JP2009130486A - Wireless communication system, and receiver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線通信システムおよび受信装置に関し、特に、誤り訂正符号化処理を行った送信データを高精度に復号できる無線通信システムおよび受信装置に関する。 The present invention relates to a radio communication system and a receiving apparatus, and more particularly to a radio communication system and a receiving apparatus that can decode transmission data subjected to error correction coding processing with high accuracy.
近年、無線通信技術の発展により様々な無線通信システムが混在している。
近年の無線通信システムでは、無線信号が通過する無線伝搬路の変動だけでなく、より低い受信レベルでもデータを復調できるように、通信路符号化・復号技術が適用されている。
In recent years, various wireless communication systems have been mixed due to the development of wireless communication technology.
In recent wireless communication systems, communication path encoding / decoding techniques are applied so that data can be demodulated not only at fluctuations in the wireless propagation path through which wireless signals pass, but also at lower reception levels.
この通信路符号化・復号技術の中で、特に最近使用されているものとして、畳み込み符号化やターボ符号化があり、復号処理としては最尤系列推定(ビタビ復号)やターボ復号があり、これらは携帯電話や無線LAN(Local Area Network)などで既に使用されている。 Among these channel encoding / decoding technologies, convolutional encoding and turbo encoding are particularly used recently, and decoding processing includes maximum likelihood sequence estimation (Viterbi decoding) and turbo decoding. Is already used in mobile phones and wireless local area networks (LANs).
しかしながら、これらはもともと符号理論の分野で開発された技術であり、時間的、もしくは周波数的に無相関なガウス性を有する加法性白色ガウス雑音(AWGN:Additive White Gaussian Noise)のみが送信信号に対して擾乱を与えるという場合において最適化されたものであり、AWGN環境下であるという前提では、受信ビットのみを用いて復号できるという特徴がある。 However, these are technologies originally developed in the field of coding theory, and only additive white Gaussian noise (AWGN) with uncorrelated Gaussian property in time or frequency is applied to the transmitted signal. In the case where the system is optimized in the case of giving a disturbance, it is possible to perform decoding using only received bits under the premise that the AWGN environment is used.
ここでは、最尤系列推定(MLSE:Maximum Likelihood Sequence Estimation)について説明する。最尤系列推定で判定に用いられる式は、k番目のサンプルにおける受信信号をr(k)、そのときの送信信号をs(k)とすると、各信号における雑音の分散が一定であるという前提で式(1)のように表される。式(1)において、σ2は雑音の分散、Nは系列長を表すものとする。 Here, maximum likelihood sequence estimation (MLSE) will be described. The equation used for determination in maximum likelihood sequence estimation is based on the assumption that the variance of noise in each signal is constant, where r (k) is the received signal at the kth sample and s (k) is the transmitted signal at that time. Is expressed as shown in Equation (1). In Equation (1), σ 2 represents noise variance, and N represents a sequence length.
この式(1)は、各受信信号がガウス分布で表されることを前提としており、各系列のガウス分布の乗算で表されている。これは、系列全体の受信信号の結合確率密度関数を表しており、起こりうる全ての送信信号s(k)を全ての時系列で総当たりし、式(1)の値が最大となるような系列が送信された系列であるとする手法である。
次に、式(1)を変形すると、式(2)のように表される。
This equation (1) is based on the premise that each received signal is represented by a Gaussian distribution, and is represented by multiplication of the Gaussian distribution of each series. This represents the combined probability density function of the received signals of the entire sequence, and all possible transmission signals s (k) are brute-forced in all time series so that the value of equation (1) is maximized. This is a technique in which the sequence is a transmitted sequence.
Next, when Expression (1) is transformed, it is expressed as Expression (2).
ここで、式(2)が最大値をとるのは、全受信信号の分散が一定であるという条件では、|r(k)-s(k)|2の和が最小となるときであることが分かる。
したがって、MLSEを実現するビタビ復号などは、分散が一定である場合には受信信号のみで行えば理論的に正しい系列推定が可能となる。
Here, equation (2) takes the maximum value when the sum of | r (k) -s (k) | 2 is minimized under the condition that the variance of all received signals is constant. I understand.
Therefore, when Viterbi decoding or the like for realizing MLSE is performed with only the received signal when the variance is constant, theoretically correct sequence estimation can be performed.
一方、無線通信システム技術において、無線LANは本来ホットスポットとして利用されるものであるため、擾乱は受信機のAWGNのみであり問題はない。
しかし、近年の携帯電話に代表されるセルラシステムでは、周波数の有効利用を目的として、全てのセルで同一周波数を使用する1セル周波数繰り返しシステムが有望視されている。
On the other hand, in the wireless communication system technology, since the wireless LAN is originally used as a hot spot, the disturbance is only the AWGN of the receiver and there is no problem.
However, in a cellular system typified by a recent mobile phone, a one-cell frequency repetition system that uses the same frequency in all cells is promising for the purpose of effective use of frequencies.
この場合、復号処理は隣接セルからの干渉を受信機における雑音としてみなして復号処理するものの、干渉は隣接セルから無線伝搬路を介しても受信されるので、受信機の雑音に相関がなくても、干渉に関しては、伝搬路のインパルス応答に起因する相関が発生してしまうことがある。 In this case, although the decoding process regards the interference from the adjacent cell as the noise in the receiver and performs the decoding process, the interference is also received from the adjacent cell via the radio propagation path, so the receiver noise has no correlation. However, with respect to interference, a correlation may occur due to the impulse response of the propagation path.
そのため、結果的に干渉と雑音を受信機における雑音とみなしたときには、AWGNという前提が崩れてしまい、干渉の強いセル境界付近で伝送特性が劣化してしまうという問題がでてくる。この場合、式(1)における分散σ2がkに依存することになるので、σ2はσ2(k)となり、式(2)は式(3)のように表される。 Therefore, as a result, when interference and noise are regarded as noise at the receiver, the premise of AWGN is broken, and there arises a problem that transmission characteristics deteriorate near a cell boundary where interference is strong. In this case, since the variance σ 2 in equation (1) depends on k, σ 2 becomes σ 2 (k), and equation (2) is expressed as equation (3).
この場合は、|r(k)-s(k)|2/2σ2(k)(即ち、分散で正規化されたユークリッド距離)を計算し、その和を最小とする物理量を計算しなければならない。 In this case, it is necessary to calculate | r (k) −s (k) | 2 / 2σ 2 (k) (that is, Euclidean distance normalized by variance) and calculate a physical quantity that minimizes the sum. Don't be.
これに対し、特許文献1では、復号器内部でユークリッド距離を計算した後にその分散を推定し、正規化することでAWGNとして復号処理する手法が提案されている。
図11は、特許文献1に示された受信機の構成図とは異なるが、分散値を推定し、正規化するという説明を簡単にしたときの図である。
On the other hand,
FIG. 11 is a diagram when the explanation of estimating and normalizing the variance value is simplified, although it is different from the configuration diagram of the receiver shown in
同図において、受信機は、パイロット分離部1001、伝搬路推定部1002、参照信号生成部1003、伝搬路乗算部1004、ユークリッド距離計算部1005、ユークリッド距離分散推定部1006、ユークリッド距離正規化部1007、メトリック計算部1008、生き残りパス選択部1009から構成される。
In the figure, a receiver includes a
まず、受信信号は、パイロット分離部1001により、伝搬路特性推定用のパイロット信号が分離され、パイロット信号は伝搬路推定部1002に入力され、伝搬路特性が推定される。同時に、パイロット信号を分離された受信信号は、ユークリッド距離計算部1005に入力される。
First, the pilot signal for estimating the propagation path characteristic is separated from the received signal by the
一方、参照信号生成部1003により、生成された送信され得る送信信号の参照値が生成され、伝搬路乗算部1004により伝搬路特性を乗算して、雑音や干渉の影響を受けていない受信信号の候補が生成されて、ユークリッド計算部1005に入力される。
On the other hand, the reference
ユークリッド計算部1005では、パイロット信号を分離された受信信号から受信信号の候補を引き算し、その絶対値の2乗を計算することでユークリッド距離を計算する。このように計算されたユークリッド距離は、ユークリッド距離分散推定部1006により分散が推定され、ユークリッド距離正規化部1007により正規化される。
The
その後、メトリック計算部1008により、正規化されたユークリッド距離を1ビット前までに計算されたメトリックに加算することでメトリックを計算し、生き残りパス選択部1009により生き残りパスを選択する。
Thereafter, the
さらに、送信ビット数だけこの操作を繰り返し、図示しない系列推定部で最終状態のメトリックが最小となるパスをたどることで各ビットを推定する。ここで、メトリック計算部1008から2本の信号が出力されるのは、同じ状態に遷移するパスが2本あるためである。
しかしながら、分散の測定は複数の同じ分散を有する信号の二乗値を平均化することで得られるものであり、本来受信ビットごとのユークリッド距離を計算した後に推定するためには、ほぼ同じ値となるような分散を持つ送信信号のユークリッド距離のみを抽出して分散を測定する必要がある。 However, the measurement of variance is obtained by averaging the square values of a plurality of signals having the same variance, and is essentially the same value to estimate after calculating the Euclidean distance for each received bit. It is necessary to measure the dispersion by extracting only the Euclidean distance of the transmission signal having such dispersion.
さらに、特許文献1では、光ディスクのジッタに起因して変化する分散値を推定することを対象としたものであることから、予め各ビットに影響を与える分散を復号器内部で推定する必要がある。
Furthermore, since
また、この方式を無線通信システムに導入する場合、無線通信システムではビットの並びをランダムにするインターリーバなどが通常用いられるため、特許文献1に示される方法を導入しても、ビットに影響を与えているほぼ同じ程度の分散を有する受信ビットが点在化してしまい適切な動作ができない。
In addition, when this method is introduced into a wireless communication system, an interleaver or the like that randomly arranges bits is usually used in the wireless communication system. Therefore, even if the method disclosed in
本発明は、上述のような実情を考慮してなされたものであって、誤り訂正符号化処理を行った送信データをより高精度に復号する無線通信システムおよび受信装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a radio communication system and a receiving apparatus that decode transmission data subjected to error correction coding processing with higher accuracy. To do.
上記の課題を解決するために、本発明の無線通信システムは、誤り訂正符号化処理を行って信号を送信する送信装置と、誤り訂正処理を行う受信装置とを備えたものであって、
該受信装置は、受信したパイロット信号から、伝搬路特性を推定する伝搬路特性推定部と、各変調信号における雑音の分散を推定する干渉雑音推定部と、前記伝搬路特性と前記雑音の分散から受信したデータ信号に対し、誤り訂正処理を行う復号部と、を備えるものである。
In order to solve the above problems, a wireless communication system of the present invention includes a transmission device that performs error correction coding processing and transmits a signal, and a reception device that performs error correction processing,
The receiving apparatus includes a propagation path characteristic estimation unit that estimates a propagation path characteristic from a received pilot signal, an interference noise estimation unit that estimates a noise variance in each modulation signal, and the propagation path characteristic and the noise variance. A decoding unit that performs error correction processing on the received data signal.
さらに、前記復号部は、誤り訂正処理を行うときには、前記雑音の分散を用いて計算した正規化されたユークリッド距離を用いるものとする。
前記干渉雑音推定部は、前記伝搬路特性と、受信したパイロット信号から雑音の分散を推定するか、または、前記伝搬路特性と、前記復号部で復号されたデータから生成された受信信号レプリカから雑音の分散を推定するようにした。
Furthermore, the decoding unit uses the normalized Euclidean distance calculated using the noise variance when performing error correction processing.
The interference noise estimation unit estimates a variance of noise from the propagation path characteristic and the received pilot signal, or from the reception signal replica generated from the propagation path characteristic and data decoded by the decoding unit. The variance of noise was estimated.
本発明によれば、誤り訂正符号化処理を行った送信データに対して、無線通信システムにおける雑音の変化の原因を把握して、復号部の外部で雑音の分散を推定し、その分散を復号に使用するため、より高い精度で復号することができる。 According to the present invention, for transmission data subjected to error correction coding processing, the cause of noise change in a wireless communication system is grasped, noise variance is estimated outside the decoding unit, and the variance is decoded. Therefore, decoding can be performed with higher accuracy.
以下、図面を参照して本発明の無線通信システムおよび受信装置の好適な実施形態について説明する。
以下の実施形態では、1周波数繰り返しセルラシステムの伝送方式として直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式を用いるものとし、隣接セルからの干渉が周波数選択性フェージングを受けてサブキャリア毎に雑音(ここでは、干渉と受信装置における雑音の和)の分散が異なる場合を想定する。
Hereinafter, preferred embodiments of a wireless communication system and a receiving apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following embodiments, an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) method is used as a transmission method of a one-frequency repetitive cellular system, and interference from adjacent cells is subjected to frequency selective fading for each subcarrier. A case is assumed where the variance of noise (here, the sum of interference and noise in the receiving apparatus) is different.
尚、雑音の分散が時間的に変化する場合でも、同様に分散を推定し、その分散値を考慮した誤り訂正処理が行えるので、分散がシンボルごとに変化するシングルキャリア方式でも導入が可能である。 Even when the variance of noise changes with time, the variance can be estimated in the same way, and error correction processing can be performed in consideration of the variance. Therefore, it is possible to introduce even a single carrier method in which the variance changes for each symbol. .
<第1の実施形態>
第1の実施形態では、復号アルゴリズムとして最尤系列推定を用いる場合を想定しているが、この最尤系列推定を実現するアルゴリズムには、一般に、ビタビアルゴリズムが用いられることが多い。
<First Embodiment>
In the first embodiment, it is assumed that maximum likelihood sequence estimation is used as a decoding algorithm. Generally, a Viterbi algorithm is often used as an algorithm for realizing this maximum likelihood sequence estimation.
図1は、第1の実施形態における無線通信システムの概要図である。同図において、10aは希望信号を送信している第1基地局装置、10bは隣接セルで他の端末と通信しており、干渉信号を送信している第2基地局装置、20aは第1基地局装置10aと通信をしている端末装置である。 FIG. 1 is a schematic diagram of a wireless communication system according to the first embodiment. In the figure, 10a is a first base station apparatus that transmits a desired signal, 10b is a second base station apparatus that is communicating with another terminal in an adjacent cell and transmits an interference signal, and 20a is a first base station apparatus. It is a terminal device communicating with the base station device 10a.
この場合、端末装置20aについては、第1基地局装置10aから送信される信号30aは希望信号、第2基地局装置10bから送信される信号40bは干渉信号となる。
また、端末装置20bについては、第2基地局装置10bから送信される信号30bは希望信号、第1基地局装置10aから送信される信号40aは干渉信号となる。
In this case, for the
For the
ここで、OFDM方式を想定した場合、希望信号の周波数特性と干渉信号の周波数特性、および受信装置における熱雑音が各サブキャリアの受信状況を決定することになる。そのため、雑音に相当する各サブキャリアの干渉と雑音の和は周波数選択性を持つ、即ち有相関となり、その結果各サブキャリアで雑音の分散が異なってくるので、式(3)を最大とするような系列を推定する必要がある。 Here, when the OFDM scheme is assumed, the frequency characteristics of the desired signal and the frequency characteristics of the interference signal and the thermal noise in the receiving apparatus determine the reception status of each subcarrier. Therefore, the sum of interference and noise of each subcarrier corresponding to noise has frequency selectivity, that is, correlation, and as a result, noise dispersion varies among subcarriers. Therefore, Equation (3) is maximized. It is necessary to estimate such a sequence.
図2は、第1の実施形態に係る送信装置の一例である。同図において、送信装置は、符号部100、インターリーバ部101、変調部102、S/P(直並列)変換部103、IDFT(逆離散フーリエ変換:Inverse Discrete Fourier Transform)部104、P/S(並直列)変換部105、パイロット信号生成部106、パイロット多重部107、GI(ガードインターバル:Guard Interval)挿入部108、無線部109、送信アンテナ110より構成される。
FIG. 2 is an example of a transmission apparatus according to the first embodiment. In the figure, a transmission apparatus includes an
まず、送信ビットは、符号部100により通信路符号化され、インターリーバ部101により符号ビットが並び替えられ、変調部102により変調がなされる。その後、S/P変換部103により変調データが並列化され、IDFT部104により時間信号に変換される。時間信号は、P/S変換部105により直列化される。
First, transmission bits are channel-coded by the
一方、パイロット信号生成部106により生成された伝搬路推定用信号は、パイロット多重部107で前述の直列化された時間信号と多重され、GI挿入部108によりガードインターバルが挿入される。
最後に、無線部109により無線周波数にアップコンバートされ、送信アンテナ110により送信される。
On the other hand, the propagation path estimation signal generated by the pilot
Finally, it is up-converted to a radio frequency by the
図3は、第1の実施形態に係る受信装置の一例である。同図において、受信装置は、受信アンテナ111、無線部112、GI除去部113、パイロット分離部114、伝搬路特性推定部115、干渉雑音推定部116、S/P変換部117、DFT部118、P/S変換部119、参照信号生成部120、伝搬路特性乗算部121、ユークリッド距離計算部122、ユークリッド距離正規化部123、デインターリーバ部124、最尤系列推定部125から構成される。
FIG. 3 is an example of a receiving apparatus according to the first embodiment. In the figure, the receiving apparatus includes a receiving
ここで、参照信号生成部120、伝搬路特性乗算部121、ユークリッド距離計算部122、ユークリッド距離正規化部123、デインターリーバ部124、最尤系列推定部125が一般的に言われている復号部であり、復号部には受信信号と雑音の分散、伝搬路特性が入力される。
Here, the reference
まず、受信信号は、受信アンテナ111で受信され、無線部112において無線周波数からダウンコンバートされる。
次に、GI除去部113によりガードインターバルが除去され、パイロット分離部114においてパイロット信号とデータ信号に分離される。
First, the received signal is received by the receiving
Next, the guard interval is removed by the
伝搬路特性推定部115では、分離されたパイロット信号から、希望信号が通過した伝搬路の周波数応答が推定される。ここで、希望信号が通過した伝搬路の周波数応答は、伝搬路のインパルス応答に対し、セル半径などに応じて設計される遅延波の最大遅延時間に応じた時間窓をかけ、干渉を含む雑音を抑圧することで推定される。
干渉雑音推定部116では、このように推定された伝搬路の周波数応答と元の受信パイロット信号を用いて、各サブキャリアの雑音の分散が推定される。
The propagation path
Interference
一方、分離されたデータ信号は、S/P変換部117により並列化された後、DFT部118により周波数変換されることで各サブキャリアが分離される。各サブキャリアの信号は、P/S変換部119により直列化される。
On the other hand, the separated data signal is parallelized by the S /
次に、復号部の処理について説明する。
まず、参照信号生成部120では、送信され得る全送信信号の候補を生成し、その後、伝搬路特性乗算部121では、推定された伝搬路の周波数応答を用いて、受信され得る全ての受信信号の候補を生成し、その後、ユークリッド距離計算部122において、受信信号と受信信号の候補の距離を計算することで、ユークリッド距離を計算する。
Next, processing of the decoding unit will be described.
First, the reference
次に、ユークリッド距離正規化部123は、干渉雑音推定部116により推定された雑音の分散と、ユークリッド距離計算部122により計算されたユークリッド距離とから正規化されたユークリッド距離を計算する。
Next, the Euclidean
二値位相変調(BPSK:Binary Phase Shift Keying)の場合、1サブキャリアに1ビットの符号ビットの情報がのるので、サブキャリアとビットのインデックスが同一になるため、k番目のビットのユークリッド距離は、式(4)で計算される。 In the case of binary phase shift keying (BPSK), 1-bit code bit information is included in 1 subcarrier, so the subcarrier and the bit index are the same, so the Euclidean distance of the kth bit. Is calculated by equation (4).
式(4)において、d(k,1)、d(k,0)は、送信ビットがそれぞれ1、0の場合のk番目のサブキャリアにおける正規化されたユークリッド距離、R(k)はk番目のサブキャリアの受信信号でありP/S変換部119の出力、Hest(k)はk番目のサブキャリアにおける伝搬路の複素利得であり伝搬路特性推定部115の出力である。R(k)、Hest(k)は複素数で表される。また、Sref(k,1)、Sref(k,0)は、送信ビットが1の場合と0の場合でそれぞれの送信信号の候補であり、参照信号生成部120の出力である。尚、σ2(k)は干渉雑音推定部116の出力であるが、この値の代表的な算出方法、即ち干渉雑音推定部116の詳細な動作については後述する。また、σ2(k)は、OFDMシンボル毎に算出されるものとしている。
In equation (4), d (k, 1) and d (k, 0) are normalized Euclidean distances in the kth subcarrier when the transmission bits are 1 and 0, respectively, and R (k) is k. The received signal of the th subcarrier and the output of the P /
伝搬路特性乗算部121は、式(4)中のHest(k)×Sref(k,m)の演算を行う。そして、ユークリッド距離計算部122は、式(4)の分子に対応した演算を行う。さらに、ユークリッド距離正規化部123では、式(4)の分母に示された除算が行われ、d(k,m)が出力される。
The propagation path
また、式(4)では、BPSKの場合で説明したが、他の変調方式の場合であっても、各符号ビットにおけるユークリッド距離の計算に使用できる。
例えば、1サブキャリアに2ビットの符号ビットの情報がのるQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)の場合、QPSKシンボルを構成する1ビット目と2ビット目に分けて、以下の式(4')、式(4'')で計算される。
Further, in the expression (4), the case of BPSK has been described, but even in the case of other modulation schemes, it can be used for calculating the Euclidean distance in each code bit.
For example, in the case of QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) in which information of 2 bits of code bits is carried in one subcarrier, the following equation (4 ′) is divided into the first and second bits constituting the QPSK symbol: It is calculated by the equation (4 ″).
式(4')、式(4'')において、m1およびm2は、それぞれQPSKシンボルを構成する1ビット目、2ビット目のビットの値、即ち0か1の値が代入される。
例えば、QPSKシンボルを構成する1ビット目がm1=0のときのユークリッド距離を計算する場合、1ビット目が0であるQPSKの2つの信号点Sref(k,0,m2)のうち、値が最小となるものを式(4')におけるユークリッド距離とする。このように計算することで、1サブキャリアに数ビット含まれる変調方式を採用しても計算可能となる。
In the equations (4 ′) and (4 ″), the values of the first and second bits constituting the QPSK symbol, that is, the value of 0 or 1, are substituted for m 1 and m 2 , respectively.
For example, when calculating the Euclidean distance when the first bit constituting the QPSK symbol is m 1 = 0, out of the two signal points S ref (k, 0, m 2 ) of QPSK where the first bit is 0 The one having the smallest value is defined as the Euclidean distance in the equation (4 ′). By calculating in this way, calculation is possible even if a modulation method including several bits in one subcarrier is adopted.
その後、ユークリッド距離正規化部123の出力である正規化されたユークリッド距離は、デインターリーバ部124によりビットの並び替えを元に戻し、最後に最尤系列推定部125により、最も確率の高い送信ビット系列が推定される。
Thereafter, the normalized Euclidean distance that is the output of the Euclidean
次に、伝搬路の周波数応答の推定法および雑音の推定法の一例について説明する。
ここでは、パイロット信号を用いて伝搬路特性推定と雑音推定の両方を行う場合、即ち、上述の伝搬路特性推定部115、干渉雑音推定部116について説明する。
Next, an example of a method for estimating the frequency response of the propagation path and a method for estimating the noise will be described.
Here, a case where both propagation path characteristic estimation and noise estimation are performed using pilot signals, that is, the above-described propagation path
まず、伝搬路特性推定部115について説明する。
図4は、伝搬路特性推定部115の構成を示す一例である。同図において、伝搬路特性推定部115は、第1のDFT部201、複素除算部202、IDFT部203、時間フィルタ部204、第2のDFT部205から構成される。
First, the propagation path
FIG. 4 is an example showing a configuration of the propagation path
受信パイロット信号は、第1のDFT部201により周波数軸の信号に変換され、パイロット信号は送受信側で既知の信号となるので、複素除算部202において送信パイロット信号で除算することで伝搬路の周波数応答を一旦得る。
The received pilot signal is converted into a frequency axis signal by the
得られた周波数応答から雑音の影響をさらに低減するために、IDFT部203により時間軸における伝搬路のインパルス応答に変換する。ここで、伝搬路のインパルス応答は無線伝搬路における遅延波の最大遅延時間の長さしかないので、時間フィルタ部204により、最大遅延時間以降のサンプルにのる干渉を含む雑音を抑圧、もしくは削除する。
その後、第2のDFT部205により、雑音の影響を低減されたインパルス応答を周波数応答に変換することで、伝搬路の周波数応答を得る。
In order to further reduce the influence of noise from the obtained frequency response, the
Thereafter, the
ここで、この場合の伝搬路の推定精度は、時間フィルタにより大幅に向上することが知られており、一般にインパルス応答の長さはOFDMの場合、OFDMシンボルの10〜20%の長さで設計されることが多いため、20%の場合、実際にデータを検出する有効シンボル長がOFDMシンボル長の80%になることから、有効シンボル区間/ガードインターバル区間=80/20=4、即ちデシベルに変換すると10×log104=6dBのフィルタ利得が得られる。 Here, it is known that the estimation accuracy of the propagation path in this case is greatly improved by the time filter. In general, the length of the impulse response is designed to be 10 to 20% of the OFDM symbol in the case of OFDM. Since the effective symbol length for actually detecting data is 80% of the OFDM symbol length in the case of 20%, the effective symbol interval / guard interval interval = 80/20 = 4, that is, decibels. When converted, a filter gain of 10 × log 10 4 = 6 dB is obtained.
このように、伝搬路推定精度を時間フィルタにより受信時の信号雑音比より高めることができるので、推定された伝搬路の周波数応答を用いて干渉雑音電力も推定できる。 Thus, since the propagation path estimation accuracy can be increased from the signal-to-noise ratio at the time of reception by the time filter, the interference noise power can also be estimated using the estimated frequency response of the propagation path.
次に、干渉雑音推定部116について説明する。
図5は、干渉雑音推定部116の構成を示す一例である。同図において、干渉雑音推定部116は、DFT部211、複素乗算部212、誤差測定部213、平均化部214から構成される。
Next, the interference
FIG. 5 is an example showing the configuration of the interference
得られた伝搬路の周波数応答
まず、DFT部211では、受信パイロット信号を周波数軸の受信信号に変換する。一方、複素乗算部212では、送信パイロット信号と推定された伝搬路の周波数応答を乗算することで、干渉や雑音の影響を受けていない参照パイロット信号を得る。
誤差測定部213では、得られた参照パイロット信号と受信パイロット信号から、干渉を含む雑音による2乗誤差を式(9)により得る。
First, the
In
上記の式(9)において、e(k)はk番目のサブキャリアの2乗誤差、Rp(k)はk番目のサブキャリアの受信パイロット信号、Hest(k)は伝搬路特性推定部115で推定されたk番目のサブキャリアにおける伝搬路の複素利得、Sp(k)は既知の送信パイロット信号である。 In the above formula (9), e (k) is the square error, R p (k) is a received pilot signal of the k-th subcarrier, H est (k) is the channel estimation unit of the k-th subcarrier The complex gain S p (k) of the propagation path in the k-th subcarrier estimated at 115 is a known transmission pilot signal.
尚、受信パイロット信号は、上述のパイロット分離部114により得られ、通常、送信パイロット信号は、送受信側で既知の信号であり、それを送信してどれだけ送信パイロット信号が歪んだかを測定ることで伝搬路推定を行うことが前提となるので、受信側でも送信パイロット信号は既知となっており、それを用いるものとしている。
The reception pilot signal is obtained by the above-described
次に、平均化部214では、このように得られた2乗誤差を平均化する。
OFDMの場合、伝搬路のインパルス応答の長さがOFDMシンボル長より短くなるので、近い周波数同士の干渉の変動は周波数軸上では相関がある。そのため、OFDMシンボル内で平均化する場合には、複数の隣接サブキャリアをブロック化し、ブロック内平均値をブロック内の雑音の分散として扱う。
Next, the averaging
In the case of OFDM, since the length of the impulse response of the propagation path is shorter than the OFDM symbol length, the variation in interference between close frequencies is correlated on the frequency axis. Therefore, when averaging within an OFDM symbol, a plurality of adjacent subcarriers are blocked, and the average value within the block is treated as the variance of noise within the block.
さらに、複数のOFDMシンボルを時間多重するフレーム化がなされている場合には、伝搬路の時間変動が緩やかな範囲で同じサブキャリア番号を用いて平均化してもよい。
この平均値は、時間、周波数方向に平均化するOFDMシンボル数をX、周波数方向に平均化するためのブロック内サブキャリア数をYとすると、式(10)で計算できる。
Further, when a plurality of OFDM symbols are time-multiplexed into frames, averaging may be performed using the same subcarrier number within a range in which the time variation of the propagation path is moderate.
This average value can be calculated by Equation (10), where X is the number of OFDM symbols averaged in the time and frequency directions, and Y is the number of subcarriers in the block for averaging in the frequency direction.
上記の式(10)において、e(x,y)はフレーム内のx番目のOFDMシンボルのy番目のサブキャリアにおける式(9)で計算される2乗誤差である。また、kはy'からy'+Yのサブキャリアの範囲に含まれる全てのサブキャリアインデックスである。 In the above equation (10), e (x, y) is a square error calculated by equation (9) in the y-th subcarrier of the x-th OFDM symbol in the frame. K is all subcarrier indexes included in the range of subcarriers from y ′ to y ′ + Y.
このように、無線通信システムでは、雑音の分散は伝搬路に依存することが多く、この特徴を用いて雑音を干渉雑音推定部116で推定し、その値を復号部に入力することで、高い信頼性を持って送信データを検出できる。
Thus, in a wireless communication system, noise dispersion often depends on the propagation path, and noise is estimated by the interference
一般に、干渉を含む雑音の相関は伝搬路に依存するものであり、隣接する複数のサブキャリア間で相関が高くなるため、分散を推定するときに隣接する複数のサブキャリア間で平均化することで推定でき、分散の推定精度が復号部の中で計算するより高まる。 In general, the correlation of noise including interference depends on the propagation path, and the correlation increases between adjacent subcarriers. Therefore, when variance is estimated, averaging between adjacent subcarriers is required. The estimation accuracy of variance is higher than that calculated in the decoding unit.
さらに、送信装置において、インターリーブのようにビットを並び替えるような場合には、各ビットにのる雑音の分散の相関が隣接ビット間で低くなり、分散を推定しにくくなるが、本発明はビットの並びではなく伝搬路の相関を利用しているため、分散の推定にインターリーブの有無とは関係なくなるという効果もある。 Furthermore, when bits are rearranged in the transmission device, such as interleaving, the correlation of noise dispersion on each bit becomes lower between adjacent bits, making it difficult to estimate the dispersion. Since the correlation of the propagation path is used instead of the arrangement of the interleaves, there is an effect that the estimation of the dispersion is not related to the presence or absence of interleaving.
また、この推定方式は、OFDM方式に基づくDFT−S−OFDM(DFT-Spread-OFDM)方式に周波数領域等化(FDE:Frequency Domain Equalization)などの等化を用いる場合に必要な雑音推定にも適用可能である。 This estimation method is also used for noise estimation required when equalization such as frequency domain equalization (FDE) is used in the DFT-S-OFDM (DFT-Spread-OFDM) method based on the OFDM method. Applicable.
次に、第1の実施形態の受信装置における効果について説明する。
図6は、第1の実施形態の受信装置を用いた結果を示す一例である。同図において、横軸は受信Es/N0、縦軸はビット誤り率を示す。ここで、Esは1サブキャリアあたりのエネルギー、N0は干渉も含めた平均雑音電力密度を表す。
Next, effects of the receiving apparatus according to the first embodiment will be described.
FIG. 6 is an example illustrating a result of using the receiving apparatus according to the first embodiment. In the figure, the horizontal axis represents received E s / N 0 , and the vertical axis represents the bit error rate. Here, E s denotes an average noise power density energy, N 0 is, including the interference per subcarrier.
同図の実線による曲線は、分散値まで考慮し、ユークリッド距離を正規化してメトリックを計算した特性を表し、点線による曲線は、雑音の分散値を考慮せずに、単にユークリッド距離のみを用いて復号した特性を示している。分散を考慮しないということは、式(4)における分母を1(もちろん、定数であれば1である必要はない。)にするということと同等であり、図3においては、ユークリッド距離正規化部123がない場合に相当する。この図6より、第1の実施形態の受信装置に効果があることが確認できる。 The solid curve in the figure represents the characteristic of calculating the metric by normalizing the Euclidean distance considering the variance value, and the dotted curve using only the Euclidean distance without considering the noise variance value. The decrypted characteristics are shown. Not considering variance is equivalent to setting the denominator in equation (4) to 1 (of course, it is not necessary to be 1 if it is a constant). In FIG. 3, the Euclidean distance normalization unit This corresponds to the case where 123 is not provided. From FIG. 6, it can be confirmed that the receiving apparatus of the first embodiment is effective.
<第2の実施形態>
第2の実施形態は、第1の実施形態で用いられた復号アルゴリズムを最大事後確率(MAP:Maximum A Posteriori probability)推定アルゴリズムに置き換えた場合である。
一般に、MAPアルゴリズムでは、BCJR(Bahl-Cocke Jelinek-Raviv)アルゴリズムが用いられることが多いため、この方式を用いることを前提としている。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, the decoding algorithm used in the first embodiment is replaced with a maximum a posteriori (MAP) estimation algorithm.
In general, in the MAP algorithm, a BCJR (Bahl-Cocke Jelinek-Raviv) algorithm is often used, and it is assumed that this method is used.
図7は、第2の実施形態に係る受信装置の一例である。同図において、受信装置は、受信アンテナ111、無線部112、GI除去部113、パイロット分離部114、伝搬路特性推定部115、干渉雑音推定部116、S/P変換部117、DFT部118、P/S変換部119、参照信号生成部120、伝搬路特性乗算部121、ユークリッド距離計算部122、ユークリッド距離正規化部123、デインターリーバ部124、MAP推定部126から構成される。
FIG. 7 is an example of a receiving apparatus according to the second embodiment. In the figure, the receiving apparatus includes a receiving
また、第1の実施形態と同様に、参照信号生成部120、伝搬路特性乗算部121、ユークリッド距離計算部122、ユークリッド距離正規化部123、デインターリーバ部124、MAP推定部126からなるブロックがMAP復号部を構成している。
同図において、伝搬路特性乗算部121までの受信処理は、図3と同じであるため、ここでは説明を省略する。第1の実施形態との違いは、MAP推定部126の復号処理が異なるだけである。
Similarly to the first embodiment, the block includes a reference
In the figure, the reception processing up to the propagation path
このようにユークリッド距離を正規化するために、予め受信信号から雑音の分散を推定しておくことで、MAP推定においても式(3)で表される確率密度関数の信頼性が向上し、復号性能が向上する。 In this way, in order to normalize the Euclidean distance, the noise variance is estimated from the received signal in advance, so that the reliability of the probability density function expressed by Equation (3) is improved even in MAP estimation, and decoding is performed. Performance is improved.
<第2の実施形態の変形例>
一般に、ターボ復号は、一方の復号部の出力から各ビットの尤度を算出し、それを他方の復号部に渡し、この一連の処理を所定の回数繰り返すことで徐々に送信ビットの信頼性を向上させていく手法である。
したがって、ターボ復号は、第2の実施形態で説明した復号部を2つ使用して繰り返し処理を適用することによって適用可能である。
<Modification of Second Embodiment>
In general, turbo decoding calculates the likelihood of each bit from the output of one decoding unit, passes it to the other decoding unit, and repeats this series of processes a predetermined number of times to gradually improve the reliability of the transmitted bits. It is a technique to improve.
Therefore, turbo decoding can be applied by applying the iterative process using two decoding units described in the second embodiment.
図8は、ターボ復号を用いた場合の受信装置の一例である。同図において、受信装置は、受信アンテナ111、無線部112、GI除去部113、パイロット分離部114、伝搬路特性推定部115、干渉雑音推定部116、S/P変換部117、DFT部118、P/S変換部119、参照信号生成部120、伝搬路特性乗算部121、ユークリッド距離計算部122、ユークリッド距離正規化部123、第1のMAP推定部137、第1の事前情報減算部128、第1のインターリーバ部129、第2のインターリーバ部130、第2のMAP推定部131、デインターリーバ部132、第2の事前情報減算部133から構成される。ただし、このときの送信装置の符号部には、ターボ符号化が採用されているものとする。
FIG. 8 is an example of a receiving apparatus when turbo decoding is used. In the figure, the receiving apparatus includes a receiving
また、第2の実施形態と同様に、参照信号生成部120、伝搬路特性乗算部121、ユークリッド距離計算部122、ユークリッド距離正規化部123、第1のMAP推定部137、第1の事前情報減算部128、第1のインターリーバ部129、第2のインターリーバ部130、第2のMAP推定部131、デインターリーバ部132、第2の事前情報減算部133からなるブロックがターボ復号部を構成している。
図8において、図7と同じ機能を表す構成要素については、同じ符号を付して相違点について説明するものとする。
Similarly to the second embodiment, the reference
In FIG. 8, the same reference numerals are given to components representing the same functions as those in FIG. 7, and differences will be described.
正規化されたユークリッド距離は、まず第1のMAP推定部137に入力され、誤り訂正処理が行われた後、誤り訂正処理により得られた信頼性情報が第1の事前情報減算部128に入力される。ここで、事前情報とは、繰り返しの中で行われる1つ前の誤り訂正処理までに改善した入力ビットが0か1かの信頼性を表す物理量である。そのため、1回目では減算は行われない。
The normalized Euclidean distance is first input to the first
次に、第1の事前情報減算部128より得られた各ビットの事前情報は、第1のインターリーバ部129によりビットの並びが並び替えられる。
第2のMAP推定部131では、ユークリッド距離正規化部123で得られたユークリッド距離を第2のインターリーバ部130で並び替えられたものと、第1のインターリーバ部129で並び替えられた事前情報を入力し、誤り訂正処理を施すことで、前のMAP推定より高い信頼性で各送信ビットの信頼性を得る。
得られた信頼性は、デインターリーバ部132により並びを元に戻され、第2の事前情報減算部133により入力された事前情報が減算される。
Next, the prior information of each bit obtained from the first prior
In the second
The obtained reliability is returned to the original order by the
一方、第2の事前情報減算部133では、第2のMAP推定部131より出力されたビットの信頼性に対し、入力された信頼性を減算することで、第2のMAP推定部131により向上した信頼性を第1のMAP推定部137の事前情報として入力する。
On the other hand, the second prior
以上の処理を所定の回数繰り返すことで、ターボ復号が可能となり、この場合もユークリッド距離正規化部123により各送信ビットの信頼性を向上させることができ、特性を改善することができる。
By repeating the above processing a predetermined number of times, turbo decoding becomes possible. In this case as well, the reliability of each transmission bit can be improved by the Euclidean
<第3の実施形態>
図9は、複数のOFDM信号を時間的に多重することでフレーム化を行った場合に適用可能な一例を示している。これは、分散を復号データ系列から推定したものを使用する場合に相当するものであって、フレームAにおいて、1つ前のフレームから推定された雑音の分散を用いて復号し、次に、復号結果を用いて再び送信信号のレプリカを生成し、受信信号との距離を計算することで各サブキャリアにおける雑音の分散を推定する。
<Third Embodiment>
FIG. 9 shows an example applicable when framing is performed by temporally multiplexing a plurality of OFDM signals. This corresponds to the case where the variance estimated from the decoded data sequence is used. In frame A, decoding is performed using the noise variance estimated from the previous frame, and then decoding is performed. The replica of the transmission signal is generated again using the result, and the variance of noise in each subcarrier is estimated by calculating the distance from the reception signal.
図10は、第3の実施形態に係る受信装置の一例である。同図において、受信装置は、受信アンテナ111、無線部112、GI除去部113、パイロット分離部114、伝搬路特性推定部115、S/P変換部117、DFT部118、P/S変換部119、参照信号生成部120、伝搬路特性乗算部121、ユークリッド距離計算部122、ユークリッド距離正規化部123、メモリ134、系列推定部136、信号レプリカ生成部137、干渉雑音推定部116から構成される。同図において、図8と同じ機能を表す構成要素については、同じ符号を付して相違点について説明するものとする。
FIG. 10 is an example of a receiving device according to the third embodiment. In the figure, the receiving apparatus includes a receiving
受信アンテナ111において受信した受信信号は、無線部112において無線周波数からダウンコンバートされ、GI除去部113においてガードインターバルが除去される。ガードインターバルが除去された信号は、パイロット分離部114において伝搬路推定用のパイロット信号と送信データののった信号であるデータ信号に分離される。
分離されたパイロット信号は、伝搬路特性推定部115に入力され、伝搬路の周波数応答が計算される。
The reception signal received by the
The separated pilot signal is input to the propagation path
一方、分離されたデータ信号は、S/P変換部117により並列化され、DFT部118により各サブキャリアの信号に変換される。その後、P/S変換部119により直列化される。
On the other hand, the separated data signal is parallelized by the S /
また、参照信号生成部120において、起こりうる全ての各サブキャリアの送信信号候補を生成し、伝搬路特性乗算部121により伝搬路の周波数応答を乗算することで、受信信号の候補を計算する。
その後、各サブキャリアの受信信号と受信信号の候補を用いてユークリッド距離計算部122においてユークリッド距離が計算される。
Further, the reference
Thereafter, the Euclidean distance is calculated in the Euclidean
次に、メモリ134には、前のフレームで推定された各サブキャリアの雑音の分散を保存しており、ユークリッド距離正規化部123において、ユークリッド距離をメモリ134に保存されている各サブキャリアの雑音の分散で正規化する。
Next, the
次に、正規化されたユークリッド距離に対し、系列推定部136において最尤系列推定、もしくはMAP推定がなされ、送信ビットが判定される。
Next, maximum likelihood sequence estimation or MAP estimation is performed in
さらに、信号レプリカ生成部137は、判定された復号データから各サブキャリアのレプリカを生成し、送信信号レプリカと推定した伝搬路の周波数応答から得られる受信信号レプリカを生成する。
Further, the signal
その後、干渉雑音推定部116において、直列化された各サブキャリアの受信信号と受信信号レプリカから各サブキャリアの雑音の分散を推定し、メモリ134に格納することで次フレームの雑音の分散として保存する。
Thereafter, the interference
次フレームの復調の際には、この保存された雑音の値を用いて次フレームの送信ビットの検出、即ち、上述の第1、第2の実施形態の干渉雑音推定部116の代替として使用することができる。
When demodulating the next frame, the stored noise value is used to detect the transmission bit of the next frame, that is, as an alternative to the interference
尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で各種の変形、修正が可能であるのは勿論である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and corrections can be made without departing from the scope of the present invention.
10a…第1基地局装置、10b…第2基地局装置、20a,20b…端末装置、30a,30b…希望信号、40a,40b…干渉信号、100…符号部、101…インターリーバ部、102…変調部、103…S/P変換部、104…IDFT部、105…P/S変換部、106…パイロット信号生成部、107…パイロット多重部、108…GI挿入部、109…無線部、110…送信アンテナ、111…受信アンテナ、112…無線部、113…GI除去部、114…パイロット分離部、115…伝搬路特性推定部、116…干渉雑音推定部、117…S/P変換部、118…DFT部、119…P/S変換部、120…参照信号生成部、121…伝搬路特性乗算部、122…ユークリッド距離計算部、123…ユークリッド距離正規化部、124…デインターリーバ部、125…最尤系列推定部、126…MAP推定部、127…第1のMAP推定部、128…第1の事前情報減算部、129…第1のインターリーバ部、130…第2のインターリーバ部、131…第2のMAP推定部、132…デインターリーバ部、133…第2の事前情報減算部、134…メモリ、136…系列推定部、137…信号レプリカ生成部、201…第1のDFT部、202…複素除算部、203…IDFT部、204…時間フィルタ部、205…第2のDFT部、211…DFT部、212…複素乗算部、213…誤差測定部、214…平均化部、1001…パイロット分離部、1002…伝搬路推定部、1003…参照信号生成部、1004…伝搬路乗算部、1005…ユークリッド距離計算部、1005…ユークリッド計算部、1006…ユークリッド距離分散推定部、1007…ユークリッド距離正規化部、1008…メトリック計算部、1009…生き残りパス選択部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10a ... 1st base station apparatus, 10b ... 2nd base station apparatus, 20a, 20b ... Terminal device, 30a, 30b ... Desired signal, 40a, 40b ... Interference signal, 100 ... Encoding part, 101 ... Interleaver part, 102 ...
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