JP2007214919A - Radio receiving device with frequency domain adaptation antenna array and radio receiving method for single carrier transmission - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シングルキャリア伝送用の周波数領域適応アンテナアレー無線受信装置及び無線受信方法に関する。 The present invention relates to a frequency domain adaptive antenna array radio reception apparatus and radio reception method for single carrier transmission.
移動無線チャネルは、遅延時間の異なる様々な伝搬路から構成される周波数選択性フェージングチャネルであるため、シングルキャリア伝送では、符号間干渉によって伝送特性が大幅に劣化してしまう。そこで、シングルキャリア伝送に周波数領域等化技術を用いて、周波数ダイバーシチ効果を得ることにより、BER(Bit Error Rate)特性を改善できることが明らかになっている(非特許文献1参照)。 Since the mobile radio channel is a frequency selective fading channel composed of various propagation paths having different delay times, the transmission characteristics are greatly degraded due to intersymbol interference in single carrier transmission. Thus, it has been clarified that BER (Bit Error Rate) characteristics can be improved by using a frequency domain equalization technique for single carrier transmission to obtain a frequency diversity effect (see Non-Patent Document 1).
一方、適応アンテナアレーを用いることで、複数のアンテナで受信される受信信号に複素重み(アンテナ重み)を乗算し、アレー出力信号を最適合成することによってアレーアンテナの指向性パターンを適応的に制御できる。このため干渉波を抑圧することで、通信品質を向上させることができる。
しかしながら、適応アンテナアレーで合成する際の重みを算出するためには、適応アルゴリズムを用いたアンテナ重みの更新が必要であり、周波数領域等化の1ブロック内では十分にアンテナ重みを収束させることができないという問題がある。 However, in order to calculate the weight when combining with the adaptive antenna array, it is necessary to update the antenna weight using an adaptive algorithm, and it is possible to sufficiently converge the antenna weight within one block of frequency domain equalization. There is a problem that you can not.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、周波数領域等化の1ブロック内においても十分にアンテナ重みを収束させる、シングルキャリア伝送用の周波数領域適応アンテナアレー無線受信装置及び無線受信方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a frequency domain adaptive antenna array radio reception apparatus and radio reception method for single carrier transmission that sufficiently converge antenna weights even within one block of frequency domain equalization. The purpose is to provide.
本発明の無線受信装置は、複数の受信アンテナ素子と、シングルキャリア伝送された信号を前記複数の受信アンテナ素子を介して受信する受信手段と、前記シングルキャリア伝送された信号を周波数領域信号に変換する変換手段と、参照信号から前記周波数領域信号を周波数成分毎に差し引いて、誤差信号を求め、求めた誤差信号を用いて、正規化LMSに基づいて、周波数成分毎にアンテナ重みを更新する重み制御手段と、を具備する構成を採る。 The wireless receiver of the present invention includes a plurality of receiving antenna elements, receiving means for receiving a single carrier transmitted signal via the plurality of receiving antenna elements, and converting the single carrier transmitted signal into a frequency domain signal. Conversion means for subtracting the frequency domain signal from the reference signal for each frequency component to obtain an error signal, and using the obtained error signal, a weight for updating the antenna weight for each frequency component based on the normalized LMS And a control means.
本発明の無線受信方法は、シングルキャリア伝送された信号を複数の受信アンテナを介して受信する受信工程と、前記シングルキャリア伝送された信号を周波数領域信号に変換する変換工程と、参照信号から前記周波数領域信号を周波数成分毎に差し引いて、誤差信号を求め、求めた誤差信号を用いて、正規化LMSに基づいて、周波数成分毎にアンテナ重みを更新する重み制御工程と、を具備するようにした。 The radio reception method of the present invention includes a reception step of receiving a single carrier transmitted signal through a plurality of receiving antennas, a conversion step of converting the single carrier transmitted signal into a frequency domain signal, and a reference signal to A weight control step of subtracting the frequency domain signal for each frequency component to obtain an error signal, and using the obtained error signal to update the antenna weight for each frequency component based on the normalized LMS. did.
本発明によれば、周波数領域等化の1ブロック内においても十分に重みを収束させることができる。 According to the present invention, weights can be sufficiently converged even within one block of frequency domain equalization.
以下、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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(一実施の形態)
図1は、本発明の一実施の形態に係る送信装置100の構成を示すブロック図である。この図において、データ変調部101は、送信データ系列をQPSK、16QAMなどの変調方式によって変調し、変調シンボルを形成する。変調シンボルは多重部102に出力される。
(One embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of transmitting
多重部102は、データ変調部101から出力された変調シンボルと、別途生成されたパイロット信号とを多重し、多重信号をGI挿入部103に出力する。
GI挿入部103は、多重部102から出力された多重信号にガードインターバルを挿入し、ガードインターバルを挿入した多重信号を送信アンテナ104から送信する。
図2は、本発明の一実施の形態に係る受信装置200の構成を示すブロック図である。この図において、受信装置はM本の受信アンテナ201−1〜201−Mを備え、各受信アンテナ201−1〜201−Mには受信処理部202−1〜202−Mが備えられている。受信処理部202−1〜202−Mは、GI除去部203、FFT部204、N個の乗算器205−1〜205−Nをそれぞれ備えている。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of receiving
受信処理部202−1〜202−Mの構成はそれぞれ同様なので、受信処理部202として一括して説明する。受信アンテナによって受信された信号は熱雑音η0が加算され、GI除去部203に出力される。
Since the reception processing units 202-1 to 202-M have the same configuration, the
GI除去部203は、入力された信号からガードインターバルを除去し、ガードインターバルを除去した信号をFFT部204に出力する。
The
FFT部204は、GI除去部203から出力された信号にFFT(Fast Fourier Transform)処理を施すことにより時間領域信号から周波数領域信号に変換し、各周波数成分を対応する乗算器205−1〜205−Nに出力すると共に、LMSウェイト制御部206に出力する。
The
乗算器205−1〜205−Nは、FFT部204から出力された各周波数成分の信号に、対応するLMSウェイト制御部206−1〜206−Mから出力されたLMSウェイトを乗算し、乗算結果を対応する加算器207−1〜207−Nに出力する。
Multipliers 205-1 to 205-N multiply the frequency component signals output from
LMSウェイト制御部206−1〜206−Mは、FFT部204から出力された周波数領域信号と、後述する加算器209から出力されたアレー出力信号と参照信号との差分である誤差信号とを用いて、最急降下法に基づいた正規化LMS(Least Mean Square Error)アルゴリズムにより、LMSウェイト(アンテナ重み)を更新し、受信処理部202−1〜202−M内の各乗算器205−1〜205−NにLMSウェイトを出力する。
The LMS weight control units 206-1 to 206-M use the frequency domain signal output from the
加算器207−1〜207−Nは、各受信処理部202−1〜202−Mから出力された信号同士を同一周波数成分毎に加算し、加算結果(周波数領域信号)をチャネル推定部208、加算器209及び周波数領域等化部210に出力する。
Adders 207-1 to 207-N add the signals output from the reception processing units 202-1 to 202-M for each same frequency component, and add the result (frequency domain signal) to the
チャネル推定部208は、加算器207−1〜207−Nから出力された周波数領域信号を用いて、チャネル推定を行い、チャネル推定値を取得する。取得したチャネル推定値を参照信号として加算器209に出力する。
加算器209は、チャネル推定部208から出力された参照信号より、加算器207−1〜207−Nから出力された周波数領域信号を差し引く処理を行い、誤差信号を算出する。算出された誤差信号はLMSウェイト制御部206に出力される。
The
周波数領域等化部210は、加算器207−1〜207−Nから出力された信号を等化処理し、等化処理した信号をIFFT部211に出力する。
The frequency
IFFT部211は、周波数領域等化部210から出力された信号にIFFT(Inverse Fast Fourier Transform)処理を施すことにより周波数領域信号から時間領域信号に変換し、データ復調部212に出力する。
IFFT
データ復調部212は、IFFT部211から出力された信号に復調処理を施し、受信データ系列を取得する。
The
次に、アレー合成及びMMSE等化の重み付けを算出する過程について説明する。以下、重み付け算出処理の過程を順に説明する。 Next, the process of calculating the weight of array synthesis and MMSE equalization will be described. Hereinafter, the process of weight calculation processing will be described in order.
まず、受信パイロットブロックをFFT部204がNCポイントFFTにより、NC個の直交周波数成分に分解して、第kサブキャリアのFFT出力ベクトルR(k)=[R0(k),…, RM-1(k)]Tを得る。
First, the
次に、チャネル推定部208がR(k)を用いてチャネル推定を行い、チャネル推定ベクトルH^(K)=[H^0(k),…,H^m(k),…,H^M-1(k)]Tを得る。チャネル推定の具体的な方法は、公開論文;信学技報RCS2004−196、2004年10月に記載のMMSE規範に基づく推定法などを用いることができる。
Next, the
そして、加算器209では、チャネル推定ベクトルH^(k)を用いてX(k)を次式(1)のように生成する。
ここで、P(k)はパイロットである。そして、誤差en(nは更新回数)を次式(2)のように生成する。すなわち、アレー出力の干渉と雑音の和を目標値ゼロ(0+j0)に収束させるように誤差enを求める。
LMSウェイト制御部206−1〜206−Mでは、次式(3)に示す正規化LMSアルゴリズムにしたがって、アンテナ重みの更新を行う。
ここで、μは収束速度を決定するステップサイズパラメータであり、k=n mod Ncである。拘束条件(WHW=1)を満たすよう次式(4)のようにアンテナ重みを修正する。
上記のチャネル推定ベクトルの取得から上式(4)のアンテナ重みの修正に到る更新処理を直交周波数の個数分(Nc回)繰り返し、重みWNc-1を得る。 The update process from the acquisition of the channel estimation vector to the correction of the antenna weight of the above equation (4) is repeated for the number of orthogonal frequencies (N c times) to obtain the weight W Nc-1 .
この重みWNc-1を用いて、パイロットブロックに続くデータブロックの受信信号をアレー合成すると、アレー出力y(k)は次式(5)によって表される。
続いて、式(5)によって得られたデータ部のアレー出力に対して、周波数領域等化部210がMMSE等化を施す。MMSE等化に際して干渉と雑音の和を新しい雑音とみなせば、次式(6)のようなMMSE等化重みwFDE(k)を用いることができる。
ここで、分母の第2項σ^2(k)は、第k周波数における雑音と残留干渉の和の電力であり、例えば次式(7)のように、過去のパイロットブロック及びそれに続く複数のデータブロックを用いて推定する手法を用いることができる。
S^(k)は、データブロックの判定結果をFFTして得られた第k周波数における信号成分であり、パイロットブロックの場合には、S^(k)の代わりにP(k)を用いればよい。このMMSE等化における雑音の算出に際して、平均化に用いるブロック数を多くし過ぎると、フェージングで変動している干渉電力を精度良く推定できなくなる。このため、一例として、パイロットブロック長と同じブロック数を平均化に用いることが考えられる。 S ^ (k) is the signal component at the kth frequency obtained by FFT of the data block decision result. In the case of a pilot block, if P (k) is used instead of S ^ (k) Good. When calculating the noise in the MMSE equalization, if the number of blocks used for averaging is increased too much, it is impossible to accurately estimate the interference power varying due to fading. For this reason, as an example, it is conceivable to use the same number of blocks as the pilot block length for averaging.
このように本実施の形態によれば、シングルキャリア伝送された信号を周波数領域において、アレー出力信号と参照信号との差分を周波数毎に求め、求めた差分を用いて、正規化LMSに基づいて、周波数毎にアンテナ重みを更新し、アレー出力信号の残留干渉電力を考慮したMMSE重みを用いて、アレー出力信号を周波数領域で等化処理することにより、周波数領域等化の1ブロック内で周波数成分の数だけアンテナ重みを更新することができるので、LMSを用いても1ブロック内でアンテナ重みを収束させることができる。また、残留干渉を抑圧しつつ、周波数ダイバーシチ利得を得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, in the frequency domain, the difference between the array output signal and the reference signal is obtained for each frequency in a single carrier transmission signal, and the obtained difference is used to determine the difference based on the normalized LMS. By updating the antenna weight for each frequency and equalizing the array output signal in the frequency domain using the MMSE weight considering the residual interference power of the array output signal, the frequency within one block of the frequency domain equalization is obtained. Since the antenna weight can be updated by the number of components, the antenna weight can be converged within one block even if LMS is used. Further, it is possible to obtain frequency diversity gain while suppressing residual interference.
上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。 Although cases have been described with the above embodiment as examples where the present invention is configured by hardware, the present invention can also be realized by software.
また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるLSIとして実現される。これらは個別に1チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように1チップ化されてもよい。ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。 Each functional block used in the description of each of the above embodiments is typically realized as an LSI which is an integrated circuit. These may be individually made into one chip, or may be made into one chip so as to include a part or all of them. Although referred to as LSI here, it may be referred to as IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI depending on the degree of integration.
また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。 Further, the method of circuit integration is not limited to LSI's, and implementation using dedicated circuitry or general purpose processors is also possible. An FPGA (Field Programmable Gate Array) that can be programmed after manufacturing the LSI, or a reconfigurable processor that can reconfigure the connection and setting of circuit cells inside the LSI may be used.
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。 Furthermore, if integrated circuit technology comes out to replace LSI's as a result of the advancement of semiconductor technology or a derivative other technology, it is naturally also possible to carry out function block integration using this technology. Biotechnology can be applied.
本発明にかかるシングルキャリア伝送用の周波数領域適応アンテナアレー無線受信装置及び無線受信方法は、周波数領域等化の1ブロック内においても十分にアンテナ重みを収束させることができ、シングルキャリア伝送システムに適用できる。 The frequency domain adaptive antenna array radio receiving apparatus and radio receiving method for single carrier transmission according to the present invention can sufficiently converge antenna weights even within one block of frequency domain equalization, and can be applied to a single carrier transmission system. it can.
101 データ変調部
102 多重部
103 GI挿入部
104 送信アンテナ
201−1〜201−M 受信アンテナ
202−2〜202−M 受信処理部
203 GI除去部
204 FFT部
205−1〜205−N 乗算器
206−1〜206−M LMSウェイト制御部
207−1〜207−N、209 加算器
208 チャネル推定部
210 周波数領域等化部
211 IFFT部
212 データ復調部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
シングルキャリア伝送された信号を前記複数の受信アンテナ素子を介して受信する受信手段と、
前記シングルキャリア伝送された信号を周波数領域信号に変換する変換手段と、
参照信号から前記周波数領域信号を周波数成分毎に差し引いて、誤差信号を求め、求めた誤差信号を用いて、正規化LMSに基づいて、周波数成分毎にアンテナ重みを更新する重み制御手段と、
を具備する無線受信装置。 A plurality of receiving antenna elements;
Receiving means for receiving a single-carrier-transmitted signal through the plurality of receiving antenna elements;
Conversion means for converting the single carrier transmitted signal into a frequency domain signal;
A weight control unit that subtracts the frequency domain signal from the reference signal for each frequency component to obtain an error signal, and uses the obtained error signal to update the antenna weight for each frequency component based on the normalized LMS;
A wireless receiver comprising:
前記シングルキャリア伝送された信号を周波数領域信号に変換する変換工程と、
参照信号から前記周波数領域信号を周波数成分毎に差し引いて、誤差信号を求め、求めた誤差信号を用いて、正規化LMSに基づいて、周波数成分毎にアンテナ重みを更新する重み制御工程と、
を具備する無線受信方法。 A receiving step of receiving a signal transmitted through a single carrier via a plurality of receiving antennas;
A conversion step of converting the single carrier transmitted signal into a frequency domain signal;
A weight control step of subtracting the frequency domain signal from the reference signal for each frequency component to obtain an error signal, and using the obtained error signal, updating the antenna weight for each frequency component based on the normalized LMS;
A wireless reception method comprising:
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