JP2007074211A - Multi-user receiving apparatus and method of receiving multi-users - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディジタル無線通信システムにおいて、複数のアンテナを用いて同一周波数チャネルに存在する複数のユーザからの無線信号を分離受信することができるマルチユーザ受信装置およびマルチユーザ受信方法に関する。 The present invention relates to a multiuser receiving apparatus and a multiuser receiving method capable of separately receiving radio signals from a plurality of users existing on the same frequency channel using a plurality of antennas in a digital radio communication system.
周波数利用効率向上のため、複数のアンテナを用いて同一周波数チャネルに存在する複数のユーザからの無線信号を分離受信するマルチユーザ検出技術が注目を集めている。複数のアンテナを用いたマルチユーザ検出では、複数のアンテナの受信信号のそれぞれに所定の重み係数を乗算し、その結果を全て合成することで特定の方向からの信号を強調し、またそれと異なる特定の方向からの信号を抑圧するアダプティブアレイと呼ばれる技術が用いられる。従って、複数のアンテナを用いたマルチユーザ検出では、複数のユーザの無線信号を分離するため、アダプティブアレイを制御する複数の重み係数(以下、ウェイト)を推定する手法が求められる。 In order to improve frequency utilization efficiency, multi-user detection technology that uses a plurality of antennas to separately receive radio signals from a plurality of users existing on the same frequency channel has attracted attention. In multi-user detection using multiple antennas, each received signal from multiple antennas is multiplied by a predetermined weighting factor, and the results are combined to enhance the signal from a specific direction, and a different specification. A technique called an adaptive array that suppresses signals from the direction is used. Therefore, in multi-user detection using a plurality of antennas, a method for estimating a plurality of weight coefficients (hereinafter, weights) for controlling the adaptive array is required in order to separate radio signals of a plurality of users.
ウェイト推定法は、大きく分けて、送信側で送信信号にユーザごとに独立かつ送受で互いに既知のプリアンブルを付与し、受信側ではそれを用いて推定を行う手法と、プリアンブルを用いず、受信側で未知の情報系列のみを用いて推定を行う手法がある。しかし、特にパケット通信では、付与するプリアンブルによってスループットが大きく低下してしまうといった問題や、ユーザごとに独立のプリアンブルを割り当てるために通信を行うと、その通信によってスループットがさらに低下してしまうといった問題があるため、後者の手法が有望である。後者は受信側で未知の情報系列を用いるため、ブラインド処理と呼ばれている。 The weight estimation method can be broadly divided into a method in which the transmission side assigns a known preamble independently to each other by transmission and reception on the transmission side, and the reception side performs estimation using that, and the reception side does not use the preamble. There is a technique for performing estimation using only an unknown information sequence. However, particularly in packet communication, there is a problem that the throughput is greatly reduced due to the assigned preamble, and when communication is performed to assign an independent preamble for each user, the throughput is further reduced due to the communication. Therefore, the latter method is promising. The latter is called blind processing because an unknown information sequence is used on the receiving side.
ブラインド処理により複数のウェイトを推定する手法として、ある直交条件を課しながらCMA(Constant Modu1us Algorithm)により順次ウェイトを推定する手法が知られている(例えば、非特許文献1)。本手法は、異なるユーザからの送信信号が無相関であるという特徴を利用し、各ユーザの理想的ウェイトによりアダプティブアレイを制御した場合の出力信号が互いに無相関になる、すなわち、受信信号をX0(t)、m番目のユーザのウェイトをwmとし As a method of estimating a plurality of weights by blind processing, a method of sequentially estimating weights by CMA (Constant Modulus Algorithm) while imposing a certain orthogonal condition is known (for example, Non-Patent Document 1). This technique uses the feature that transmission signals from different users are uncorrelated, and the output signals when the adaptive array is controlled by the ideal weight of each user are uncorrelated with each other, that is, the received signals are converted to X 0 (t), the weight of the mth user is w m
という拘束条件を課し、順次CMAによりウェイト推定を行うことで、複数のユーザのウェイト推定を行う。 By imposing the constraint condition, and performing weight estimation sequentially by CMA, weight estimation of a plurality of users is performed.
図6は、複数のアンテナを用いて同一周波数チャネルに存在する複数のユーザからの無線信号をブラインド処理により分離受信する機能を持つ従来のマルチユーザ受信装置201の構成を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a conventional multi-user receiving
図6において、マルチユーザ受信装置201は、アンテナ51_1〜51_Mと、無線部52_1〜52_Mと、情報系列抽出回路54_1〜54_Nとから構成されている。
In FIG. 6, the
情報系列抽出回路54_1〜54_Nは、全て同一の構成である。たとえば、n段の情報系列抽出回路54_nは、図7に示すように、ウェイト推定回路61_nと、信号分離回路62_nと、復調回路63_nとから構成されている。 The information series extraction circuits 54_1 to 54_N all have the same configuration. For example, the n-stage information series extraction circuit 54_n includes a weight estimation circuit 61_n, a signal separation circuit 62_n, and a demodulation circuit 63_n, as shown in FIG.
従来の技術におけるマルチユーザ受信装置201は、アンテナ51_1〜51_Mで無線信号を受信し、無線部52_1〜52_Mで受信した信号を周波数変換およびディジタル信号への変換を行う。無線部52_1〜52_Mの出力信号が多段接続された情報系列抽出回路54_1〜54_Nに供給される。情報系列抽出回路54_1〜54_Nは、全て同様の動作を行うため、以下、図7により、n番目の情報系列抽出回路54_nを構成する、ウェイト推定回路61_n、信号分離回路62_n、復調回路63_nの動作を説明する。
The multi-user receiving
図7において、情報系列抽出回路54_nの入力端子IN101には受信したディジタル信号が入力され、このディジタル信号がウェイト推定回路61_nおよび信号分離回路62_nに供給されると共に、出力端子OUT102から出力される。情報系列抽出回路54_nの入力端子IN102には前段までに推定されたウェイトが入力される。 In FIG. 7, the received digital signal is input to the input terminal IN101 of the information series extraction circuit 54_n, and this digital signal is supplied to the weight estimation circuit 61_n and the signal separation circuit 62_n and output from the output terminal OUT102. The weight estimated up to the previous stage is input to the input terminal IN102 of the information series extraction circuit 54_n.
ウェイト推定回路61_nでは、入力端子IN102からの前段までに推定されたウェイト、すなわちウェイト推定回路61_1〜61_n−1で推定されたウェイトを用いて、(1)式で示される拘束条件を課しながら、CMA(Constant Modu1us Algorithm)によりウェイトを推定する。推定されたウェイトは出力端子OUT103から出力され、次段に送られる。信号分離回路62_nでは、ウェイト推定回路61_nで推定されたウェイトにより信号の抽出を行う。復調回路63_nでは、抽出された信号から情報系列をそれぞれ再生し、出力端子OUT101から出力する。
しかしながら、一般に、前述したCMAによるウェイト推定は、用いる信号系列長が短い場合やSNR(Signal to Noise Ratio)が低い場合などは推定精度が劣化する。前述したマルチユーザ受信装置では、(1)式で示した拘束条件の下でCMAによりウェイトを推定しているが、前段のウェイト推定精度が劣化すると各々のウェイトが(1)式を満たさなくなるため、後段に推定誤差が伝搬し、後段のウェイト推定精度が大きく劣化する。その結果、アダプティブアレイの動作が不正確になり、アダプティブアレイ出力信号のSINR(Signa1 to Interference plus Noise Ratio)が低下し、情報系列が正しく再生される確率が減少する。 However, in general, the above-described weight estimation by CMA deteriorates the estimation accuracy when the signal sequence length to be used is short or when the SNR (Signal to Noise Ratio) is low. In the multi-user receiving apparatus described above, weights are estimated by CMA under the constraint condition shown in equation (1). However, if the weight estimation accuracy in the previous stage deteriorates, each weight does not satisfy equation (1). The estimation error is propagated to the subsequent stage, and the weight estimation accuracy in the subsequent stage is greatly degraded. As a result, the operation of the adaptive array becomes inaccurate, the SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) of the adaptive array output signal decreases, and the probability that the information sequence is correctly reproduced decreases.
本発明は上記に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、複数ユーザからの信号をブラインド処理により分離受信するマルチユーザ受信装置において、前段のウェイト推定誤差の伝搬による後段のウェイト推定精度の劣化を軽減することで、アダプティブアレイ出力信号のSINRの低下を回避し、より多くの情報系列を抽出するマルチユーザ受信装置およびマルチユーザ受信方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to improve the weight estimation accuracy of the subsequent stage by propagation of the weight estimation error of the previous stage in a multi-user receiving apparatus that separately receives signals from a plurality of users by blind processing. An object of the present invention is to provide a multi-user receiving apparatus and a multi-user receiving method capable of avoiding a decrease in SINR of an adaptive array output signal and extracting more information sequences by reducing degradation.
上記課題を解決するために、本発明は、複数のユーザから送信された信号を受信するマルチユーザ受信装置であって、M本(M≧2)の受信アンテナと、M系列の入力信号に対して白色化して出力する白色化手段と、前記白色化されたM系列の信号を入力し、入力信号に含まれる情報系列を抽出して出力する第一の出力部と、後段の情報系列抽出手段に対してM系列の信号を出力する第二の出力部を備えるN個(N≧2)の情報系列抽出手段とにより構成され、前記情報系列抽出手段は、前記入力信号から、該入力信号に含まれる情報系列を抽出するウェイトを推定するウェイト推定手段と、前記入力信号を前記推定されたウェイトを用いて信号の分離を行う信号分離手段と、前記信号分離手段により分離された信号から情報系列を再生し、第一の出力部へ出力する復調手段と、前記推定されたウェイトおよび前記信号分離手段により分離された信号から、推定されたウェイトの尤度を算出し出力する尤度算出手段と、前記入力信号を、算出された尤度に応じて、前記推定されたウェイトと平行する受信信号空間を縮小するように座標変換した上で第二の出力部へ出力する座標変換手段とを備えることを特徴とするマルチユーザ受信装置である。 In order to solve the above-described problem, the present invention is a multi-user receiving apparatus that receives signals transmitted from a plurality of users, and includes M (M ≧ 2) receiving antennas and M-sequence input signals. A whitening means for whitening and outputting, a first output unit for inputting the whitened M-sequence signal, extracting and outputting an information sequence included in the input signal, and a subsequent-stage information sequence extracting means And N (N ≧ 2) information sequence extraction means provided with a second output unit for outputting an M-sequence signal. The information sequence extraction means converts the input signal into the input signal. Weight estimation means for estimating weights for extracting the included information series, signal separation means for separating signals from the input signal using the estimated weights, and information series from the signals separated by the signal separation means Play and Demodulating means for outputting to one output unit, likelihood calculating means for calculating and outputting the likelihood of the estimated weight from the estimated weight and the signal separated by the signal separating means, and the input signal And a coordinate conversion means for performing coordinate conversion so as to reduce the reception signal space parallel to the estimated weight in accordance with the calculated likelihood, and then outputting to the second output unit. A multi-user receiving device.
本発明は、上記に記載の発明のマルチユーザ受信装置であって、前記尤度算出手段は、前記信号分離手段により分離された信号の振幅歪みの平均値に基づいて尤度を算出することを特徴とする。 The present invention is the multiuser receiving apparatus according to the invention described above, wherein the likelihood calculating means calculates the likelihood based on an average value of amplitude distortion of the signal separated by the signal separating means. Features.
本発明は、複数のユーザから送信された信号を受信するマルチユーザ受信方法であって、M本(M≧2)の受信アンテナにより信号を受信するステップと、M系列の入力信号に対して白色化して出力する白色化ステップと、前記白色化されたM系列の信号を入力し、入力信号に含まれる情報系列を抽出して出力する第一の出力部と、後段の情報系列抽出ステップに対してM系列を信号を出力する第二の出力部を備えるN個(N≧2)の情報系列抽出ステップとにより構成され、前記情報系列抽出ステップは、前記入力信号から、該入力信号に含まれる情報系列を抽出するウェイトを推定するウェイト推定ステップと、前記入力信号を前記推定されたウェイトを用いて信号の分離を行う信号分離ステップと、前記信号分離ステップにより分離された信号から情報系列を再生し、第一の出力部へ出力する復調ステップと、前記推定されたウェイトおよび前記信号分離ステップにより分離された信号から、推定されたウェイトの尤度を算出し出力する尤度算出ステップと、前記入力信号を、算出された尤度に応じて、前記推定されたウェイトと平行する受信信号空間を縮小するように座標変換した上で第二の出力部へ出力する座標変換ステップとを備えることを特徴とするマルチユーザ受信方法である。 The present invention is a multi-user receiving method for receiving signals transmitted from a plurality of users, the step of receiving signals by M (M ≧ 2) receiving antennas, and a white signal for M-sequence input signals. A whitening step for generating and outputting, a first output unit for inputting the whitened M-sequence signal, extracting and outputting an information sequence included in the input signal, and a subsequent information sequence extracting step And an N number (N ≧ 2) information sequence extraction step including a second output unit for outputting a signal, and the information sequence extraction step is included in the input signal from the input signal. A weight estimation step for estimating a weight for extracting an information sequence, a signal separation step for separating the input signal using the estimated weight, and a signal separation step. The likelihood of the estimated weight is calculated and output from the demodulation step of reproducing the information sequence from the received signal and outputting it to the first output unit, and the estimated weight and the signal separated by the signal separation step. A likelihood calculating step, and coordinates to be output to the second output unit after the input signal is subjected to coordinate conversion so as to reduce the reception signal space parallel to the estimated weight according to the calculated likelihood A multi-user reception method comprising: a conversion step.
本発明は、上記に記載の発明のマルチユーザ受信方法であって、前記尤度算出手段は、前記信号分離手段により分離された信号の振幅歪みの平均値に基づいて尤度を算出することを特徴とする。 The present invention is the multiuser reception method according to the invention described above, wherein the likelihood calculating means calculates the likelihood based on an average value of amplitude distortion of the signal separated by the signal separating means. Features.
本発明によれば、白色化手段において、受信信号に対して白色化処理を行い、情報系列抽出手段において、入力信号から、入力信号に含まれる情報系列を抽出するウェイトを推定し、推定されたウェイトを用いて信号の分離を行い、分離された信号から情報系列を再生して第一の出力端子から出力すると共に、前段のウェイトと平行する受信信号空間を縮小するように座標変換を行った結果を第二の出力端子から出力し、次段の情報系列抽出手段に出力するようにしている。
これにより、前段までに推定したウェイトの尤度に応じて(1)式で示した拘束条件を緩和しながら、順次、全ユーザのウェイト推定を行うことができるため、前段のウェイトに推定誤差が生じた場合でも、後段への影響を減じ、高精度な信号分離受信を実現できる。
According to the present invention, the whitening means performs whitening processing on the received signal, and the information series extraction means estimates the weight for extracting the information series included in the input signal from the input signal, and estimates Signals were separated using weights, an information sequence was reproduced from the separated signals and output from the first output terminal, and coordinate conversion was performed so as to reduce the reception signal space parallel to the previous weights. The result is output from the second output terminal and output to the information sequence extraction means at the next stage.
As a result, it is possible to sequentially perform weight estimation for all users while relaxing the constraint condition shown in Equation (1) according to the likelihood of the weight estimated up to the previous stage, so that there is an estimation error in the previous stage weight. Even if it occurs, it is possible to reduce the influence on the subsequent stage and realize highly accurate signal separation reception.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施形態に係るマルチユーザ受信装置101の機能構成を示したブロック図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of a multiuser receiving
図1に示すように、本発明の実施形態に係るマルチユーザ受信装置101は、アンテナ1_1〜1_Mと、無線部2_1〜2_Mと、白色化回路3と、N(N≧2)個の多段接続された情報系列抽出回路4_1〜4_Nとから構成されている。
As shown in FIG. 1, the multi-user receiving
アンテナ1_1〜1_Mは、同一周波数チャネルに存在する複数のユーザからの無線信号を受信するM本(M≧2)の受信アンテナである。 The antennas 1_1 to 1_M are M (M ≧ 2) receiving antennas that receive radio signals from a plurality of users existing in the same frequency channel.
無線部2_1〜2_Mは、アンテナ1_1〜1_Mで受信した信号に対して周波数変換およびディジタル信号への変換を行う。 The radio units 2_1 to 2_M perform frequency conversion and conversion to digital signals on the signals received by the antennas 1_1 to 1_M.
白色化回路3は、無線部2_1〜2_Mからのディジタル信号を入力し、この入力信号を白色化する。
The
情報系列抽出回路4_1〜4_Nは、全て同一の構成であり、たとえば、初段の情報系列抽出回路4_1は、図2に示すように、ウェイト推定回路21_1と、信号分離回路22_1と、復調回路23_1と、尤度算出回路24_1と、座標変換回路25_1とから構成されている。情報系列抽出回路の段数Nは、同時にデータを送信するユーザ局数以上あることが望ましい。 The information series extraction circuits 4_1 to 4_N all have the same configuration. For example, as shown in FIG. 2, the first information series extraction circuit 4_1 includes a weight estimation circuit 21_1, a signal separation circuit 22_1, and a demodulation circuit 23_1. The likelihood calculation circuit 24_1 and the coordinate conversion circuit 25_1 are configured. The number of stages N of the information series extraction circuit is preferably equal to or greater than the number of user stations that transmit data simultaneously.
情報系列抽出回路4_1〜4_Nの各々は、図2に示すように、入力端子IN1と、第1の出力端子OUT1および第2の出力端子OUT2を有し、入力端子IN1からの入力信号から、入力信号に含まれる情報系列を抽出するウェイトを推定し、推定されたウェイトを用いて信号の分離を行い、分離された信号から情報系列を再生して第一の出力端子OUT1から出力すると共に、推定されたウェイトおよび分離された信号から、推定されたウェイトの尤度を算出し、算出された尤度に応じて、推定されたウェイトと平行する受信信号空間を縮小するように座標変換した上で第二の出力端子OUT2から出力する。 As shown in FIG. 2, each of the information series extraction circuits 4_1 to 4_N includes an input terminal IN1, a first output terminal OUT1, and a second output terminal OUT2. From the input signal from the input terminal IN1, A weight for extracting an information sequence included in the signal is estimated, a signal is separated using the estimated weight, an information sequence is reproduced from the separated signal, and is output from the first output terminal OUT1. The likelihood of the estimated weight is calculated from the estimated weight and the separated signal, and coordinate conversion is performed to reduce the reception signal space parallel to the estimated weight according to the calculated likelihood. Output from the second output terminal OUT2.
なお、情報系列抽出回路4_1〜4_Nのうち最終段の情報系列抽出回路4_Nについては、再生した情報系列を出力する第一の出力端子OUT1のみを有していればよく、第二の出力端子OUT2は不要である。 Of the information series extraction circuits 4_1 to 4_N, the last information series extraction circuit 4_N only needs to have the first output terminal OUT1 for outputting the reproduced information series, and the second output terminal OUT2 Is unnecessary.
次に、本発明の実施形態に係るマルチユーザ受信装置101の動作について説明する。図1において、M本のアンテナ1_1〜1_Mで、複数のユーザからの無線信号が受信される。アンテナ1_1〜1_Mの受信信号が、それぞれ、無線部2_1〜2_Mに供給される。無線部2_1〜2_Mで、受信した信号に対して周波数変換およびディジタル信号への変換が行われる。
Next, the operation of the
無線部2_1〜2_Mからは、M個の系列のディジタル信号が出力される。このM個の系列のディジタル信号が白色化回路3に供給される。白色化回路3で、この信号が白色化される。
The radio units 2_1 to 2_M output M series of digital signals. The M series of digital signals are supplied to the
白色化回路3の出力信号が多段接続された情報系列抽出回路4_1〜4_Nに供給される。情報系列抽出回路4_1〜4_Nの各々は、白色化された信号に含まれる各情報系列を抽出し、第1の出力端子OUT1から、復調された各情報系列の信号を順次出力する。また、情報系列抽出回路4_1〜4_Nの各々は、前段のウェイト推定結果に対してウェイトの尤度を算出し、尤度に応じて推定されたウェイトと平行する受信信号空間を縮小するように座標変換して第二の出力端子OUT2から出力し、次段の情報系列抽出回路に送る。
The output signal of the
本発明の実施形態に係るマルチユーザ受信装置101は、白色化回路3および多段接続されたN個の情報系列抽出回路41_〜4_Nにより構成され、白色化回路3において、受信信号に対して白色化処理を行い、各情報系列抽出回路4_1〜4_Nにおいて、前段のウェイト推定結果に対してウェイトの尤度を算出し、尤度に応じて推定されたウェイトと平行する受信信号空間を縮小するように座標変換を行った結果を第二の出力端子OUT2から出力し、次段に出力するようにしている。
これにより、前段までに推定したウェイトの尤度に応じて(1)式で示した拘束条件を緩和しながら、順次、全ユーザのウェイト推定を行うことができるため、前段のウェイトに推定誤差が生じた場合でも、後段への影響を減じ、高精度な信号分離受信を実現できる。
A
As a result, it is possible to sequentially perform weight estimation for all users while relaxing the constraint condition shown in Equation (1) according to the likelihood of the weight estimated up to the previous stage, so that there is an estimation error in the previous stage weight. Even if it occurs, it is possible to reduce the influence on the subsequent stage and realize highly accurate signal separation reception.
次に、本発明の実施形態の白色化回路3を構成する各回路の動作を説明する。白色化回路3では、下式により、入力信号X0(t)から受信相関行列Rxxを算出する。
Next, the operation of each circuit constituting the
ここで、添え字Hは共役転置、E[]は平均操作を表す。 Here, the subscript H represents a conjugate transposition, and E [] represents an average operation.
そして、下式を満たす白色化行列Qを例えばコレスキー分解などを用いて計算する。 Then, a whitening matrix Q satisfying the following expression is calculated using, for example, Cholesky decomposition.
さらに、入力信号X0(t)と前記白色化行列Qから、下式により出力信号X1(t)を算出し、これを出力する。 Further, an output signal X 1 (t) is calculated from the input signal X 0 (t) and the whitening matrix Q by the following equation, and is output.
次に、本発明の実施形態の情報系列抽出回路4_1〜4_Nを構成する各回路の説明をする。 Next, each circuit constituting the information series extraction circuits 4_1 to 4_N according to the embodiment of the present invention will be described.
情報系列抽出回路4_1〜4_Nでは全て同じ動作を行うため、以下では情報系列抽出回路4_1の動作のみを説明する。図2において、ウェイト推定回路21_1では、入力信号Xl(t)から、入力信号X1(t)に含まれる情報系列を分離するウェイトw1を推定する。信号分離回路22_1では、入力信号X1(t)とウェイト推定回路21_1により推定されたウェイトw1から、下式により信号y1(t)の分離を行う。 Since all the information series extraction circuits 4_1 to 4_N perform the same operation, only the operation of the information series extraction circuit 4_1 will be described below. In FIG. 2, the weight estimation circuit 21_1 estimates a weight w 1 that separates an information sequence included in the input signal X 1 (t) from the input signal X 1 (t). The signal separation circuit 22_1 separates the signal y 1 (t) from the input signal X 1 (t) and the weight w 1 estimated by the weight estimation circuit 21_1 by the following equation.
復調回路23_1では、抽出された信号y1(t)から、情報系列を再生し、第1の出力端子OUT1へ出力する。 The demodulation circuit 23_1 reproduces the information series from the extracted signal y 1 (t) and outputs it to the first output terminal OUT1.
尤度算出回路24_1では、推定されたウェイトw1の尤度α1を算出する。ところで、白色化回路3により、上述の拘束条件は互いのウェイトが直交という単純な拘束条件になる。
The likelihood calculating circuits 24_1 calculates a likelihood alpha 1 of the estimated weights w1. By the way, the
従って、推定されたウェイトw1に誤差がない場合には、これと直交する空間で後段のウェイト推定を行えばよい。 Therefore, when the weights w 1 which is estimated there is no error, which the may be performed subsequent weight estimation in space perpendicular.
しかしながら、一般に推定されたウェイトw1には誤差があり、後段のウェイトは必ずしも推定されたウェイトw1と直交する空間には存在しないため、推定したウェイトw1と平行する空間も考慮し、後段のウェイト推定を行う必要がある。 However, generally the weight w 1 that is estimated to have errors, because no existing in a space orthogonal subsequent weights weights w 1 and necessarily estimated, also taking into account the space parallel to the weights w 1 estimated, subsequent Needs to be estimated.
このような動作を実現するため、座標変換回路25_1では、推定されたウェイトw1と算出された尤度α1に基づき、下式を満たす座標変換行列F1を算出する。 Such order to realize the operation, the coordinate transformation circuit 25_1, based on the likelihood alpha 1 calculated weights w 1 and estimated to calculate the coordinate transformation matrix F 1 that satisfies the following expression.
ここで、Eは単位行列、‖‖はベクトルのノルム演算を表す。 Here, E represents a unit matrix, and ‖‖ represents a vector norm calculation.
そして、入力信号X1(t)と座標変換行列F1から、下式により、推定したウェイトと平行する空間を尤度に応じて縮小した出力信号X2(t)を算出する。 Then, from the input signal X 1 (t) and the coordinate transformation matrix F 1 , an output signal X 2 (t) obtained by reducing the space parallel to the estimated weight according to the likelihood is calculated by the following equation.
そして、算出された信号を第2の出力端子OUT2へ出力し、推定したウェイトと平行する空間が縮小された信号を用いて、次段の処理を行う。 Then, the calculated signal is output to the second output terminal OUT2, and the next stage process is performed using the signal in which the space parallel to the estimated weight is reduced.
次に、ウェイト推定回路21_1の詳細な動作について説明する。以下では、ウェイト推定アルゴリズムにLS−CMAを用いたとして説明するが、ウェイト推定アルゴリズムはこれに限定されない。LS(Least Squares)−CMAでは、信号分離後の出力信号の包絡線の歪みが最小、すなわち、下式を最小にするウェイトを推定する。 Next, a detailed operation of the weight estimation circuit 21_1 will be described. In the following description, LS-CMA is used as the weight estimation algorithm, but the weight estimation algorithm is not limited to this. In LS (Least Squares) -CMA, a weight that minimizes the distortion of the envelope of the output signal after signal separation, that is, minimizes the following equation is estimated.
ここで、p、qは正の整数で通常1または2をとる。 Here, p and q are positive integers and usually take 1 or 2.
具体的には、P=1、q=2の場合、図3にフローチャートで示すような処理を行い、ウェイトを推定する。 Specifically, when P = 1 and q = 2, the processing shown in the flowchart in FIG. 3 is performed to estimate the weight.
図3において、ステップS1で、初期ウェイトw1を設定する。次に、ステップS2で、ウェイトw1および入力信号より出力信号y1(t)を次のように計算する。 3, at step S1, setting an initial weight w 1. Next, in step S2, the output signal y 1 (t) is calculated from the weight w 1 and the input signal as follows.
次に、ステップS3で、出力信号y1(t)から次のように参照信号δ1(t)を生成する。
次に、ステップS4で、次式に従ってウェイトw1を推定する。
ステップS5で、ステップS2〜ステップS4の動作が所定回数だけ繰り返されたかどうかを判断し、所定回数に達していなければ、ステップS2にリターンする。ステップS2〜ステップS4の動作が所定回数だけ繰り返されたら、ウェイトの推定処理を終了する。 In step S5, it is determined whether or not the operations in steps S2 to S4 have been repeated a predetermined number of times. If the predetermined number of times has not been reached, the process returns to step S2. When the operations in steps S2 to S4 are repeated a predetermined number of times, the weight estimation process is terminated.
なお、LS−CMAでは、ウェイトw1を推定するステップS4で、相関行列Rxxの逆行列を左から掛けるのが一般的であるが、本発明の実施形態に係るマルチユーザ受信装置101では、白色化回路3により相関行列Rxxが単位行列となるため、この操作は不要である。
In LS-CMA, it is common to multiply the inverse matrix of the correlation matrix Rxx from the left in step S4 for estimating the weight w1, but in the
次に、尤度算出回路24_1の詳細な動作について説明する。なお、以下の一例では、尤度を算出は、信号分離回路により分離された信号の振幅歪みの平均値に基づいて尤度を算出しているが、尤度算出回路の構成はこれに限定されない。 Next, a detailed operation of the likelihood calculating circuit 24_1 will be described. In the following example, the likelihood is calculated based on the average value of the amplitude distortion of the signal separated by the signal separation circuit, but the configuration of the likelihood calculation circuit is not limited to this. .
図4に示すように、尤度算出回路24_1は、振幅歪み検出回路31_1、平均化回路32_1、尤度変換回路33_1で構成される。 As shown in FIG. 4, the likelihood calculation circuit 24_1 includes an amplitude distortion detection circuit 31_1, an averaging circuit 32_1, and a likelihood conversion circuit 33_1.
振幅歪み検出回路31_1は入力された信号、すなわち前記信号分離回路22_1により分離された信号から、下式により振幅歪みσ1を検出する。 The amplitude distortion detection circuit 31_1 detects the amplitude distortion σ 1 from the input signal, that is, the signal separated by the signal separation circuit 22_1 by the following equation.
平均化回路32_1はこの振幅歪みσ1を平均化し、平均振幅歪みを得る。尤度変換回路33_1は平均振幅歪みを尤度に変換する。次式に尤度変換方法の一例を示すが、尤度変換方法はこれに限定されない。 Averaging circuit 32_1 is averages the amplitude distortion sigma 1, to obtain an average amplitude distortion. The likelihood conversion circuit 33_1 converts the average amplitude distortion into likelihood. An example of the likelihood conversion method is shown in the following equation, but the likelihood conversion method is not limited to this.
ここで、σ1バーは平均振幅歪みであり、βは正の定数である。 Here, σ 1 bar is the average amplitude distortion, and β is a positive constant.
図5は、従来のマルチユーザ受信装置と本発明の実施形態に係るマルチユーザ受信装置のシミュレーション結果であって、信号分離回路の出力信号yn(t)、すなわち復調回路の入力信号のSINRの相補累積確率である。復調回路の入力信号のSINRにより復調後の情報系列の誤り率が決まるため、本シミュレーションにより正しい情報系列が抽出される確率(情報系列抽出確率)が類推できる。なお、各ユーザのSINRは、ウェイト推定回路により推定された全ウェイトについてのSINRのうち最も高いSINRと定義した。シミュレーション条件は下表のように設定した。 FIG. 5 is a simulation result of the conventional multiuser receiving apparatus and the multiuser receiving apparatus according to the embodiment of the present invention, and shows the output signal y n (t) of the signal separation circuit, that is, the SINR of the input signal of the demodulation circuit. Complementary cumulative probability. Since the error rate of the demodulated information sequence is determined by the SINR of the input signal of the demodulation circuit, the probability of extracting a correct information sequence (information sequence extraction probability) can be analogized by this simulation. Note that the SINR of each user is defined as the highest SINR among the SINRs for all weights estimated by the weight estimation circuit. The simulation conditions were set as shown in the table below.
図5から明らかなように、従来のマルチユーザ受信装置に比較して本発明の実施形態に係るマルチユーザ受信装置は高いSINRが得られている事が分かる。仮に、変調方式にQPSK、誤り訂正に畳み込み符号(r=1/2,k=7)を用いた場合、SINRが3dB以上であれば復調後の情報系列はほぼエラーフリーとなる。 As can be seen from FIG. 5, the multi-user receiving apparatus according to the embodiment of the present invention has a higher SINR than the conventional multi-user receiving apparatus. If QPSK is used for the modulation scheme and convolutional codes (r = 1/2, k = 7) are used for error correction, the demodulated information sequence is almost error-free if the SINR is 3 dB or more.
図5より、この条件を満たす確率は従来のマルチユーザ受信装置では約84%、本発明の実施形態に係るマルチユーザ受信装置では約90%であり、本発明により約6%の情報系列抽出確率向上が期待できる。 From FIG. 5, the probability of satisfying this condition is about 84% in the conventional multiuser receiving apparatus and about 90% in the multiuser receiving apparatus according to the embodiment of the present invention, and the information sequence extraction probability of about 6% according to the present invention. Improvement can be expected.
以上詳細に説明したように、本発明の実施形態に係るマルチユーザ受信装置では複数のユーザからの信号を分離受信する際に、前段で推定したウェイトの尤度に応じた不完全な直交化を行った後、後段のウェイト推定を行っている。このように動作させることで、前段のウェイト推定誤差が後段へ伝搬するのを防ぎ、後段のウェイト推定誤差の低下を軽減することができる。 As described above in detail, the multi-user receiving apparatus according to the embodiment of the present invention performs incomplete orthogonalization according to the likelihood of the weight estimated in the previous stage when separately receiving signals from a plurality of users. After that, the subsequent weight estimation is performed. By operating in this way, it is possible to prevent the weight estimation error in the previous stage from propagating to the subsequent stage, and to reduce the decrease in the weight estimation error in the subsequent stage.
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications can be made without departing from the gist of the present invention.
本発明は、複数のアンテナを用いて同一周波数チャネルに存在する複数のユーザからの無線信号を分離、検出するのに用いることができる。 The present invention can be used to separate and detect radio signals from a plurality of users existing in the same frequency channel using a plurality of antennas.
1_1〜1_M:アンテナ、
2_1〜2_M:無線部、
3:白色化回路、
4_1〜4_N:情報系列抽出回路、
21_1〜21_N:ウェイト推定回路、
22_1〜22_N:信号分離回路、
23_1〜23_N:復調回路、
24_1〜24_N:尤度算出回路、
25_1〜24_N:座標変換回路、
31_1〜31_N:振幅歪み検出回路、
32_1〜32_N:平均化回路、
33_1〜33_N:尤度変換回路
1_1 to 1_M: antenna,
2_1 to 2_M: wireless unit,
3: Whitening circuit,
4_1 to 4_N: information series extraction circuit,
21_1 to 21_N: weight estimation circuit,
22_1 to 22_N: signal separation circuit,
23_1 to 23_N: demodulation circuit,
24_1 to 24_N: likelihood calculation circuit,
25_1 to 24_N: coordinate conversion circuit,
31_1 to 31_N: amplitude distortion detection circuit,
32_1 to 32_N: averaging circuit,
33_1 to 33_N: likelihood conversion circuit
Claims (4)
M本(M≧2)の受信アンテナと、
M系列の入力信号に対して白色化して出力する白色化手段と、
前記白色化されたM系列の信号を入力し、入力信号に含まれる情報系列を抽出して出力する第一の出力部と、後段の情報系列抽出手段に対してM系列の信号を出力する第二の出力部を備えるN個(N≧2)の情報系列抽出手段と
により構成され、
前記情報系列抽出手段は、
前記入力信号から、該入力信号に含まれる情報系列を抽出するウェイトを推定するウェイト推定手段と、
前記入力信号を前記推定されたウェイトを用いて信号の分離を行う信号分離手段と、
前記信号分離手段により分離された信号から情報系列を再生し、第一の出力部へ出力する復調手段と、
前記推定されたウェイトおよび前記信号分離手段により分離された信号から、推定されたウェイトの尤度を算出し出力する尤度算出手段と、
前記入力信号を、算出された尤度に応じて、前記推定されたウェイトと平行する受信信号空間を縮小するように座標変換した上で第二の出力部へ出力する座標変換手段と
を備えることを特徴とするマルチユーザ受信装置。 A multi-user receiving device that receives signals transmitted from a plurality of users,
M (M ≧ 2) receiving antennas;
Whitening means for whitening and outputting an M-sequence input signal;
A first output unit that inputs the whitened M-sequence signal, extracts and outputs an information sequence included in the input signal, and outputs an M-sequence signal to a subsequent information sequence extraction unit. And N (N ≧ 2) information series extracting means having two output units,
The information series extracting means includes
Weight estimation means for estimating a weight for extracting an information sequence included in the input signal from the input signal;
Signal separation means for separating the input signal using the estimated weight;
Demodulating means for reproducing an information sequence from the signal separated by the signal separating means and outputting it to a first output unit;
Likelihood calculating means for calculating and outputting the likelihood of the estimated weight from the estimated weight and the signal separated by the signal separating means;
Coordinate conversion means for converting the input signal into a second output unit after performing coordinate conversion so as to reduce the reception signal space parallel to the estimated weight according to the calculated likelihood. A multi-user receiving device.
前記尤度算出手段は、
前記信号分離手段により分離された信号の振幅歪みの平均値に基づいて尤度を算出することを特徴とするマルチユーザ受信装置。 The multi-user receiving device according to claim 1,
The likelihood calculating means includes
A likelihood is calculated based on an average value of amplitude distortion of the signal separated by the signal separation means.
M本(M≧2)の受信アンテナにより信号を受信するステップと、
M系列の入力信号に対して白色化して出力する白色化ステップと、
前記白色化されたM系列の信号を入力し、入力信号に含まれる情報系列を抽出して出力する第一の出力部と、後段の情報系列抽出ステップに対してM系列を信号を出力する第二の出力部を備えるN個(N≧2)の情報系列抽出ステップと
により構成され、
前記情報系列抽出ステップは、
前記入力信号から、該入力信号に含まれる情報系列を抽出するウェイトを推定するウェイト推定ステップと、
前記入力信号を前記推定されたウェイトを用いて信号の分離を行う信号分離ステップと、
前記信号分離ステップにより分離された信号から情報系列を再生し、第一の出力部へ出力する復調ステップと、
前記推定されたウェイトおよび前記信号分離ステップにより分離された信号から、推定されたウェイトの尤度を算出し出力する尤度算出ステップと、
前記入力信号を、算出された尤度に応じて、前記推定されたウェイトと平行する受信信号空間を縮小するように座標変換した上で第二の出力部へ出力する座標変換ステップと
を備えることを特徴とするマルチユーザ受信方法。 A multi-user reception method for receiving signals transmitted from a plurality of users,
Receiving signals by M (M ≧ 2) receiving antennas;
A whitening step for whitening and outputting an M-sequence input signal;
A first output unit that inputs the whitened M-sequence signal, extracts and outputs an information sequence included in the input signal, and outputs an M-sequence signal for the subsequent information sequence extraction step. N (N ≧ 2) information sequence extraction steps each having two output units,
The information series extraction step includes:
A weight estimation step for estimating a weight for extracting an information sequence included in the input signal from the input signal;
A signal separation step of separating the input signal using the estimated weight;
A demodulation step of reproducing an information sequence from the signal separated by the signal separation step and outputting the information sequence to a first output unit;
A likelihood calculating step of calculating and outputting the likelihood of the estimated weight from the estimated weight and the signal separated by the signal separation step;
A coordinate conversion step of performing coordinate conversion on the input signal so as to reduce a reception signal space parallel to the estimated weight according to the calculated likelihood, and then outputting the converted signal to a second output unit. A multi-user receiving method characterized by the above.
前記尤度算出手段は、
前記信号分離手段により分離された信号の振幅歪みの平均値に基づいて尤度を算出することを特徴とするマルチユーザ受信方法。 The multi-user receiving method according to claim 3,
The likelihood calculating means includes
A likelihood of calculating a likelihood based on an average value of amplitude distortion of a signal separated by the signal separation means.
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