特開 2023-146539 受信装置、受信方法および受信プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023146539

(43)【公開日】2023-10-12

(54)【発明の名称】受信装置、受信方法および受信プログラム

(51)【国際特許分類】

   H04J 99/00 20090101AFI20231004BHJP

   H04L 27/26 20060101ALI20231004BHJP

【ＦＩ】

H04J99/00 100

H04L27/26 410

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022053764

(22)【出願日】2022-03-29

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．３ＧＰＰ

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度 総務省「第５世代移動通信システムの更なる高度化に向けた研究開発」総務省委託研究 産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504133110

【氏名又は名称】国立大学法人電気通信大学

(74)【代理人】

【識別番号】100205350

【弁理士】

【氏名又は名称】狩野 芳正

(74)【代理人】

【識別番号】100117617

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 圭策

(72)【発明者】

【氏名】上田 康平

(72)【発明者】

【氏名】石橋 功至

(57)【要約】

【課題】ＯＦＤＭを用いたＧＦ－ＮＯＭＡシステムにおいて、アクティブユーザの検出処理と、通信路の推定処理と、搬送波周波数オフセットの推定処理とを効率よく行う。
【解決手段】通信部（３２１）は、複数の送信装置（２１）から、複数のアンテナ（３４１）で複数の受信信号を受信する。検出部（３２２）は、複数の送信装置のうち、複数の受信信号に含まれるパイロット信号を所定の期間中に送信したアクティブユーザ（２２）を検出する。推定部（３２３）は、アクティブユーザのそれぞれの、送信信号の搬送波周波数の基準周波数からのずれを表す搬送波周波数オフセットを、アクティブユーザに基づいて推定する。更新部（３２４）は、パイロット信号に対する搬送波周波数オフセットの影響を表すパイロット行列を更新する。検出部は、更新後のパイロット行列に基づいてアクティブユーザを改めて検出する。
【選択図】図５Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

認証を省略したグラントフリー通信で送信信号を送信する複数の送信装置から、複数のアンテナで複数の受信信号を受信する通信部と、
前記複数の送信装置のうち、前記複数の受信信号に含まれるパイロット信号を所定の期間中に送信したアクティブユーザを検出する検出部と、
前記アクティブユーザのそれぞれの、前記送信信号の搬送波周波数の基準周波数からのずれを表す搬送波周波数オフセットを、前記アクティブユーザに基づいて推定する推定部と、
前記パイロット信号に対する前記搬送波周波数オフセットの影響を表すパイロット行列を更新する更新部と、
前記アクティブユーザの集合と、前記搬送波周波数オフセットとを表す情報を外部に出力する出力部と
を備え、
前記検出部は、更新後の前記パイロット行列に基づいて前記アクティブユーザを改めて検出し、
前記通信部は、前記搬送波周波数オフセットの推定値に基づいて、前記複数の受信信号に含まれるデータ信号を復号する
受信装置。

【請求項2】

請求項１に記載の受信装置において、
前記推定部は、前記搬送波周波数オフセットを、改めて検出された前記アクティブユーザに基づいて改めて推定し、
前記更新部は、前記パイロット行列を、改めて推定された前記搬送波周波数オフセットに基づいて改めて更新し、
前記推定部と、前記更新部と、前記検出部とは、前記推定と、前記更新と、前記検出とを、それぞれ、第１の回数にわたって繰り返す
受信装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の受信装置において、
前記推定部は、前記アクティブユーザのそれぞれについて、
前記搬送波周波数オフセットの候補値を含む候補範囲の最小値および最大値を、第１候補値および第２候補値として設定し、
前記搬送波周波数オフセットが前記第１候補値である場合の通信路推定値のノルムを、第１候補ノルムとして算出し、
前記搬送波周波数オフセットが前記第２候補値である場合の通信路推定値のノルムを、第２候補ノルムとして算出し、
前記第１候補ノルムと前記第２候補ノルムとのうち、より大きい方の前記ノルムに対応する前記候補値を、前記搬送波周波数オフセットの前記推定値として設定する
受信装置。

【請求項4】

請求項３に記載の受信装置において、
前記推定部は、
前記搬送波周波数オフセットの前記推定値と、前記第１候補値と前記第２候補値との中間値とを、前記候補範囲の前記最小値および前記最大値として有するように前記候補範囲を改めて設定し、
改めて設定した前記最小値に基づいて、前記第１候補ノルムを改めて算出し、
改めて設定した前記最大値に基づいて、前記第２候補ノルムを改めて算出し、
改めて算出した前記第１候補ノルムおよび前記第２候補ノルムに基づいて、前記搬送波周波数オフセットの前記推定値を改めて設定し、
前記推定部は、前記候補範囲の前記設定と、前記第１候補ノルムの前記算出と、前記第２候補ノルムの前記算出と、前記搬送波周波数オフセットの前記推定値の前記設定とを、それぞれ、第２の回数にわたって繰り返す
受信装置。

【請求項5】

請求項４に記載の受信装置において、
前記推定部は、前記最小値および前記最大値の初期値を、３ＧＰＰ（Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）の規格を満たすように設定する
受信装置。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか一項に記載の受信装置において、
前記検出部は、
前記複数の送信装置から前記受信装置への通信路を表す通信路行列を、残差行列に基づいて算出し、
前記残差行列を、前記通信路行列に基づいて算出し、
前記アクティブユーザの前記集合を、前記通信路行列と前記残差行列とに基づいて推定する
受信装置。

【請求項7】

請求項６に記載の受信装置において、
前記検出部は、
前記通信路行列の算出と、前記残差行列の算出とを、第３の回数にわたって繰り返し、
前記第３の回数にわたって繰り返して算出した前記通信路行列および前記残差行列に基づいて、前記アクティブユーザの前記集合を推定する
受信装置。

【請求項8】

認証を省略したグラントフリー通信で送信信号を送信する複数の送信装置から、複数のアンテナで複数の受信信号を受信することと、
前記複数の送信装置のうち、前記複数の受信信号に含まれるパイロット信号を所定の期間中に送信したアクティブユーザを検出することと、
前記アクティブユーザのそれぞれの、前記送信信号の搬送波周波数の基準周波数からのずれを表す搬送波周波数オフセットを、前記アクティブユーザに基づいて推定することと、
前記パイロット信号に対する前記搬送波周波数オフセットの影響を表すパイロット行列を更新することと、
前記アクティブユーザの集合と、前記搬送波周波数オフセットとを表す情報を外部に出力することと
を含み、
前記検出することは、
更新後の前記パイロット行列に基づいて前記アクティブユーザを改めて検出すること
を含み、
前記搬送波周波数オフセットの推定値に基づいて、前記複数の受信信号に含まれるデータ信号を復号すること
をさらに含む
受信方法。

【請求項9】

演算装置に実行させることによって所定の処理を実現するための受信プログラムであって、
前記処理は、
認証を省略したグラントフリー通信で送信信号を送信する複数の送信装置から、複数のアンテナで複数の受信信号を受信することと、
前記複数の送信装置のうち、前記複数の受信信号に含まれるパイロット信号を所定の期間中に送信したアクティブユーザを検出することと、
前記アクティブユーザのそれぞれの、前記送信信号の搬送波周波数の基準周波数からのずれを表す搬送波周波数オフセットを、前記アクティブユーザに基づいて推定することと、
前記パイロット信号に対する前記搬送波周波数オフセットの影響を表すパイロット行列を更新することと、
前記アクティブユーザの集合と、前記搬送波周波数オフセットとを表す情報を外部に出力することと
を含み、
前記検出することは、
更新後の前記パイロット行列に基づいて前記アクティブユーザを改めて検出すること
を含み、
前記処理は、
前記搬送波周波数オフセットの推定値に基づいて、前記複数の受信信号に含まれるデータ信号を復号すること
をさらに含む
受信プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は受信装置、受信方法および受信プログラムに関し、例えば、グラントフリーな通信システムに好適に利用できるものである。

【背景技術】

【0002】

近年、第５世代移動通信システム（５Ｇ）、その高度化（５Ｇ＋）、第６世代移動通信システム（６Ｇ）などでは、多数の端末との同時接続性と、低遅延性とを同時に満足する技術が要求されている。多数同時接続性と低遅延性とを両立する技術として、ＧＦ－ＮＯＭＡ（Ｇｒａｎｔ Ｆｒｅｅ Ｎｏｎ－Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：グラントフリー非直交多元接続）技術が注目されている。さらに、通信路の周波数選択性に対処するために、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重方式）を用いたＧＦ－ＮＯＭＡシステムが検討されている。

【0003】

ＧＦ－ＮＯＭＡ技術では、複数の端末のそれぞれが、基地局からの通信許可（グラント）を取得せずに通信を行う。そのため、基地局は、これらの端末のうちの、実際に送信を行ったアクティブユーザ（アクティブ端末）を検出し、アクティブユーザに対応する通信路を推定する必要がある。

【0004】

ＧＦ－ＮＯＭＡ技術を実現するためには、通信を行ったアクティブユーザの検出処理と、検出したアクティブユーザに対応する通信路の推定処理と、それぞれのアクティブユーザが送信した送信データを復調するマルチユーザ検出処理とを行う必要がある。

【0005】

上記に関連して、非特許文献１（Ｌ．Ｌｉｕ ａｎｄ Ｗ．Ｙｕ、「Ｍａｓｓｉｖｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ ｗｉｔｈ ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ－Ｐａｒｔ Ｉ： Ｄｅｖｉｃｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ．、ｖｏｌ．６６、ｎｏ．１１、ｐｐ．２９３３－２９４６、２０１８年６月）には、ＭＭＶ－ＡＭＰ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｐａｓｓｉｎｇ）技術を用いて、アクティブユーザの検出処理と、通信路の推定処理とを、同時に行う手法が提案されている。

【0006】

非特許文献１の手法では、前提として、全ての端末と、基地局との間で、搬送波周波数が同期している理想的な状態が仮定されている。しかしながら、多数のＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ：モノのインターネット）端末を利用する通信システムでは、各端末に比較的安価な水晶発振器が用いられて、各端末と基地局との間で搬送波周波数にオフセット（ずれ）が発生し、そのＣＦＯ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｏｆｆｓｅｔ：搬送波周波数オフセット）による通信品質の劣化が問題となる。

【0007】

上記に関連して、非特許文献２（Ｇ．Ｓｕｎ ｅｔ ａｌ．、「Ｍａｓｓｉｖｅ ｇｒａｎｔ－ｆｒｅｅ ＯＦＤＭＡ ｗｉｔｈ ｔｉｍｉｎｇ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆｆｓｅｔｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎ．、ｐｐ．１－１６、２０２１年）には、ＯＦＤＭを用いたＧＦ－ＮＯＭＡシステムにおいて、アクティブユーザの検出処理と、通信路の推定処理と、搬送波周波数オフセットの推定処理とを同時に行う手法が提案されている。

【0008】

しかしながら、非特許文献２の手法では、各端末のパイロット系列を拡張するため、推定次元が搬送周波数オフセットに対して線形に増加することが問題となる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】Ｌ．Ｌｉｕ ａｎｄ Ｗ．Ｙｕ、「Ｍａｓｓｉｖｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ ｗｉｔｈ ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ－Ｐａｒｔ Ｉ： Ｄｅｖｉｃｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ．、ｖｏｌ．６６、ｎｏ．１１、ｐｐ．２９３３－２９４６、２０１８年６月

【非特許文献2】Ｇ．Ｓｕｎ ｅｔ ａｌ．、「Ｍａｓｓｉｖｅ ｇｒａｎｔ－ｆｒｅｅ ＯＦＤＭＡ ｗｉｔｈ ｔｉｍｉｎｇ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆｆｓｅｔｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎ．、ｐｐ．１－１６、２０２１年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

上記状況に鑑み、本開示は、ＯＦＤＭを用いたＧＦ－ＮＯＭＡシステムにおいて、アクティブユーザの検出処理と、通信路の推定処理と、搬送波周波数オフセットの推定処理とを効率よく行うための受信装置、受信方法および受信プログラムを提供することを目的の１つとする。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0011】

以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

【0012】

一実施の形態によれば、受信装置（３）は、通信部（３２１）と、検出部（３２２）と、推定部（３２３）と、更新部（３２４）と、出力部（３２５）とを備える。通信部（３２１）は、認証を省略したグラントフリー通信で送信信号を送信する複数の送信装置（２１）から、複数のアンテナ（３４１）で複数の受信信号を受信する。検出部（３２２）は、複数の送信装置（２１）のうち、複数の受信信号に含まれるパイロット信号を所定の期間中に送信したアクティブユーザ（２２）を検出する。推定部（３２３）は、アクティブユーザ（２２）のそれぞれの、送信信号の搬送波周波数の基準周波数からのずれを表す搬送波周波数オフセットを、アクティブユーザ（２２）に基づいて推定する。更新部（３２４）は、パイロット信号に対する搬送波周波数オフセットの影響を表すパイロット行列を更新する。出力部（３２５）は、アクティブユーザの集合と、搬送波周波数オフセットとを表す情報を外部に出力する。検出部（３２２）は、更新後のパイロット行列に基づいてアクティブユーザ（２２）を改めて検出する。通信部（３２１）は、搬送波周波数オフセットの推定値に基づいて、複数の受信信号に含まれるデータ信号を復号する。

【0013】

一実施の形態によれば、受信方法は、認証を省略したグラントフリー通信で送信信号を送信する複数の送信装置（２１）から、複数のアンテナ（３４１）で複数の受信信号を受信すること（Ｓ０１）と、複数の送信装置（２１）のうち、複数の受信信号に含まれるパイロット信号を所定の期間中に送信したアクティブユーザ（２２）を検出すること（Ｓ０３、Ｓ０６）と、アクティブユーザ（２２）のそれぞれの、送信信号の搬送波周波数の基準周波数からのずれを表す搬送波周波数オフセットを、アクティブユーザ（２２）に基づいて推定すること（Ｓ０４）と、パイロット信号に対する搬送波周波数オフセットの影響を表すパイロット行列を更新すること（Ｓ０５）と、アクティブユーザ（２２）の集合と、搬送波周波数オフセットとを表す情報を外部に出力すること（Ｓ０９）とを含む。検出すること（Ｓ０３、Ｓ０６）は、更新後のパイロット行列に基づいてアクティブユーザ（２２）を改めて検出すること（Ｓ０６）を含む。受信方法は、搬送波周波数オフセットの推定値に基づいて、複数の受信信号に含まれるデータ信号を復号することをさらに含む。

【0014】

一実施の形態によれば、受信プログラムは、演算装置に実行させることによって所定の処理を実現するためのものである。この処理は、認証を省略したグラントフリー通信で送信信号を送信する複数の送信装置（２１）から、複数のアンテナ（３４１）で複数の受信信号を受信すること（Ｓ０１）と、複数の送信装置（２１）のうち、複数の受信信号に含まれるパイロット信号を所定の期間中に送信したアクティブユーザ（２２）を検出すること（Ｓ０３、Ｓ０６）と、アクティブユーザ（２２）のそれぞれの、送信信号の搬送波周波数の基準周波数からのずれを表す搬送波周波数オフセットを、アクティブユーザ（２２）に基づいて推定すること（Ｓ０４）と、パイロット信号に対する搬送波周波数オフセットの影響を表すパイロット行列を更新すること（Ｓ０５）と、アクティブユーザ（２２）の集合と、搬送波周波数オフセットとを表す情報を外部に出力すること（Ｓ０９）とを含む。検出すること（Ｓ０３、Ｓ０６）は、更新後のパイロット行列に基づいてアクティブユーザ（２２）を改めて検出すること（Ｓ０６）を含む。処理は、搬送波周波数オフセットの推定値に基づいて、複数の受信信号に含まれるデータ信号を復号することをさらに含む。

【発明の効果】

【0015】

一実施の形態によれば、アクティブユーザの検出処理と、通信路の推定処理と、搬送波周波数オフセットの推定処理とを効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、一実施の形態による通信システムの一構成例を示す図である。

【図2】図２は、一実施の形態による基地局の一構成例を示す図である。

【図3】図３は、一実施の形態による送信信号の一構成例を示す図である。

【図4】図４は、一実施の形態においてモデル化された受信信号の一構成例を示す図である。

【図5A】図５Ａは、一実施の形態による通信方法の処理の一例を示すフローチャートである。

【図5B】図５Ｂは、一実施の形態による通信方法の処理の一例を示すフローチャートである。

【図5C】図５Ｃは、一実施の形態による通信方法の処理の一例を示すフローチャートである。

【図6】図６は、一実施の形態において受信信号を拡張パイロット行列と、拡張通信路行列の推定値とを用いて表す式を概略的に示す図である。

【図7】図７は、一実施の形態においてＣＦＯの候補範囲を更新するために用いる二分法について説明するための図である。

【図8】図８は、一実施の形態による受信方法の性能についてコンピュータシミュレーションを行った結果を示すグラフである。

【図9】図９は、一実施の形態による受信方法の性能についてコンピュータシミュレーションを行った結果を示すグラフである。

【図10】図１０は、一実施の形態による受信方法の性能についてコンピュータシミュレーションを行った結果を示すグラフである。

【図11】図１１は、一実施の形態による受信方法の性能についてコンピュータシミュレーションを行った結果を示すグラフである。

【図12】図１２は、一実施の形態による受信方法の性能についてコンピュータシミュレーションを行った結果を示すグラフである。

【図13】図１３は、一実施の形態による受信方法の性能についてコンピュータシミュレーションを行った結果を示すグラフである。

【図14】図１４は、一実施の形態による受信方法の性能についてコンピュータシミュレーションを行った結果を示すグラフである。

【図15】図１５は、一実施の形態による受信方法の性能についてコンピュータシミュレーションを行った結果を示すグラフである。

【図16】図１６は、一実施の形態による受信方法の性能についてコンピュータシミュレーションを行った結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

添付図面を参照して、本開示による受信装置、受信方法および受信プログラムを実施するための形態を以下に説明する。

【0018】

（実施の形態）
図１に示すように、一実施の形態による通信システム１は、複数の送信端末としてのユーザ２１と、受信装置としての基地局３とを含む。それぞれのユーザ２１は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重方式）を用いるＧＦ－ＮＯＭＡ（Ｇｒａｎｔ Ｆｒｅｅ Ｎｏｎ－Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：グラントフリー非直交多元接続）システムによって、基地局３からの通信許可（グラント）を取得せずに、送信信号を基地局３へ送信する。

【0019】

一例として、ユーザ２１の総数をＮと置く。Ｎ台のユーザ２１のうち、ある期間において基地局３へ送信信号を送信したユーザ２１を、アクティブユーザ２２と呼ぶ。一例として、アクティブユーザ２２の総数をＫと置く。基地局３は、複数のアンテナ３４１を備えている。一例として、アンテナ３４１の総数をＭと置く。基地局３は、Ｍ本のアンテナ３４１のそれぞれを介して、Ｋ台のアクティブユーザ２２から送信された送信信号を、受信信号として受信する。

【0020】

図２に示すように、一実施の形態による基地局３は、例えば、コンピュータとして構成されてもよい。図２の例において、基地局３は、バス３１と、演算装置３２と、記憶装置３３と、通信装置３４と、入出力装置３５とを備える。バス３１は、演算装置３２、記憶装置３３、通信装置３４および入出力装置３５を、相互に通信可能に接続するように構成されてもよい。

【0021】

演算装置３２は、通信部３２１と、検出部３２２と、推定部３２３と、更新部３２４と、出力部３２５とを備える。記憶装置３３は、受信プログラムを記憶する受信プログラム記憶部３３１を備える。演算装置３２は、受信プログラムを実行することによって、通信部３２１、検出部３２２、推定部３２３、更新部３２４および出力部３２５の処理を実現する。通信部３２１、検出部３２２、推定部３２３、更新部３２４および出力部３２５は、それぞれ、演算装置３２および記憶装置３３が協働して処理を実現する仮想的な機能ブロックである。通信部３２１、検出部３２２、推定部３２３、更新部３２４および出力部３２５が実現する処理の詳細については、後述する。

【0022】

受信プログラムは、記録媒体３３０から読み出されて受信プログラム記憶部３３１に格納されてもよい。記録媒体３３０は、非一時的で有形の媒体（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ａｎｄ ｔａｎｇｉｂｌｅ ｍｅｄｉａ）であってもよい。

【0023】

通信装置３４は、複数のアンテナ３４１を備える。複数のアンテナ３４１のそれぞれは、複数のアクティブユーザ２２から送信された送信信号を、受信信号として受信する。通信装置３４は、複数のアンテナ３４１がそれぞれ受信した複数の受信信号を処理する。

【0024】

通信装置３４は、さらに、図示しない別の通信装置との間で、無線通信および／または有線通信を行ってもよい。受信プログラムは、通信装置３４を介して外部から受信されて受信プログラム記憶部３３１に格納されてもよい。

【0025】

入出力装置３５は、使用者に情報を出力し、使用者が入力する操作を受け付ける。一例として、入出力装置３５は、画像を出力する表示装置、音声を出力するスピーカー、音声入力を受け付けるマイクロフォン、押下操作を受け付けるボタン、キー入力操作を受け付けるキーボード、タッチ操作を受け付けるとともに画像の出力を行うタッチパネルなどを含む。

【0026】

図３を参照して、一実施の形態による送信信号の一構成例について説明する。図３において、横軸は時間を表し、縦軸は周波数を表す。時間は、所定の期間ごとに分割されており、周波数は、所定の周波数帯域ごとに分割されている。１つの期間と、１つの周波数帯域との組み合わせを、便宜上、１つの通信リソース４１と呼ぶ。

【0027】

それぞれのアクティブユーザ２２は、１つの通信リソース４１を用いて、１つのＯＦＤＭシンボルを含む送信信号を送信する。一実施の形態によるＧＦ－ＮＯＭＡの通信システム１では、所定の範囲に含まれるＮｃ個のサブキャリアが送信信号のＯＦＤＭシンボルに利用可能である。

【0028】

アクティブユーザ２２が送信する送信信号は、所望のデータを送信するためのデータ信号であってもよいし、基地局３が求める情報を送信するためのパイロット信号であってもよい。通信リソース４１のうちの、データ信号用リソース４２およびパイロット信号リソース４３の配置は、予め決定されている。

【0029】

一実施の形態において、ＣＦＯ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｏｆｆｓｅｔ：搬送波周波数オフセット）の影響を、以下のようにモデル化する。まず、各ユーザ２１のＣＦＯが、３ＧＰＰ（Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）の規格を満たす範囲に含まれると仮定する。３ＧＰＰの規格では、各ユーザのＣＦＯを±０．１ｐｐｍ以内に抑えることが要求されている。次に、各ユーザ２１のＣＦＯの値を、一様分布に従う確率変数としてモデル化する。

【0030】

より詳細には、各ユーザ２１のＣＦＯを、以下の「数１」式を満たすものとしてモデル化する。

【0031】

【数1】

ここで、「ε_ｎ」は、ｎ番目のユーザ２１のＣＦＯを表す。「ε_ｍａｘ」は、３ＧＰＰの規格で許容されるＣＦＯの最大値を表す。

【0032】

一実施の形態において、ＣＦＯによる位相シフト行列を、以下の「数２」式のようにモデル化する。

【0033】

【数2】

ここで、「Λ_εｎ ^ｔ」（正確には、「ｎ」は「ε」の下付きの添字である）は、ｎ番目のユーザ２１がｔ番目のＯＦＤＭシンボルを送信するときのＣＦＯによる位相シフト行列を表す。「φ^ｔ」は、ｔ番目のＯＦＤＭシンボルより前のＯＦＤＭシンボルからの累積位相シフトを表す。「ω」は、ＣＦＯによる位相シフトの角周波数を表す。「Ｎ_ｃ」は、サブキャリア数を表す。

【0034】

上記の「数２」式のうち、累積位相シフトφ^ｔは、以下の「数３」式のように表される。

【0035】

【数3】

ここで、「φ^ｔ」は、前のＯＦＤＭシンボルからの累積位相シフトを表す。「ω」は、ＣＦＯによる位相シフトの角周波数を表す。「Ｎ_ＣＰ」は、サイクリックプレフィックス長を表す。

【0036】

上記の「数２」式および「数３」式のうち、角周波数ωは、以下の「数４」式のように表される。

【0037】

【数4】

ここで、「ω」は、ＣＦＯによる位相シフトの角周波数を表す。「ε_ｎ」は、ｎ番目のユーザ２１のＣＦＯを表す。「Ｎ_ｃ」は、サブキャリア数を表す。

【0038】

一実施の形態において、周波数領域での受信信号は、以下の「数５」式のように表される。

【0039】

【数5】

ここで、「Ｙ^ｔ」は、ｔ番目のＯＦＤＭシンボルに対応する受信信号を表す。「ｎ」は、注目しているユーザ２１の番号であり、１以上かつＮ以下の整数である。「Ｎ」は、ユーザ２１の総数を表す。「ξ_ｎ」は、ｎ番目のユーザ２１のアクティブ状態を表す二値変数であり、ｎ番目のユーザ２１がアクティブユーザ２２である場合は１に等しく、その他の場合は０に等しい。「Ｗ_ｓ」は、Ｓ行Ｎ_ｃ列の複素数行列であり、ＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：離散フーリエ変換）行列からパイロットサブキャリアに対応する周波数の部分を抽出した部分行列を表す。「Ｓ」は、パイロットサブキャリア数を表す。「Ｎ_ｃ」は、サブキャリア数を表す。「Λ_εｎ ^ｔ」（正確には、「ｎ」は「ε」の下付きの添字である）は、ｎ番目のユーザ２１がｔ番目のＯＦＤＭシンボルを送信するときのＣＦＯによる位相シフト行列を表す。「ｘ_ｎ ^ｔ」は、周波数領域におけるパイロット行列の、ｎ番目のユーザ２１に対応する列ベクトルを表すＳ行１列の複素数行列である。「ｈ_ｎ」は、ｎ番目のユーザ２１と基地局３との間の通信路ベクトルを表す。「Ｚ^ｔ」は、ｔ番目のＯＦＤＭシンボルに対応する雑音を表すＬ行Ｍ列の複素数行列であり、その要素のそれぞれが平均０分散σ_ｚ ^２の円対称複素ガウス分布に従う。「σ_ｚ ^２」は、雑音分散を表す。「Ｐ（ε_ｎ）^ｔ」は、ＣＦＯの影響を表す行列である。「ε_ｎ」は、ｎ番目のユーザ２１のＣＦＯを表す。

【0040】

ＯＦＤＭシンボルの総数がＧであるとき、これらのＯＦＤＭシンボル全体での受信信号は、以下の「数６」式および「数７」式のように表される。

【0041】

【数6】

【0042】

【数7】

ここで、「Ｙ」は、受信信号を表す。「Ｘ」は、Ｌ行Ｎ列の複素数行列であり、等価パイロット行列を表す。「Ｌ」は、受信信号に含まれるパイロット信号の総数である。「Ｎ」は、ユーザ２１の総数を表す。「Ｈ」は、Ｎ行Ｍ列の複素数行列であり、等価通信路行列を表す。「Ｍ」は、基地局３のアンテナ３４１の総数を表す。「Ｚ」は、雑音を表すＬ行Ｍ列の複素数行列であり、各要素が平均０分散σ_ｚ ^２の円対称複素ガウス分布に従う。「σ_ｚ ^２」は、雑音分散を表す。

【0043】

上記の「数７」式のうち、等価パイロット行列Ｘは、以下の「数８」式のように表される。

【0044】

【数8】

ここで、「Ｘ」は、等価パイロット行列を表す。「Ｐ（ε_ｎ）」は、ｎ番目のユーザ２１におけるＣＦＯの影響を表す。「ε_ｎ」は、ｎ番目のユーザ２１のＣＦＯを表す。なお、「ｎ」は１以上かつＮ以下の整数を表す。

【0045】

上記の「数８」のうち、ＣＦＯの影響Ｐ（ε_ｎ）は、以下の「数９」式のように表される。

【0046】

【数9】

ここで、「Ｐ（ε_ｎ）」は、ｎ番目のユーザ２１におけるＣＦＯの影響を表す。「Ｐ^ｔｉ（ε_ｎ）」（正確には、「ｉ」は「ｔ」の下付き添字である。）は、ｎ番目のユーザ２１が、ｔ_ｉ番目のＯＦＤＭシンボルを送信するときの、ＣＦＯの影響を表す。「ｉ」は、ＯＦＤＭシンボルの番号を表し、１以上かつＧ以下の整数である。「ε_ｎ」は、ｎ番目のユーザ２１のＣＦＯを表す。

【0047】

図４を参照して、一実施の形態においてモデル化された受信信号の一構成例について説明する。図４において、行列Ｙは、受信信号を表すＬ行Ｍ列の複素数行列である。Ｌは、受信信号に含まれるパイロット信号の総数であり、Ｍは、通信装置３４が備えるアンテナ３４１の総数である。行列Ｘは、ＣＦＯの影響を含むパイロット行列であり、Ｌ行Ｎ列の複素数行列である。Ｎは、通信システム１に含まれるユーザ２１の総数である。行列Ｈは、通信路行列であり、Ｎ行Ｍ列の複素数行列である。通信路行列Ｈが有するＮ個の行ベクトルは、Ｎ台のユーザ２１にそれぞれ対応する。行列Ｈに含まれるＮ個の行ベクトルのうち、Ｋ台のアクティブユーザ２２にそれぞれ対応するＫ個の行ベクトルは、対応するアクティブユーザ２２が送信信号を送信するので、非ゼロの要素を有する。反対に、通信路行列Ｈに含まれるＮ個の行ベクトルのうち、Ｋ台のアクティブユーザ２２以外の、Ｎ－Ｋ台の非アクティブなユーザ２１にそれぞれ対応するＮ－Ｋ個の行ベクトルは、対応するユーザ２１が送信信号を送信しないので、ゼロの要素を有する。行列Ｚは、雑音を表すＬ行Ｍ列の複素数行列である。

【0048】

図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃのフローチャートを参照して、一実施の形態による受信方法の処理の一例について説明する。図５Ｂは、図５Ａのフローチャートのうち、後述するステップＳ０３およびＳ０６の処理を詳細に説明するためのフローチャートである。図５Ｃは、図５Ａのフローチャートのうち、後述するステップＳ０４の処理を詳細に説明するためのフローチャートである。なお、一実施の形態による受信プログラムは、演算装置３２に実行させることによって、図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃのフローチャートの処理を実現するように構成されてもよい。

【0049】

図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃの処理は、基地局３が起動するときに開始してもよい。図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃの処理が開始するとき、図５ＡのステップＳ０１が実行される。

【0050】

図５ＡのステップＳ０１において、基地局３の通信部３２１が、受信信号を受信する。より詳細には、通信部３２１は、基地局３の通信装置３４を制御して、Ｎ台のユーザ２１のうちのＫ台のアクティブユーザ２２が送信した送信信号を、Ｍ台のアンテナ３４１によって、受信信号として受信する。受信信号は、記憶装置３３に格納されてもよい。

【0051】

ステップＳ０１の後、図５ＡのステップＳ０２が実行される。ステップＳ０２において、基地局３の推定部３２３が、第１のカウンタ変数を初期化する。第１のカウンタ変数は、後述するステップＳ０３、Ｓ０４、Ｓ０５、Ｓ０６およびＳ０７の繰り返し処理を管理するための変数である。初期化された第１のカウンタ変数は、例えば、１である。

【0052】

ステップＳ０２の後、図５ＡのステップＳ０３が実行される。ステップＳ０３において、基地局３の検出部３２２が、アクティブユーザ２２を検出する。一実施の形態では、ＭＭＶ－ＡＭＰ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｐａｓｓｉｎｇ）技術を用いてアクティブユーザ２２の検出を行う。

【0053】

図５Ｂのフローチャートを参照して、図５ＡのステップＳ０３の具体的な処理について説明する。図５ＡのステップＳ０３が開始すると、図５ＢのステップＳ１１が実行される。

【0054】

ステップＳ１１において、基地局３の検出部３２２が、第２のカウンタ変数を初期化する。第２のカウンタ変数は、後述するステップＳ１２、Ｓ１３およびＳ１４を繰り返す回数を管理するための変数である。第２のカウンタ変数の初期値は、例えば、０である。

【0055】

ステップＳ１１の後、図５ＢのステップＳ１２が実行される。ステップＳ１２において、基地局３の検出部３２２が、通信路行列Ｈを更新する。通信路行列Ｈの各要素は、以下の「数１０」式のように算出される。

【0056】

【数10】

ここで、「ｈ＾_ｎ ^{（ｍ＋１）}」（正しくは、ハット記号「＾」は「ｈ」の上にある）は、今回のｍ＋１回目に更新された、通信路行列Ｈの、ｎ番目のユーザ２１に対応する行ベクトルの推定値である。「ｎ」は、注目しているユーザ２１の番号であり、１以上かつＮ以下の整数である。「ｍ」は、第２のカウンタ変数である。「η_ｍ，ｎ」は、前回のｍ回目に算出された、ｎ番目のユーザ２１に対応する雑音除去器である。「Ｒ^（ｍ）」は、前回のｍ回目に更新された残差行列である。「ｘ＾_ｎ」（正しくは、ハット記号「＾」は「ｘ」の上にある）は、パイロット行列Ｘの、ｎ番目のユーザ２１に対応する列ベクトルの更新値である。ただし、更新値ｘ＾ｎを用いるのは、後述する図５ＡのステップＳ０６の実行時に図５ＢのステップＳ１２を実行するときに限られ、図５ＡのステップＳ０３を実行中に図５ＢのステップＳ１２を実行するときは、更新値ｘ＾_ｎの代わりの初期値ｘ_ｎとして、基地局３で元々知っているパイロット系列を用いる。「ｈ＾_ｎ ^（ｍ）」（正しくは、ハット記号「＾」は「ｈ」の上にある）は、前回のｍ回目に更新された通信路行列Ｈの、ｎ番目のユーザ２１に対応する行ベクトルの推定値である。

【0057】

ただし、図５ＡのステップＳ０３を一度実行する間に、図５ＢのステップＳ１２を最初に実行する、第２のカウンタ変数ｍが初期値に等しい状態においては、上記の「数１０」式における「前回」の各値の代わりに、各値の初期値を使用する。各値の初期値は、後述する図５ＡのステップＳ０４で推定するＣＦＯ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｏｆｆｓｅｔ：搬送波周波数オフセット）の影響を無視した場合に得られる値である。ＣＦＯとは、各ユーザ２１と基地局３との間で発生する搬送波周波数のオフセット（ずれ）である。

【0058】

ステップＳ１２の後、図５ＢのステップＳ１３が実行される。ステップＳ１３において、基地局３の検出部３２２が、残差行列Ｒを更新する。残差行列Ｒは、以下の「数１１」式のように算出される。

【0059】

【数11】

ここで、「Ｒ^{（ｍ＋１）}」は、今回のｍ＋１回目に更新された残差行列である。「Ｙ」は、受信信号を表す行列である。「Ｘ＾」（正しくは、ハット記号「＾」は「Ｘ」の上にある）は、後述するＣＦＯの推定値を用いて更新されたパイロット行列を表す。ただし、図５ＡのステップＳ０３を実行中に図５ＢのステップＳ１３を実行するときは、このパイロット行列Ｘ＾の代わりに、基地局３で元々知っているパイロット行列Ｘを用いる。「ｍ」は、第２のカウンタ変数である。「Ｎ」は、ユーザ２１の総数を表す。「Ｌ」は、受信信号に含まれるパイロット信号の総数である。「Ｒ^（ｍ）」は、前回のｍ回目に更新された残差行列である。「ｎ」は、注目しているユーザ２１の番号であり、１以上かつＮ以下の整数である。「η’_ｍ，ｎ」は、前回のｍ回目に算出された、ｎ番目のユーザ２１に対応する雑音除去関数の一次微分である。「ｘ＾_ｎ」（正しくは、ハット記号「＾」は「ｘ」の上にある）は、後述するＣＦＯの推定値を用いて更新されたパイロット行列Ｘの、ｎ番目のユーザ２１に対応する列ベクトルである。「ｈ＾_ｎ ^（ｍ）」（正しくは、ハット記号「＾」は「ｈ」の上にある）は、前回のｍ回目に更新された通信路行列Ｈの、ｎ番目のユーザ２１に対応する行ベクトルの推定値である。

【0060】

ステップＳ１３の後、図５ＢのステップＳ１４が実行される。ステップＳ１４において、基地局３の検出部３２２が、第２のカウンタ変数をインクリメントする。

【0061】

ステップＳ１４の後、図５ＢのステップＳ１５が実行される。ステップＳ１５において、基地局３の検出部３２２が、第２のカウンタ変数が閾値に達したか否かを判定する。第２のカウンタ変数が閾値に達していない場合（Ｎｏ）、処理は図５ＢのステップＳ１２へ戻る。反対に、第２のカウンタ変数が閾値に達している場合（Ｙｅｓ）、処理は図５ＢのステップＳ１６へ進む。

【0062】

ステップＳ１６において、基地局３の検出部３２２が、アクティブユーザ２２を検出する。より詳細には、ステップＳ１２で更新された通信路行列Ｈの推定値と、ステップＳ１３で更新された残差行列Ｒの推定値とに基づいて、以下の「数１２」式の条件を満たすユーザ２１の集合を、アクティブユーザ２２の集合として検出する。

【0063】

【数12】

ここで、「Ａ＾」（正しくは、ハット記号「＾」は「Ａ」の上にある）は、推定されたアクティブユーザ２２の集合を表す。「ｎ」は、注目しているユーザ２１の番号であり、１以上かつＮ以下の整数である。「Ｒ^（ｍ）」は、前回のｍ回目に更新された残差行列である。「ｘ＾_ｎ」（正しくは、ハット記号「＾」は「ｘ」の上にある）は、後述するＣＦＯの推定値を用いて更新されたパイロット行列Ｘの、ｎ番目のユーザ２１に対応する列ベクトルである。「ｈ＾_ｎ ^（ｍ）」（正しくは、ハット記号「＾」は「ｈ」の上にある）は、前回のｍ回目に更新された通信路行列Ｈの、ｎ番目のユーザ２１に対応する行ベクトルの推定値である。「θ_ｍ，ｎ」は、通信システム１の設計に合わせて適宜に設定された閾値である。

【0064】

ステップＳ１６が終了すると、図５Ｂの処理は終了し、図５ＡのステップＳ０３は終了し、処理は図５ＡのステップＳ０４へ進む。

【0065】

図５ＡのステップＳ０４において、基地局３の推定部３２３が、ステップＳ０３で検出したアクティブユーザ２２に基づいて、ＣＦＯを推定する。ここで、一実施の形態では、ステップＳ０３におけるアクティブユーザ２２の検出と、ステップＳ０４におけるＣＦＯの推定とを、個別に行うことに注目されたい。ただし、ＣＦＯの推定値が得られていない最初の段階で実行されるステップＳ０３は、アクティブユーザ２２を大まかに絞り込む処理である。

【0066】

図５Ｃのフローチャートを参照して、図５ＡのステップＳ０４の具体的な処理について説明する。図５ＡのステップＳ０４が開始すると、図５ＣのステップＳ２１が実行される。

【0067】

ステップＳ２１において、基地局３の推定部３２３が、第３のカウンタ変数を初期化する。第３のカウンタ変数は、後述するステップＳ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５およびＳ２６を繰り返す回数を管理するための変数である。第３のカウンタ変数の初期値は、例えば、１である。

【0068】

ステップＳ２１において、基地局３の推定部３２３は、さらに、後述するＣＦＯの第１候補値および第２候補値を初期化する。一例として、ＣＦＯの第１候補値の初期値は、上記の「数１」式に示したように、３ＧＰＰの規格を満たす範囲の最小値「－ε_ｍａｘ」である。同様に、ＣＦＯの第２候補値の初期値は、３ＧＰＰの規格を満たす範囲の最大値「ε_ｍａｘ」である。

【0069】

ステップＳ２１の後、図５ＣのステップＳ２２が実行される。ステップＳ２２において、基地局３の推定部３２３が、アクティブユーザ２２の拡張パイロット行列を更新する。拡張パイロット行列は、ユーザ２１全体に対応するパイロット行列Ｘのうち、アクティブユーザ２２に対応する列ベクトルを抽出し、さらに、抽出した列ベクトルのそれぞれを、２つの列ベクトルに置き換えることで得られる。置き換えた２つの列ベクトルのうち、一方はＣＦＯの第１候補値に対応し、他方はＣＦＯの第２候補値に対応する。ＣＦＯの第１候補値および第２候補値は、それぞれ、その時点におけるＣＦＯの候補範囲の最小値および最大値である。拡張通信路行列の初期値は、ＣＦＯの第１候補値および第２候補値の初期値に基づいて算出される。その後の、ＣＦＯの第１候補値および第２候補値を更新する処理については、後述する。拡張パイロット行列は、以下の「数１３」式のように表される。

【0070】

【数13】

ここで、「Ｘ_ｂ」は、拡張パイロット行列を表す。「Ｐ（ε_ｎ１，１ ^（ｉ））」（正確には、「ｎ１」の「１」は「ｎ」の下付き添字である）は、ｎ_１番目のアクティブユーザ２２の、第３のカウンタ変数の値がｉであるときの、ＣＦＯがその候補範囲の最小値に等しい場合の影響を表す。「ｘ_ｎ１」（正確には、「１」は「ｎ」の下付き添字である）は、周波数領域におけるパイロット行列の、ｎ_１番目のアクティブユーザ２２に対応する列ベクトルを表す。「Ｐ（ε_ｎ１，２ ^（ｉ））」（正確には、「ｎ１」の「１」は「ｎ」の下付き添字である）は、ｎ_１番目のアクティブユーザ２２の、第３のカウンタ変数の値がｉであるときの、ＣＦＯがその候補範囲の最大値に等しい場合の影響を表す。「Ｐ（ε_{ｎＫ＾，１} ^（ｉ））」（正確には、「ｎＫ＾」の「Ｋ＾」は「ｎ」の下付き添字であり、ハット記号「＾」は「Ｋ」の上にある）は、ｎ_Ｋ＾（正確には、ハット記号「＾」は「Ｋ」の上にある）番目のアクティブユーザ２２の、第３のカウンタ変数の値がｉであるときの、ＣＦＯがその候補範囲の最小値に等しい場合の影響を表す。「ｘ_ｎＫ＾」（正確には、「Ｋ＾」は「ｎ」の下付き添字であり、ハット記号「＾」は「Ｋ」の上にある）は、周波数領域におけるパイロット行列の、ｎ_Ｋ＾（正確には、ハット記号「＾」は「Ｋ」の上にある）番目のアクティブユーザ２２に対応する列ベクトルを表す。「Ｐ（ε_{ｎＫ＾，２} ^（ｉ））」（正確には、「ｎＫ＾」の「Ｋ＾」は「ｎ」の下付き添字であり、ハット記号「＾」は「Ｋ」の上にある）は、ｎ_Ｋ＾（正確には、ハット記号「＾」は「Ｋ」の上にある）番目のアクティブユーザ２２の、第３のカウンタ変数の値がｉであるときの、ＣＦＯがその候補範囲の最大値に等しい場合の影響を表す。

【0071】

受信信号行列Ｙは、拡張パイロット行列Ｘ_ｂを用いて、以下の「数１４」式のように表される。

【0072】

【数14】

ここで、「Ｙ」は、受信信号を表す。「Ｘ_ｂ」は、拡張パイロットを表す。「Ｈ_ｂ」は、後述する拡張通信路を表し、２Ｋ＾（正確には、ハット記号「＾」は「Ｋ」の上にある）行Ｍ列の複素数行列である。「Ｚ」は、雑音行列を表す。

【0073】

ステップＳ２２の後、図５ＣのステップＳ２３が実行される。ステップＳ２３において、基地局３の推定部３２３が、アクティブユーザ２２の拡張通信路行列を更新する。拡張通信路行列は、ステップＳ２２で求めた拡張パイロット行列Ｘｂの場合と同様に、通信路行列Ｈのうち、アクティブユーザ２２に対応する行ベクトルを抽出し、さらに、抽出した行ベクトルのそれぞれを、ＣＦＯの第１候補値および第２候補値にそれぞれ対応する２つの行ベクトルに置き換えることで得られる。拡張通信路行列は、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ：最小平均二乗誤差）推定を利用することにより、以下の「数１５」式のように推定される。

【0074】

【数15】

ここで、「Ｈ＾_ｂ」（正確には、ハット記号「＾」は「Ｈ」の上にある）は、拡張通信路行列推定値を表す。「Ｘ_ｂ」は、拡張パイロットを表す。「σ^２」は、雑音分散を表す。「Ｉ_Ｌ」は、Ｌ行Ｌ列の単位行列を表す。「Ｙ」は、受信信号を表す。

【0075】

受信信号行列Ｙを、拡張パイロット行列Ｘ_ｂと、拡張通信路行列の推定値Ｈ＾_ｂ（正確には、ハット記号「＾」は「Ｈ」の上にある）とを用いて表す式を図６に示す。図６の例において、拡張通信路行列の推定値Ｈ＾_ｂ（正確には、ハット記号「＾」は「Ｈ」の上にある）は、アクティブユーザ２２のそれぞれについて、ＣＦＯの候補範囲の最小値（ε_ｎ１，１ ^（ｉ）など）および最大値最小値（ε_ｎ１，２ ^（ｉ）など）にそれぞれ対応する２つの行ベクトルを有する。

【0076】

ステップＳ２３の後、図５ＣのステップＳ２４が実行される。ステップＳ２４において、基地局３の推定部３２３が、ＣＦＯの推定値を選択する。より詳細には、まず、推定部３２３が、拡張通信路行列の、それぞれのアクティブユーザ２２に対応する２つの要素のノルムを算出する。次に、推定部３２３は、それぞれのアクティブユーザ２２について、算出した２つのノルムのうち、より大きい方のノルムを選択する。さらに、推定部３２３は、それぞれのアクティブユーザ２２について、ＣＦＯの候補範囲の最小値および最大値のうち、選択したノルムに対応する方を、ＣＦＯの推定値として選択する。

【0077】

ステップＳ２４の後、図５ＣのステップＳ２５が実行される。ステップＳ２５において、基地局３の推定部３２３が、ＣＦＯの候補範囲を更新する。より詳細には、推定部３２３が、二分法を用いて、ＣＦＯの推定値を含む候補範囲を狭める。推定部３２３は、まず、現状のＣＦＯの候補範囲の最小値および最大値の中間値を算出する。推定部３２３は、次に、算出した中間値と、ステップＳ２４で選択したＣＦＯの候補値との間の範囲を、ＣＦＯの新しい候補範囲に設定する。このとき、ステップＳ２４で選択したＣＦＯの候補値より中間値の方が小さい場合は、選択した候補値および中間値を、それぞれ、ＣＦＯの新しい候補範囲の最小値および最大値に設定する。反対の場合には、選択した候補値および中間値を、それぞれ、ＣＦＯの新しい候補範囲の最大値および最小値に設定する。

【0078】

図７を参照して、ＣＦＯの候補範囲を更新するために用いる二分法について説明する。図７の例に示すように、ある時点での、ＣＦＯの候補範囲の最小値および最大値が、それぞれ、ε＾_ｎ，１ ^（１）およびε＾_ｎ，２ ^（１）であり、ステップＳ２４において最大値ε＾_ｎ，２ ^（１）の方が選択された場合、ＣＦＯの新しい候補範囲の最小値ε＾_ｎ，１ ^（２）は、ε＾_ｎ，１ ^（１）およびε＾_ｎ，２ ^（１）の中間値ε＾_ｎ，３ ^（１）に設定され、ＣＦＯの新しい候補範囲の最大値ε＾_ｎ，２ ^（２）は、ε＾_ｎ，２ ^（１）に設定される。ここで、正確には、ハット記号「＾」は「ε」の上にある。

【0079】

ステップＳ２５の後、図５ＣのステップＳ２６が実行される。ステップＳ２６において、基地局３の推定部３２３が、第３のカウンタ変数をインクリメントする。

【0080】

ステップＳ２６の後、図５ＣのステップＳ２７が実行される。ステップＳ２７において、基地局３の推定部３２３が、第３のカウンタ変数が閾値に達したか否かを判定する。第３のカウンタ変数が閾値に達していない場合（Ｎｏ）、処理は図５ＣのステップＳ２２へ戻る。反対に、第３のカウンタ変数が閾値に達している場合（Ｙｅｓ）、図５Ｃの処理は終了し、図５ＡのステップＳ０４も終了し、処理は図５ＡのステップＳ０５へ進む。

【0081】

図５ＡのステップＳ０５において、基地局３の更新部３２４が、ＣＦＯの推定値に基づいてパイロット系列を更新する。更新されたパイロット系列を表すパイロット行列Ｘ＾（正確には、ハット記号「＾」は「Ｘ」の上にある）は、以下の「数１６」式のように表される。

【0082】

【数16】

ここで、「Ｘ＾」（正確には、ハット記号「＾」は「Ｘ」の上にある）は、更新したパイロット行列を表す。「Ｐ（ε＾_１）」（正確には、ハット記号「＾」は「ε」の上にある）は、１番目のユーザ２１に対応する、ＣＦＯの影響を表す行列である。「ε＾_１」は、１番目のユーザ２１のＣＦＯの推定値を表す。「ｘ_１」は、周波数領域におけるパイロット行列Ｘの、１番目のユーザ２１に対応する列ベクトルを表す。「Ｐ（ε＾_Ｎ）」（正確には、ハット記号「＾」は「ε」の上にある）は、Ｎ番目のユーザ２１に対応する、ＣＦＯの影響を表す行列である。「ε＾_Ｎ」は、Ｎ番目のユーザ２１のＣＦＯの推定値を表す。「ｘ_Ｎ」は、周波数領域におけるパイロット行列Ｘの、Ｎ番目のユーザ２１に対応する列ベクトルを表す。

【0083】

ステップＳ０５の後、図５ＡのステップＳ０６が実行される。ステップＳ０６において、基地局３の検出部３２２が、更新したパイロット系列に基づいてアクティブユーザ２２を検出する。ステップＳ０６の処理は、図５ＡのステップＳ０３の処理と同様に、ただし図５ＡのステップＳ０５で更新したパイロット系列を用いて、改めて行われる。

【0084】

ステップＳ０６の後、図５ＡのステップＳ０７が実行される。ステップＳ０７において、基地局３の推定部３２３が、第１のカウンタ変数をインクリメントする。

【0085】

ステップＳ０７の後、図５ＡのステップＳ０８が実行される。ステップＳ０８において、基地局３の推定部３２３が、第１のカウンタ変数が閾値に達したか否かを判定する。第１のカウンタ変数が閾値に達していない場合（Ｎｏ）、処理は図５ＡのステップＳ０４へ戻る。反対に、第１のカウンタ変数が閾値に達している場合（Ｙｅｓ）、処理は図５ＡのステップＳ０９へ進む。ここで、第１のカウンタ変数が閾値に達するまで、ステップＳ０４におけるＣＦＯの推定と、ステップＳ０６におけるアクティブユーザ２２の検出とが、個別に、かつ、交互に繰り返して行われることに注目されたい。

【0086】

図５ＡのステップＳ０９において、基地局３の出力部３２５は、最後に検出したアクティブユーザ２２の集合と、最後に推定したＣＦＯとを表す情報を、外部に出力する。より詳細には、出力部３２５は、入出力装置３５を制御して、この情報を外部に出力してもよい。もしくは、出力部３２５は、通信装置３４を制御して、この情報を外部に送信してもよい。

【0087】

ステップＳ０９が終了すると、図５Ａの処理は終了する。基地局３の通信部３２１は、搬送波周波数オフセットの推定値と、通信路推定の結果とに基づいて、複数の受信信号に含まれるデータ信号を復号してもよい。

【0088】

以上に説明したように、一実施の形態によれば、アクティブユーザ２２の検出処理および通信路の推定処理と、搬送波周波数オフセットの推定処理とを、個別かつ交互に行うことによって、効率よく行うことができる。

【0089】

（変形例）
上記の実施の形態による構成では、図５ＡのステップＳ０３および図５Ｂの各ステップにおいて、アクティブユーザ２２を検出するためにＭＭＶ－ＡＭＰ技術を用いた。これはあくまでも一例であって、本開示はこの例に限定されない。この構成の一変形例として、ＭＭＶ－ＡＭＰ技術の代わりに、ＣＤ（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ Ｄｅｓｃｅｎｔ）法やＧＭＭＶ－ＡＭＰ（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｐａｓｓｉｎｇ）技術などを用いてアクティブユーザ２２を検出してもよい。

【0090】

発明者らは、一実施の形態による受信装置としての基地局３、受信方法および受信プログラムの性能が、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰ技術より優れていることを、コンピュータシミュレーションによって確認した。このコンピュータシミュレーションの結果について、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５および図１６を参照して説明する。

【0091】

このコンピュータシミュレーションで使用した各パラメータは、以下のとおりである。ユーザ２１の総数Ｎは、２００である。アクティブユーザ２２の総数Ｋは、８である。パイロット信号の総数Ｌは、７２である。基地局３のアンテナ３４１の総数Ｍは、４である。ＯＦＤＭサブキャリアの総数Ｎ_ｃは、２０４８である。パイロットサブキャリアの総数Ｓは、３６である。パイロットＯＦＤＭシンボルの総数Ｇは、２である。ＣＦＯの最大値ε_ｍａｘは、０．０１３３である。ＣＰの長さＮ_ＣＰは、１４４である。図５Ａの処理を繰り返す回数、すなわち第１のカウンタ変数の閾値は、３である。図５Ｂの処理を繰り返す回数、すなわち第２のカウンタ変数の閾値は、６０である。図５Ｃの処理を繰り返す回数、すなわち第３のカウンタ変数の閾値は、７である。

【0092】

図８の横軸はＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ：信号対雑音比）をｄＢ（デシベル）で表し、縦軸は見逃し確率を表す。見逃し確率は、アクティブユーザ２２の判定を誤る確率を表す。図８は、合計３本のグラフＧ１１、Ｇ１２およびＧ１３を含む。グラフＧ１１は、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰに対応する。グラフＧ１２は、一実施の形態に対応する。グラフＧ１３は、ＣＦＯが既知である場合の理想的なＭＭＶ－ＡＭＰに対応する。図８から、一実施の形態が、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰより優れていることを確認できる。

【0093】

図９の横軸はＳＮＲをｄＢで表し、縦軸は誤警報確率を表す。誤警報確率は、非アクティブユーザの判定を誤る確率を表す。図９は、合計３本のグラフＧ２１、Ｇ２２およびＧ２３を含む。グラフＧ２１は、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰに対応する。グラフＧ２２は、一実施の形態に対応する。グラフＧ２３は、ＣＦＯが既知である場合の理想的なＭＭＶ－ＡＭＰに対応する。図９から、一実施の形態が、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰより優れていることを確認できる。

【0094】

図１０の横軸はＳＮＲをｄＢで表し、縦軸は通信路推定の性能を評価するＮＭＳＥ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｍｅａｎ． Ｓｑｕａｒｅｄ Ｅｒｒｏｒ：正規化平均二乗誤差）を表す。図１０は、合計３本のグラフＧ３１、Ｇ３２およびＧ３３を含む。グラフＧ３１は、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰに対応する。グラフＧ３２は、一実施の形態に対応する。グラフＧ３３は、ＣＦＯが既知である場合の理想的なＭＭＶ－ＡＭＰに対応する。図１０から、一実施の形態が、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰより優れていることを確認できる。

【0095】

図１１の横軸はアクティブ率を表し、縦軸は見逃し確率を表す。アクティブ率は、ユーザ２１のうちのアクティブユーザ２２の割合を表す。図１１は、合計３本のグラフＧ４１、Ｇ４２およびＧ４３を含む。グラフＧ４１は、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰに対応する。グラフＧ４２は、一実施の形態に対応する。グラフＧ４３は、ＣＦＯが既知である場合の理想的なＭＭＶ－ＡＭＰに対応する。図１１から、一実施の形態が、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰより優れていることを確認できる。

【0096】

図１２の横軸はアクティブ率を表し、縦軸は誤警報確率を表す。図１２は、合計３本のグラフＧ５１、Ｇ５２およびＧ５３を含む。グラフＧ５１は、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰに対応する。グラフＧ５２は、一実施の形態に対応する。グラフＧ５３は、ＣＦＯが既知である場合の理想的なＭＭＶ－ＡＭＰに対応する。図１２から、一実施の形態が、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰより優れていることを確認できる。

【0097】

図１３の横軸はアクティブ率を表し、縦軸は通信路推定の性能を評価するＮＭＳＥを表す。図１３は、合計３本のグラフＧ６１、Ｇ６２およびＧ６３を含む。グラフＧ６１は、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰに対応する。グラフＧ６２は、一実施の形態に対応する。グラフＧ６３は、ＣＦＯが既知である場合の理想的なＭＭＶ－ＡＭＰに対応する。図１３から、一実施の形態が、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰより優れていることを確認できる。

【0098】

図１４の横軸はＣＦＯの最大値を表し、縦軸は見逃し確率を表す。ここで、ＳＮＲは６ｄＢである。図１４は、合計３本のグラフＧ７１、Ｇ７２およびＧ７３を含む。グラフＧ７１は、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰに対応する。グラフＧ７２は、一実施の形態に対応する。グラフＧ７３は、ＣＦＯが既知である場合の理想的なＭＭＶ－ＡＭＰに対応する。図１４から、一実施の形態が、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰより優れていることを確認できる。

【0099】

図１５の横軸はＣＦＯの最大値を表し、縦軸は誤警報確率を表す。ここで、ＳＮＲは６ｄＢである。図１５は、合計３本のグラフＧ８１、Ｇ８２およびＧ８３を含む。グラフＧ８１は、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰに対応する。グラフＧ８２は、一実施の形態に対応する。グラフＧ８３は、ＣＦＯが既知である場合の理想的なＭＭＶ－ＡＭＰに対応する。図１５から、一実施の形態が、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰより優れていることを確認できる。

【0100】

図１６の横軸はＣＦＯの最大値を表し、縦軸は通信路推定の性能を評価するＮＭＳＥを表す。図１６は、合計３本のグラフＧ９１、Ｇ９２およびＧ９３を含む。グラフＧ９１は、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰに対応する。グラフＧ９２は、一実施の形態に対応する。グラフＧ９３は、ＣＦＯが既知である場合の理想的なＭＭＶ－ＡＭＰに対応する。図１６から、一実施の形態が、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰより優れていることを確認できる。

【0101】

以上に説明したように、図８～図１６のいずれの場合も、一実施の形態が、ＣＦＯを無視した場合のＭＭＶ－ＡＭＰより優れていることを確認できる。

【0102】

以上、発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、実施の形態に説明したそれぞれの特徴は、技術的に矛盾しない範囲で自由に組み合わせることが可能である。

【符号の説明】

【0103】

１ 通信システム
２１ ユーザ（送信装置）
２２ アクティブユーザ
３ 基地局（受信装置）
３１ バス
３２ 演算装置
３２１ 通信部
３２２ 検出部
３２３ 推定部
３２４ 更新部
３２５ 出力部
３３ 記憶装置
３３０ 記録媒体
３３１ 受信プログラム記憶部
３４ 通信装置
３４１ アンテナ
３５ 入出力装置
４１ 通信リソース
４２ データ信号用リソース
４３ パイロット信号用リソース
Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１３ グラフ
Ｇ２１、Ｇ２２、Ｇ２３ グラフ
Ｇ３１、Ｇ３２、Ｇ３３ グラフ
Ｇ４１、Ｇ４２、Ｇ４３ グラフ
Ｇ５１、Ｇ５２、Ｇ５３ グラフ
Ｇ６１、Ｇ６２、Ｇ６３ グラフ
Ｇ７１、Ｇ７２、Ｇ７３ グラフ
Ｇ８１、Ｇ８２、Ｇ８３ グラフ
Ｇ９１、Ｇ９２、Ｇ９３ グラフ
Ｈ 等価通信路行列
Ｈ＾_ｂ （正確には、ハット記号「＾」が「Ｈ」の上にある）
Ｌ 行数
Ｍ 列数
Ｎ 行数、列数
Ｎ_Ｃ サブキャリア数
Ｘ 等価パイロット行列
Ｙ 受信信号行列
Ｚ 雑音
ε＾^（１） _ｎ，１、ε＾^（２） _ｎ，１、ε＾^（１） _ｎ１，１ 最小値（正確には、ハット記号「＾」が「ε」の上にある）
ε＾^（１） _ｎ，２、ε＾^（２） _ｎ，２、ε＾^（１） _ｎ１，２ 最大値（正確には、ハット記号「＾」が「ε」の上にある）
ε＾^（１） _ｎ，３、ε＾^（２） _ｎ，３ 中間値（正確には、ハット記号「＾」が「ε」の上にある）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】