フーリエ変換タイミング）のずれ（以下、「タイミングオフセットという」）によって、ＦＦＴ（離散フーリエ変換）の際に周波数領域受信信号ｘ₁，ｘ₂それぞれに生じた位相回転量Δθを推定する（図６のステップＳ１）。

前記逆回転部３３ａ，３３ｂは、周波数領域受信信号ｘ₁，ｘ₂それぞれに対し、前記位相回転量推定部３２にて推定した位相回転量Δθ・ｆ（ｆ＝０〜１１）に相当する回転量の逆回転をかけて、タイミングオフセットによって生じた位相回転をキャンセルする（図６のステップＳ２）。このような逆回転をかけることで、タイミングオフセット補償が行える。

前記ＭＭＳＥ合成処理部３１の入力は、逆回転がかけられた周波数領域受信信号ｘ₁，ｘ₂が与えられる。したがって、ＭＭＳＥ合成処理部３１では、逆回転がかけられた周波数領域受信信号ｘ₁，ｘ₂に基づいて、ウェイト算出が行われ、アレー合成が行われる（図６のステップＳ３）。

以下、図７〜図９に基づき、上記のようなＭＭＳＥ合成処理を行うことの意義についてさらに詳しく説明する。
図７は、図５における位相回転量推定部３２及び逆回転部３３ａ，３３ｂを省略したマルチアンテナ信号処理部３（比較例）を示している。図７では、ＦＦＴ部２ａ，２ｂによって周波数領域の信号に変換された受信信号が、そのままＭＭＳＥ合成処理部３１に入力されることになる。

ここで、ＦＦＴを行う場合、ＦＦＴタイミングがずれることがある。図８（ａ）に示すように、理想的には、ＣＰの直後から、所定時間長さのＦＦＴ窓（ＦＦＴｗｉｎｄｏｗ）が開始すべきである。しかし、ＦＦＴ窓の開始位置が、ＣＰの直後になるとは限らず、図８（ｂ）に示すように、受信信号がΔτほど遅延した場合、ＦＦＴのタイミングずれが生じる。すなわち、図８（ｂ）ではΔτ分のタイミングオフセットが生じている。

通常、送信側と受信側との間での信号タイミングは、一致するように送信側及び受信側の間でタイミングズレの検出を行ってタイミング調整が行われる。しかし、かかるタイミング調整は、ＭＭＳＥ合成処理のために行われるものではなく、ＦＦＴのタイミングずれを生じさせないほどの精度ではない。このため、受信側では、上記のようなタイミングオフセットΔτが発生してしまう。

このようなタイミングオフセットΔτが生じた状態でＦＦＴを行うと、ＦＦＴによって得られた周波数領域信号は位相回転を生じる。
例えば、ＬＴＥのようにパイロット信号（参照信号）がサブキャリア（周波数）方向に１２個並んでいる場合において、隣接するサブキャリア同士の間隔をΔｆ［Ｈｚ］とすると、サブキャリア毎の位相回転量は、ｅ^{j2πΔf・Δτ}≡ｅ^jΔθとなり、１２個のパイロット信号（サブキャリア）それぞれの位相回転量Δθは、図９（ｂ）のように表される。なお、図９（ｂ）に示す１〜１２までの番号は、図９（ａ）において、１２個のパイロット信号に付された番号１〜１２に対応する。

図９（ｂ）のようにパイロット信号についての受信信号が位相回転を受けている場合、位相回転した受信信号が入力されるウェイト計算部３１ａでは、位相回転した受信信号を用いてＭＭＳＥウェイト計算がなされることになる。この場合、値が既知であるパイロット信号とそのパイロット信号についての受信信号との間の位相差を正しく検出できないため、正しいウェイト計算が行えない。

そこで、本実施形態では、正しいウェイト計算を行うために、タイミングオフセットによって生じた位相回転量Δθを位相回転量推定部３２によって推定し、逆回転部３３ａ，３３ｂによって逆回転をかけて、図９（ｃ）のように位相回転を元に戻す。図９（ｃ）のように位相回転を元に戻せば、値が既知であるパイロット信号とそのパイロット信号についての受信信号との間の位相差に基づいて、正しくウェイト計算が行える。

位相回転量推定部３２が採用可能な位相回転量（タイミングオフセット量）の推定法としては、相互相関法、ＥＳＰＲＩＴ法、ＡＲスペクトル法、フーリエ法、ＭＵＳＩＣ法、ＩＦＦＴを行うことにより時間領域で検出する方法などがある。

本実施形態の位相回転量推定部３２は、前記相互相関法を改良した多重相互相関法を用いる。以下、多重相互相関法の詳細について説明する。

まず、図９（ａ）における番号１と２、番号２と３、番号３と４、・・・、番号１１と１２の間のそれぞれの位相差が求めたい位相回転量Δθである。多重相互相関法の基礎となる相互相関法に基づくと、番号１と２、番号２と３、番号３と４、・・・、番号１１と１２の間の相互相関値（平均値）を計算し、その偏角を求めれば、求めたい位相回転量Δθが得られる。

相互相関法において前記相互相関値を求める式は、下記の通りである。

上記式において、ｈ_iは、各サブキャリア（パイロット信号）でのチャネル推定値を示しており、値が既知であるパイロット信号ｓ_i及びパイロット信号ｓ_iについての受信信号ｘ_iに基づき、下記式により算出される。

上記各式において、ｉは、図９（ａ）に示すサブキャリア番号１〜１２に対応する。また、Ｎは、ユーザ割り当て最小単位内のパイロット信号の数を示しており、図９（ａ）に示すリソースブロックの場合、Ｎ＝１２である。

なお、本実施形態では、ウェイトは、ユーザ割り当て最小単位であるリソースブロック単位で算出されることに対応して、相互相関値もユーザ割り当て最小単位であるリソースブロック単位で算出される。つまり、相互相関値を算出する際には、算出対象リソースブロック以外のリソースブロックのパイロット信号は用いられず、算出対象リソースブロック内のパイロット信号だけが用いられる。これにより、相互相関値を求める際に、同一ユーザとの間のチャネル推定値だけが用いられることになり、適切に相互相関値を求めることができる。

本実施形態では、相互相関値をユーザ割り当て最小単位であるリソースブロック単位で算出することから、相互相関値を算出するのに利用できるパイロット信号の数（１２個）が少ない。したがって、相互相関値の算出精度を高くするのが困難である。これに対し、相互相関法を改良した多重相互相関法では、算出精度を向上させることができる。

相互相関法では、図９（ａ）における番号１と２、番号２と３、番号３と４、・・・、番号１１と１２の間の相互相関から、隣接するパイロット信号間の位相だけを求めていたのに対し、多重相互相関法では、
図９（ａ）における番号１と２、番号２と３、番号３と４、・・・、番号１１と１２のようにパイロット間距離＝１の場合だけでなく、
番号１と３、番号２と４、番号３と５、・・・、番号１０と１２
番号１と４，番号２と５，番号３と６，・・・、番号９と１２
のようにパイロット間距離＝２，３やそれ以上の場合の相互相関値も求め、複数のパイロット間距離から位相を求めることで、算出精度を向上させる。

つまり、多重相互相関法において、相互相関値を求める式は次の通りである。

上記式において、Ｌは、２〜Ｎ（＝１２）までの任意の整数をとることができる。Ｌを大きくすると、演算負荷が大きくなるが、相互相関値の精度を向上させることができる。したがって、Ｌの値は、シミュレーションを行って最適値を決定するのが好ましい。

上記式に基づくと、ｒ₀〜ｒ_L-1までのＬ個の相互相関値を求めることができる。
上記式を更に詳しく説明すると次の通りである。
まず、チャネル推定値ｈ_iに関し、自分自身との相互相関（パイロット間距離＝０の場合）、パイロット間距離＝１の場合の相互相関（パイロット信号の番号１と２の場合など）、パイロット間距離＝２の場合の相互相関（パイロット信号の番号１と３の場合など）は、次のとおりである。

また、パイロット間距離＝１以上の場合の相互相関は、次のように表すことができる。

上記各式は、次のような一つの関数に書き換えることができる。

上記関数中のｅ^jΔθは、図１０の関数グラフにおける傾きに相当する。この傾き、ｅ^jΔθは、［数３］に示す式に基づいて算出された、相互相関ｒ０，ｒ１，・・・，ｒ_L-1を用いて、最小二乗法（線形回帰）により一意に決定することができる。

したがって、

とおくと、位相回転係数ｅ^jΔθ＝α、下記式のように求められることになる。

そして、上記位相回転係数から、位相回転量Δθは次のように求められる。なお、ａｒｇは、角度を求めるためのａｒｇ関数である。

このように多重相互相関法では、複数のパイロット間距離での相互相関を求めて、位相回転角を算出するため、パイロット信号の数が少なくても比較的精度良く算出することができる。したがって、本実施形態のように、ユーザ割り当て最小単位内のパイロット信号だけを用いる場合に有利である。

［２．第２実施形態・第３実施形態］
［２．１位相回転量の推定精度について］
本実施形態のように、リソースブロック単位で位相回転量を推定する場合、パイロット信号は、１２点×アンテナ数しかないため、信号品質が悪い（ＣＩＮＲが低い）場合、位相回転量の推定精度が低下するおそれがある。

図１１（ａ）における番号１〜１２のパイロット信号が、タイミングオフセットΔτによる位相回転をうけるとともに、干渉波の影響が大きく受けると、図１１（ｂ）のように、各パイロット信号の位相や大きさがばらつく。このため、適切に逆回転をかけたときの状態が図１１（ｃ）のような状態であるとしたときに、適切な逆回転をかけるための正しい位相回転量の推定が困難となる。パイロット信号の数が非常に多ければ、この問題は低減できるが、本実施形態のように、パイロット信号が少ない場合には、看過できない問題となる。

以下、第２実施形態及び第３実施形態として、上記問題に対処するための技術的手段を説明する。

［２．２第２実施形態：繰り返し型オフセット推定］
図１２〜図１４は、第２実施形態に係る基地局装置におけるマルチアンテナ信号処理部３を示している。なお、第２実施形態に関し、説明を省略した点については、第１実施形態における説明を援用する。

図１２に示すマルチアンテナ信号処理部３では、位相回転量推定部３２による位相回転量の推定は、ＭＭＳＥ合成後の出力信号ｙを用いて行われる。ＭＭＳＥ合成の効果により、合成後の出力信号ｙは、合成前の信号ｘ１，ｘ２よりも、より適切な信号となっていることが期待されるため、一旦行われたＭＭＳＥ合成後の出力信号ｙに基づいて位相回転量Δθを推定することで、推定精度を高めることができる。

第２実施形態の逆回転部３３ａ，３３ｂは、位相回転量推定部３２により推定された位相回転量Δθに相当する回転量の逆回転を、合成前の信号（周波数領域受信信号）ｘ₁，ｘ₂にかける。そして、ＭＭＳＥ合成部３１では、逆回転がかけられた信号ｘ₁，ｘ₂に対して、ＭＭＳＥ合成処理（ＭＭＳＥウェイト計算とＭＭＳＥ合成）を再度行う。

図１３は、第２実施形態における処理手順を示している。それぞれの周波数領域信号ｘ₁，ｘ₂に対して、最初の逆回転がかけられる（ステップＳ１１）。最初の逆回転における位相逆回転量は、適当な初期値であればよい。また、第１実施形態のように、合成前の周波数領域受信信号ｘ₁，ｘ₂から推定された位相回転量に相当する回転量であってもよい（この場合、合成前の周波数領域受信信号ｘ₁，ｘ₂から位相回転量を推定する位相回転量推定部も設ける）。

そして、所定量の逆回転がなされた周波数領域信号ｘ₁，ｘ₂に基づいて、ＭＭＳＥウェイト計算及びＭＭＳＥウェイト合成がなされる（ステップＳ１２）。

ここで、繰り返し回数が設定された回数に達していれば、処理を終了し（ステップＳ１３）、達していなければ、位相回転量推定部３２によって位相回転量の推定を行う（ステップＳ１４）。
位相回転量の推定は、ＭＭＳＥ合成の出力信号ｙ₁に基づいて行われる。
そして、推定した位相回転量に相当する回転量の逆回転が、再度行われる（ステップＳ１１）。図１３に示すように、これらの一連の処理は、設定された繰り返し回数に達するまで（又は、位相回転量の推定値が収束するまで）行われる。

上記の繰り返しを行うことで、図１４に示すように、繰り返しの初期段階では、位相回転量の推定誤差が大きいとしても、処理を繰り返すことで、推定誤差を小さくすることができる。したがって、パイロット信号の数が少なくても、位相回転量の推定精度を向上させることができる。

［２．３．第３実施形態：判定帰還型オフセット推定］
図１５〜図１７は、第３実施形態に係る基地局装置を示している。なお、第３実施形態に関し、説明を省略した点については、第１実施形態における説明を援用する。

第３実施形態では、第１実施形態とほぼ同様のマルチアンテナ信号処理部３を備えている。ただし、第１実施形態の位相回転量推定部３２は、リソースブロック内の各周波数領域受信信号のうち、パイロット信号が存在するパイロット点だけを用いて位相回転量を推定していたのに対し、第３実施形態の位相回転量推定部３２は、パイロット点だけでなく、データ信号が存在するデータ点をも、パイロット点の如く利用して位相回転量を推定する。これにより、実質的にパイロット点が増加したのと同様な効果が得られるため、本来のパイロット点が少なくても、位相回転量の推定精度を向上させることができる。

具体的には、ＭＭＳＥ合成によって得られた出力信号ｙ（データ信号）を、ＩＤＦＴ４によって逆離散フーリエ変換して時間領域信号とし、その時間領域信号を復調部５にて復調（ＱＡＭ復調）して、さらに、変調部８にて変調（ＱＡＭ変調）する。

受信側で復調された信号は、伝送路における誤りがなければ、送信側で生成された信号と同一となるはずである。したがって、復調して再変調された信号は、送信側（端末）において送信された信号と同一となるはずであり、送信信号のレプリカとして利用できる。第３実施形態では、これを利用して、再変調された変調信号を、ＤＦＴ部９にて離散フーリエ変換し、周波数領域の信号に変換する。

レプリカ生成部１０は、ＤＦＴ部９から出力された周波数領域信号（データ信号）のうち、位相回転量を推定する対象となっているリソースブロックを構成する周波数領域信号（データ信号）を、送信側で送信された対象リソースブロックのレプリカ（送信信号レプリカ）とする。なお、復調や再変調の対象となるのはデータ信号だけでパイロット信号は対象とならないため、対象リソースブロックのレプリカには、データ信号だけが含まれ、パイロット信号は含まれない。

位相回転量推定部３２では、このリソースブロックレプリカに含まれる各周波数領域信号（データ信号）を、既知信号であるパイロット信号とみなす。そして、リソースブロックレプリカ及びパイロット信号と、実際に受信したリソースブロックと、を用いて位相回転量を推定する。

また、図１５に示すように、復調部５にて復調した復調信号に対して、更に誤り訂正復号部６にて誤り訂正を行った後の信号を用いてもよい。この場合、誤り訂正復号６の後に、誤り訂正符号部７にて再度符号化を行ったのち、変調部８による変調、ＤＦＴ部による離散フーリエ変換が行われる。誤り訂正も行うことで、レプリカの推定精度が向上し、位相回転量推定精度も向上させることができる。

図１６は、第３実施形態におけるＭＭＳＥ合成の処理手順を示している。まず、位相回転量の推定を行う（ステップＳ２１）。位相回転量の推定は複数回繰り返されることになるが、１回目の位相回転量推定では、第１実施形態と同様に、位相回転量推定対象となっているリソースブロック内のパイロット点のみが使用される。したがって、１回目の位相回転量推定では、相互相関を求めるために用いられるチャネル推定値は、第１実施形態と同様に、下記式のとおり算出される。

続いて、１回目の推定で得られた位相回転量に相当する回転量の逆回転が、周波数領域受信信号に対してかけられる（ステップＳ２２）。そして、逆回転がかけられば周波数領域受信信号に基づいて、ＭＭＳＥウェイト計算及びアレー合成が行われる（ステップＳ２３）。そして、復調及び必要であれば誤り訂正が行われる（ステップＳ２４）。

上記処理の繰り返しが設定された最大値に達していれば終了するが（ステップＳ２５）、最大値に達していない場合、再変調（必要であれば先に再符号化）を行い（ステップＳ２６）、リソースブロックのレプリカを生成する（ステップＳ２７）。

２回目以降の位相回転量推定では、リソースブロック内のパイロット点ｉ及びデータ点ｊの双方を使用して、相互相関を求めるために用いられるチャネル推定値が算出される。式で表すと次の通りである。

上記式で示すとおり、データ点については、リソースブロックレプリカに含まれるデータ信号についての周波数領域信号と、当該データ信号についての実際の受信信号と、に基づいてチャネル推定が行われる。つまり、リソースブロックレプリカ内の各データ信号をパイロット信号とみなしているのである。

したがって、全パイロット点及び全データ点を使用した場合、１２×７（又は６）個のパイロット点がある場合と同様の推定精度を得ることができる。
また、第３実施形態では、パイロット点が増加しているため、第２実施形態と比較すると、処理の繰り返しの初期段階でも、比較的高精度に位相回転量を推定することができる。すなわち、２回目の位相回転量推定とその推定値による逆回転だけでも、比較的良好なＭＭＳＥ合成が行える。なお、３回目以降の位相回転量推定を行っても良いのは当然である。

また、誤り訂正を行って得られた信号に基づいてレプリカを生成する場合、誤り訂正できなかったビットに対応するデータ点は、レプリカとして使用しないのが好ましい。
例えば、一つのリソースブロックにおいて、誤り訂正が行われる単位が、図１７に示すＢ１〜Ｂ４の４つのブロックに分かれていたとする。そして、４つのブロックＢ１〜Ｂ４のうち、ブロックＢ１，Ｂ３，Ｂ４は誤り訂正ができたが、ブロックＢ２は誤りが検出されているものの誤りが訂正できなかったものとする。

この場合、位相回転量推定部３２では、ブロックＢ２内のデータ点を除外して位相回転量を推定する。ブロックＢ２内のデータ点についての受信信号には誤りが含まれているため、レプリカの推定精度も低く、位相回転量の推定に用いると推定精度を低下させるが、誤りのあるブロックＢ２を除外することで、推定精度の低下を防止できる。
また、誤り訂正ではなく、誤り検出だけを行った場合、誤りが検出されたブロックＢ２については、同様に、除外することができる。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

ＢＳ１，ＢＳ２基地局装置（無線通信装置）
ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３移動局（ユーザ端末）
１ａ，１ｂアンテナ
２ａ，２ｂＦＦＴ部
３マルチアンテナ信号処理部
４ユーザ分離＆ＩＤＦＴ部（ＩＤＦＴ部）
５復調部
６誤り訂正復号部
７誤り訂正符号部
８変調部
９ＤＦＴ部
１０レプリカ生成部
３１ＭＭＳＥ合成処理部
３１ａウェイト計算部
３２位相回転量推定部
３３ａ，３３ｂ逆回転部

Claims

受信信号に対して離散フーリエ変換を行って得られた周波数領域受信信号に基づいて、ＭＭＳＥ合成を行うＭＭＳＥ合成処理部を備えた無線通信装置であって、
受信信号の離散フーリエ変換タイミングのずれによって前記周波数領域受信信号に生じた位相回転量を推定する位相回転量推定部と、
前記位相回転量推定部によって推定された前記位相回転量に相当する回転量の逆回転を前記周波数領域受信信号にかける逆回転部と、
を備え、
前記ＭＭＳＥ合成処理部は、前記逆回転部によって逆回転がかけられた前記周波数領域受信信号に基づいて、ＭＭＳＥウェイトを計算して、ＭＭＳＥ合成を行うよう構成され、
前記位相回転量推定部は、一旦行われたＭＭＳＥ合成後の周波数領域受信信号に基づいて、前記位相回転量を推定するよう構成され、
前記逆回転部は、一旦行われたＭＭＳＥ合成後の周波数領域受信信号に基づいて推定された前記位相回転量に相当する回転量の逆回転を、ＭＭＳＥ合成前の周波数領域受信信号にかけるよう構成され、
前記ＭＭＳＥ合成処理部は、一旦行われたＭＭＳＥ合成後の周波数領域受信信号に基づいて推定された前記位相回転量に相当する回転量の逆回転がかけられた周波数領域受信信号に基づいて、ＭＭＳＥウェイトを計算して、ＭＭＳＥ合成を行うよう構成され、
前記位相回転量推定部、前記逆回転部、及び前記ＭＭＳＥ合成処理部による一連の処理を繰り返し実行するよう構成されている
無線通信装置。
受信信号に対して離散フーリエ変換を行って得られた周波数領域受信信号に基づいて、ＭＭＳＥ合成を行うＭＭＳＥ合成処理部を備えた無線通信装置であって、
受信信号の離散フーリエ変換タイミングのずれによって前記周波数領域受信信号に生じた位相回転量を推定する位相回転量推定部と、
前記位相回転量推定部によって推定された前記位相回転量に相当する回転量の逆回転を前記周波数領域受信信号にかける逆回転部と、
を備え、
前記ＭＭＳＥ合成処理部は、前記逆回転部によって逆回転がかけられた前記周波数領域受信信号に基づいて、ＭＭＳＥウェイトを計算して、ＭＭＳＥ合成を行うものであり、
一旦行われたＭＭＳＥ合成後の周波数領域受信信号に含まれるデータ信号を復調した復調信号に基づいて、前記データ信号についての送信信号レプリカを生成するレプリカ生成部を更に備え、
前記位相回転量推定部は、パイロット信号及び前記パイロット信号についての周波数領域受信信号に基づいて、位相回転量を推定するよう構成され、
更に前記位相回転量推定部は、前記送信信号レプリカを前記パイロット信号とみなすことで、データ信号についての周波数領域受信信号をも用いて、前記位相回転量を推定するよう構成され、
前記逆回転部は、前記データ信号についての周波数領域受信信号をも用いて推定された前記位相回転量に相当する回転量の逆回転を、ＭＭＳＥ合成前の周波数領域受信信号にかけるよう構成され、
前記ＭＭＳＥ合成処理部は、前記データ信号についての周波数領域受信信号をも用いて推定された前記位相回転量に相当する回転量の逆回転がかけられた周波数領域受信信号に基づいて、ＭＭＳＥウェイトを計算して、ＭＭＳＥ合成を行うよう構成され、
前記レプリカ生成部、前記位相回転量推定部、前記逆回転部、及び前記ＭＭＳＥ合成処理部による一連の処理を繰り返し実行するよう構成されている
無線通信装置。
前記レプリカ生成部は、前記復調信号に対して誤り訂正を行った後の信号に基づいて、前記データ信号についての送信信号レプリカを生成するよう構成されている
請求項２記載の無線通信装置。
前記位相回転量推定部は、誤りが訂正できなかった又は誤りが検出されたデータ信号についての送信信号レプリカを、位相回転量の推定に用いられる送信信号レプリカから除外して、位相回転量の推定を行う
請求項３記載の無線通信装置。