JP2004253894A

JP2004253894A - Ｃｄｍａ受信装置およびｍｍｓｅ合成方法

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Publication number: JP2004253894A
Application number: JP2003039774A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Nanri; 将彦南里; Atsushi Sumasu; 淳須増; Sadaki Futaki; 貞樹二木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】受信信号に含まれる雑音の電力レベルを推定することなく、受信信号の回線変動補償を行うこと。
【解決手段】受信信号は、受信アンテナ１０１、無線受信部１０２、ＧＩ除去部１０３、Ｓ／Ｐ変換部１０４、ＦＦＴ部１０５、およびＰ／Ｓ変換部１０６を介し、回線補償部１０７に入力される。一方、ＧＩ除去部１０３から出力された信号は、受信電力測定部１１０において受信電力が測定される。回線推定部１０９は、受信信号のチャネル推定値を求める。重み算出部１１１は、この受信電力およびチャネル推定値を用いて、ＭＭＳＥ合成に用いられる重み係数を算出する。回線補償部１０７は、この重み係数を用いて、Ｐ／Ｓ変換部１０６から出力された信号の回線補償を行う。逆拡散部１０８は、この信号を逆拡散し、受信データを得る。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤＭＡ方式を採用した無線受信装置（ＣＤＭＡ受信装置）および当該装置において使用されるＭＭＳＥ合成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無線通信、特に移動体通信では、音声以外に画像やデータなどの様々な情報が伝送の対象になっている。今後は、多様なコンテンツの伝送に対する需要がますます高くなることが予想されるため、高信頼かつ高速な伝送に対する必要性がさらに高まるであろうと予想される。しかし、移動体通信において高速伝送を行う場合、マルチパスによる遅延波の影響が無視できなくなり、周波数選択性フェージングにより伝送特性が劣化する。
【０００３】
周波数選択性フェージング対策技術の一つとして、周波数領域拡散ＭＣ（ＭｕｌｔｉＣａｒｒｉｅｒ）−ＣＤＭＡ方式や、ＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式等のマルチキャリア変調方式が注目されている。マルチキャリア変調方式は、複数の搬送波（サブキャリア）を用いてデータを伝送することにより結果的に高速伝送を行う技術である。これらの方式は、データが配置される複数のサブキャリアが相互に直交しているため周波数利用効率が高く、また、比較的簡単なハードウエア構成で実現できることから、様々な検討が加えられている。
【０００４】
そして、例えば、ＭＣ−ＣＤＭＡにおいては、図５に示すように、中心周波数が異なる各サブキャリアＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４（中心周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４）に異なる回線変動を発生させる周波数選択性フェージングＬ１が問題となる。そこで、従来のＣＤＭＡ受信装置は、パイロット信号等を用い、伝搬路における送信信号の回線変動（位相変動および振幅変動）を推定する回線推定値をサブキャリアごとに求め、この回線推定値を用いて受信信号の回線変動補償を行っている。
【０００５】
回線変動補償の代表的な方法として、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）合成法と呼ばれる方法がある。ＭＭＳＥ合成法は、送信データシンボルと受信データシンボルとの誤差が最小となるような重み係数Ｇ_ｎ ^＊を、ユーザ数をＫ、拡散符号長をＬ、各サブキャリアの雑音の推定電力をσ_ｎ ^２（ｎはサブキャリアの番号）、チャネル推定値（回線推定値）をＨ_ｎ、送信信号の電力をσ_ｄ ^２、ｉ番目のユーザにおけるｎ番目のサブキャリアの拡散符号をＣ_ｎ ^（ｉ）として（ただし、＊は複素共役）、
【数２】

によって求める。そして、受信データシンボルにこの重み係数を乗算することにより、回線補償および逆拡散を行う（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
【非特許文献１】
松本渉、落合秀樹著「ＯＦＤＭ変調方式の応用」株式会社トリケップス、ｐ．１０４−１１３
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＭＭＳＥ合成法においては、（式１）に示すように、受信した各サブキャリアに含まれる雑音の電力レベルを推定する必要がある。一般的に、雑音の電力レベルの推定は難しいため、従来のＭＭＳＥ合成法では、受信信号の回線変動補償処理の演算量が増大し、回路規模が増大する。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、受信信号に含まれる雑音の電力レベルを推定することなく、受信信号の回線変動補償を行うことができるＣＤＭＡ受信装置およびＭＭＳＥ合成方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣＤＭＡ受信装置は、受信信号が伝搬路において受けた回線変動の補償をＭＭＳＥ（ＭｉｎｉｍｕｍＭｅａｎＳｑｕａｒｅｄＥｒｒｏｒ）合成方法によって行うＣＤＭＡ（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）受信装置であって、前記受信信号の受信電力を測定する電力測定手段と、前記受信信号が伝搬路において受けた回線変動を推定した回線推定値を算出する回線推定値算出手段と、前記電力測定手段によって測定された受信電力を直接用い、前記回線推定値算出手段によって算出された回線推定値に基づいて、前記ＭＭＳＥ合成方法において使用される重み係数を算出する重み係数算出手段と、を具備する構成を採る。
【００１０】
この構成によれば、受信信号の受信電力を直接用いて、回線変動補償に使用される重み係数を算出するため、受信信号に含まれる雑音の電力レベルを推定することなく受信信号の回線変動補償を行うことができ、回線変動補償処理の演算量を軽減し、回路規模を小さくすることができる。
【００１１】
本発明のＣＤＭＡ受信装置は、上記の構成において、前記受信信号は、マルチキャリア信号であって、前記回線推定値算出手段は、サブキャリア信号ごとに前記回線推定値を算出し、前記重み係数算出手段は、サブキャリア信号ごとに前記重み係数を算出する構成を採る。
【００１２】
本発明のＣＤＭＡ受信装置は、上記の構成において、前記受信信号は、時間領域拡散された信号であって、前記回線推定値算出手段は、チップごとに前記回線推定値を算出し、前記重み係数算出手段は、チップごとに前記重み係数を算出する構成を採る。
【００１３】
本発明のＣＤＭＡ受信装置は、上記の構成において、前記重み係数算出手段は、次の式により前記重み係数を算出する構成を採る。
【数３】

【００１４】
これらの構成によれば、本発明を、マルチキャリア通信システムまたは時間領域拡散ＣＤＭＡに適用することができる。
【００１５】
本発明の通信端末装置は、上記いずれかに記載のＣＤＭＡ受信装置を具備する構成を採る。
【００１６】
この構成によれば、上記と同様の作用効果を有する通信端末装置を提供することができる。
【００１７】
本発明の基地局装置は、上記いずれかに記載のＣＤＭＡ受信装置を具備する構成を採る。
【００１８】
この構成によれば、上記と同様の作用効果を有する基地局装置を提供することができる。
【００１９】
本発明のＭＭＳＥ合成方法は、受信信号が伝搬路において受けた回線変動の補償を行う際に使用されるＭＭＳＥ合成方法であって、前記受信信号の受信電力を測定する電力測定ステップと、前記受信信号が伝搬路において受けた回線変動を推定した回線推定値を算出する回線推定値算出ステップと、前記電力測定ステップにおいて測定された受信電力を直接用い、前記回線推定値算出ステップにおいて算出された回線推定値に基づいて、前記ＭＭＳＥ合成方法において使用される重み係数を算出する重み係数算出ステップと、を具備するようにした。
【００２０】
この方法によれば、受信信号の受信電力を直接用いて、回線変動補償に使用される重み係数を算出するため、受信信号の雑音の電力レベルを推定することなく受信信号の回線変動補償を行うことができ、回線変動補償処理の演算量を軽減し、回路規模を小さくすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
加法性白色ガウス雑音等の影響を受ける伝搬路環境では、所望のユーザに対応した受信側で既知の信号（パイロット信号）を使用して受信信号に対し相関演算を行うことにより、受信データが復調される。しかし、周波数選択性フェージングの環境下では、各サブキャリアに異なる回線変動が発生するため、パイロット信号を用いて伝搬路における送信信号の回線変動を推定し、この推定値を用いてサブキャリアごとに回線変動を補償する必要がある。
【００２２】
回線変動補償の方法で代表的なものとして、以下に示す直交化合成（ＯＲＣ）法、等利得合成（ＥＧＣ）法、および最小平均二乗誤差合成（ＭＭＳＥＣ）法がある。
【００２３】
ＯＲＣ法は、重み係数Ｇ_ｎ ^＊を、チャネル推定値をＨ_ｎ、ｉ番目のユーザにおけるｎ番目のサブキャリアの拡散符号をＣ_ｎ ^（ｉ）として（ただし、＊は複素共役）、
【数４】

によって求める。すなわち、回線変動の逆特性を各サブキャリアに乗算することにより回線補償を行い、その後、逆拡散合成を行う。
【００２４】
よって、妥当な回線推定値が求まっている場合は、拡散符号間の直交性が回復するので、理論的には符号間干渉レベルを０にできる。しかし、実際には、フェージング等の影響によって信号強度が弱くなったサブキャリアの強度を回復させる際に、同時に雑音成分も増大させる雑音強調を引き起こすため、却って信号特性を劣化させる場合もあり、実際にはあまり用いられていない。
【００２５】
ＥＧＣ法は、ＯＲＣ法の雑音強調の問題を解消するために、
【数５】

に示すように、回線変動の位相変動のみを補償し、振幅の変動を補償しない。
【００２６】
よって、振幅変動を補償しないため、ＯＲＣ法で問題となる雑音強調を引き起こすことはないが、符号間の直交性は完全に回復できない。すなわち、符号間干渉は残留する結果となる。また、振幅を補償しない方法なので、ディジタル変調に１６ＱＡＭ等の多値変調を用いている場合、信号特性が劣化する。
【００２７】
以上のように、ＯＲＣ法は、理論的に符号間の直交性を完全に回復させることができるが、雑音強調の問題があり、一方、ＥＧＣ法は、符号間の直交性を完全に回復させることはできないが、受信データの誤り率特性を優先した回線補償方法ということができる。
【００２８】
ＭＭＳＥＣ法は、このようなＯＲＣ法およびＥＧＣ法の欠点を解消するために考え出された方法である。この方法は、重み係数Ｇ_ｎ ^＊を、ユーザ数をＫ、拡散符号長をＬ、各サブキャリアの雑音の推定電力をσ_ｎ ^２（ｎはサブキャリアの番号）、チャネル推定値をＨ_ｎ、送信信号の電力をσ_ｄ ^２、ｉ番目のユーザにおけるｎ番目のサブキャリアの拡散符号をＣ_ｎ ^（ｉ）として（ただし、＊は複素共役）、
【数６】

によって求める。これにより、送信データシンボルと受信データシンボルとの誤差が最小となるように回線補償を行うことができる。
【００２９】
このように、ＯＲＣ法およびＥＧＣ法が導き出された過程を追っていけば、ＭＭＳＥ合成法の計算式はごく自然に導出することができる。しかし、ここで（式４）を今一度見直してみると、（式４）の分母は、正味の（雑音が加算されていない）受信信号の受信電力の項と、推定された雑音電力の項と、の和であると見なすことができる。すなわち、見方を変えると、（式４）の分母は、受信信号の受信電力にほぼ等しいということができる。このため、例えば受信信号の平均電力をσ_ｄａｖｅ ^２として、
【数７】

によって重み係数Ｇ_ｎ ^＊を算出することができる。
【００３０】
本発明者は、この点に着目し、受信信号の雑音の電力レベルを推定する代わりに受信信号の受信電力を用いて回線変動補償を行うことができることを見出して本発明をするに至った。
【００３１】
すなわち、本発明の骨子は、回線変動を補償するに際し、雑音レベルを推定する過程を経ることなく、受信信号の受信電力およびチャネル推定値を用いて回線変動補償を行うことである。
【００３２】
なお、（式２）〜（式５）においては、拡散符号Ｃ_ｎ ^（ｉ）までを含めて重み係数としているが、これらの式から拡散符号Ｃ_ｎ ^（ｉ）の項を除いたものを重み係数としても良い。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に係るＣＤＭＡ受信装置の構成を示すブロック図である。ここでは、周波数領域拡散方式としてＭＣ−ＣＤＭＡ方式を用いて無線送信されたマルチキャリア信号を受信する場合を例にとって説明する。
【００３５】
図１に示すＣＤＭＡ受信装置は、受信アンテナ１０１、無線受信部１０２、ＧＩ除去部１０３、Ｓ／Ｐ変換部１０４、ＦＦＴ部１０５、Ｐ／Ｓ変換部１０６、回線補償部１０７、逆拡散部１０８、回線推定部１０９、受信電力測定部１１０、および重み算出部１１１を有する。
【００３６】
図１において、無線受信部１０２は、受信アンテナ１０１を介し受信されたマルチキャリア信号に対しダウンコンバート等の所定の無線受信処理を施し、ＧＩ除去部１０３に出力する。ＧＩ除去部１０３は、無線受信部１０２から出力された信号からＧＩ（ガードインターバル）を除去し、Ｓ／Ｐ変換部１０４および受信電力測定部１１０に出力する。Ｓ／Ｐ変換部１０４は、ＧＩ除去部１０３から出力された信号に対し並列変換を施し、ＦＦＴ部１０５に出力する。ＦＦＴ部１０５は、Ｓ／Ｐ変換部１０４から出力された信号に対し高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を施すことによりＯＦＤＭ変調されている信号を復調し、Ｐ／Ｓ変換部１０６および回線推定部１０９に出力する。Ｐ／Ｓ変換部１０６は、ＦＦＴ部１０５から出力された復調後の並列データを直列データに変換し、回線補償部１０７に出力する。
【００３７】
一方、受信電力測定部１１０は、ＧＩ除去部１０３から出力された信号の電力を測定し、測定結果を重み算出部１１１に出力する。また、回線推定部１０９は、ＦＦＴ部１０５から出力された並列データに基づいて、受信されたマルチキャリア信号が伝搬路において受けた回線変動を推定（チャネル推定）し、得られたチャネル推定値を重み算出部１１１に出力する。重み算出部１１１は、回線推定部１０９から出力されたチャネル推定値および受信電力測定部１１０から出力された受信電力を用いて、（式５）に基づいて回線補償処理に用いられる重み係数を算出し、回線補償部１０７に出力する。
【００３８】
そして、回線補償部１０７は、重み算出部１１１から出力された重み係数を用いて、Ｐ／Ｓ変換部１０６から出力されたデータに対し回線補償処理を施し、受信されたマルチキャリア信号が伝搬路において受けた回線変動を補償し、逆拡散部１０８に出力する。逆拡散部１０８は、回線補償部１０７から出力されたデータに対し所定の逆拡散処理を施し、受信データを得る。
【００３９】
回線補償部１０７および逆拡散部１０８において施される処理を式で表すと、受信信号をｄ^（ｉ）、受信装置における高速フーリエ変換後のｎ番目のサブキャリアの受信信号をＲ_ｎとして、
【数８】

となる。
【００４０】
次いで、上記構成を有するＣＤＭＡ受信装置のＭＭＳＥ合成の手順について、図２に示すフロー図を用いて説明する。
【００４１】
受信電力測定部１１０は、受信信号の電力を測定し（ＳＴ１０１０）、測定結果を重み算出部１１１に出力する。また、回線推定部１０９は、受信信号の回線推定値を算出し（ＳＴ１０２０）、重み算出部１１１に出力する。重み算出部１１１は、回線推定部１０９から出力された回線推定値および受信電力測定部１１０から出力された受信電力を用いてＭＭＳＥ合成の重み係数を算出し（ＳＴ１０３０）、回線補償部１０７に出力する。回線補償部１０７は、重み算出部１１１から出力された重み係数を用いて、受信信号に対し回線補償処理を施し、逆拡散部１０８に出力する。逆拡散部１０８は、回線補償部１０７から出力された信号に対し所定の逆拡散処理を施すことにより、ＭＭＳＥ合成を行う（ＳＴ１０４０）。よって、この手順によれば、雑音電力の推定値を算出するステップを経ることなくＭＭＳＥ合成を行うことができる。
【００４２】
このように、本実施の形態によれば、受信信号の受信電力を用いて回線変動補償に使用される重み係数を算出するため、受信信号に含まれる雑音の電力レベルを推定することなく受信信号の回線変動補償を行うことができ、回線変動補償処理の演算量を軽減し、回路規模を小さくすることができる。
【００４３】
なお、ここでは、マルチキャリア方式を用いたＣＤＭＡ受信装置を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、ＣＤＭＡ方式を用いた無線受信装置であれば良い。他の実施の形態を次に示す。
【００４４】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係るＣＤＭＡ受信装置の構成を示すブロック図である。なお、このＣＤＭＡ受信装置は、図１に示したＣＤＭＡ受信装置と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４５】
本実施の形態の特徴は、本発明を通常（時間領域拡散）のＣＤＭＡ方式に適用したことである。
【００４６】
図４（ａ）は、本実施の形態に係るＣＤＭＡ受信装置の受信信号のチャネル構成を示す図である。ここでは、パイロット部とデータ部がコード多重されているものとする。無線受信部１０２は、受信信号に対しダウンコンバート等の所定の無線受信処理を施し、得られたベースバンド信号を回線補償部１０７および受信電力測定部１１０に出力すると同時に、逆拡散部２０１にも出力する。
【００４７】
逆拡散部２０１は、パイロットチャネル用の逆拡散部であり、無線受信部１０２から出力されたベースバンド信号に対し逆拡散処理を施し、受信パイロット系列を得て、回線推定部１０９に出力する。回線推定部１０９は、逆拡散部２０１から出力された受信パイロット系列を用いてチャネル推定を行いチャネル推定値を得て、線形補間部２０２に出力する。図４（ｂ）は、この受信信号のシンボル毎のチャネル推定値を示す図である。
【００４８】
線形補間部２０２は、回線推定部１０９から出力された複数のチャネル推定値を線形補間処理することにより、受信信号のチップ毎のチャネル推定値を得る。図４（ｃ）は、このチップ毎のチャネル推定値を示す図である。例えば、時刻ｔにおけるチップ毎のチャネル推定値は、時刻ｔ−１におけるチャネル推定値Ｈ_{ｎｓ，ｔ−１}および時刻ｔ＋１におけるチャネル推定値Ｈ_{ｎｓ，ｔ＋１}を線形補間することにより得られる。
【００４９】
重み算出部１１１は、この線形補間の結果および受信電力測定部１１０において一定期間観測された受信電力の平均値σ_ｄａｖｅおよび瞬時の受信電力σ_ｄを用いて、ＭＭＳＥ合成法の重み係数Ｇｎを
【数９】

によって算出する。ここで、Ｋはユーザ数、Ｌは拡散符号長、Ｈｎはチップ毎のチャネル推定値、Ｃ_ｎ ^（ｉ）はｉ番目のユーザにおけるｎ番目の拡散符号である。
【００５０】
逆拡散部１０８は、この重み係数を用いて、受信データ系列を逆拡散し、所望のデータ系列ｄ^（ｉ）を得る。
【００５１】
このように、本実施の形態によれば、チップ毎のチャネル推定値を線形補間により求めるので、本発明を時間領域拡散ＣＤＭＡ方式にも適用することができる。
【００５２】
本発明に係るＣＤＭＡ受信装置は、ＣＤＭＡ方式を用いた通信端末装置および基地局装置に搭載することも可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する通信端末装置および基地局装置を提供することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、受信信号の受信電力を用いて回線変動補償に使用される重み係数を算出するため、受信信号に含まれる雑音の電力レベルを推定することなく受信信号の回線変動補償を行うことができ、回線変動補償処理の演算量を軽減し、回路規模を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るＣＤＭＡ受信装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係るＣＤＭＡ受信装置のＭＭＳＥ合成の手順について示すフロー図
【図３】本発明の実施の形態２に係るＣＤＭＡ受信装置の構成を示すブロック図
【図４】（ａ）受信信号のチャネル構成を示す図
（ｂ）受信信号のシンボル毎のチャネル推定値を示す図
（ｃ）受信信号のチップ毎のチャネル推定値を示す図
【図５】ＭＣ−ＣＤＭＡのサブキャリアおよび周波数選択性フェージングを示した図
【符号の説明】
１０２無線受信部
１０７回線補償部
１０８逆拡散部
１０９回線推定部
１１０受信電力測定部
１１１重み算出部
２０１逆拡散部
２０２線形補間部

Claims

受信信号が伝搬路において受けた回線変動の補償をＭＭＳＥ（ＭｉｎｉｍｕｍＭｅａｎＳｑｕａｒｅｄＥｒｒｏｒ）合成方法によって行うＣＤＭＡ（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）受信装置であって、
前記受信信号の受信電力を測定する電力測定手段と、
前記受信信号が伝搬路において受けた回線変動を推定した回線推定値を算出する回線推定値算出手段と、
前記電力測定手段によって測定された受信電力を直接用い、前記回線推定値算出手段によって算出された回線推定値に基づいて、前記ＭＭＳＥ合成方法において使用される重み係数を算出する重み係数算出手段と、
を具備することを特徴とするＣＤＭＡ受信装置。
前記受信信号は、マルチキャリア信号であって、
前記回線推定値算出手段は、サブキャリア信号ごとに前記回線推定値を算出し、
前記重み係数算出手段は、サブキャリア信号ごとに前記重み係数を算出する、
ことを特徴とする請求項１記載のＣＤＭＡ受信装置。
前記受信信号は、時間領域拡散された信号であって、
前記回線推定値算出手段は、チップごとに前記回線推定値を算出し、
前記重み係数算出手段は、チップごとに前記重み係数を算出する、
ことを特徴とする請求項１記載のＣＤＭＡ受信装置。
前記重み係数算出手段は、次の式により前記重み係数を算出することを特徴とする請求項２または請求項３記載のＣＤＭＡ受信装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載のＣＤＭＡ受信装置を具備することを特徴とする通信端末装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載のＣＤＭＡ受信装置を具備することを特徴とする基地局装置。
受信信号が伝搬路において受けた回線変動の補償を行う際に使用されるＭＭＳＥ合成方法であって、
前記受信信号の受信電力を測定する電力測定ステップと、
前記受信信号が伝搬路において受けた回線変動を推定した回線推定値を算出する回線推定値算出ステップと、
前記電力測定ステップにおいて測定された受信電力を直接用い、前記回線推定値算出ステップにおいて算出された回線推定値に基づいて、前記ＭＭＳＥ合成方法において使用される重み係数を算出する重み係数算出ステップと、
を具備することを特徴とするＭＭＳＥ合成方法。