JP2010136453A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モバイルＷｉＭＡＸなどの通信方式において、適切なウェイトを導出する。
【解決手段】ＯＦＤＭＡ方式によって無線通信を行う無線通信装置であって、ＳＭＩウェイトを導出するＳＭＩウェイト導出部１４と、ＳＭＩウェイトを受信信号ベクトルに積算するウェイト積算部１５と、を備えている。前記ＳＭＩウェイト導出部１４は、ＯＦＤＭＡ方式におけるユーザ割り当て領域、好ましくはユーザ割り当て領域の最小単位領域、に含まれる複数の受信サブキャリア信号ベクトルをサンプル値として、当該ユーザ割り当て領域（最小単位領域）毎のＳＭＩウェイトを導出する。
【選択図】図５

Description

本発明は、無線通信装置に関するものである。

近年、次世代無線通信規格の一つであるＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access,IEEE802.16）が注目を浴びている。ＷｉＭＡＸは、無線ＬＡＮ（Local Area Network）の通信速度と移動性を拡張した規格である（非特許文献１参照）。

ＷｉＭＡＸでは、ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access；直交周波数分割多元接続）方式が採用されている。
ＯＦＤＭＡ方式は、データを複数のサブキャリア（周波数）に分散して乗せて周波数で多重化するＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing；直交周波数分割多重）方式を、複数ユーザ割り当てに拡張したものである。

また、ＷｉＭＡＸの通信システムは、セル構成となっており、各セルには一台の基地局（ＢＳ：Base Station）がビルの屋上などに設置されている。移動局（ＭＳ：Mobile Station）は通信を希望する基地局との間で通信を行う。

このＷｉＭＡＸの上り回線においては、基地局は移動局からの信号を受信するが、他セルの基地局と通信する移動局からの信号が、干渉波（通信を希望しない移動局からの波）となることが想定される。このような干渉波の存在により、基地局における受信信号の品質が劣化する。このため、受信信号の品質を向上するためには、干渉波を除去する必要がある。

干渉波を除去する手法の一つにアダプティブアレーがある。アダプティブアレーでは、複数のアンテナ素子で信号を受信し、各アンテナ素子で受信した信号の振幅と位相を制御して合成することにより、所望の信号を出力する。
その結果、アンテナの指向性は、一般に希望波（通信を希望する移動局（無線通信装置）からの波）方向に強いビームを形成し、干渉波方向に弱い（又はヌルの）ビームを形成する。
デジタル制御においては、振幅と位相の制御は、複素数の掛け算により行うことができる。この複素数は重み（ウェイト）とよばれる。

ウェイトの計算方式として、ＺＦ（Zero Forcing）方式、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）方式などがある。両方式ともに、受信側で既知の信号を利用してウェイトを計算する。

ＺＦ方式は、雑音を無視して合成出力信号＝送信信号とした場合に求められるウェイトを適用する方式である。ＺＦ方式は、雑音や干渉波が少ない環境では良い特性を示すが、受信信号の干渉波成分が大きくなるにつれて受信品質は、大幅に低下する。

一方、ＭＭＳＥ方式は、合成出力信号の誤差電力が最小となるようなウェイトを適用する方式である。ＭＭＳＥ方式は干渉波除去能力を有するため、受信信号の干渉波成分が大きい場合でも受信品質を改善することが可能である。
ＭＭＳＥ方式の計算方法として、最急降下法に基づくＬＭＳ（Least Mean Square）、ＲＬＳ（Recursive Least Square）、サンプル値を用いた直接解法であるＳＭＩ（Sample Matrix Inversion）などがある（非特許文献２参照）。
なお、ＯＦＤＭ方式においてＬＭＳアルゴリズムによってウェイトを導出するものとしては、特許文献１がある。

特開２００３−１７４４２７号公報

ＩＥＥＥ８０２．１６標準、"Ｐａｒｔ１６：ＡＩＲ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ ＦＯＲ ＢＲＯＡＤＢＡＮＤ ＷＩＲＥＬＥＳＳ ＡＣＣＥＳＳ ＳＹＳＴＥＭＳ"、２００７、米国 菊間信良著、「アレーアンテナによる適応信号処理」、初版、株式会社科学技術出版、１９９８年、ｐ．３５−６６

一般に、適切なウェイトを導出するには、受信信号中に、送信時の振幅や位相が受信側で既知である信号が複数含まれている必要がある。受信側では、受信した複数の既知信号から、ＭＭＳＥ方式などによって、適切なウェイトを導出することができる。

ここで、従来のウェイト導出方法では、受信信号に含まれる複数の既知信号は、同一の送信機から送信されたものであることを、当然の前提としている。
適切なウェイトは、受信機と送信機との間の伝送路環境によって異なるため、全く別の送信機から送信された既知信号が受信信号に含まれていると、適切なウェイトを導出し得ないからである。

ところが、前述のＯＦＤＭＡ方式が採用されているＷｉＭＡＸでは、複数のユーザに割り当てが行われるため、受信信号中に、異なる送信機から送信された既知信号（パイロットサブキャリア）が混在する。
すなわち、ＯＦＤＭＡ方式は、その基本形であるＯＦＤＭ方式と同様に、周波数軸方向に複数のサブキャリアを有しているが、ＯＦＤＭＡ方式が採用されているＷｉＭＡＸでは、周波数（サブキャリア）と時間（シンボル）とによって、一つのフレームを複数ユーザに割り当てることが行われる。
そして、ＯＦＤＭＡ方式が採用されているＷｉＭＡＸでは、周波数軸方向と時間軸方向とでみた２次元サブキャリア配置中に、既知信号であるパイロットサブキャリアが分散配置されている。これらのパイロットサブキャリアは、異なるユーザによって送信されることになる。

この結果、ＯＦＤＭＡ方式が採用されているＷｉＭＡＸにおいては、複数の異なるユーザが送信したパイロットサブキャリア（既知信号）を用いてウェイト導出を行うことになり、適切なウェイト導出が困難であり、適切なウェイトを導出するために、どのようにすればよいのか、具体的な知見が存在しなかった。

そこで、本発明は、モバイルＷｉＭＡＸなどの通信方式において、適切なウェイトを導出することを目的とする。

本発明は、無線リソースを複数ユーザで共用可能とするために、ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位領域が周波数軸方向及び時間軸方向に並んで配置された通信方式によって無線通信を行う無線通信装置であって、前記最小単位領域に含まれる複数のサブキャリアの受信信号から、当該最小単位領域用のウェイトを導出するウェイト導出部を備えていることを特徴とする無線通信装置である。

本発明によれば、ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位領域内でウェイトを導出するため、適切にウェイトを導出できる。
すなわち、ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位でウェイトを導出すると、当該最小単位内では、同一ユーザであることが保証されるから、ユーザ割り当て情報を取得しなくても、複数ユーザにまたがってウェイトを導出することを防止できる。

他の観点からみた発明は、ＯＦＤＭＡ方式によって無線通信を行う無線通信装置であって、複数の受信信号ベクトルをサンプル値として、相関行列及び相関ベクトルを算出し、算出された相関行列及び相関ベクトルからＳＭＩウェイトを導出するＳＭＩウェイト導出部と、前記ＳＭＩウェイト導出部によって導出されたＳＭＩウェイトを受信信号ベクトルに積算するウェイト積算部と、を備え、前記ＳＭＩウェイト導出部は、ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位領域に含まれる複数のサブキャリアそれぞれの受信信号ベクトルを前記サンプル値として、当該最小単位領域用のＳＭＩウェイトを導出するよう構成されている無線通信装置である。このように、ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位でウェイトを導出すると、当該最小単位内では、同一ユーザであることが保証されるから、ユーザ割り当て情報を取得しなくても、複数ユーザにまたがってウェイトを導出することを防止できる。
なお、導出されるウェイトは、当該領域内で共通のウェイトでも、当該領域内の個々のサブキャリア毎に異なるウェイトであってもよい。

また、ＯＦＤＭＡのサブキャリア配置を、周波数軸方向と時間軸方向の２次元配置でみたときに、前記最小単位領域は、それぞれ、周波数方向及び時間軸方向に隣接する他の最小単位領域に割り当てられたユーザとは別のユーザに割り当てられる通信方式による通信を行うよう構成されているのが好ましい。
このような場合、隣接する最小単位同士は、別のユーザに割り当てられているため、最小単位より大きい範囲でウェイトを導出すると、複数ユーザにまたがってウェイトを導出してしまうが、最小単位内でウェイトを導出するため、これを防止できる。
なお、前記最小単位領域は、ＷｉＭＡＸの上りＰＵＳＣにおけるタイルであるのが好ましい。

前記サンプル値から算出された相関行列に、対角成分が正の数であるスカラー行列を加算するスカラー行列加算部を備え、前記スカラー行列が加算された相関行列を用いてＳＭＩウェイトを導出するよう構成されているのが好ましい。相関行列を用いてＳＭＩウェイトを導出する際には、相関行列の逆行列演算が必要となるが、相関行列に正のスカラー行列を加算しておくことで、相関行列式の値をある値以上にでき、演算処理時のオーバーフローを回避することができ、演算が安定化する。

前記受信信号ベクトルの前記サンプル値は、前記ユーザ割り当て領域（ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位領域）に含まれるパイロットサブキャリアの受信信号ベクトルを含むのが好ましい。
また、前記ＳＭＩウェイト導出部は、ユーザ割り当て領域（ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位領域）に含まれるパイロットサブキャリアから、当該ユーザ割り当て領域（ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位領域）に含まれるデータサブキャリアの伝送路推定値を算出する伝送路推定部を備え、前記伝送路推定部によって算出された前記伝送路推定値から、データサブキャリアの受信信号ベクトルを生成して、データサブキャリアの受信信号ベクトルを含むサンプル値からＳＭＩウェイトを導出するよう構成されているのが好ましい。この場合、データサブキャリアの受信信号ベクトルも利用できるため、サンプル値の数を増やすのが容易になる。

前記ＳＭＩウェイト導出部は、ユーザ割り当て領域（ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位領域）に含まれるパイロットサブキャリアの受信信号ベクトル、及び、ユーザ割り当て領域（ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位領域）内に含まれるデータサブキャリアの伝送路推定値から生成されたデータサブキャリアの受信信号ベクトルを、前記サンプル値としてＳＭＩウェイトを導出するよう構成されているのが好ましい。パイロット及びデータ双方のサブキャリアの受信信号ベクトルを利用することで、サンプル値の数が多くなる。

前記ＳＭＩウェイト導出部は、前記ユーザ割り当て領域（ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位領域）に含まれるデータサブキャリアごとにＳＭＩウェイトを導出するよう構成されているのが好ましい。この場合、データサブキャリアごとのＳＭＩウェイトが得られる。

前記ＳＭＩウェイト導出部は、前記ユーザ割り当て領域（ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位領域）を、互いに一部が重なる複数の小領域の集合とみなして、前記小領域に含まれるパイロットサブキャリアの受信信号ベクトル又はデータサブキャリアの受信信号ベクトルをサンプル値として、相関行列を前記小領域ごとに算出する相関行列計算部を備え、前記相関行列計算部が算出した前記小領域ごとの相関行列のうち、ＳＭＩウェイトを導出したいデータサブキャリアが属する１又は複数の小領域に対応する前記相関行列を用いて、ＳＭＩウェイトを導出するよう構成されているのが好ましい。
この場合、データサブキャリアごとにウェイト導出に用いられる小領域が異なり、適切なウェイトを導出することが可能となる。
また、前記ＳＭＩウェイト導出部は、前記ユーザ割り当て領域（ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位領域）を、互いに一部が重なる複数の小領域の集合とみなして、前記小領域に含まれるパイロットサブキャリアの受信信号ベクトル又はデータサブキャリアの受信信号ベクトルをサンプル値として、相関ベクトルを前記小領域ごとに算出する相関ベクトル計算部を備え、前記相関ベクトル計算部が算出した前記小領域ごとの相関ベクトルのうち、ＳＭＩウェイトを導出したいデータサブキャリアが属する１又は複数の小領域に対応する前記相関ベクトルを用いて、ＳＭＩウェイトを導出するよう構成されているのが好ましい。
この場合も、データサブキャリアごとにウェイト導出に用いられる小領域が異なり、適切なウェイトを導出することが可能となる。

本発明によれば、適切にウェイトを導出できる。

ＷｉＭＡＸの通信システムを示す図である。 ＷｉＭＡＸの上りＰＵＳＣのサブキャリア２次元配置を示す図である。 タイル構造を示す図である。 同一周波数で時間軸上に並ぶパイロット信号を示す図である。 第１実施形態に係る受信部のブロック図である。 第２実施形態に係る受信部のブロック図である。 第３実施形態に係る受信部のブロック図である。 第４実施形態に係る受信部のブロック図である。 タイルにおける小領域を示す図である。 対応テーブルを示す図である。 第６実施形態に係る受信部のブロック図である。 シミュレーション結果を示す図である。 シミュレーション結果を示す図である。 シミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、通信方式としてＷｉＭＡＸを例として説明するが、これに限られるものではない。

図１は、ＷｉＭＡＸにおける通信システムを示している。図１に示すように複数の基地局ＢＳ１，ＢＳ２が設置され、基地局（基地局無線通信装置）ＢＳ１，ＢＳ２は、セルごとに一台ずつ設けられている。各基地局ＢＳ１，ＢＳ２は、セル内の移動局（ユーザ無線通信装置）ＭＳ１，ＭＳ２との間で通信を行う。なお、各基地局ＢＳ１，ＢＳ２は、セル内の複数の移動局との間での通信を同時に行うことができる。

このＷｉＭＡＸ上り回線においては、基地局ＢＳ１は、移動局ＭＳ１からの信号を受信するが、他セルの基地局ＢＳ２と通信する移動局ＭＳ２からの信号が干渉波となる。この干渉波を除去するため、基地局ＢＳ１ではウェイトを導出する処理を行う（詳細は後述）。

また、ＷｉＭＡＸでは、周波数多重方式の一種であるＯＦＤＭＡ方式が採用されている。ＯＦＤＭＡ方式は、ＯＦＤＭ方式に、各サブキャリアのサブセットで構成する論理サブチャネルの概念を導入し、ユーザデータへの無線リソース割当の柔軟性を拡張した方式である。なお、ＯＦＤＭは、周波数軸上で直交するように多数配置された搬送波（サブキャリア）にＱＡＭ変調等の変調をかけ、デジタル情報の伝送を行う通信方式である。

ＯＦＤＭＡのサブキャリアには、データサブキャリア（Ｄａｔａ Ｓｕｂ−Ｃａｒｒｉｅｒ）、パイロットサブキャリア（Ｐｉｌｏｔ Ｓｕｂ−Ｃａｒｒｉｅｒ）、ヌルサブキャリア（Ｎｕｌｌ Ｓｕｂ−Ｃａｒｒｉｅｒ）の３種類がある。
データサブキャリア（データ信号）は、データや制御用メッセージを送信するためのサブキャリアである。パイロットサブキャリアは、受信側及び送信側で既知の信号（パイロット信号）である。

なお、ヌルサブキャリアは、実際には何も送信されないサブキャリアであり、低周波数域側のガードサブバンド（ガードサブキャリア）、高周波数域側のガードサブバンド（ガードサブキャリア）、及びＤＣサブキャリア（中心周波数サブキャリア）によって構成されている。以下では、ヌルサブキャリアは考慮しないものとして説明を行う。

図２は、ＯＦＤＭＡが採用されているＷｉＭＡＸの上りＰＵＳＣ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｕｓａｇｅ ｏｆ ＳｕｂＣｈａｎｎｅｌｓ）について、データサブキャリア及びパイロットサブキャリアの２次元配置を示している。図２において、横軸は時間（シンボル）軸であり、縦軸は周波数（サブチャネル）軸である。

図２に示す上りＰＵＳＣでは、シンボル方向（時間軸方向）に３個×周波数軸方向に４個の計１２個のサブキャリアが、サブセット化され、タイルＴ１，Ｔ２，Ｔ３構造を構成している。タイルＴ１，Ｔ２，Ｔ３は、それぞれ、ユーザ割り当ての際の最小単位となる領域である。
各タイルＴ１，Ｔ２，Ｔ３の四隅には、パイロットサブキャリア（図２中の黒丸）が配置され、タイルＴ１，Ｔ２，Ｔ３内の他のサブキャリアはデータサブキャリア（図２中の白丸）とされている。
図２に示すように、上記タイルＴ１，Ｔ２，Ｔ３が時間軸方向及び周波数軸方向に規則的に並んでいる。

なお、以下では、便宜上、図３に示すように、一つのタイル内の四個のパイロットサブキャリアをそれぞれ「Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ」で示し、タイル内の８個のデータサブキャリアをそれぞれ「１，２，３，４，５，６，７，８」で示すものとする。

前述のようにＯＦＤＭＡが採用されているＷｉＭＡＸでは、一つの通信フレーム（上りサブフレーム）を、複数のユーザに割り当てて、無線リソースを複数ユーザで共用することが可能である。

ＯＦＤＭＡが採用されているＷｉＭＡＸ（の上り回線）のユーザ割当は、前記タイル単位（ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位）で行われる。複数のタイル（ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位）が組み合わされた領域がデータ領域（バースト領域）として個々のユーザに割り当てられる。

一のユーザに割り当てられる領域（バースト領域）を構成する複数のタイルの組み合わせ方としては、様々な形態が想定できるが、ここでは、図２に示すように、タイル（最小単位領域）は、それぞれ、周波数方向及び時間軸方向に隣接する他のタイル（最小単位領域）に割り当てられたユーザとは、別のユーザに割り当てられるものとする。

つまり、図２では、時間軸方向に隣り合うタイルは別のユーザのタイルである（例えば、タイルＴ１−１は第１ユーザ、タイルＴ２−１は第２ユーザ）。また、周波数方向に隣り合うタイルも別のタイルである（例えば、タイルＴ−１は第１ユーザ、タイルＴ２−２は第２ユーザ）。このようなユーザ割り当てが行われる場合、従来のウェイト導出方法をそのまま適用すると、適切なウェイトが得られない。

すなわち、従来、地上デジタル放送などで採用されているＯＦＤＭ方式（当然、ユーザ割り当ては行われない）でウェイトを導出するには、図４に示すように、ある周波数ｆ（サブキャリア）において時間軸方向に並ぶ複数のパイロットサブキャリアＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，・・・を用いていた。ここで、同一周波数のパイロットサブキャリアＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，・・・を用いるのは、周波数が異なれば伝送路特性も異なるため、最適ウェイトも異なると考えられていたためである。

これらのパイロットサブキャリアＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，・・・を用いて、例えばＬＭＳアルゴリズムでウェイトを算出するには、まず、パイロットサブキャリアＰ１を用いて、ウェイトを更新し、続いて、Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，・・・の順（時間順）に用いてウェイトを順次更新していくことになる（特許文献１参照）。ウェイトを何度も更新することで、ウェイトが最適値に収束していく。

また、ＬＭＳ以外に、ＳＭＩやＲＬＳを単純にＯＦＤＭＡ方式にも採用したとすると、ＬＭＳと同様に、同一周波数において時間軸方向に並ぶ複数のパイロットサブキャリアＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を用いてウェイトを導出することになる。

このように、同一周波数において時間軸方向に並ぶ複数のパイロットサブキャリアＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を用いてウェイトを導出するという従来の考え方では、時間軸方向にユーザが切り替わる可能性があると、異なるユーザから送信されたパイロットサブキャリアを用いてウェイトを導出してしまうことになり、適切なウェイトが得られない。

特に、図２のように、時間軸方向に隣り合うタイルは、常に別のユーザのタイルであるようにユーザ割り当てが行われる通信方式である場合、基地局ＢＳ１は、同一ユーザからのパイロットサブキャリアを、時間軸方向に連続して最大２個しか取得できない。

そこで、本実施形態では、ウェイトを導出するのに、同一周波数において時間軸方向に並ぶ複数のパイロットサブキャリアＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４だけを用いるのではなく、ユーザ割り当て領域の全部の領域又は一部の領域内に含まれるパイロットサブキャリア（の一部又は全部）を用いて、ユーザ割り当て領域の全部の領域又は一部の領域内に含まれるデータサブキャリア用のウェイトを導出する。
一つのユーザ割り当て領域内であれば、パイロットサブキャリアを送信したユーザは同一であるから、ウェイト導出に用いるパイロットサブキャリアを、そのユーザ割り当て領域内から取得することで、ユーザ割り当てがあっても適切にウェイトを導出できる。

なお、以下の実施形態（第１実施形態〜第５実施形態）では、ユーザ割り当て領域の一部の領域内に含まれるパイロットサブキャリアを用いる例として、ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位領域であるタイル領域内に含まれるサブキャリアを用いるものを説明する。

以下に説明する実施形態のようにタイル単位でウェイトを導出する場合、同一周波数において時間軸方向に並ぶ複数のパイロットサブキャリアのみを使用するのではなく、図３のパイロットサブキャリアＡとＢや、ＣとＤのように、周波数軸方向に異なる位置にあるパイロットサブキャリアがウェイト導出に用いられることになる。

一般には、周波数が異なるとウェイト最適値が異なるため、ウェイト導出に異なる周波数の受信信号を使うべきではないと考えられるが、一つのタイル内程度の小さい周波数差であれば、さほど問題とならない。
また、ＷｉＭＡＸのように移動体通信の場合、移動局ＭＳの移動速度が高速の場合、同一周波数のサブキャリアであっても、時間の経過によって伝送路が大きく変動し、最適ウェイト値も高速に変動する。この場合、同一周波数において時間軸方向に並ぶ複数の受信信号よりも、同一時間において周波数方向に並ぶ複数の受信信号を用いた方が、最適ウェイトの変動が小さく、より適切なウェイトを導出できる。

そこで、本実施形態では、周波数の異なる受信信号（サブキャリア）を積極的にウェイト導出に用いている。つまり、従来のウェイト導出では、周波数軸方向に広がりのある領域（１サブキャリア分ではなく複数サブキャリア分の領域）に含まれるサブキャリアを用いてウェイトを導出するという発想はなかったが、本実施形態では、ユーザ割り当て領域（バースト領域）乃至ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位領域（タイル領域）という周波数方向（及び時間軸方向）に広がりのある領域単位でウェイトを導出する。

特に、タイル単位でウェイトを導出する場合、図３のパイロットサブキャリアＡとＢや、ＣとＤのように、周波数軸方向に異なる位置にあるとしても、数サブキャリア分の周波数差しかないため、周波数が異なることによる影響はさほど無く、むしろ多くのパイロットサブキャリアが利用できるため、適切なウェイトを導出できる。

［第１実施形態］
図５は、タイル単位でウェイトを導出する基地局通信装置の受信部１（第１実施形態）の構成を示している。ＯＦＤＭＡの場合、送信側は送信したいデータを周波数領域のサブキャリアに乗せて、その周波数領域信号をＩＤＦＴ（逆離散フーリエ変換）により時間領域信号に変換後、送信する。

このため、この受信部１は、複数のアンテナ素子１１ａ，１１ｂで受信した受信信号それぞれに対して、周波数変換やＡ／Ｄ変換などの前処理を行う前処理部１２ａ，１２ｂを備えている。前処理部１２ａ，１２ｂでは、受信信号を離散的なベースバンド信号に変換する。
ベースバンド信号に変換された受信信号は、ＣＰ除去＆ＤＦＴ部１３ａ，１３ｂによって、ＯＦＤＭ信号のＣＰ（Cyclic Prefix）を除去し、ＤＦＴ（離散フーリエ変換）により時間領域信号を周波数領域信号に変換する。ＤＦＴまでの処理は、アンテナ素子１１ａ，１１ｂの系統ごとに行われる。

周波数領域の受信信号は、アダプティブプロセッサとしてのウェイト導出部１４と、ウェイト積算＆合成部（ウェイト積算部；ウェイト合成部）１５とに与えられる。ウェイト導出部１４では、受信信号に含まれるパイロットサブキャリアを用いて、アンテナ素子ごとのウェイト（ウェイトベクトル）の導出をタイル単位で行う。
ウェイト積算部＆合成部１５では、各アンテナ素子１１ａ，１１ｂでの受信信号に含まれるデータサブキャリアに対し、それぞれウェイトを積算し、ウェイトを積算した受信信号を合成する。この積算と合成もタイル単位で行われる。
合成された受信信号は、復調部１６によってタイル単位で復調が行われる。

前記ウェイト導出部１４は、ＳＭＩウェイトを導出するＳＭＩウェイト導出部として構成されている。ＳＭＩは、ＬＭＳやＲＬＳのようにウェイト最適値を、逐次更新処理によって算出するのではなく、受信信号と既知のパイロット信号（参照信号）からウェイトを直接計算する。ＳＭＩは、ＭＭＳＥ方式の一種であるため、干渉波除去能力を有し、受信信号の干渉波成分が大きくても受信品質を改善することができる。

また、本実施形態では、タイル単位でウェイトを導出するが、ＬＭＳやＲＬＳのように逐次更新処理を行う場合には、ウェイトが最適値に収束するまでに多くのウェイト更新が必要である。
一方、ＳＭＩは、受信信号（及び参照信号）から直接ウェイトを計算する方式であるため、逐次更新処理が不要である。

さて、ＳＭＩウェイトは、相関行列と相関ベクトルから算出されるため、前記ＳＭＩウェイト導出部１４は、相関行列計算部１４ａと相関ベクトル計算部１４ｂとを備えている。
相関行列は、複数のアンテナ素子１１ａ，１１ｂで受信したそれぞれの受信信号から生成された複数の受信信号ベクトルから算出される。相関行列の計算に使用される受信信号ベクトルＸ_Ａ，Ｘ_Ｂ，Ｘ_Ｃ，Ｘ_Ｄは、各アンテナ素子１１ａ，１１ｂの受信信号における各タイル内からパイロットサブキャリアＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応するサブキャリアのみ抽出して生成される。

すなわち、各パイロットサブキャリアＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの受信信号ベクトルＸ_ｍ（ｍ＝Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、下記式（１）のように表される。ここで、Ｔは転置を表す。また、Ｎはアンテナ素子数である。

前記ＳＭＩウェイト導出部１４は、受信信号から各タイル内のパイロットサブキャリアを抽出するため、タイル内パイロット抽出部１４ｃ，１４ｄを、アンテナ素子１１ａ，１１ｂの系統ごとに備えている。
例えば、Ｎ番目のアンテナ素子の系統のタイル内パイロット抽出部は、Ｎ番目のアンテナ素子で受信した受信信号Ｘ_Ｎｍ（ｍ＝Ａ〜Ｄ，１〜８）のうち４個のパイロットサブキャリアＸ_ＮＡ，Ｘ_ＮＢ，Ｘ_ＮＣ，Ｘ_ＮＤを抽出し、これらの信号からなる集合｛Ｘ_ＮＡ，Ｘ_ＮＢ，Ｘ_ＮＣ，Ｘ_ＮＤ｝を生成する。
また、他のアンテナ素子の系統のタイル内パイロット抽出部も同様の処理を行う。

前記相関行列計算部１４ａは、各系統のタイル内パイロット抽出部１４ｃ，１４ｄから、同一のタイルについてのパイロットサブキャリアの集合｛Ｘ_１Ａ，Ｘ_１Ｂ，Ｘ_１Ｃ，Ｘ_１Ｄ｝，・・・，｛Ｘ_ＮＡ，Ｘ_ＮＢ，Ｘ_ＮＣ，Ｘ_ＮＤ｝（Ｎはアンテナ素子数））を取得し、上記式（１）の受信信号ベクトルＸ_ｍをタイル内のパイロットサブキャリアＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄごとに生成する。

そして、相関行列計算部１４ａは、受信信号ベクトルＸ_ｍから、下記式（２）に基づき、当該タイルのウェイトを算出するための相関行列Ｒを生成する。下記式（２）において、Ｅ［ ］は期待値演算、Ｈは共役転置を表す。

また、前記相関ベクトル計算部１４ｂも、相関行列計算部１４ａと同様に、各系統のタイル内パイロット抽出部１４ｃ，１４ｄから取得したパイロットサブキャリアに基づき、上記式（１）の受信信号ベクトルＸ_ｍをタイル内のパイロットサブキャリアＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄごとに生成する。第１実施形態では、これらの受信信号ベクトルＸ_ｍが、そのタイルについてのＳＭＩウェイトを導出するためのサンプル値となる。

そして、相関ベクトル計算部１４ａは、サンプル値である受信信号ベクトルＸ_ｍと、パイロット信号生成部１４ｅで生成された既知のパイロット信号（参照信号）Ｓ_ｍとから、当該タイルのウェイトを算出するための相関ベクトルｒを下記式（３）に基づき算出する。なお、下記式（３）において、＊は複素共役を表す。

ＳＭＩウェイト導出部１４は、式（２）及び（３）に基づいて算出された相関行列及び相関ベクトルを用いて、そのタイルについてのＳＭＩウェイト（ウェイトベクトル）を算出するウェイト計算部１４ｆを備えている。このウェイト計算部１４ｆは、下記式（４）によってＳＭＩウェイトＷ_ＳＭＩを算出する。

前記ウェイト積算＆合成部１５では、ＳＭＩウェイトベクトルＷ_ＳＭＩと、タイル内のデータサブキャリアの受信信号ベクトルＸ_ｍ（ｍ＝１〜８）から、下記式（５）に基づき、合成出力信号Ｙ_ｍを計算する。なお、ウェイトが積算されるデータサブキャリアは、ウェイト算出に用いたパイロットサブキャリアを持つタイルに含まれるデータサブキャリアである。

第１実施形態においては、上記のようにタイル単位で処理（ウェイト導出から信号合成までの処理）を行うため、処理対象のタイルがどのユーザのタイルであるかという情報が不要である。また、タイル内の受信信号ベクトルそれぞれについて、共通のＳＭＩウェイトを適用することにより、処理が容易になる。
なお、上記では、ウェイトを導出するのに、タイル内の４個のパイロットサブキャリアを全て用いたが、一部のサブキャリア、例えば、２個又は３個のサブキャリアを利用してもよい。

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態に係る基地局通信装置の受信部１を示している。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、スカラー行列加算部１４ｇが設けられている点である。なお、第２実施形態において説明を省略した点については第１実施形態と同様である。

スカラー行列加算部１４ｇは、相関行列計算部１４ａによって算出された相関行列Ｒに対し、当該相関行列Ｒに対してある任意の大きさをもった対角成分を持つスカラー行列δＩ（Ｉは単位行列、δは正の実数）を加算した相関行列Ｒ’を、下記式（６）のように算出するものである。

そして、第２実施形態のウェイト積算＆合成部１５では、スカラー行列δＩが加算された相関行列Ｒ’を用いて、下記式（７）に基づき、ＳＭＩウェイトＷ_ＳＭＩを算出する。

上記のように、相関行列Ｒにスカラー行列を加算しておくと、ウェイトを算出する際に行われる相関行列の逆行列計算に必要な行列式の値を、ある程度大きくできるため、デジタル信号処理時のオーバーフロー等の減少を回避し、演算処理を安定化させることができる。なお、δの大きさは、相関行列Ｒの大きさの数％程度が好ましい。

［第３実施形態］
図７は、第３実施形態に係る基地局通信装置の受信部１を示している。第３実施形態が第１実施形態と異なる点は、相関行列計算部１４ａや相関ベクトル計算部１４ｂが、受信信号ベクトルＸ_ｍとして、パイロットサブキャリア（Ａ〜Ｄ）だけを利用するのではなく、データサブキャリア（１〜８）も利用することである。データサブキャリアを利用するため、第２実施形態のＳＭＩウェイト導出部１４は、伝送路推定部１４ｈ，１４ｉをアンテナ素子１１ａ，１１ｂの系統ごとに備えている。なお、第２実施形態において説明を省略した点については第１実施形態と同様である。

伝送路推定部１４ｈ，１４ｉの処理内容は次の通りである。すなわち、各伝送路推定部１４ｈ，１４ｉは、タイル内パイロット抽出部１４ｃ，１４ｄによって抽出されたタイル内のパイロットサブキャリアとパイロット信号生成部１４ｅによって生成された参照信号Ｓ_ｍとから、パイロットサブキャリアの伝送路推定値Ｈ_ｎｍを、下記式（８）に基づいて算出する。

さらに、伝送路推定部１４ｈ，１４ｉは、パイロットサブキャリア（Ａ〜Ｄ）の伝送路推定値Ｈ_ｎｍ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）（ｍ＝Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を利用し、データサブキャリアの伝送路推定値Ｈ_ｎｍ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）（ｍ＝１，・・・，８）を、線形補間などの適宜の補間方法によって求める。

補間によって求められたデータサブキャリアの伝送路推定値Ｈ_ｎｍ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）（ｍ＝１，・・・，８）は、送信信号Ｓ_ｍとして「１」を送信した場合の受信信号とみなせる。
したがって、データサブキャリア（１〜８）において、送信信号Ｓ_ｍとして「１」が送信された場合を考えると、データサブキャリアの受信信号は、

と表すことができる。

すると、データサブキャリア（１〜８）における受信信号ベクトルは、

と表せる。
そこで、相関行列計算部１４ａ及び相関ベクトル計算部１４ｂは、伝送路推定部１４ｈ，１４ｉから取得したデータサブキャリアの伝送路推定値Ｈ_ｎｍ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）（ｍ＝１，・・・，８）から、データサブキャリア（１〜８）の受信信号ベクトルを生成する。

そして、相関行列計算部１４ａ及び相関ベクトル計算部１４ｂは、パイロットサブキャリア（Ａ〜Ｄ）の受信信号ベクトルと、データサブキャリア（１〜８）の受信信号ベクトルとから、相関行列と相関ベクトルを算出する。

つまり、一つのタイル内のパイロットサブキャリアとデータサブキャリアの合成１２個のサブキャリアを全て利用した場合の相関行列と相関ベクトルを求めるための式は、下記式（１１）（１２）のとおりである。なお、データサブキャリア（１〜８）に対応するパイロット信号（参照信号）は、「１」である。

なお、上記式（１１）（１２）において、パイロットサブキャリアにおける受信信号ベクトルについての下付添字ｍは、Ａ〜Ｄをとり、データサブキャリアにおける受信信号ベクトルについての下付添字ｍは、１〜８をとる。

第３実施形態の方式によれば、サンプル値となる受信信号ベクトルの数が多くなるため、データサブキャリアにおける伝送路推定値の精度（補間精度）が高ければ、相関行列Ｒ及び相関ベクトルｒの精度が高くなる。この結果、導出されるＳＭＩウェイトの精度が高くなり、より適切な合成出力信号を得ることができる。

なお、上記では、タイル内の１２個の全てのデータサブキャリアの伝送路推定値を利用したが、全てを利用する必要はなく、タイル内の一部のデータサブキャリアの伝送路推定値を利用してもよい。
また、サンプル値となる受信信号ベクトルは、パイロットサブキャリアの受信信号ベクトルとデータサブキャリアの受信信号ベクトルとを合わせて複数あればよく、いずれかの受信信号ベクトルが１個であってもよい。

［第４実施形態］
図８は、第４実施形態に係る基地局通信装置の受信部１を示している。第４実施形態は、図７に示す第３実施形態の受信部１に、図６に示す第２実施形態のスカラー行列加算部１４ｇを加えたものである。その他の点は、各実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

［第５実施形態］
第５実施形態において、受信部１の基本構成は、図７に示す第３実施形態と同様であるので、図７を参照しつつ第５実施形態の説明をする。ただし、第５実施形態では、第１〜第４実施形態のように、一つのタイル内で共通のウェイトＷ_ＳＭＩを導出するのではなく、タイル内の個々のデータサブキャリア（１〜８）ごとに、個別にウェイトＷ１_ＳＭＩ〜Ｗ８_ＳＭＩを導出する。

すなわち、第５実施形態の相関行列計算部１４ａ及び相関ベクトル計算部１４ｂは、タイル全体で１個の相関行列及び相関ベクトルを算出するのではなく、図９中の６個の四角で示すように、タイル（ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位）内で、複数（６個）の小領域ごとに、相関行列Ｒ_１〜Ｒ_６及び相関ベクトルｒ_１〜ｒ_６を算出する。

例えば、相関行列計算部１４ａ及び相関ベクトル計算部１４ｂは、第１の小領域に関し、当該第１領域内にあるパイロットサブキャリアＡの受信信号ベクトルＸ_Ａ、並びにデータサブキャリア１，３及び４の受信信号ベクトルＸ_１，Ｘ_３，Ｘ_４を用いて、相関行列Ｒ_１及び相関ベクトルｒ_１を算出する。また、同様に、他の小領域についても相関行列及び相関ベクトルが算出される。
なお、図９に示すように、タイル内の小領域は、互いに一部が重なるように設定されるが、その大きさや数は特に限定されない。また、小領域ごとに大きさが異なっていてもよい。

ウェイト計算部１４ｆは、小領域ごとの相関行列Ｒ_１〜Ｒ_６及び相関ベクトルｒ_１〜ｒ_６を用いて、図１０に示す対応テーブルに基づき、データサブキャリア（１〜８）ごとのＳＭＩウェイトＷ_ＳＭＩを算出する。
図１０の対応テーブルは、タイル内の各データサブキャリアが属する１又は複数の小領域の相関行列の和、及び相関ベクトルの和、を示している。
例えば、図１０のテーブルにおいて、データサブキャリア「１」の相関行列は、「第１の小領域の相関行列Ｒ_１と第２の小領域の相関行列Ｒ_２の和（Ｒ_１＋Ｒ_２）」となっている。これは、図９において、データサブキャリア「１」は、第１の小領域と第２の小領域とに属しているからである。同様に、データサブキャリア「１」の相関ベクトルは、（ｒ_１＋ｒ_２）となる。

したがって、データサブキャリア「１」についてのＳＭＩウェイトＷ１_ＳＭＩは、相関行列（Ｒ_１＋Ｒ_２）を式（４）のＲに代入し、相関ベクトル（ｒ_１＋ｒ_２）を、式（４）のｒに代入することで算出される。
同様に、他のデータサブキャリア（２〜８）のＳＭＩウェイトＷ２_ＳＭＩ〜Ｗ８_ＳＭＩも算出される。
そして、ウェイト積算＆合成部１５では、個々のデータサブキャリア（１〜８）それぞれ対応したウェイトＷ１_ＳＭＩ〜Ｗ８_ＳＭＩが積算され、合成出力信号が得られる。

上記第５実施形態のようにすると、データサブキャリアごとにサンプル値となる受信ベクトルが異なることになり、各データサブキャリア近傍の受信信号ベクトルがウェイト導出に用いられるため、データサブキャリアの伝送路推定精度が高ければ、精度良くウェイトを導出することができる。

［第６実施形態］
図１１は、第６実施形態に係る基地局通信装置の受信部１を示している。第６実施形態は、タイルというユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位（ユーザ割り当て領域の一部の領域）ではなく、個々のユーザ割り当て領域全体をＳＭＩウェイト導出の単位とするものである。
このため、相関行列計算部１４ａ、相関ベクトル計算部１４ｂ、及びウェイト積算＆合成部１５には、ユーザ割り当て情報としてＵＬ−ＭＡＰ（UpLink-MAP）情報が与えられる。このＵＬ−ＭＡＰ情報は、基地局通信装置によって生成され、下り回線（下りフレーム）にて、全移動局に対し割り当てられた領域を通知するためのものである。基地局の受信部１は、このＵＬ−ＭＡＰ情報を用いて、上りフレーム中のどの領域（バースト領域）がどのユーザに割り当てられているかを把握し、バースト領域ごとにＳＭＩウェイトを生成するとともに、ウェイト積算・合成を行う。

なお、ＵＬ−ＭＡＰ情報は、ユーザ割り当て領域全体をＳＭＩウェイト導出の単位とする場合だけでなく、ユーザ割り当て領域の一部の領域をＳＭＩウェイト導出の単位とするものの、当該一部の領域が、ユーザ割り当て最小単位領域よりも大きい領域である場合にも、同一ユーザの範囲を確定するために用いることができる。

なお、図１１は、図５に示す第１実施形態の受信部１と同様の基本構成を示しているが、第６実施形態の概念は、第２〜第４実施形態の構成にも適用可能である。

［シミュレーション結果］
図１２及び図１３は、タイル内の全サブキャリア（１２個）を受信信号ベクトルのサンプル値とする第３実施形態（以下、「ＳＭＩ−１」という）、タイル内の４つのパイロットサブキャリアを受信信号ベクトルのサンプル値とする第１実施形態（以下、「ＳＭＩ−２」という）、及び、データサブキャリアごとにウェイトを導出する第５実施形態（以下、「ＳＭＩ−３」という）それぞれについて、シミュレーションにて性能を比較した結果を示している。

図１２及び図１３に示すシミュレーション結果では、ＳＭＩ−１，ＳＭＩ−２，ＳＭＩ−３の各方式におけるＣＮＲ（Carrier-to-Noise Ratio），ＣＩＲ（Carrier-to-Interference Ratio）別の合成出力信号のＣＩＮＲ（Carrier-to-Interference-plus-Noise Ratio）分布で比較した、
なお、本シミュレーションのためのパラメータは、下記の通りである。
ＣＮＲ：０［ｄＢ］，１０［ｄＢ］，２０［ｄＢ］，３０［ｄＢ］
ＣＩＲ：０［ｄＢ］，２０［ｄＢ］
ｓｌｏｔ数：１０，０００（＝６０，０００ｔｉｌｅｓ）
データサブキャリア変調方式：ＱＰＳＫ

なお、移動局は、低速（例えば、３０ｋｍ／ｈ）や高速（例えば、１２０ｋｍ／ｈ）のものが混在しているものとした。

また、図１２及び図１３は、ＣＩＮＲの累積分布関数（Cumulative Distribution Function）を示しており、横軸はＣＩＮＲであり、縦軸は合成出力信号がそのＣＩＮＲを下回る確率である。
図１２は、ＣＩＲ＝０［ｄＢ］である場合、つまり希望波と干渉波の大きさが同じ場合を示している。この場合、ＣＮＲが悪い場合（ＣＮＲ＝０［ｄＢ］）の場合に、各方式で差が現れていることがわかる。
図１２（ｂ）に示すＳＭＩ−２が最も良い特性であり、続いて、図１２（ａ）に示すＳＭＩ−１、図１２（ｃ）に示すＳＭＩ−３）の順で特性が悪くなる。

干渉波が大きい場合、データサブキャリアの伝送路推定値の補間精度が低下するため、このような場合、パイロットサブキャリアの受信信号ベクトルのみをサンプル値とするＳＭＩ−２が良いことになる。

図１３は、ＣＩＲ＝２０［ｄＢ］であり、希望波が干渉波に比べて大きい場合であって、データサブキャリアについての伝送路推定の精度が低い場合を示している。この場合、図１２と同様に、図１３（ｂ）に示すＳＭＩ−２が最も良い特性であり、続いて、図１３（ａ）に示すＳＭＩ−１、図１３（ｃ）に示すＳＭＩ−３の順で特性が悪くなる。

図１４は、ＣＩＲ＝２０［ｄＢ］であって、データサブキャリアについての伝送路推定の精度が高い場合を示している。この場合、図１４（ｃ）に示すＳＭＩ−３が最も良い特性であり、続いて、図１４（ａ）に示すＳＭＩ−１、図１４（ｂ）に示すＳＭＩ−２の順で特性が悪くなる。
図１４に示すように、伝送路推定の精度が高ければ、データサブキャリアの受信信号ベクトルを用いるＳＭＩ−１，ＳＭＩ−３の特性が良くなり、特に、データサブキャリアごとにウェイトを導出するＳＭＩ−３の特性が優れたものとなる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の意図を逸脱しないかぎり、様々な変形が可能である。例えば、ユーザへの無線リソースの割り当ての最小単位は、図３に示すタイルに限られるものではなく、例えば、下りＰＵＳＣのクラスタであってもよい。

１：受信部 １１ａ，１１ｂ：アンテナ素子 １２ａ，１２ｂ：前処理部 １３ａ，１３ｂ：ＣＰ除去＆ＤＦＴ部 １４：ＳＭＩウェイト導出部 １５：ウェイト積算＆合成部（ウェイト積算部） １６：復調部

Claims (1)

1. ＯＦＤＭＡ方式によって無線通信を行う無線通信装置であって、
   複数の受信信号ベクトルをサンプル値として、相関行列及び相関ベクトルを算出し、算出された相関行列及び相関ベクトルからＳＭＩウェイトを導出するＳＭＩウェイト導出部と、
   前記ＳＭＩウェイト導出部によって導出されたＳＭＩウェイトを受信信号ベクトルに積算するウェイト積算部と、
   を備え、
   前記ＳＭＩウェイト導出部は、ＯＦＤＭＡ方式におけるユーザ割り当て領域に含まれる複数のサブキャリアそれぞれの受信信号ベクトルを前記サンプル値として、当該ユーザ割り当て領域用のＳＭＩウェイトを導出するよう構成されている
   ことを特徴とする無線通信装置。

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