JP3768448B2

JP3768448B2 - OFDM signal transmission apparatus, OFDM signal receiving apparatus, and OFDM signal receiving method

Info

Publication number: JP3768448B2
Application number: JP2002032956A
Authority: JP
Inventors: 聰黒崎; 隆利杉山; 裕介淺井; 大誠内田; 正弘梅比良
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: JP2003234718A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイバーシチ合成によって伝送品質を向上させることのできるＯＦＤＭ信号伝送装置、ＯＦＤＭ信号受信装置およびＯＦＤＭ信号受信方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
広帯域移動体通信においては、移動体通信におけるマルチパスフェージング環境下において一定レベルの通信品質を維持するための周波数選択性フェージングの対策とともに、限られた周波数帯の中で大容量化を図るための周波数利用効率の向上策が必要である。周波数選択性フェージングヘの対策としては、送信信号を互いに直交するサブキャリア群に分割して、マルチキャリア伝送を行うＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式が知られている。
【０００３】
一方、周波数利用効率の向上への対策としては、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いてＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）チャネルを構成し、受信側において各受信アンテナの受信信号からチャネル推定器と干渉キャンセラを用いて各送信アンテナからの送信信号を分離して復元することにより、送信アンテナの数だけチャネルを増加させ、周波数利用効率を向上させる手法が提案されている。例えば、特願２００１−２０３３６０の「ＯＦＤＭ信号伝送システム、ＯＦＤＭ信号送信装置及びＯＦＤＭ信号受信装置」において開示されている。
【０００４】
また、ＯＦＤＭ方式においてＭＩＭＯチャネルを構成し、信号処理を行うことにより空間で合成された信号を分離することを可能だが、相互干渉による劣化が大きいので強力な誤り訂正である畳み込み符号化−軟判定ビタビ復号を適用するのが一般的である。例えば、特願２００１−３１９６１０の「ＯＦＤＭ信号伝送装置、ＯＦＤＭ信号受信装置、及びＯＦＤＭ信号受信方法」においては、干渉キャンセラの出力値に、その出力値の信号対雑音電力値の平方根に比例した係数（以下、振幅情報係数とする）を乗算することによって、受信時の振幅情報を再現している。
【０００５】
以上の処理により、干渉キャンセルされた信号にも本来の受信振幅情報が保持されているので、後段の軟判定誤り訂正復号器が誤り訂正能力を最大限発揮することができ、誤り率特性が改善される。また、振幅情報係数は、干渉キャンセラにおいて干渉キャンセルを行う前の信号に乗算する伝達係数逆行列を取得する過程で得られるパラメータを用いて取得することができるので、直接受信信号の信号対雑音電力値を求める必要がないという利点がある。
【０００６】
また、上述したＭＩＭＯチャネルを用いたＯＦＤＭ信号伝送装置において、ダイバーシチ合成を行う場合として、例えば、特開２０００−３３２７２３の「ＯＦＤＭ送受信装置及びＯＦＤＭ送受信方法」に、ＯＦＤＭ信号受信装置において、サブキャリア毎に、各ブランチの信号から生成した信号電力対雑音電力比の平方根に比例する、検波後の各ブランチの信号に重み付け係数（以下、ダイバーシチ係数とする）を乗算し、乗算結果を加算することによって、最大比合成ダイバーシチの処理を実現している。
【０００７】
ここで、上述した最大比合成ダイバーシチの処理と、上述したＭＩＭＯチャネルを構成し符号化−軟判定ビタビ復号を適用したＯＦＤＭ信号伝送方式とを組み合わせたＯＦＤＭ信号伝送装置の構成について図を用いて説明する。
図５は、従来のＯＦＤＭ信号伝送装置を示す図である。図において、ＯＦＤＭ信号伝送装置２０は、ＯＦＤＭ信号送信装置３０とＯＦＤＭ信号受信装置４０から構成される。まず、ＯＦＤＭ信号送信装置３０について説明する。４０１は、同一のＯＦＤＭ信号Ｕが入力されるＮ個（Ｎは２以上の整数）の高速逆フーリエ変換器である。４０２は、Ｎ個の送信アンテナである。ＯＦＤＭ信号送信装置３０は、以上の構成により、複数の送信アンテナ４０２からＯＦＤＭ信号Ｕを基にする送信信号を発信する。
【０００８】
次に、ＯＦＤＭ信号受信装置４０について説明する。５０１は、Ｎ個の受信アンテナである。５０２は、Ｎ個の高速フーリエ変換器である。５０３は、該高速フーリエ変換器５０２の出力をサブキャリア毎のＩ系統（Ｉは自然数）でＮブランチの系列信号に変換し出力するサブキャリアデータ信号構成器である。５０４は、該高速フーリエ変換器５０２の出力から全ての送受信アンテナ間の組み合わせに対応するサブキャリア毎の伝達係数の行列を推定し、その逆行列である伝達係数逆行列を計算するサブキャリア伝達係数逆行列演算器である。
【０００９】
５０５は、サブキャリアデータ信号構成器５０３が出力するＩ系統の系列信号とサブキャリア伝達係数逆行列演算器５０４が出力するＩ個の伝達係数逆行列とを乗算することで干渉成分を除去した干渉除去系列信号を出力するＩ個のサブキャリア干渉キャンセラである。５０６は、サブキャリア伝達係数逆行列演算器５０４が算出した伝達係数逆行列の要素から１個につきＮ個の振幅情報係数の演算を行うＩ個の振幅情報係数演算器である。
【００１０】
５０７は、各サブキャリア干渉キャンセラ５０５が出力する干渉除去系列信号と振幅情報係数演算器５０６が演算した振幅情報係数を乗算するＩ個の振幅情報係数乗算器である。５０８は、振幅情報係数乗算器５０７の出力からＮブランチの最大比合成ダイバーシチを行うＩ個の最大比合成器である。ここで、振幅情報係数乗算器５０７および最大比合成器５０８の詳細な構成について図を用いて説明する。
【００１１】
図６は、従来のＯＦＤＭ信号伝送装置２０が具備する振幅情報係数乗算器５０７の構成例を示す図である。図に示すように、例えばサブキャリアＫについて処理する振幅情報係数乗算器５０７は、サブキャリアＫのブランチ１の信号にサブキャリアＫのブランチ１の振幅情報係数を乗算する乗算器５０７−１と、以下同様に乗算器５０７−２、…、乗算器５０７−Ｎから構成される。
【００１２】
図７は、従来のＯＦＤＭ信号伝送装置２０が具備する最大比合成器５０８の構成例を示す図である。図において、符号５０８ａは、振幅情報係数乗算器５０７の出力信号の信号対雑音電力比を演算するＮ個の包絡線生成器である。５０８ｂは、Ｎ個の包絡線生成器５０８ａからの出力値の和を演算する加算器である。５０８ｃは、包絡線生成器５０８ａの出力値を被除数とし、加算器５０８ｂの出力値を除数としてダイバーシチ係数を演算するＮ個の除算器である。
【００１３】
５０８ｄは、振幅情報係数乗算器５０７の出力信号の検波処理を行うＮ個の検波器である。５０８ｅは、検波器５０８ｄの出力信号と除算器５０８ｃが出力するダイバーシチ係数の乗算を行うＮ個のダイバーシチ係数乗算器である。５０８ｆは、Ｎ個のダイバーシチ係数乗算器５０８ｅからの出力値の和を演算する加算器である。以上の構成により、最大比合成器５０８は、受信信号に対して最大比合成ダイバーシチの処理を行う。
【００１４】
５０９は、最大比合成器５０８の出力をシンボル毎の系列に変換して１系統のＯＦＤＭ信号Ｕ’を出力するシンボルデータ変換器である。また、シンボルデータ変換器５０９が出力するＯＦＤＭ信号Ｕ’は、ＯＦＤＭ信号送信装置３０においてＯＦＤＭ信号Ｕを作成する際の変調に応じた復調器で復調される。更に、復調器で復調した信号は、ＯＦＤＭ信号送信装置３０において誤り訂正符号が付与されている場合は、軟判定誤り訂正復号器で誤り訂正が行なわれる。
【００１５】
上述した従来のＯＦＤＭ信号伝送装置２０の動作について以下に説明する。まず、ＯＦＤＭ信号伝送装置３０が全Ｎ個のブランチにおいて同一のデータ信号を送信アンテナ４０２から送信し、ＯＦＤＭ信号受信装置４０の受信アンテナ５０１がこの送信信号を受信する。サブキャリア伝達係数逆行列演算器５０４は、サブキャリアｉ（ｉは、１≦ｉ≦Ｉの整数）毎の各ブランチにおいて送受信アンテナの組み合わせに対応する伝達係数を成分とするＮ×Ｎの行列（以下、伝達係数行列とする）Ｓⁱの逆行列（Ｓⁱ）^-1（以下、伝達係数逆行列とする）を演算する。
【００１６】
次に、サブキャリア干渉キャンセラ５０５は受信したＮブランチのデータ信号におけるサブキャリアｉに対する成分に（Ｓⁱ）^-1を乗算することにより相互干渉を補償して、送信されたデータ信号を分離する。次に、振幅情報係数演算器５０６は、サブキャリア毎の各ブランチの信号から生成した信号電力対雑音電力比の平方根に比例した振幅情報係数を演算する。次に、振幅情報係数乗算器５０７は、サブキャリア干渉キャンセラ５０５の出力に振幅情報係数演算器５０６の算出した振幅情報係数を乗算することにより雑音振幅を等化し、データ信号の振幅を本来の受信振幅の値に復元する。
【００１７】
次に、最大比合成器５０８は、サブキャリア毎にＮ個のブランチ出力の最大比合成を行う。最大比合成後は復調器によって尤度を算出し、この尤度情報をもとに軟判定誤り訂正して送信信号が復元される。
以上に示したように従来のＯＦＤＭ信号伝送装置２０は、Ｎ個のブランチの最大比合成ダイバーシチを行うことで、この技術を用いないＯＦＤＭ信号伝送装置に比べて誤り率特性を向上させている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のＯＦＤＭ信号伝送装置２０においては、最大比合成ダイバーシチを行うために多数の包絡線生成器５０８ａを設けて信号対雑音電力比を測定するので、ＯＦＤＭ信号受信装置４０の装置規模が大きくなるという問題点があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ダイバーシチ合成機能を有し、装置規模をより小さくすることができるＯＦＤＭ信号伝送装置、ＯＦＤＭ信号受信装置およびＯＦＤＭ信号受信方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するためになされたもので、本発明におけるＯＦＤＭ信号伝送装置においては、ＯＦＤＭ信号送信装置の複数の送信アンテナとＯＦＤＭ信号受信装置の複数の受信アンテナとによりＭＩＭＯチャネルが構成され、サブキャリア毎にＭＩＭＯチャネルを構成する送信アンテナと受信アンテナ間の伝達係数を成分とする伝達係数逆行列を演算するサブキャリア伝達係数逆行列演算器と、サブキャリア伝達係数逆行列演算器の演算した伝達係数逆行列の要素から受信アンテナでの受信信号の振幅情報を再現するために用いる振幅情報係数を演算する振幅情報係数演算器と、受信アンテナでの受信信号をフーリエ変換してサブキャリア別に変換した系列信号へ伝達係数逆行列を乗算することにより系列信号に含まれる干渉成分を除去した干渉除去系列信号を出力するサブキャリア干渉キャンセラと、サブキャリア干渉キャンセラが出力する干渉除去系列信号に振幅情報係数を乗算する振幅情報係数乗算器とを備えるＯＦＤＭ信号受信装置を具備するＯＦＤＭ信号伝送装置であって、上記ＯＦＤＭ信号受信装置は、サブキャリア伝達係数逆行列演算器の演算した伝達係数逆行列の要素、または振幅情報係数演算器の演算した振幅情報係数を基に、ダイバーシチ合成のための重み付けに用いるダイバーシチ係数を演算するダイバーシチ係数演算手段と、振幅情報係数乗算器の出力信号を基に、ダイバーシチ係数演算手段の演算したダイバーシチ係数に比例した重み付け合成を行うダイバーシチ合成手段とを具備することを特徴とする。
【００２０】
これにより、本発明におけるＯＦＤＭ信号伝送装置は、従来必要であった包絡線検波器を用いずともダイバーシチ合成を行うことができる。すなわち、装置規模が大きくなる主たる原因であった包絡線検波器を用いないので、ＯＦＤＭ信号伝送装置の装置規模を小さくすることができる。
【００２１】
また、本発明におけるＯＦＤＭ信号伝送装置においては、上記ダイバーシチ合成手段は、振幅情報係数乗算器の出力信号と、ダイバーシチ係数演算手段の演算したダイバーシチ係数とを乗算するダイバーシチ乗算手段と、ダイバーシチ乗算手段の各乗算結果を加算するダイバーシチ加算手段とを具備することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明におけるＯＦＤＭ信号受信装置においては、ＯＦＤＭ信号送信装置の複数の送信アンテナとＯＦＤＭ信号受信装置の複数の受信アンテナとによりＭＩＭＯチャネルが構成される場合に、サブキャリア毎にＭＩＭＯチャネルを構成する送信アンテナと受信アンテナ間の伝達係数を成分とする伝達係数逆行列を演算するサブキャリア伝達係数逆行列演算器と、サブキャリア伝達係数逆行列演算器の演算した伝達係数逆行列の要素から受信アンテナでの受信信号の振幅情報を再現するために用いる振幅情報係数を演算する振幅情報係数演算器と、受信アンテナでの受信信号をフーリエ変換してサブキャリア別に変換した系列信号へ伝達係数逆行列を乗算することにより系列信号に含まれる干渉成分を除去した干渉除去系列信号を出力するサブキャリア干渉キャンセラと、サブキャリア干渉キャンセラが出力する干渉除去系列信号に振幅情報係数を乗算する振幅情報係数乗算器とを備えるＯＦＤＭ信号受信装置であって、サブキャリア伝達係数逆行列演算器の演算した伝達係数逆行列の要素、または振幅情報係数演算器の演算した振幅情報係数を基に、ダイバーシチ合成のための重み付けに用いるダイバーシチ係数を演算するダイバーシチ係数演算手段と、振幅情報係数乗算器の出力信号を基に、ダイバーシチ係数演算手段の演算したダイバーシチ係数に比例した重み付け合成を行うダイバーシチ合成手段とを具備することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明におけるＯＦＤＭ信号受信装置においては、上記ダイバーシチ合成手段は、振幅情報係数乗算器の出力信号と、ダイバーシチ係数演算手段の演算したダイバーシチ係数とを乗算するダイバーシチ乗算手段と、ダイバーシチ乗算手段の各乗算結果を加算するダイバーシチ加算手段とを具備することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明におけるＯＦＤＭ信号受信方法においては、ＯＦＤＭ信号送信装置の複数の送信アンテナとＯＦＤＭ信号受信装置の複数の受信アンテナとによりＭＩＭＯチャネルが構成されるＯＦＤＭ伝送装置を用いて、サブキャリア毎にＭＩＭＯチャネルを構成する送信アンテナと受信アンテナ間の伝達係数を成分とする伝達係数逆行列を演算する第１の過程と、第１の過程で演算した伝達係数逆行列の要素から受信アンテナでの受信信号の振幅情報を再現するために用いる振幅情報係数を演算する第２の過程と、受信アンテナでの受信信号をフーリエ変換してサブキャリア別に変換した系列信号へ伝達係数逆行列を乗算することにより系列信号に含まれる干渉成分を除去した干渉除去系列信号を出力する第３の過程と、第３の過程で演算した干渉除去系列信号に第２の過程で演算した振幅情報係数を乗算する第４の過程とを有するＯＦＤＭ信号伝送方法であって、第１の過程で演算した伝達係数逆行列の要素、または第２の過程で演算した振幅情報係数を基に、ダイバーシチ合成のための重み付けに用いるダイバーシチ係数を演算する第５の過程と、第４の過程の出力信号を基に、第５の過程の演算したダイバーシチ係数に比例した重み付け合成を行う第６の過程とを有することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。ただし、以下の実施の形態は特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではなく、また実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必要であるとは限らない。
まず、本発明のＯＦＤＭ信号伝送装置の一実施形態について図を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるＯＦＤＭ信号伝送装置の概略構成を示すブロック図である。図に示すように、ＯＦＤＭ信号伝送装置１０はＯＦＤＭ信号送信装置１ａと、ＯＦＤＭ信号受信装置２ａとから構成される。
【００２６】
まず、ＯＦＤＭ信号送信装置１ａについて説明する。ＯＦＤＭ信号送信装置１ａにおいて、１０１は、Ｎ個の高速逆フーリエ変換器である。１０２はＮ個の送信アンテナである。尚、“Ｎ”とは２以上の整数である。また、ＯＦＤＭ信号送信装置１ａは、上述したＯＦＤＭ信号送信装置３０と同様の機能と構成である。
【００２７】
次に、ＯＦＤＭ信号受信装置２ａについて説明する。２０１は、Ｎ個の受信アンテナである。２０２はＮ個の高速フーリエ変換器である。２０３は、該高速フーリエ変換器２０２の出力をサブキャリア毎のＩ系統（Ｉは自然数）でＮブランチの系列信号に変換し出力するサブキャリアデータ信号構成器である。２０４は、該高速フーリエ変換器２０２の出力から全ての送受信アンテナ間の組み合わせに対応するサブキャリア毎の伝達係数の行列を推定し、その逆行列である伝達係数逆行列（Ｓⁱ）^-1を計算するサブキャリア伝達係数逆行列演算器である。
【００２８】
２０５は、サブキャリアデータ信号構成器２０３が出力するＩ系統の系列信号とサブキャリア伝達係数逆行列演算器２０４が出力するＩ個の伝達係数逆行列とを乗算することで干渉成分を除去した干渉除去系列信号を出力するＩ個のサブキャリア干渉キャンセラである。２０６は、サブキャリア伝達係数逆行列演算器２０４が算出した伝達係数逆行列の要素から１個につきＮ個の振幅情報係数の演算を行うＩ個の振幅情報係数演算器である。
【００２９】
２０７は、各サブキャリア干渉キャンセラ２０５が出力する干渉除去系列信号と振幅情報係数演算器２０６が演算した振幅情報係数を乗算するＩ個の振幅情報係数乗算器である。２０８は、振幅情報係数演算器２０６の演算した振幅情報係数からブランチ毎のダイバーシチ係数を演算するＩ個のダイバーシチ係数演算器（ダイバーシチ係数演算手段）である。２０９は、各振幅情報係数乗算器２０７の出力信号に検波処理を行い、検波処理後のブランチ毎の信号にダイバーシチ係数演算器で取得したブランチ毎のダイバーシチ係数ダイバーシチ係数に比例した重み付け合成を行うＩ個のダイバーシチ合成器（ダイバーシチ合成手段）である。２１０は、ダイバーシチ合成器の出力をシンボル毎の系列に変換して１系統のＯＦＤＭ信号Ｕ’を出力するシンボルデータ変換器である。
【００３０】
ここで、ダイバーシチ係数演算器２０８およびダイバーシチ合成器２０９の内部構成について図を用いて説明する。
図２は、本発明の一実施形態におけるダイバーシチ係数演算器２０８およびダイバーシチ合成器２０９の内部構成の概略を示すブロック図である。２０９ａは、振幅情報係数演算器２０６からのブランチ毎の出力値の２乗を演算するＮ個の２乗演算器である。２０９ｂは、Ｎ個の２乗演算器２０９ａからの出力値の和を演算する加算器である。２０９ｃは、２乗演算器２０９ａの出力値を被除数とし、加算器２０９ｂの出力値を除数としてダイバーシチ係数を演算する除算器である。
【００３１】
２０８ａは、各振幅情報係数乗算器２０７の出力信号に検波処理を行うＮ個の検波器である。２０８ｂは、Ｎ個の検波器２０８ａの出力値とダイバーシチ係数演算器２０９のブランチ毎の出力値との乗算を行うＮ個のダイバーシチ乗算器（ダイバーシチ乗算手段）である。２０８ｃは、Ｎ個のダイバーシチ乗算器２０８ｂからの出力値の和を演算するダイバーシチ加算器（ダイバーシチ加算手段）である。
【００３２】
尚、上述したＯＦＤＭ信号受信装置２ａの符号２０１〜２０７および２１０の各処理部は、従来のＯＦＤＭ信号受信装置４０の符号５０１〜５０７および５０９の各処理部と同様の機能である。更に、シンボルデータ変換器２１０が出力するＯＦＤＭ信号Ｕ’は、ＯＦＤＭ信号送信装置１ａにおいてＯＦＤＭ信号Ｕを作成する際の変調に応じた復調器で復調される。更に、ＯＦＤＭ信号送信装置１ａにおいて復調器で復調した信号は、ＯＦＤＭ信号送信装置１ａにおいて誤り訂正符号が付与されている場合は、軟判定誤り訂正復号器で誤り訂正が行なわれる。
【００３３】
ここで、振幅情報係数演算器２０６が演算する振幅情報係数Ｗⁱ ₁、Ｗⁱ ₂、…、Ｗⁱ _Nは多数考えられるが、耐雑音性に最も優れ、ダイバーシチ係数Ｗⁱ _SD1、Ｗⁱ _SD2、…、Ｗⁱ _SDNを演算するために、最も利用しやすい受信信号の信号対雑音電力比（ＳＮＲ）で計算する例を以下に説明する。
Ｎ系統の送信データにおけるサブキャリアｉに対する成分をＵⁱ ₁、Ｕⁱ ₂、…、Ｕⁱ _Nとして、Ｎ系統の受信データに含まれるＡＷＧＮ（ＡｄｄｉｔｉｖｅＷｈｉｔｅＧａｕｓｓｉａｎＮｏｉｓｅ）成分のサブキャリアｉに対する成分をｎⁱ ₁、ｎⁱ ₂、…、ｎⁱ _Nとすると、Ｎ系統の受信データにおけるサブキャリアｉに対する成分をｒⁱ ₁、ｒⁱ ₂、…、ｒⁱ _Nはベクトル形式により次式で書き表すことができる。
【００３４】
【数１】

【００３５】
ここで
【数２】

【００３６】
である。数２の行列の要素Ｓⁱ _mnは、送信アンテナ１０２と、受信アンテナ２０１とを経由する伝搬路の伝達係数である。ただし、「ｍ」とは、ｍ番目（１≦ｍ≦Ｎ）の送信アンテナ１０２を示しており、「ｎ」とは、ｎ番目（１≦ｎ≦Ｎ）の受信アンテナ２０１を示している。
【００３７】
ここで数１に示す式の両辺にサブキャリア伝達係数逆行列（Ｓⁱ）^-1を乗算すると、
【数３】

となる。この時、伝達係数逆行列（Ｓⁱ）^-1は以下の式で表される。
【００３８】
【数４】

【００３９】
ここで、τⁱサブキャリア干渉キャンセラ２０５の出力であるτⁱ ₁、τⁱ ₂、…、τⁱ _Nのベクトル表示である。仮に送信データＵⁱ ₁、Ｕⁱ ₂、…、Ｕⁱ _Nの振幅がどれも｜Ｕ｜で等しいとすると、τⁱ ₁、τⁱ ₂、…、τⁱ _Nの信号対雑音電力比は、
【数５】

となる。
【００４０】
ただし、ｊはＮ以下の自然数である。ｎⁱ ₁、ｎⁱ ₂、…、ｎⁱ _Nは独立したガウス分布をとるので、数５は次式のように近似できる。
【数６】

【００４１】
ただし、σ² _vは、ｎⁱ ₁、ｎⁱ ₂、…、ｎⁱ _Nの複素ガウス分布における分散である。
ここで、受信信号の雑音電力は各サブキャリアで等しいので、各サブキャリアのＳＮＲの比率は、各サブキャリアにおける受信振幅の２乗の比率と等価となる。従って、τⁱ ₁、τⁱ ₂、…、τⁱ _Nに対する振幅情報係数Ｗⁱ ₁、Ｗⁱ ₂、…、Ｗⁱ _Nは、数６から求められる各サブキャリアのＳＮＲから次式のように表される。
【数７】

【００４２】
ただし、数７において、Ｋは全サブキャリア共通の定数である。この振幅情報係数Ｗⁱ ₁、Ｗⁱ ₂、…、Ｗⁱ _Nをサブキャリア干渉キャンセラ２０５の出力に乗算することで、失われた振幅情報を再現する。このときダイバーシチ係数演算器２０９で演算されるダイバーシチ係数Ｗⁱ _SD1、Ｗⁱ _SD2、…、Ｗⁱ _SDNは振幅情報係数Ｗⁱ ₁、Ｗⁱ ₂、…、Ｗⁱ _Nを用いて次式のように表される。
【数８】

【００４３】
更に説明すると、振幅情報係数Ｗⁱ ₁、Ｗⁱ ₂、…、Ｗⁱ _Nは、各サブキャリアにおけるＳＮＲの比率の平方根に比例するので、ダイバーシチ係数Ｗⁱ _SD1、Ｗⁱ _SD2、…、Ｗⁱ _SDNは各サブキャリアのＳＮＲの比率に比例する。従って、ダイバーシチ係数を用いて重み付け合成したダイバーシチ合成器２０８の出力は、信号対雑音電力比で重み付け合成した最大比合成器５０８の出力と同等と考えられる。すなわち、本発明の一実施形態におけるＯＦＤＭ信号受信装置２ａは、包絡線生成器を具備しない装置規模の小さいものであって、従来の最大比合成ダイバーシチの処理を行なった場合の出力と同等の特性が得られる。
【００４４】
尚、以上で説明した本発明の実施形態においては、ダイバーシチ係数演算器２０９は、ダイバーシチ係数Ｗⁱ _SD1、Ｗⁱ _SD2、…、Ｗⁱ _SDNを振幅情報係数Ｗⁱ ₁、Ｗⁱ ₂、…、Ｗⁱ _Nから取得しているが、この限りではない。振幅情報係数Ｗⁱ ₁、Ｗⁱ ₂、…、Ｗⁱ _Nは、サブキャリア伝達係数逆行列演算器２０４で演算する伝達係数逆行列の各要素から取得できるので、ダイバーシチ係数演算器２０９は、伝達係数逆行列（Ｓⁱ）^-1の各要素を用いてダイバーシチ係数Ｗⁱ _SD1、Ｗⁱ _SD2、…、Ｗⁱ _SDNを演算してもよい。
【００４５】
次に、上述した本発明の一実施形態によるＯＦＤＭ信号伝送装置１０の具備するＯＦＭＤ信号受信装置２ａの動作について図を用いて説明する。
図３は、本発明の一実施形態によるＯＦＤＭ信号伝送装置１０の具備するＯＦＭＤ信号受信装置２ａの動作を示すフロー図である。まず、ＯＦＤＭ信号伝送装置１ａが全Ｎ個のブランチにおいて同一のデータ信号を送信アンテナ１０２から送信し、ＯＦＤＭ信号受信装置２ａの受信アンテナ２０１がこの送信信号を受信する。次に、サブキャリア伝達係数逆行列演算器２０４は、サブキャリアｉ毎の各ブランチにおいて送信アンテナ１０２および受信アンテナ２０１の組み合わせに対応する伝達係数逆行列（Ｓⁱ）^-1を演算する（ステップＳ１）。
【００４６】
次に、振幅情報係数演算器２０６は、サブキャリア毎の各ブランチの信号から生成した信号電力対雑音電力比の平方根に比例した振幅情報係数を演算する（ステップＳ２）。次に、サブキャリア干渉キャンセラ２０５は受信したＮブランチのデータ信号におけるサブキャリアｉに対する成分に（Ｓⁱ）^-1を乗算することにより相互干渉を補償して、送信されたデータ信号を分離する（ステップＳ３）。次に、振幅情報係数乗算器２０７は、サブキャリア干渉キャンセラ２０５の出力に振幅情報係数演算器２０６の算出した振幅情報係数を乗算することにより雑音振幅を等化し、データ信号の振幅を本来の受信振幅の値に復元する（ステップＳ４）。尚、ステップＳ２およびステップＳ３の順番は逆でもよい。
【００４７】
次に、ダイバーシチ係数演算器２０８は、振幅情報係数演算器２０６の演算した振幅情報係数からブランチ毎のダイバーシチ係数を演算する（ステップＳ５）。次に、ダイバーシチ合成器２０９は、各振幅情報係数乗算器２０７の出力信号に検波処理を行い、検波処理後のブランチ毎の信号にダイバーシチ係数演算器で取得したブランチ毎のダイバーシチ係数ダイバーシチ係数に比例した重み付け合成を行う（ステップＳ６）。次に、シンボルデータ変換器２１０は、ダイバーシチ合成器２０９の出力をシンボル毎の系列に変換して１系統のＯＦＤＭ信号Ｕ’を出力する（ステップＳ７）。
【００４８】
以上に示すように、本発明のＯＦＤＭ信号受信装置２ａは、ダイバーシチ係数演算器２０８によりダイバーシチ係数を演算し、ダイバーシチ合成器２０９によりダイバーシチ合成を行うＯＦＤＭ信号受信方法を用いて通信を行うことができる。
【００４９】
ここで上述した本発明の一実施形態によるＯＦＤＭ信号伝送装置１０の処理方法と、従来のＯＦＤＭ信号伝送装置３０の処理方法との性能の比較するための実験結果を以下に示す。
図４は、本発明の一実施形態におけるＯＦＤＭ信号伝送装置１０の処理性能と、従来のＯＦＤＭ信号伝送装置３０の処理性能とをパケット誤り率特性により比較する実験結果を示す図である。
【００５０】
実験例におけるパラメータは以下の通りである。
チャネル多重度数（アンテナ本数＝Ｎ）：２（送受２本づつ）
伝送速度：５４Ｍｂｐｓ／チャネル
サブキャリア数（＝ｉ）：４８／チャネル
サブキャリア変調方式：６４ＱＡＭ
誤り訂正方式：符号化率３／４、拘束長７の畳み込み符号化／Ｖｉｔｅｒｂｉ復号
フェージング：１８波レイリーフェージング
（ｒｍｓ遅延スプレッド＝５０〔ｎｓ〕、最大ドップラー周波数＝５０Hz）
振幅情報係数：数７におけるＫの値をＫ＝１として実施
【００５１】
図に示されているように、本発明の一実施形態におけるＯＦＤＭ信号伝送装置１０の処理性能は、従来のＯＦＤＭ信号伝送装置３０の処理性能とパケット誤り率特性において同等の性能が得られているといえる。
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。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるダイバーシチ合成を行うＯＦＤＭ信号伝送装置、ＯＦＤＭ信号ダイバーシチ受信装置、及びＯＦＤＭ信号ダイバーシチ受信方法によれば、伝達係数逆行列を演算する過程において得られるパラメータを用いた演算によって振幅情報係数を取得し、振幅情報係数を用いた演算によってダイバーシチ係数を取得し、各ブランチの信号に対してダイバーシチ係数に比例した重み付け合成を行うことによって、従来の最大比合成ダイバーシチと同等の効果を得ることができる。
【００５３】
また、本発明によるＯＦＤＭ信号ダイバーシチ受信装置において、ダイバーシチ係数を演算するために用いる振幅情報係数は、伝達係数逆行列を演算する過程で得られるパラメータを用いて取得することができるので、信号対雑音電力比を測定するために包絡線生成器を設ける必要がなくなり、装置規模の増大を抑えることができる。これにより、ＯＦＤＭ信号ダイバーシチ受信装置を携帯端末などの小型端末に利用することで、ダイバーシチ合成を用いた高品質な受信を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるＯＦＤＭ信号伝送装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるダイバーシチ係数演算器２０８およびダイバーシチ合成器２０９の内部構成の概略を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態によるＯＦＤＭ信号伝送装置１０の具備するＯＦＭＤ信号受信装置２ａの動作を示すフロー図である。
【図４】本発明の一実施形態におけるＯＦＤＭ信号伝送装置１０の処理性能と、従来のＯＦＤＭ信号伝送装置３０の処理性能とをパケット誤り率特性により比較する実験結果を示す図である。
【図５】従来のＯＦＤＭ信号伝送装置を示す図である。
【図６】従来のＯＦＤＭ信号伝送装置２０が具備する振幅情報係数乗算器５０７の構成例を示す図である。
【図７】従来のＯＦＤＭ信号伝送装置２０が具備する最大比合成器５０８の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１ａ：ＯＦＤＭ信号送信装置、２ａ：ＯＦＤＭ信号受信装置、１０：ＯＦＤＭ信号伝送装置、１０１:高速逆フーリエ変換器、１０２：送信アンテナ、２０１：受信アンテナ、２０２：高速フーリエ変換器、２０３：サブキャリアデータ信号構成器、２０４：サブキャリア伝達係数逆行列演算器、２０５：サブキャリア干渉キャンセラ、２０６：振幅情報係数演算器、２０７：振幅情報係数乗算器、２０８：ダイバーシチ合成器、２０９：ダイバーシチ係数演算器、２１０：シンボルデータ変換器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an OFDM signal transmission device, an OFDM signal reception device, and an OFDM signal reception method capable of improving transmission quality by diversity combining.
[0002]
[Prior art]
In broadband mobile communications, in order to increase the capacity in a limited frequency band, together with countermeasures for frequency selective fading to maintain a certain level of communication quality in a multipath fading environment in mobile communications Measures to improve frequency utilization efficiency are necessary. As a countermeasure against frequency selective fading, there is known an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system in which a transmission signal is divided into subcarrier groups orthogonal to each other and multicarrier transmission is performed.
[0003]
On the other hand, as a measure for improving the frequency utilization efficiency, a multiple-input multiple-output (MIMO) channel is configured by using a plurality of transmission antennas and a plurality of reception antennas, and the channel from the reception signal of each reception antenna is formed on the reception side. There has been proposed a technique for increasing the frequency utilization efficiency by increasing the number of channels by the number of transmission antennas by separating and restoring the transmission signals from the respective transmission antennas using an estimator and an interference canceller. For example, it is disclosed in “OFDM signal transmission system, OFDM signal transmission apparatus and OFDM signal reception apparatus” of Japanese Patent Application No. 2001-203360.
[0004]
In addition, it is possible to separate the signals synthesized in space by configuring the MIMO channel in the OFDM system and performing signal processing, but convolutional coding-soft decision, which is a powerful error correction because of the large deterioration due to mutual interference It is common to apply Viterbi decoding. For example, in “OFDM signal transmission apparatus, OFDM signal reception apparatus, and OFDM signal reception method” of Japanese Patent Application No. 2001-319610, the output value of the interference canceller is a coefficient proportional to the square root of the signal-to-noise power value of the output value. By multiplying (hereinafter referred to as amplitude information coefficient), the amplitude information at the time of reception is reproduced.
[0005]
Through the above processing, the original received amplitude information is retained in the interference-cancelled signal, so that the soft decision error correction decoder at the subsequent stage can maximize its error correction capability and improve the error rate characteristics. Is done. In addition, since the amplitude information coefficient can be acquired using parameters obtained in the process of acquiring the inverse transfer coefficient matrix to be multiplied by the signal before interference cancellation in the interference canceller, the signal-to-noise power of the directly received signal There is an advantage that it is not necessary to obtain a value.
[0006]
Further, as an example of performing diversity combining in the OFDM signal transmission apparatus using the above-described MIMO channel, for example, in “OFDM transmission / reception apparatus and OFDM transmission / reception method” of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-332723, in the OFDM signal reception apparatus, for each subcarrier. The signal of each branch after detection, which is proportional to the square root of the signal power to noise power ratio generated from the signal of each branch, is multiplied by a weighting coefficient (hereinafter referred to as diversity coefficient), and the multiplication result is added. The maximum ratio combining diversity processing is realized.
[0007]
Here, the configuration of an OFDM signal transmission apparatus that combines the above-described maximum ratio combining diversity processing and the above-described OFDM signal transmission scheme that configures the MIMO channel and applies encoding-soft decision Viterbi decoding will be described with reference to the drawings. To do.
FIG. 5 is a diagram illustrating a conventional OFDM signal transmission apparatus. In the figure, the OFDM signal transmission apparatus 20 is composed of an OFDM signal transmission apparatus 30 and an OFDM signal reception apparatus 40. First, the OFDM signal transmission device 30 will be described. Reference numeral 401 denotes N fast inverse Fourier transformers (N is an integer of 2 or more) to which the same OFDM signal U is input. Reference numeral 402 denotes N transmission antennas. The OFDM signal transmission device 30 transmits a transmission signal based on the OFDM signal U from the plurality of transmission antennas 402 with the above configuration.
[0008]
Next, the OFDM signal receiving apparatus 40 will be described. Reference numeral 501 denotes N reception antennas. Reference numeral 502 denotes N fast Fourier transformers. Reference numeral 503 denotes a subcarrier data signal composer that converts the output of the fast Fourier transformer 502 into an N-branch sequence signal in an I-system (I is a natural number) for each subcarrier and outputs it. 504 estimates a matrix of transfer coefficients for each subcarrier corresponding to all combinations of transmission and reception antennas from the output of the fast Fourier transformer 502, and calculates a transfer coefficient inverse matrix that is an inverse matrix thereof. It is an inverse matrix calculator.
[0009]
505 is an interference in which interference components are removed by multiplying the I-system sequence signal output from the subcarrier data signal composer 503 by the I transfer coefficient inverse matrix output from the subcarrier transfer coefficient inverse matrix calculator 504. It is I subcarrier interference cancellers that output a removal sequence signal. Reference numeral 506 denotes I amplitude information coefficient calculators for calculating N amplitude information coefficients for each one of the elements of the transfer coefficient inverse matrix calculated by the subcarrier transfer coefficient inverse matrix calculator 504.
[0010]
Reference numeral 507 denotes I amplitude information coefficient multipliers that multiply the interference cancellation sequence signal output from each subcarrier interference canceller 505 by the amplitude information coefficient calculated by the amplitude information coefficient calculator 506. Reference numeral 508 denotes I maximum ratio combiners that perform N-branch maximum ratio combining diversity from the output of the amplitude information coefficient multiplier 507. Here, detailed configurations of the amplitude information coefficient multiplier 507 and the maximum ratio combiner 508 will be described with reference to the drawings.
[0011]
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of an amplitude information coefficient multiplier 507 provided in the conventional OFDM signal transmission apparatus 20. As shown in the figure, for example, an amplitude information coefficient multiplier 507 that processes subcarrier K is multiplied by an amplitude information coefficient of branch 1 of subcarrier K and a multiplier 507-1 that multiplies the signal of branch 1 of subcarrier K. In the same manner, it is composed of multipliers 507-2,... And multiplier 507-N.
[0012]
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the maximum ratio combiner 508 provided in the conventional OFDM signal transmission apparatus 20. In the figure, reference numeral 508 a denotes N envelope generators that calculate the signal-to-noise power ratio of the output signal of the amplitude information coefficient multiplier 507. Reference numeral 508b denotes an adder that calculates the sum of output values from the N envelope generators 508a. Reference numeral 508c denotes N dividers that calculate a diversity coefficient using the output value of the envelope generator 508a as a dividend and the output value of the adder 508b as a divisor.
[0013]
Reference numeral 508 d denotes N detectors that perform detection processing on the output signal of the amplitude information coefficient multiplier 507. Reference numeral 508e denotes an N diversity coefficient multiplier that multiplies the output signal of the detector 508d and the diversity coefficient output from the divider 508c. Reference numeral 508f denotes an adder that calculates the sum of the output values from the N diversity coefficient multipliers 508e. With the above configuration, maximum ratio combiner 508 performs maximum ratio combining diversity processing on the received signal.
[0014]
Reference numeral 509 denotes a symbol data converter that converts the output of the maximum ratio combiner 508 into a sequence for each symbol and outputs one system of OFDM signal U '. Further, the OFDM signal U ′ output from the symbol data converter 509 is demodulated by a demodulator corresponding to the modulation when the OFDM signal transmitting apparatus 30 creates the OFDM signal U. Further, the signal demodulated by the demodulator is error-corrected by the soft decision error correction decoder when an error correction code is given by the OFDM signal transmission apparatus 30.
[0015]
The operation of the conventional OFDM signal transmission apparatus 20 will be described below. First, the OFDM signal transmission apparatus 30 transmits the same data signal from the transmission antenna 402 in all N branches, and the reception antenna 501 of the OFDM signal reception apparatus 40 receives this transmission signal. The subcarrier transfer coefficient inverse matrix calculator 504 is an N × N matrix (components) of transfer coefficients corresponding to transmission / reception antenna combinations in each branch for each subcarrier i (i is an integer of 1 ≦ i ≦ I). (Hereinafter referred to as transfer coefficient matrix) SⁱInverse matrix (Sⁱ)^-1(Hereinafter referred to as an inverse matrix of transfer coefficients) is calculated.
[0016]
Next, the subcarrier interference canceller 505 adds (S) to the component for the subcarrier i in the received N-branch data signal.ⁱ)^-1Is used to compensate for mutual interference and separate transmitted data signals. Next, the amplitude information coefficient calculator 506 calculates an amplitude information coefficient proportional to the square root of the signal power to noise power ratio generated from the signal of each branch for each subcarrier. Next, the amplitude information coefficient multiplier 507 equalizes the noise amplitude by multiplying the output of the subcarrier interference canceller 505 by the amplitude information coefficient calculated by the amplitude information coefficient calculator 506, and the amplitude of the data signal is originally received. Restore to amplitude value.
[0017]
Next, maximum ratio combiner 508 performs maximum ratio combining of N branch outputs for each subcarrier. After the maximum ratio combining, the likelihood is calculated by the demodulator, and the transmission signal is restored by soft decision error correction based on the likelihood information.
As described above, the conventional OFDM signal transmission apparatus 20 performs the maximum ratio combining diversity of N branches, thereby improving the error rate characteristics as compared with the OFDM signal transmission apparatus not using this technology.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional OFDM signal transmission apparatus 20 described above, since a large number of envelope generators 508a are provided to perform maximum ratio combining diversity and the signal-to-noise power ratio is measured, the apparatus scale of the OFDM signal receiving apparatus 40 is increased. There is a problem that becomes larger.
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an OFDM signal transmission device, an OFDM signal reception device, and an OFDM signal reception method that have a diversity combining function and can further reduce the device scale. Objective.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to achieve the above object. In the OFDM signal transmission apparatus according to the present invention, a MIMO channel is formed by a plurality of transmission antennas of the OFDM signal transmission apparatus and a plurality of reception antennas of the OFDM signal reception apparatus. A subcarrier transmission coefficient inverse matrix calculator for calculating a transmission coefficient inverse matrix having a transmission coefficient between a transmission antenna and a reception antenna as components, and a subcarrier transmission coefficient inverse matrix calculator. An amplitude information coefficient calculator for calculating an amplitude information coefficient used for reproducing the amplitude information of the received signal at the receiving antenna from the element of the inverse matrix of the transfer coefficient calculated in step (2) and a Fourier transform of the received signal at the receiving antenna to Interference generation included in the sequence signal is performed by multiplying the sequence signal converted for each carrier by the inverse transfer coefficient matrix. OFDM comprising: an OFDM signal receiving apparatus comprising: a subcarrier interference canceller that outputs an interference cancellation sequence signal from which interference cancellation has been performed; and an amplitude information coefficient multiplier that multiplies the interference cancellation sequence signal output from the subcarrier interference canceller by an amplitude information coefficient A signal transmission apparatus, wherein the OFDM signal reception apparatus performs diversity combining based on an element of a transfer coefficient inverse matrix calculated by a subcarrier transfer coefficient inverse matrix calculator or an amplitude information coefficient calculated by an amplitude information coefficient calculator Diversity coefficient calculating means for calculating the diversity coefficient used for weighting for the purpose, and diversity combining means for performing weighted combining in proportion to the diversity coefficient calculated by the diversity coefficient calculating means based on the output signal of the amplitude information coefficient multiplier It is characterized by comprising.
[0020]
As a result, the OFDM signal transmission apparatus according to the present invention can perform diversity combining without using an envelope detector that has been conventionally required. That is, since the envelope detector, which is the main cause of the increase in device scale, is not used, the device scale of the OFDM signal transmission apparatus can be reduced.
[0021]
In the OFDM signal transmission apparatus according to the present invention, the diversity combining means includes a diversity multiplying means for multiplying the output signal of the amplitude information coefficient multiplier by the diversity coefficient calculated by the diversity coefficient calculating means, and a diversity multiplying means. Diversity addition means for adding each multiplication result is provided.
[0022]
Further, in the OFDM signal receiving apparatus according to the present invention, when a MIMO channel is configured by a plurality of transmitting antennas of the OFDM signal transmitting apparatus and a plurality of receiving antennas of the OFDM signal receiving apparatus, a MIMO channel is configured for each subcarrier. Subcarrier transfer coefficient inverse matrix calculator that calculates the transfer coefficient inverse matrix with the transfer coefficient between the transmitting antenna and the receiving antenna as components, An amplitude information coefficient calculator for calculating an amplitude information coefficient used to reproduce amplitude information of the received signal at the antenna, and a transfer coefficient inverse matrix to a series signal obtained by performing Fourier transform on the received signal at the receiving antenna and converting it by subcarrier To output an interference-removed sequence signal from which the interference component contained in the sequence signal has been removed. An OFDM signal receiving apparatus comprising: a subcarrier interference canceller; and an amplitude information coefficient multiplier that multiplies an amplitude cancellation coefficient signal output from the subcarrier interference canceller by an amplitude information coefficient. Diversity coefficient calculation means for calculating diversity coefficients used for weighting for diversity combining based on the elements of the inverse transfer coefficient matrix or the amplitude information coefficients calculated by the amplitude information coefficient calculator, and the output of the amplitude information coefficient multiplier Diversity combining means for performing weighted combining in proportion to the diversity coefficient calculated by the diversity coefficient calculating means based on the signal is provided.
[0023]
Further, in the OFDM signal receiving apparatus according to the present invention, the diversity combining means includes a diversity multiplying means for multiplying the output signal of the amplitude information coefficient multiplier by the diversity coefficient calculated by the diversity coefficient calculating means, and a diversity multiplying means. Diversity addition means for adding each multiplication result is provided.
[0024]
Further, in the OFDM signal receiving method according to the present invention, an OFDM transmission apparatus in which a MIMO channel is configured by a plurality of transmission antennas of the OFDM signal transmission apparatus and a plurality of reception antennas of the OFDM signal reception apparatus is used for each subcarrier. A first process for calculating a transfer coefficient inverse matrix having a transfer coefficient between the transmission antenna and the reception antenna constituting the MIMO channel as a component, and reception at the reception antenna from elements of the transfer coefficient inverse matrix calculated in the first process A second step of calculating an amplitude information coefficient used to reproduce the amplitude information of the signal, and by multiplying a series signal obtained by Fourier transform of the received signal at the receiving antenna and converted by subcarrier by a transfer coefficient inverse matrix The third process of outputting the interference cancellation sequence signal from which the interference component contained in the sequence signal has been removed, and the calculation in the third process An OFDM signal transmission method having a fourth step of multiplying the interference cancellation sequence signal by the amplitude information coefficient calculated in the second step, or an element of the inverse transfer coefficient calculated in the first step; Diversity calculated in the fifth process based on the fifth process for calculating the diversity coefficient used for weighting for diversity combining based on the amplitude information coefficient calculated in the process of step 5 and the output signal of the fourth process And a sixth process for performing weighted synthesis in proportion to the coefficients.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention. However, the following embodiments do not limit the invention described in the claims, and all combinations of features described in the embodiments are necessary for the solution of the invention. Is not limited.
First, an embodiment of an OFDM signal transmission apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an OFDM signal transmission apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the OFDM signal transmission apparatus 10 includes an OFDM signal transmission apparatus 1a and an OFDM signal reception apparatus 2a.
[0026]
First, the OFDM signal transmission device 1a will be described. In the OFDM signal transmission device 1a, reference numeral 101 denotes N fast inverse Fourier transformers. Reference numeral 102 denotes N transmission antennas. “N” is an integer of 2 or more. The OFDM signal transmission device 1a has the same function and configuration as the OFDM signal transmission device 30 described above.
[0027]
Next, the OFDM signal receiving device 2a will be described. Reference numeral 201 denotes N reception antennas. Reference numeral 202 denotes N fast Fourier transformers. Reference numeral 203 denotes a subcarrier data signal composer that converts the output of the fast Fourier transformer 202 into an N-branch sequence signal by an I system (I is a natural number) for each subcarrier and outputs the signal. 204 estimates a matrix of transfer coefficients for each subcarrier corresponding to all combinations of transmission and reception antennas from the output of the fast Fourier transformer 202, and the transfer coefficient inverse matrix (Sⁱ)^-1Is a subcarrier transfer coefficient inverse matrix calculator.
[0028]
205 is an interference in which an interference component is removed by multiplying the I-system sequence signal output from the subcarrier data signal composer 203 by the I transfer coefficient inverse matrix output from the subcarrier transfer coefficient inverse matrix calculator 204. It is I subcarrier interference cancellers that output a removal sequence signal. Reference numeral 206 denotes I amplitude information coefficient calculators that calculate N amplitude information coefficients for each element from the elements of the transfer coefficient inverse matrix calculated by the subcarrier transfer coefficient inverse matrix calculator 204.
[0029]
Reference numeral 207 denotes I amplitude information coefficient multipliers that multiply the interference cancellation sequence signal output from each subcarrier interference canceller 205 by the amplitude information coefficient calculated by the amplitude information coefficient calculator 206. Reference numeral 208 denotes I diversity coefficient calculators (diversity coefficient calculators) that calculate diversity coefficients for each branch from the amplitude information coefficients calculated by the amplitude information coefficient calculator 206. 209 performs detection processing on the output signal of each amplitude information coefficient multiplier 207, and performs weighted synthesis in proportion to the diversity coefficient for each branch obtained by the diversity coefficient calculator on the signal for each branch after detection processing. Diversity combiners (diversity combining means). A symbol data converter 210 converts the output of the diversity combiner into a sequence for each symbol and outputs a single system OFDM signal U '.
[0030]
Here, the internal configuration of diversity coefficient calculator 208 and diversity combiner 209 will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a block diagram showing an outline of the internal configuration of the diversity coefficient calculator 208 and the diversity synthesizer 209 in one embodiment of the present invention. Reference numeral 209a denotes N square calculators that calculate the square of the output value for each branch from the amplitude information coefficient calculator 206. Reference numeral 209b denotes an adder that calculates the sum of output values from the N square calculators 209a. A divider 209c calculates a diversity coefficient using the output value of the square calculator 209a as a dividend and the output value of the adder 209b as a divisor.
[0031]
Reference numeral 208 a denotes N detectors that perform detection processing on the output signal of each amplitude information coefficient multiplier 207. Reference numeral 208b denotes N diversity multipliers (diversity multiplication means) for multiplying the output values of the N detectors 208a and the output values of the diversity coefficient calculator 209 for each branch. Reference numeral 208c denotes a diversity adder (diversity addition means) that calculates the sum of the output values from the N diversity multipliers 208b.
[0032]
The processing units 201 to 207 and 210 of the OFDM signal receiving apparatus 2a described above have the same functions as the processing units of reference numerals 501 to 507 and 509 of the conventional OFDM signal receiving apparatus 40. Further, the OFDM signal U ′ output from the symbol data converter 210 is demodulated by a demodulator corresponding to the modulation when the OFDM signal U is generated in the OFDM signal transmitting apparatus 1a. Further, the signal demodulated by the demodulator in the OFDM signal transmission apparatus 1a is subjected to error correction by the soft decision error correction decoder when an error correction code is given in the OFDM signal transmission apparatus 1a.
[0033]
Here, the amplitude information coefficient W calculated by the amplitude information coefficient calculator 206ⁱ ₁, Wⁱ ₂... Wⁱ _NCan be considered, but it has the best noise resistance and diversity coefficient Wⁱ _SD1, Wⁱ _SD2... Wⁱ _SDNAn example of calculating the signal-to-noise power ratio (SNR) of the received signal that is most easily used to calculate
The component for subcarrier i in transmission data of N systems is represented by Uⁱ ₁, Uⁱ ₂... Uⁱ _NThe component of the AWGN (Additive White Gaussian Noise) component included in the N-system received data with respect to the subcarrier i is expressed as n.ⁱ ₁, Nⁱ ₂..., nⁱ _NThen, the component for the subcarrier i in the N-system received data is represented by r.ⁱ ₁, Rⁱ ₂... rⁱ _NCan be written in vector form as
[0034]
[Expression 1]

[0035]
here
[Expression 2]

[0036]
It is. Matrix element S of Equation 2ⁱ _mnIs a transmission coefficient of a propagation path that passes through the transmission antenna 102 and the reception antenna 201. However, “m” indicates the m-th (1 ≦ m ≦ N) transmission antenna 102, and “n” indicates the n-th (1 ≦ n ≦ N) reception antenna 201.
[0037]
Here, the subcarrier transmission coefficient inverse matrix (Sⁱ)^-1Multiply by
[Equation 3]

It becomes. At this time, the inverse transfer coefficient (Sⁱ)^-1Is represented by the following equation.
[0038]
[Expression 4]

[0039]
Where τⁱΤ which is the output of the subcarrier interference canceller 205ⁱ ₁, Τⁱ ₂, ..., τⁱ _NIt is a vector display. Temporarily send data Uⁱ ₁, Uⁱ ₂... Uⁱ _NIf the amplitude of each is equal to | U |ⁱ ₁, Τⁱ ₂, ..., τⁱ _NThe signal to noise power ratio of
[Equation 5]

It becomes.
[0040]
However, j is a natural number of N or less. nⁱ ₁, Nⁱ ₂..., nⁱ _NSince it has an independent Gaussian distribution, Equation 5 can be approximated as follows.
[Formula 6]

[0041]
Where σ² _vIs nⁱ ₁, Nⁱ ₂..., nⁱ _NIs the variance in the complex Gaussian distribution.
Here, since the noise power of the received signal is the same for each subcarrier, the ratio of the SNR of each subcarrier is equivalent to the ratio of the square of the received amplitude in each subcarrier. Therefore, τⁱ ₁, Τⁱ ₂, ..., τⁱ _NAmplitude information coefficient forⁱ ₁, Wⁱ ₂... Wⁱ _NIs expressed by the following equation from the SNR of each subcarrier obtained from Equation 6.
[Expression 7]

[0042]
However, in Equation 7, K is a constant common to all subcarriers. This amplitude information coefficient Wⁱ ₁, Wⁱ ₂... Wⁱ _NIs multiplied by the output of the subcarrier interference canceller 205 to reproduce the lost amplitude information. At this time, the diversity coefficient W calculated by the diversity coefficient calculator 209ⁱ _SD1, Wⁱ _SD2... Wⁱ _SDNIs the amplitude information coefficient Wⁱ ₁, Wⁱ ₂... Wⁱ _NIs expressed as follows.
[Equation 8]

[0043]
More specifically, the amplitude information coefficient Wⁱ ₁, Wⁱ ₂... Wⁱ _NIs proportional to the square root of the ratio of SNR in each subcarrier, so the diversity coefficient Wⁱ _SD1, Wⁱ _SD2... Wⁱ _SDNIs proportional to the SNR ratio of each subcarrier. Therefore, the output of the diversity combiner 208 weighted and combined using the diversity coefficient is considered to be equivalent to the output of the maximum ratio combiner 508 weighted and combined with the signal-to-noise power ratio. That is, the OFDM signal receiving apparatus 2a according to the embodiment of the present invention has a small apparatus scale that does not include an envelope generator, and has characteristics equivalent to the output when the conventional maximum ratio combining diversity processing is performed. Is obtained.
[0044]
Note that, in the embodiment of the present invention described above, the diversity coefficient calculator 209 includes the diversity coefficient W.ⁱ _SD1, Wⁱ _SD2... Wⁱ _SDNAmplitude information coefficient Wⁱ ₁, Wⁱ ₂... Wⁱ _NThis is not always the case. Amplitude information coefficient Wⁱ ₁, Wⁱ ₂... Wⁱ _NCan be obtained from each element of the transmission coefficient inverse matrix computed by the subcarrier transmission coefficient inverse matrix computing unit 204, the diversity coefficient computing unit 209 can obtain the transmission coefficient inverse matrix (Sⁱ)^-1Diversity coefficient W using each element ofⁱ _SD1, Wⁱ _SD2... Wⁱ _SDNMay be calculated.
[0045]
Next, the operation of the OFMD signal receiving apparatus 2a included in the OFDM signal transmission apparatus 10 according to the embodiment of the present invention described above will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a flowchart showing an operation of the OFMD signal receiving apparatus 2a included in the OFDM signal transmission apparatus 10 according to the embodiment of the present invention. First, the OFDM signal transmission apparatus 1a transmits the same data signal from the transmission antenna 102 in all N branches, and the reception antenna 201 of the OFDM signal reception apparatus 2a receives this transmission signal. Next, the subcarrier transfer coefficient inverse matrix calculator 204 performs a transfer coefficient inverse matrix (S) corresponding to the combination of the transmission antenna 102 and the reception antenna 201 in each branch for each subcarrier i.ⁱ)^-1Is calculated (step S1).
[0046]
Next, the amplitude information coefficient calculator 206 calculates an amplitude information coefficient proportional to the square root of the signal power to noise power ratio generated from the signal of each branch for each subcarrier (step S2). Next, the subcarrier interference canceller 205 converts the component for the subcarrier i in the received N branch data signal to (Sⁱ)^-1The mutual interference is compensated by multiplying and the transmitted data signal is separated (step S3). Next, the amplitude information coefficient multiplier 207 equalizes the noise amplitude by multiplying the output of the subcarrier interference canceller 205 by the amplitude information coefficient calculated by the amplitude information coefficient calculator 206, and the amplitude of the data signal is originally received. The amplitude value is restored (step S4). Note that the order of step S2 and step S3 may be reversed.
[0047]
Next, the diversity coefficient calculator 208 calculates a diversity coefficient for each branch from the amplitude information coefficient calculated by the amplitude information coefficient calculator 206 (step S5). Next, the diversity synthesizer 209 performs a detection process on the output signal of each amplitude information coefficient multiplier 207, and the signal for each branch after the detection process is proportional to the diversity coefficient for each branch obtained by the diversity coefficient calculator. The weighted synthesis is performed (step S6). Next, the symbol data converter 210 converts the output of the diversity combiner 209 into a sequence for each symbol and outputs one system of OFDM signals U '(step S7).
[0048]
As described above, the OFDM signal receiving apparatus 2a of the present invention can perform communication using an OFDM signal receiving method in which a diversity coefficient is calculated by the diversity coefficient calculator 208 and diversity combining is performed by the diversity combiner 209. .
[0049]
An experimental result for comparing the performance of the processing method of the OFDM signal transmission apparatus 10 according to the embodiment of the present invention described above and the processing method of the conventional OFDM signal transmission apparatus 30 will be shown below.
FIG. 4 is a diagram illustrating an experimental result of comparing the processing performance of the OFDM signal transmission device 10 according to an embodiment of the present invention with the processing performance of the conventional OFDM signal transmission device 30 based on the packet error rate characteristics.
[0050]
The parameters in the experimental example are as follows.
Channel multiplicity (number of antennas = N): 2 (2 transmission / reception)
Transmission speed: 54 Mbps / channel
Number of subcarriers (= i): 48 / channel
Subcarrier modulation method: 64QAM
Error correction method: convolutional coding / Viterbi decoding with coding rate 3/4 and constraint length 7
Fading: 18 wave Rayleigh fading
(Rms delay spread = 50 [ns], maximum Doppler frequency = 50 Hz)
Amplitude information coefficient: The value of K in Equation 7 is set to K = 1
[0051]
As shown in the figure, the processing performance of the OFDM signal transmission apparatus 10 according to the embodiment of the present invention is equivalent to the processing performance of the conventional OFDM signal transmission apparatus 30 and the packet error rate characteristics. It can be said.
The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design and the like within the scope not departing from the gist of the present invention.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the OFDM signal transmission apparatus, OFDM signal diversity reception apparatus, and OFDM signal diversity reception method for performing diversity combining according to the present invention, the calculation using the parameters obtained in the process of calculating the inverse transfer coefficient matrix Obtains the amplitude information coefficient, obtains the diversity coefficient by calculation using the amplitude information coefficient, and performs weighting synthesis in proportion to the diversity coefficient for the signals of each branch, thereby equaling the conventional maximum ratio synthesis diversity. An effect can be obtained.
[0053]
Further, in the OFDM signal diversity receiving apparatus according to the present invention, the amplitude information coefficient used for calculating the diversity coefficient can be obtained using the parameter obtained in the process of calculating the inverse transfer coefficient, so that the signal-to-noise ratio is obtained. It is not necessary to provide an envelope generator for measuring the power ratio, and an increase in the device scale can be suppressed. Thus, by using the OFDM signal diversity receiving apparatus for a small terminal such as a portable terminal, it is possible to perform high quality reception using diversity combining.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an OFDM signal transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an outline of an internal configuration of a diversity coefficient calculator 208 and a diversity combiner 209 in an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing an operation of the OFMD signal receiving apparatus 2a included in the OFDM signal transmission apparatus 10 according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing experimental results comparing the processing performance of the OFDM signal transmission apparatus 10 and the processing performance of the conventional OFDM signal transmission apparatus 30 according to one embodiment of the present invention based on packet error rate characteristics.
FIG. 5 is a diagram illustrating a conventional OFDM signal transmission apparatus.
6 is a diagram illustrating a configuration example of an amplitude information coefficient multiplier 507 provided in the conventional OFDM signal transmission apparatus 20. FIG.
7 is a diagram illustrating a configuration example of a maximum ratio synthesizer 508 included in a conventional OFDM signal transmission apparatus 20. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a: OFDM signal transmitter, 2a: OFDM signal receiver, 10: OFDM signal transmitter, 101: Fast inverse Fourier transformer, 102: Transmit antenna, 201: Receive antenna, 202: Fast Fourier transformer, 203: Subcarrier Data signal composer, 204: Subcarrier transfer coefficient inverse matrix calculator, 205: Subcarrier interference canceller, 206: Amplitude information coefficient calculator, 207: Amplitude information coefficient multiplier, 208: Diversity combiner, 209: Diversity coefficient calculation 210, symbol data converter

Claims

A MIMO channel is configured by a plurality of transmission antennas of the OFDM signal transmission apparatus and a plurality of reception antennas of the OFDM signal reception apparatus, and a transmission coefficient between the transmission antenna and the reception antenna configuring the MIMO channel for each subcarrier is a component. Subcarrier transfer coefficient inverse matrix calculator for calculating a transfer coefficient inverse matrix, and amplitude information of the received signal at the receiving antenna from the elements of the transfer coefficient inverse matrix calculated by the subcarrier transfer coefficient inverse matrix calculator An amplitude information coefficient calculator for calculating an amplitude information coefficient used for reproduction; and by multiplying the received signal at the reception antenna by a Fourier transform and a series signal converted by subcarrier by the transfer coefficient inverse matrix A subcarrier interference key that outputs an interference-removed sequence signal from which interference components contained in the sequence signal are removed And canceller, said a the said interference cancellation sequence signal subcarrier interference canceller outputs an OFDM signal transmitting apparatus comprising the OFDM signal receiving device comprising an amplitude information coefficient multiplier for multiplying the amplitude information coefficients,
The OFDM signal receiving apparatus includes:
Diversity coefficient used for weighting for diversity combining is calculated based on the element of the transfer coefficient inverse matrix calculated by the subcarrier transfer coefficient inverse matrix calculator or the amplitude information coefficient calculated by the amplitude information coefficient calculator. Diversity coefficient computing means to
An OFDM signal transmission apparatus comprising: diversity combining means for performing weighted combining in proportion to the diversity coefficient calculated by the diversity coefficient calculating means based on an output signal of the amplitude information coefficient multiplier.

The diversity combining means includes:
Diversity multiplication means for multiplying the output signal of the amplitude information coefficient multiplier by the diversity coefficient calculated by the diversity coefficient calculation means;
2. The OFDM signal transmission apparatus according to claim 1, further comprising diversity addition means for adding the multiplication results of the diversity multiplication means.

When a MIMO channel is configured by a plurality of transmission antennas of the OFDM signal transmission apparatus and a plurality of reception antennas of the OFDM signal reception apparatus, transmission between the transmission antenna and the reception antenna configuring the MIMO channel for each subcarrier A subcarrier transfer coefficient inverse matrix calculator for calculating a transfer coefficient inverse matrix having coefficients as components, and elements of the transfer coefficient inverse matrix calculated by the subcarrier transfer coefficient inverse matrix calculator to An amplitude information coefficient calculator for calculating an amplitude information coefficient used to reproduce amplitude information, and a series signal obtained by Fourier transforming the received signal at the receiving antenna and converting it by subcarrier, and multiplying the transfer coefficient inverse matrix A subcarrier that outputs an interference-removed sequence signal from which interference components contained in the sequence signal are removed. And interference canceller, said a said OFDM signal receiving device comprising an amplitude information coefficient multiplier for multiplying the amplitude information coefficient to the interference cancellation sequence signal the subcarrier interference canceller outputs,
Diversity coefficient used for weighting for diversity combining is calculated based on the element of the transfer coefficient inverse matrix calculated by the subcarrier transfer coefficient inverse matrix calculator or the amplitude information coefficient calculated by the amplitude information coefficient calculator. Diversity coefficient computing means to
An OFDM signal receiving apparatus comprising: diversity combining means for performing weighted combining in proportion to the diversity coefficient calculated by the diversity coefficient calculating means based on the output signal of the amplitude information coefficient multiplier.

The diversity combining means includes:
Diversity multiplication means for multiplying the output signal of the amplitude information coefficient multiplier by the diversity coefficient calculated by the diversity coefficient calculation means;
4. The OFDM signal receiving apparatus according to claim 3, further comprising diversity addition means for adding each multiplication result of the diversity multiplication means.

Using the OFDM transmission apparatus in which a MIMO channel is configured by a plurality of transmission antennas of the OFDM signal transmission apparatus and a plurality of reception antennas of the OFDM signal reception apparatus, the transmission antenna and the reception that configure the MIMO channel for each subcarrier Reproducing the amplitude information of the received signal at the receiving antenna from the first process of calculating the inverse transfer coefficient matrix having the transfer coefficient between the antennas as a component, and the elements of the inverse transfer coefficient calculated in the first process A second step of calculating an amplitude information coefficient used for performing the above process, and the sequence signal obtained by multiplying the sequence signal obtained by Fourier transform of the received signal at the receiving antenna and transforming by subcarrier by the transfer coefficient inverse matrix A third process of outputting an interference cancellation sequence signal from which the interference component included in the signal is removed, and the basic operation calculated in the third process. A OFDM signal transmission method and a fourth step of multiplying the amplitude information coefficients computed by the second step in the removal sequence signal,
A fifth step of calculating a diversity coefficient used for weighting for diversity combining based on the element of the inverse matrix of the transfer coefficient calculated in the first step or the amplitude information coefficient calculated in the second step When,
An OFDM signal receiving method comprising: a sixth step of performing weighted combining in proportion to the diversity coefficient calculated in the fifth step based on the output signal of the fourth step.