JP2005244797A

JP2005244797A - 受信機及び通信システム、並びに受信方法

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Publication number: JP2005244797A
Application number: JP2004054291A
Authority: JP
Inventors: Tetsushi Abe; 哲士阿部
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2005-09-08
Also published as: KR20060043155A; TW200533108A; KR100722431B1; TWI268056B; EP1569356A1; CN1661993A; US20050195921A1

Abstract

【課題】データ信号検出特性を改善した受信機及び通信システム、並びに受信方法を提供することを目的とする。
【解決手段】受信機に、チャネル推定を行うチャネル推定手段と、推定されたチャネル推定値を用いて、受信信号に含まれる非データ信号の受信信号レプリカを生成し、受信信号から非データ信号の受信信号レプリカを除去する干渉信号除去手段と、干渉信号除去手段の出力信号を用いて、データ信号を検出するデータ信号検出手段とを備えることで達成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、符号分割多重方式を用いた信号伝送において通信品質を向上させるための受信機及び通信システム、並びに受信方法に関する。

現在、移動体通信方式として符号分割多重方式(CDMA: Code Division Multiple Access, 以下CDMA)が用いられている。CDMA方式では、データ信号と非データ信号、例えばパイロット信号、及び他の制御信号とが拡散コードを用いて同一時間・周波数上で多重されて伝送される。

このCDMAでは、各信号に用いられる拡散コードは互いに直交しているため、マルチパスのないチャネルでは、受信機で干渉なくデータ信号を検出することができる。

しかし、マルチパスのあるチャネルでは、拡散コード間の直交性が崩れることにより、データ信号の符号間干渉に加え、非データ信号からの干渉も発生してしまい、受信品質が大きく劣化する。

この受信品質の劣化を解消するため、非データ信号の受信信号レプリカを用いた受信方法が提供されている。まず、この非データ信号の受信信号レプリカを用いた受信方法について、図１を参照して説明する。

送信機から符号分割多重されて送信されたデータ信号とパイロット信号とが、マルチパスチャネルを介して受信機１０のアンテナ１３で受信される。図１においては、２パスの場合について示した。受信機１０の第１のステージ１１では、まずパイロット信号を用いたチャネル推定がチャネル推定器１１−２で行われ、次に、推定されたチャネル推定値を用いたデータ信号の検出（逆拡散、ＲＡＫＥ合成、復号等の処理をすべて含む）がデータ信号検出器１１−１で行われる。このデータ信号検出器１１−１において検出されたデータ信号は出力されるとともに、マルチ干渉レプリカ生成器１１−３に入力される。

マルチ干渉レプリカ生成器１１−３では、入力されたデータ信号とチャネル推定値とを用いて各パスのデータ信号の受信信号レプリカが生成される。また、パイロット信号とチャネル推定値とを用いて各パスのパイロット信号の受信信号レプリカがパイロット信号レプリカ生成器１１−４で生成される。

次に、受信信号全体から１パス目の受信信号レプリカが位相反転され加算器１１−５で加算されることにより減算され２パス目の受信信号が出力され、受信信号全体から２パス目の受信信号レプリカが位相反転され加算器１１−６で加算されることにより減算され１パス目の受信信号が出力される。

出力された１パス目と２パス目の受信信号は、第２のステージ１２のブロックに入力され、同様な信号検出が行われる。上記処理を複数のステージに渡って行うことにより、復調データ信号の品質を向上させることができる。
樋口、他、「Ｗ−ＣＤＭＡ下りリンク超高速パケット伝送におけるマルチパス干渉キャンセラの特性評価」、ＲＣＳ２０００−１６７、２０００年１１月１７日 P.W. Wolniansky, G.J. Foschini, G.D. Golden, P.W. Wolniansky, "V-BLAST: An architecture for Realizing Very High Data Rates Over the Rich-Scattering Wireless Channels", ISSSE-98, Pisa Italy.

しかしながら、上述した背景技術には以下の問題がある。

受信機の第１のステージでは、パイロット信号の受信信号レプリカの減算がデータ信号検出後に行われる。このため、第２のステージ以降のデータ信号検出特性は改善させることが可能であるが、第１のステージにおけるデータ信号検出では受信信号にパイロット信号からの干渉が存在するため、信号検出特性の改善ができないという問題があった。

そこで本発明においては、データ信号検出特性を改善した受信機及び通信システム、並びに受信方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明の受信機は、送信機から送信された信号に含まれるデータ信号の検出を行う通信システムにおける受信機であって、チャネル推定を行うチャネル推定手段と、推定されたチャネル推定値を用いて、受信信号に含まれる非データ信号の受信信号レプリカを生成し、受信信号から非データ信号の受信信号レプリカを除去する干渉信号除去手段と、干渉信号除去手段の出力信号を用いて、データ信号を検出するデータ信号検出手段とを備えるものである。

さらに、干渉信号除去手段は、パイロット信号及び制御信号の少なくとも一方の受信信号レプリカを生成し、受信信号からパイロット信号及び制御信号の少なくとも一方の受信信号レプリカを除去するようにしてもよい。

さらに、複数の受信アンテナを備え、チャネル推定手段は、各受信アンテナの受信信号に対してチャネル推定を行い、干渉信号除去手段は、前記各受信アンテナの受信信号に含まれる非データ信号の受信信号レプリカを生成し、各受信アンテナの受信信号からそれぞれの非データ信号の受信信号レプリカを除去するようにしてもよい。

また、本発明の通信システムは、送信機と、送信機から送信された信号に含まれるデータ信号の検出を行う受信機とを備える通信システムであって、受信機は、チャネル推定を行うチャネル推定手段と、推定されたチャネル推定値を用いて、受信信号に含まれる非データ信号の受信信号レプリカを生成し、受信信号から非データ信号の受信信号レプリカを除去する干渉信号除去手段と、干渉信号除去手段の出力信号を用いて、データ信号を検出するデータ信号検出手段とを備えるものである。

また、本発明の受信方法は、送信機から送信された信号に含まれるデータ信号の検出を行う通信システムの受信機における受信方法であって、チャネル推定を行うステップと、推定されたチャネル推定値を用いて、受信信号に含まれる非データ信号の受信信号レプリカを生成し、受信信号から非データ信号の受信信号レプリカを除去するステップと、非データ信号の受信信号レプリカが除去された受信信号を用いて、データ信号を検出するステップとを有する方法である。

本発明の実施例によれば、データ信号検出特性を改善した受信機及び通信システム、並びに受信方法を実現できる。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。

本発明の実施例に係る通信システムは、送信機と受信機１００とを備える。

送信機は、データ信号と非データ信号とを含む信号を受信機１００に送信する。受信機１００は、送信機から送信された信号に基づいて、データ信号の検出を行う。

次に、本発明の第１の実施例に係る通信システムにおける受信機１００の構成について、図２を参照して説明する。

本実施例に係る通信システムにおける受信機１００は、受信信号に含まれる非データ信号例えばパイロット信号の受信信号レプリカを、受信信号全体から初回のデータ信号検出の前に除去するものである。

本実施例に係る通信システムにおける受信機１００は、アンテナ１０３と、アンテナ１０３と接続され、パイロット信号が入力されるチャネル推定器１０１−１と、チャネル推定器１０１−１と接続され、パイロット信号が入力されるパイロット信号レプリカ生成器１０１−２と、パイロット信号レプリカ生成器１０１−２及びアンテナ１０３と接続された加算器１０１−３と、加算器１０１−３及びチャネル推定器１０１−１と接続されたデータ信号検出器１０２とを備える。ここで、チャネル推定器１０１−１、パイロット信号レプリカ生成器１０１−２及び加算器１０１−３は第１のステージ１０１を構成する。

受信機１００では、まず、送信機から送信された信号と、その信号に含まれるパイロット信号とを用いてチャネル推定がチャネル推定器１０１−１で行われ、推定されたチャネル推定値はパイロット信号レプリカ生成器１０１−２及びデータ信号検出器１０２に入力される。

パイロット信号レプリカ生成器１０１−２では、入力されたチャネル推定値とパイロット信号とを用いて、各パスにおけるパイロット信号の受信信号レプリカが生成され、生成された受信信号レプリカは加算器１０１−３に入力される。加算器１０１−３では、受信信号全体から入力されたパイロット信号の受信信号レプリカが除去（減算）され、パイロット信号からの干渉が除去される。即ち、受信信号全体にパイロット信号の受信信号レプリカが位相反転され加算される。パイロット信号の受信信号レプリカが減算された受信信号はデータ信号検出器１０２に入力される。

データ信号検出器１０２では、入力信号、即ちパイロット信号の受信信号レプリカが減算された受信信号とチャネル推定値とを用いて、データ信号の検出が行われる。ここで、データ信号の検出は複数ステージに渡っても行うようにしてもよいし、単一ステージで行うようにしてもよい。

上述したように、本実施例に係る通信システムにおける受信機１００では、初回のデータ信号検出後にパイロット信号の受信信号レプリカの減算を行うのではなく、初回のデータ信号検出前にパイロット信号の受信信号レプリカの減算を行うことにより、パイロット信号からの干渉を除去できるため、初回のデータ信号検出特性を向上させることができる。

次に、本実施例に係る通信システムの受信機における受信方法について、図３を参照して説明する。

送信機から送信された信号は、受信機１００のアンテナ１０３で受信され、チャネル推定器１０１−１に入力される。チャネル推定器１０１−１では、入力された受信信号とパイロット信号とを用いて、チャネル推定が行われ、推定されたチャネル推定値がパイロット信号レプリカ生成器１０１−２及びデータ信号検出器１０２に入力される(ステップＳ３０１)。

次に、パイロット信号レプリカ生成器１０１−２では、入力されたチャネル推定値とパイロット信号とを用いて、各パスにおける受信アンテナにおけるパイロット信号の受信信号レプリカが生成され、生成されたパイロット信号の受信信号レプリカはパス毎に加算器１０１−３に入力される（ステップＳ３０２）。

次に、加算器１０１−３では、入力されたパイロット信号の受信信号レプリカが、受信信号全体から除去(減算)され、その結果得られた信号はデータ信号検出器１０２に入力される（ステップＳ３０３）。

次に、データ信号検出器１０２では、入力信号を用いて、データ信号の検出が行われる（ステップＳ３０４）。

次に、本発明の第２の実施例に係る通信システムにおける受信機について、図４を参照して説明する。

本実施例に係る通信システムにおける受信機１００は、第１の実施例において説明した受信機１００に、アンテナ１０３及びチャネル推定器１０１−１と接続された制御信号検出器１０１−３と、制御信号検出器１０１−３、チャネル推定器１０１−１及び加算器１０１−３と接続された制御信号レプリカ生成器１０１−４とを備えたものである。ここで、チャネル推定器１０１−１、パイロット信号レプリカ生成器１０１−２、制御信号検出器１０１−３、制御信号レプリカ生成器１０１−４及び加算器１０１−３は第１のステージ１０１を構成する。

実際の通信システムでの非データ信号には、受信機側にとって既知であるパイロット信号と、その他の制御信号とがある。受信機１００では、まず、送信機から送信された信号と、パイロット信号とを用いてチャネル推定がチャネル推定器１０１−１で行われ、推定されたチャネル推定値は制御信号検出器１０１−３、制御信号レプリカ生成器１０１−４及びパイロット信号レプリカ生成器１０１−２に入力される。

制御信号検出器１０１−３では、受信信号と入力されたチャネル推定値とを用いて制御信号が検出され、検出された制御信号は出力されるとともに、制御信号レプリカ生成器１０１−４に入力される。

制御信号レプリカ生成器１０１−４では、入力されたチャネル推定値及び制御信号を用いて、各パスにおける制御信号の受信信号レプリカが生成され、生成された制御信号の受信信号レプリカはパス毎に加算器１０１−４に入力される。

また、パイロット信号レプリカ生成器１０１−２では、入力されたチャネル推定値及びパイロット信号を用いて、各パスにおけるパイロット信号の受信信号レプリカが生成され、生成された受信信号レプリカは加算器１０１−４に入力される。

加算器１０１−４では、受信信号全体から入力された制御信号の受信信号レプリカ及びパイロット信号の受信信号レプリカが除去（減算）され、非データ信号からの干渉が除去される。その結果得られた信号はデータ信号検出器１０２に入力される。

データ信号検出器１０２では、入力信号、即ち制御信号及びパイロット信号の受信信号レプリカが除去された受信信号を用いて、データ信号の検出が行われる。ここで、データ信号の検出は複数ステージに渡って行うようにしてもよいし、単一ステージで行うようにしてもよい。

次に、本実施例に係る通信システムの受信機における受信方法について説明する。

本実施例に係る通信システムの受信機における受信方法は、第１の実施例において説明した受信方法において、ステップＳ３０１では、チャネル推定値がパイロット信号レプリカ生成器１０１−２に加え、制御信号レプリカ生成器１０１−３及び制御信号レプリカ生成器１０１−４へ入力される。そのステップS３０１の後、推定されたチャネル推定値及び受信信号を用いて制御信号を検出し、検出された制御信号及びチャネル推定値を用いて、制御信号の受信信号レプリカを生成するステップを有する。

また、ステップＳ３０３では、加算器１０１−３において、パイロット信号及び制御信号の受信信号レプリカが、受信信号全体から除去され、その結果得られた信号がデータ信号検出器１０２に入力される。

次に、本発明の第３の実施例に係る通信システムについて、図５を参照して説明する。

本実施例に係る通信システムは、複数のアンテナを備える送信機及び受信機を備える。

以下、送信機、受信機共に２本のアンテナを備える場合について説明する。

送信機は、例えば、第１送信アンテナから、制御信号、第１送信アンテナ用の第１パイロット信号、及び第１データ信号を送信し、第２送信アンテナから、第２送信アンテナ用の第２パイロット信号及び第２データ信号を送信する。

ここで、第１及び第２データ信号に対しては同一の拡散符号ａを用い、第２パイロット信号に対しては拡散符号ｂを用い、第１パイロット信号に対しては拡散符号ｃを用い、制御信号に対しては拡散符号ｄを用いて、同一時間・周波数上で多重し送信する。

受信機１００は、第２の実施例において説明した受信機１００に、パイロット信号レプリカ生成器１０１−２及び制御信号レプリカ生成器１０１−４とそれぞれ接続された加算器１０１−４と、チャネル推定器１０１−１、制御信号検出器１０１−３及び加算器１０１−４と接続されたアンテナ１０３−２とを備えたものである。

ここで、チャネル推定器１０１−１、パイロット信号レプリカ生成器１０１−２、制御信号検出器１０１−３、制御信号レプリカ生成器１０１−４、加算器１０１−３及び加算器１０１−４は第１のステージ１０１を構成する。尚、アンテナ１０３−１は、チャネル推定器１０１−１、制御信号検出器１０１−３及び加算器１０１−３と接続されている。

受信機１００では、まず、送信機から送信された信号が各受信アンテナ１０３−１、１０３−２で受信される。次に、各受信アンテナ１０３−１、１０３−２で受信された受信信号とその受信信号に含まれるパイロット信号とを用いてチャネル推定がチャネル推定器１０１−１で行われ、推定されたチャネル推定値は制御信号検出器１０１−３、制御信号レプリカ生成器１０１−４及びパイロット信号レプリカ生成器１０１−２に入力される。

制御信号レプリカ生成器１０１−４では、入力されたチャネル推定値及び制御信号を用いて、各パスにおける制御信号の受信信号レプリカが受信アンテナ毎に生成される。生成された制御信号の受信信号レプリカは、第１受信アンテナの受信信号に基づく制御信号の受信信号レプリカは加算器１０１−３に入力され、第２受信アンテナの受信信号に基づく制御信号の受信信号レプリカは加算器１０１−４に入力される。

また、パイロット信号レプリカ生成器１０１−２では、入力されたチャネル推定値及びパイロット信号を用いて、各パスにおけるパイロット信号の受信信号レプリカが受信アンテナ毎に生成される。生成された受信信号レプリカは、第１受信アンテナの受信信号に基づくパイロット信号の受信信号レプリカは加算器１０１−３に入力され、第２受信アンテナの受信信号に基づくパイロット信号の受信信号レプリカは加算器１０１−４に入力される。

加算器１０１−３では、第１受信アンテナの受信信号全体から入力された制御信号の受信信号レプリカ及びパイロット信号の受信信号レプリカが除去（減算）され、非データ信号からの干渉が除去される。この処理により、第１受信アンテナの受信信号の第１データのみが出力される。この出力信号はデータ信号検出器１０２に入力される。

また、加算器１０１−４では、第２受信アンテナの受信信号全体から入力された制御信号の受信信号レプリカ及びパイロット信号の受信信号レプリカが除去（減算）され、非データ信号からの干渉が除去される。この処理により、第２受信アンテナの受信信号の第２データのみが出力される。この出力信号はデータ信号検出器１０２に入力される。

データ信号検出器１０２では、第１及び第２データの検出を行う。このデータ信号検出器１０２において行われるデータ信号検出には、例えばＶ−ＢＬＡＳＴ(Vertical-Bell Laboratories Layered Space Time)等を用いることができる（例えば、非特許文献２参照）。ここで、データ信号の検出は複数ステージに渡って行うようにしてもよいし、単一ステージで行うようにしてもよい。

本実施例に係る通信システムの受信機における受信方法は、第２の実施例において説明した受信方法において、ステップＳ３０１では、第１受信アンテナ１０３−１、第２受信アンテナ１０３−２で送信機から送信された信号が受信され、各受信アンテナ１０３−１、１０３−２で受信された受信信号とその受信信号に含まれるパイロット信号とを用いてチャネル推定が行われる。

また、ステップＳ３０１の後、推定されたチャネル推定値及び各受信アンテナで受信された受信信号を用いて制御信号を検出し、検出された制御信号及びチャネル推定値を用いて、各パスにおける制御信号の受信信号レプリカを受信アンテナ毎に生成するステップを有する。

また、ステップＳ３０２では、入力されたチャネル推定値及びパイロット信号を用いて、各パスにおけるパイロット信号の受信信号レプリカが受信アンテナ毎に生成される。

また、ステップＳ３０３では、各受信アンテナの受信信号全体から、受信アンテナ毎に生成された各パスにおける制御信号及びパイロット信号の受信レプリカが除去される。

複数送信アンテナを用いる信号伝送においては、単一の送信信号を用いる信号伝送に比べ、受信信号に干渉信号が多く含まれる。そこで、本実施例のように、データ信号検出の前に非データ信号、例えばパイロット信号、その他の制御信号のレプリカを受信信号から除去(減算)することにより非データ信号からの干渉を除去することができるため、検出されるデータ信号の受信品質を向上させることができる。

次に、本実施例の効果について説明する。

図６に、４本の送信アンテナを備える送信機と４本の受信アンテナを備える受信機とを備える通信システムにおけるＳＮＲ（信号対雑音電力比）に対するＤＡＴＡＴｈｒｏｕｇｈｐｕｔ特性を示す。

受信機において、データ信号検出にはＢＬＡＳＴを用い、チャネル推定器におけるチャネル推定は完全であるとする。また、適応変復調を利用した。

その結果、黒丸で表されるパイロット信号及び制御信号の受信信号レプリカを除去(キャンセル)した場合の特性と、白三角で表されるパイロット信号及び制御信号の受信信号レプリカを除去(キャンセル)しない場合の特性とが得られた。

図６によれば、パイロット信号及び制御信号の受信信号レプリカを受信信号からデータ信号検出前に除去することによりデータスループットが、パイロット信号及び制御信号の受信信号レプリカを受信信号からデータ信号検出前に除去しない場合より向上することがわかる。

本実施例の受信機においては、受信アンテナが２本である場合について説明したが、２本以上であっても、各受信アンテナの受信信号全体から制御信号の受信信号レプリカ及びパイロット信号の受信信号レプリカを除去した後、データ信号の検出を行うようにすることにより、検出されるデータ信号の受信品質を向上させることができる。

また、本実施例の受信機においては、２パスを介して到達した受信信号が受信アンテナにおいて受信される場合について説明したが、１パスを介して到達した受信信号及び２パス以上のパスを介して到達した受信信号についても、各受信アンテナの受信信号全体から、受信アンテナ毎に生成された各パスにおける制御信号の受信信号レプリカ及びパイロット信号の受信信号レプリカを除去した後、データ信号の検出を行うようにすることにより、検出されるデータ信号の受信品質を向上させることができる。

本発明に係る受信機及び通信システム並びに受信方法は、符号分割多重方式を用いた通信システムに適用できる。

従来の受信機の構成を説明するためのブロック図である。本発明の第１の実施例に係る通信システムにおける受信機の構成を説明するためのブロック図である。本発明の実施例に係る通信システムにおける受信方法を説明するためのフローチャートである。本発明の第２の実施例に係る通信システムにおける受信機の構成を説明するためのブロック図である。本発明の第３の実施例に係る通信システムにおける受信機の構成を説明するためのブロック図である。本発明の実施例に係る通信システムにおける受信方法の効果を説明するための説明図である。

符号の説明

１０、１００受信機

Claims

送信機から送信された信号に含まれるデータ信号の検出を行う通信システムにおける受信機であって：
チャネル推定を行うチャネル推定手段；
前記推定されたチャネル推定値を用いて、受信信号に含まれる非データ信号の受信信号レプリカを生成し、前記受信信号から前記非データ信号の受信信号レプリカを除去する干渉信号除去手段；
前記干渉信号除去手段の出力信号を用いて、データ信号を検出するデータ信号検出手段；
を備えることを特徴とする受信機。
請求項１に記載の受信機において：
干渉信号除去手段は、パイロット信号及び制御信号の少なくとも一方の受信信号レプリカを生成し、前記受信信号から前記パイロット信号及び制御信号の少なくとも一方の受信信号レプリカを除去することを特徴とする受信機。
請求項１に記載の受信機において：
複数の受信アンテナを備え、
前記チャネル推定手段は、各受信アンテナの受信信号に対してチャネル推定を行い、
前記干渉信号除去手段は、前記各受信アンテナの受信信号に含まれる非データ信号の受信信号レプリカを生成し、前記各受信アンテナの受信信号からそれぞれの非データ信号の受信信号レプリカを除去することを特徴とする受信機。
送信機と、前記送信機から送信された信号に含まれるデータ信号の検出を行う受信機とを備える通信システムであって：
前記受信機は、
チャネル推定を行うチャネル推定手段；
前記推定されたチャネル推定値を用いて、受信信号に含まれる非データ信号の受信信号レプリカを生成し、前記受信信号から前記非データ信号の受信信号レプリカを除去する干渉信号除去手段；
前記干渉信号除去手段の出力信号を用いて、データ信号を検出するデータ信号検出手段；
を備えることを特徴とする通信システム。
送信機から送信された信号に含まれるデータ信号の検出を行う通信システムの受信機における受信方法であって：
チャネル推定を行うステップ；
前記推定されたチャネル推定値を用いて、前記受信信号に含まれる非データ信号の受信信号レプリカを生成し、前記受信信号から前記非データ信号の受信信号レプリカを除去するステップ；
前記非データ信号の受信信号レプリカが除去された受信信号を用いて、データ信号を検出するステップ；
を有することを特徴とする受信方法。