JP2007174320A

JP2007174320A - Ｍｉｍｏ受信装置

Info

Publication number: JP2007174320A
Application number: JP2005369889A
Authority: JP
Inventors: Kunifusa Maruyama; 邦総丸山; Tomozo Tanaka; 智三田中; Takashi Futaki; 尚二木
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】送信アンテナ数に起因する回路規模の増加を抑えることができるＭＩＭＯ受信装置を提供する。
【解決手段】電力推定部１０４は、受信信号から送信アンテナ信号の受信電力を求める。アンテナ数推定部１０５は各送信アンテナ信号の受信電力から有効な送信アンテナの数を推定する。補正値計算部１０６はアンテナ数推定部１０５で推定された送信アンテナ数から補正値を求める。受信信号補正部１０７−１〜２０７−Ｋは受信信号に補正値を乗算する。伝送路推定部１０８−１〜２０８−Ｋは、補正された受信信号から伝送路推定値を求める。送信信号分離部１０９は伝送路推定値を用いて補正された受信信号から送信信号系列を推定する。復調部１１０は推定された送信信号系列を復調する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の送信アンテナからそれぞれ異なるデータを送信し、複数の受信アンテナで受信するＭＩＭＯ（ＭｕｌｔｉＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉＯｕｔｐｕｔ）方式の無線システムに関し、特にＭＩＭＯ受信装置に関する。

従来、無線通信では、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）方式が用いられている。ＣＤＭＡでは、送信側が、送信データを異なる拡散コードで拡散、多重して送信し、受信側ではその拡散コードを使用し、受信信号を逆拡散することで所望の送信データを得ることができる。また、近年、画像等の大容量データの無線通信を可能とするＭＩＭＯ方式の通信システムが注目されている。ＭＩＭＯ方式の通信システムでは、送信側の複数のアンテナからそれぞれ異なるデータを送信し、受信側ではこれらデータを複数の受信アンテナで受信し、複数の受信信号から送信信号系列を推定する。そのため、送信アンテナ数に比例して伝送容量を大きくすることができる。

図５は従来のＭＩＭＯ方式の無線送受信システムの一例を示すブロック図である。この無線送受信システムは、送信アンテナ４２０−１〜４２０−Ｊを有する無線送信部４００と、受信アンテナ４２１−１〜４２１−Ｋを有する無線受信部４０１で構成される。無線受信部４０１は、各々の受信アンテナ４２１―１〜４２１−Ｋに接続された高周波信号処理部４０２−１〜４０２−Ｋと、デジタル信号処理部４０３で構成される。デジタル信号処理部４０３は、高周波信号処理部４０２−１〜４０２−Ｋからの受信信号から伝送路推定値と伝送路推定値の電力を求める伝送路推定部４０４−１〜４０４−Ｋと、伝送路推定値を用いて受信信号から送信信号系列を推定する送信信号分離部４０９と、推定された送信信号を復調する復調部４１０で構成される。

無線送信部４００は送信アンテナ４２０−１〜４２０−Ｊから、それぞれ送信信号系列ＳｉｇＡ−１〜ＳｉｇＡ−Ｊを送信する。無線受信部４０１の受信アンテナ４２１−１〜４２１−Ｋを通じて受信された受信信号ＳｉｇＢ−１〜ＳｉｇＢ−Ｋは、それぞれ高周波信号処理部４０２−１〜４０２−Ｋに入力され、ダウンコンバート、ＡＧＣ（ＡｕｔｏＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）、直交復調、アナログ／デジタル変換され、デジタル信号処理部４０３に入力される。デジタル信号処理部４０３に入力された受信信号ＳｉｇＣ−１〜ＳｉｇＣ−Ｋは、それぞれ伝送路推定部４０４−１〜４０４―Ｋと送信信号分離部４０９に入力される。伝送路推定部４０４−ｋ（ｋ＝１〜Ｋ）は受信信号ＳｉｇＣ−ｋから伝送路推定値ξ_1k〜ξ_Jkを求め、伝送路推定値ξ_1k〜ξ_Jkを送信信号分離部４０９に出力する。送信信号分離部４０９は、受信信号ＳｉｇＣ−１〜ＳｉｇＣ−Ｋから伝送路推定値ξ₁₁〜ξ_JKを用いて送信信号系列を推定し、推定した送信信号系列を復調部４１０に出力する。復調部４１０は送信信号系列を復調する。なお、送信信号分離部４０９は特許文献１のような公知の例で構成される。
特開２００２−８４２６０号公報

上述した従来のＭＩＭＯ方式の無線送受信システムは、送信アンテナ数が少ない形態から多い形態までの全てにおいて一定の通信品質を維持するために回路のビット数を拡張すると、回路規模が大きくなってしまうという問題がある。

その理由は、各受信アンテナに実装されるＡＧＣが、受信信号を一定電力に調整するためで、例えば、図６のように、送信アンテナが４本の場合に比べて、送信アンテナが２本の場合は、１受信アンテナの受信電力に占める１送信アンテナあたりの電力が２倍になる。このとき、信号処理部において信号値を表現するビット数は、送信アンテナが２本の場合は、同４本の場合に比べて、２^1/2＝約１．４倍のビット数を確保しなければならない。さらに、送信アンテナ数が２本、４本のどちらの場合であっても桁あふれなく信号処理できるようにするためには、送信アンテナ数が２本の場合のビット数に合わせる必要がある。つまり、ビット数、ひいては回路規模が、送信アンテナ数の最小値によって決まる。

本発明の目的は、送信アンテナ数に起因する回路規模の増加を抑えることができるＭＩＭＯ受信装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様によれば、ＭＩＭＯ受信装置は、各送信アンテナ信号の受信電力を求める電力推定部と、各送信アンテナ信号の受信電力から有効な送信アンテナの数を推定するアンテナ数推定部と、推定された送信アンテナ数から各受信信号に乗算する補正値を計算する補正値計算部と、前記補正値を各受信信号に乗算することで、各受信信号を補正する受信信号補正部と、補正された受信信号から伝送路推定値を求める伝送路推定部と、補正された受信信号から送信信号系列を推定する送信信号分離部と、推定された送信信号系列を復調する復調部とを有する。

有効な（実際に送信している）送信アンテナの数を推定し、推定した送信アンテナ数に応じた補正値を受信信号に乗算することで、本発明の目的を達成することができる。

本発明の第２の態様によれば、ＭＩＭＯ受信装置は、各受信信号から伝送路推定値を求める伝送路推定部と、各受信信号の制御チャネルを復調し、有効な送信アンテナの数を取り出す制御チャネル復調部と、制御チャネル復調部で取り出された送信アンテナ数に従って補正値を計算する補正値計算部と、各受信信号に前記補正値を乗算することで、各受信信号を補正する受信信号補正部と、記各伝送路推定値に前記補正値を乗算することで、各伝送路推定値を補正する伝送路推定値補正部と、補正された伝送路推定値を用いて補正された、該伝送路推定値に対応する受信信号から送信信号系列を推定する送信信号分離部と、
推定された送信信号系列を復調する復調部とを有する。

本態様では、無線送信部から通知された有効送信アンテナ数情報を用いて、受信信号と伝送路推定値に補正をかける。

本発明によれば、送信アンテナ数の変化による回路規模の増加を抑えることができる。その理由は、送信アンテナ数に応じた補正値を受信信号に乗算し、図４のように１本の受信アンテナの受信電力に占める送信アンテナ１本あたりの電力を小さくし、最大送信アンテナ数の送信電力比に合わせることで、受信信号補正後の信号処理部のビット数を拡張する必要がなくなるためである。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

[第１の実施形態]
図１を参照すると、本発明の第１の実施形態によるＭＩＭＯ受信装置は、図５で示されたデジタル信号処理部４０３の構成を変更したデジタル信号処理部１０３を有している。

デジタル信号処理部１０３は、受信信号から送信アンテナ信号の受信電力を求める電力推定部１０４と、各送信アンテナ信号の受信電力から有効な送信アンテナの数を推定するアンテナ数推定部１０５と、アンテナ数推定部１０５で推定された送信アンテナ数から補正値を求める補正値計算部１０６と、受信信号に補正値を乗算する受信信号補正部１０７−１〜２０７−Ｋと、補正された受信信号から伝送路推定値を求める伝送路推定部１０８−１〜２０８−Ｋと、伝送路推定値を用いて補正された受信信号から送信信号系列を推定する送信信号分離部１０９と、推定された送信信号系列を復調する復調部１１０で構成される。

電力推定部１０４は、デジタル信号処理部１０３に入力された受信信号ＳｉｇＣ−１に含まれる、各送信アンテナ４２０−１〜４２０−Ｊからのパイロット信号を用いて送信アンテナ４２０−１〜４２０−Ｊの受信電力Ｐ₁〜Ｐ_Jを求め、アンテナ数推定部１０５へ受信電力Ｐ₁〜Ｐ_Jを出力する。ここで、受信アンテナ４２１−１〜４２１−Ｋ以外の受信アンテナで受信電力を求めてもよい。また、全受信アンテナに電力推定部を設け、全ての電力推定部で求めた各送信アンテナ毎の受信電力の総和をＰ₁〜Ｐ_Jとしてもよい。

次に、アンテナ数推定部１０５の動作を図２により説明する。ここで、有効と判定した送信アンテナの数をｔとする。アンテナ数推定部１０５は、はじめに、送信アンテナ１から処理するために、ｊ＝１とし、また、ｔ＝０とする（ステップ２０１）。次に、電力推定部１０４で求めた送信アンテナ１〜Ｊの受信電力Ｐ₁〜Ｐ_Jの中から最も大きい受信電力Ｐ_MAXを求める（ステップ２０２）。次に、最も大きい受信電力Ｐ_MAXから外部より設定される有効送信アンテナレベル閾値Ａを減算した閾値Ｂを求める（ステップ２０３）。ここで、有効送信アンテナレベル閾値Ａは、Ｐ_MAXを基準に、基準からＡだけ下げたレベルを閾値Ｂとするために外部より設定される値である。次に、Ｐ_jと閾値Ｂを比較する（ステップ２０４）。Ｐ_jが閾値Ｂ以下であればｊに１を加算し、ステップ２０４に戻る（ステップ２０５）。一方、閾値ＢよりＰ_jが大きければ送信アンテナｊを有効と判定し、ｔに１を加算する（ステップ２０６）。その後、最大送信アンテナ数Ｊと現在処理している送信アンテナ番号ｊが一致するか調べる（ステップ２０７）。ｊがＪと一致していなければ、ｊに１を加算する（ステップ２０５）。一方、ｊがＪと一致していればｔを補正値計算部１０６に通知し（ステップ２０８）、推定処理を終了する。図２のアンテナ数推定処理は送信アンテナの動的な変化に追従できるような一定周期間隔で繰り返す。全送信アンテナが有効なとき、ｔ＝Ｊである。

補正値計算部１０６は、アンテナ数推定部１０５より通知された有効アンテナ数ｔに応じて、補正値ａを求め、補正値ａを受信信号補正部１０７−１〜１０７−Ｋに出力する。例えば、補正値ａは(ｔ／J)×ｘで求める。ここで、ｘはパイロット信号電力とデータ信号電力の比などの多重チャネルの電力比やデータチャネルの拡散コード多重数を利用して調整する変数で、0<x≦1である。補正値ａは１以下の値をとり、補正が必要ないときは１の値をとる。「データチャネルの拡散コード多重数」は背景技術の欄で述べた拡散コードの多重数のことで、データは一般的に複数の拡散コードで多重して送信される。しかし、データチャネルの電力は多重数によらず一定で、多重数が増えると、１拡散コード当たりの電力が小さくなる。データチャネルの多重数が例えば１拡散コード多重の場合は、データチャネルの全電力を１拡散コードが占有する。２拡散コードの場合はデータチャネルの全電力を各拡散コードが分け合うため、１拡散コード当たり１／２の電力になる。そのため、多重数による補正も行えるようにｘという変数を用いている。

受信信号補正部１０７−１〜１０７−Ｋは、それぞれ受信信号ＳｉｇＣ−１〜ＳｉｇＣ−Ｋに補正値ａを乗算する。補正された受信信号はＳｉｇＣ′−ｋ＝ＳｉｇＣ−ｋ×ａ(ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）となる。そして、補正された受信信号ＳｉｇＣ′−１〜ＳｉｇＣ′−Ｋをそれぞれ伝送路推定部１０８−１〜１０８−Ｋと、送信信号分離部１０９に出力する。

伝送路推定部１０８−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、補正された受信信号ＳｉｇＣ′−ｋから、送信アンテナ１〜Ｊから受信アンテナｋへの伝送路推定値ξ_1k〜ξ_Jkを求め、送信信号分離部１０９に出力する。

送信信号分離部１０９は、伝送路推定値ξ₁₁〜ξ_JKを用いて補正された受信信号ＳｉｇＣ′−１〜ＳｉｇＣ′−Ｋから送信信号系列を推定し、推定した送信信号系列を復調部１１０に出力する。推定された送信信号系列は復調部１１０で復調される。

本実施形態は、有効な送信アンテナの数を推定し、推定結果に応じて受信信号と伝送路推定値に補正を行い、１受信アンテナの受信電力に占める１送信アンテナあたりの電力の調整を行うものである。これにより、送信アンテナ数の変化に起因する受信信号補正後の信号処理部におけるビット数の増加を防ぎ、回路規模の増大を抑えることができる。また、各送信アンテナ信号の受信電力を、受信電力の最大値から求めた閾値と比較することで、動的な有効送信アンテナ数の変化に追従して、通信品質を保つことができる。

[第２の実施形態]
図３を参照すると、本発明の第２の実施形態によるＭＩＭＯ受信装置は、図１で示されたデジタル信号処理部１０３の構成を変更したもので、デジタル信号処理部３０３は、受信信号から伝送路推定値を求める伝送路推定部３０４−１〜３０４−Ｋと、制御チャネルを復調し、有効な送信アンテナ数情報を取り出す制御チャネル復調部３０５と、制御チャネル復調部３０５から通知された有効な送信アンテナ数に従って補正値を計算する補正値計算部３０６と、各受信信号に補正値を乗算する受信信号補正部３０７−１〜３０７−Ｋと、各伝送路推定値に補正値を乗算する伝送路推定値補正部３０８−１〜３０８−Ｋと、補正された伝送路推定値を用いて補正された、対応する受信信号から送信信号系列を推定する送信信号分離部３０９と、推定された送信信号系列を復調する復調部３１０で構成される。

本実施形態では、無線送信部から有効な送信アンテナ数情報を、制御チャネルを用いて受信側に通知する。受信側のデジタル信号処理部３０３において、伝送路推定部３０４−ｋ（ｋ＝１〜Ｋ）は、受信信号ＳｉｇＣ−ｋから伝送路推定値ξ_1k〜ξ_Jkを求め、伝送路推定値ξ_1k〜ξ_Jkを伝送路推定値補正部３０８−ｋと制御チャネル復調部３０５に出力する。

制御チャネル復調部３０５は、受信信号ＳｉｇＣ−１〜ＳｉｇＣ−Ｋから伝送路推定値ξ₁₁〜ξ_JKを用いて制御チャネルを復調し、制御チャネルから有効な送信アンテナの数の情報を取り出し、補正値計算部３０６に有効送信アンテナ数ｔを通知する。

補正値計算部４０６は、第１の実施形態と同様にして補正値ａを計算し、補正値ａを受信信号補正部３０７−１〜３０７−Ｋと伝送路推定値補正部３０８−１〜３０８−Ｋに出力する。

伝送路推定値補正部３０８−ｋは、伝送路推定値ξ_1k〜ξ_Jkに補正値ａを乗算し、補正値が乗算されたξ′_1k〜ξ′_Jkを送信信号分離部３０９に出力する。

デジタル処理部３０３のその他の動作は、第１の実施形態と同様である。

このようにして、本実施形態では、無線送信部から通知された有効送信アンテナ数情報を用いて補正値を算出し、受信信号と伝送路推定値に補正をかける。

本発明の第１の形態によるＭＩＭＯ受信装置の構成を示すブロック図である。第１の実施形態におけるアンテナ数推定部の動作を説明するフローチャートである。本発明の第２の実施形態によるＭＩＭＯ受信装置の構成を示すブロック図である。補正後の１受信アンテナにおける送信アンテナの電力比の一例を示す図である。ＭＩＭＯ無線送受信システムの従来の構成を示すブロック図である。１受信アンテナにおける送信アンテナの電力比の一例を示す図である。

符号の説明

１０３、３０３デジタル信号処理部
１０４電力推定部
１０５アンテナ数推定部
１０６補正値推定部
１０７−１〜１０７−Ｋ受信信号補正部
１０８−１〜１０８−Ｋ伝送路推定部
１０９送信信号処理部
１１０復調部
２０１〜２０８ステップ
３０４−１〜３０４−Ｋ伝送路推定部
３０５制御チャネル復調部
３０６補正値計算部
３０７−１〜３０７−Ｋ受信信号補正部
３０８−１〜３０８−Ｋ伝送路推定値補正部
３０９送信信号分離部
３１０復調部
４００無線送信部
４２０−１〜４２０−Ｊ送信アンテナ
４２１−１〜４２１−Ｋ受信アンテナ
４０２−１〜４０２−Ｋ高周波信号処理部

Claims

各送信アンテナ信号の受信電力を求める電力推定部と、
各送信アンテナ信号の受信電力から有効な送信アンテナの数を推定するアンテナ数推定部と、
推定された送信アンテナ数から各受信信号に乗算する補正値を計算する補正値計算部と、
前記補正値を各受信信号に乗算することで、各受信信号を補正する受信信号補正部と、
前記補正された受信信号から伝送路推定値を求める伝送路推定部と、
前記補正された受信信号から送信信号系列を推定する送信信号分離部と、
前記推定された送信信号系列を復調する復調部と
を有するＭＩＭＯ受信装置。
前記アンテナ数推定部は、前記電力推定部で求められた各送信アンテナ信号の受信電力を、これら受信電力の最大値から一定値を減算した閾値と比較して、該閾値よりも大きい値をもつ受信電力の総数を、有効な送信アンテナの数として求める、請求項１に記載のＭＩＭＯ受信装置。
各受信信号から伝送路推定値を求める伝送路推定部と、
各受信信号の制御チャネルを復調し、有効な送信アンテナの数を取り出す制御チャネル復調部と、
前記制御チャネル復調部で取り出された送信アンテナ数に従って補正値を計算する補正値計算部と、
前記各受信信号に前記補正値を乗算することで、前記各受信信号を補正する受信信号補正部と、
前記各伝送路推定値に前記補正値を乗算することで、前記各伝送路推定値を補正する伝送路推定値補正部と、
前記補正された伝送路推定値を用いて前記補正された、該伝送路推定値に対応する受信信号から送信信号系列を推定する送信信号分離部と、
前記推定された送信信号系列を復調する復調部と、
を有するＭＩＭＯ受信装置。
前記補正値は、推定された有効な送信アンテナの数を最大送信アンテナ数で割った値に、０よりも大きく１以下の値をとる変数を掛けたものである、請求項１から３のいずれかに記載のＭＩＭＯ受信装置。
前記変数は多重チャネルの電力比である、請求項４に記載のＭＩＭＯ受信装置。
前記変数は、データチャネルの拡散コード多重数である、請求項４に記載のＭＩＭＯ受信装置。