JP2012178635A - チャネル推定装置およびチャネル推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チャネル応答の推定精度を向上させることのできるチャネル推定装置およびチャネル推定方法を提供する。
【解決手段】参照信号レプリカ生成部１は、参照信号のレプリカを生成し、複素除算部２は、受信信号を参照信号のレプリカで複素除算してチャネル応答推定値を算出する。ＩＤＦＴ部３は、時間領域のチャネル応答推定値に変換する。窓関数乗算部４は、ＩＤＦＴ処理後の所望波信号のチャネル応答推定値に窓関数を乗算する。ＤＦＴ部５は、周波数領域のチャネル応答推定値に変換する。サンプル補正部６は、複素除算部２で算出されたチャネル応答推定値から置き換えデータを算出し、サンプル置換部７は、ＤＦＴ部５から出力されたチャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分のデータを、サンプル補正部６が算出した置き換えデータで置き換える。
【選択図】図１０

Description

本発明は、マルチキャリア伝送システムの受信機のチャネル推定装置およびチャネル推定方法に関する。

マルチキャリア伝送システムでは、送信機側で送信信号に一定間隔で参照信号を挿入し、受信機側のチャネル推定装置において、受信信号を参照信号のレプリカで複素除算することにより、伝搬路の状態を推定するチャネル推定が行われている。また、推定したチャネルの応答値がマルチキャリア伝送のサンプル周期よりも高周期の雑音の影響を受けるため、チャネル推定装置では、チャネル応答値をＩＤＦＴ（逆離散フーリエ変換）処理により時間領域のデータに変換し、雑音を抑圧した後、ＤＦＴ（離散フーリエ変換）処理により周波数領域のデータに戻すことが行われている。

図１は、一般的なチャネル推定装置の構成を示す図である。図１において、参照信号レプリカ生成部２１は、送信機側で送信信号に挿入された参照信号のレプリカを生成し、複素除算部２２は、受信信号を参照信号のレプリカで複素除算することによりチャネル応答推定値を算出する。図２に、複素除算後のチャネル応答推定値を示す。ＩＤＦＴ部２３は、複素除算部２２で算出した周波数領域のチャネル応答推定値をＩＤＦＴ処理により時間領域のチャネル応答推定値に変換する。図３に、ＩＤＦＴ処理後のチャネル応答推定値を示す。窓関数乗算部２４は、図３に示すように所望波信号のチャネル応答推定値に窓関数（矩形窓でもその他の窓でもよい）を乗算する。ＤＦＴ部２５は、窓関数が乗算されたチャネル応答推定値を、ＤＦＴ処理により周波数領域のチャネル応答推定値に変換する。図４に、ＤＦＴ処理後のチャネル応答推定値を示す。このように、所望波信号のチャネル応答推定値に窓関数を乗算することにより、マルチキャリア伝送のサンプル周期よりも高周期の雑音の影響を低減することが可能となる。

なお、推定した伝搬路状態に基づいて窓関数を選定する窓関数選定部をさらに備え、抽出部が、窓関数を受信信号に乗算することにより復調シンボルを抽出するＯＦＤＭ受信機が知られている（特許文献１参照）。

特開２００７−０６７８７８号公報

しかしながら、実際のシステムにおいて、送受信に使用するＩＦＦＴ／ＦＦＴ処理のポイント数と、データ送受信に使用するサブキャリア数とが等しくないことから、図５に示すように、窓関数を乗算する際、実際には少なからず、所望波信号成分（有効な遅延波成分）をも除去することになる。そのため、上述したＩＤＦＴ／ＤＦＴ処理を用いるチャネル推定では、図６に示すように、ＤＦＴ処理後においてチャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分に歪みが生じるため、チャネル応答の推定精度が低下する。

また、上述したＩＤＦＴ／ＤＦＴ処理を用いるチャネル推定では、図７に示すように、窓関数対象時間内に雑音がある場合は、その影響により、チャネル応答の推定精度が低下する。特に、図８のように、遅延波を含む受信信号で遅延が０の所望波の信号レベルが高いとき（遅延の影響で所望波が窓関数対象時間からはみ出したとき）、ＩＦＦＴ／ＦＦＴ処理のポイント数と、データ送受信に使用するサブキャリア数が等しくないことから発生する、インパルス応答の折り返し（図中右端）の情報は、窓関数を乗算することで完全に消えてしまうため、チャネル応答の推定精度が低下する。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、チャネル応答の推定精度を向上させることのできるチャネル推定装置およびチャネル推定方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のチャネル推定装置は、参照信号が挿入された受信信号を、前記参照信号のレプリカで複素除算することによりチャネル応答推定値を算出して伝搬路の状態を推定するチャネル推定装置であって、前記複素除算により算出されたチャネル応答推定値を、ＩＤＦＴ処理により時間領域のチャネル応答推定値に変換するＩＤＦＴ部と、前記ＩＤＦＴ処理後の所望波信号のチャネル応答推定値に窓関数を乗算する窓関数乗算部と、前記窓関数が乗算されたチャネル応答推定値を、ＤＦＴ処理により周波数領域のチャネル応答推定値に変換するＤＦＴ部と、前記複素除算により算出されたチャネル応答推定値から置き換えデータを算出するサンプル補正部と、前記ＤＦＴ部から出力されたチャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分のデータを、前記サンプル補正部が算出した前記置き換えデータで置き換えるサンプル置換部とを備えることを特徴とする。

前記サンプル補正部は、前記複素除算により算出されたチャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分から置き換えポイント数分のデータを抽出し、抽出したデータを前記置き換えデータとすることが好ましい。

前記サンプル補正部は、前記複素除算により算出されたチャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分から置き換えポイント数分のデータを抽出し、抽出したデータの平均値を前記置き換えデータとすることが好ましい。

前記サンプル補正部は、前記複素除算により算出されたチャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分から置き換えポイント数分のデータを抽出し、抽出したデータの平均値を算出し、算出した平均値に忘却係数を乗算したデータを前記置き換えデータとすることが好ましい。

また、本発明のチャネル推定方法は、参照信号が挿入された受信信号を、前記参照信号のレプリカで複素除算することによりチャネル応答推定値を算出して伝搬路の状態を推定するチャネル推定方法であって、前記複素除算により算出されたチャネル応答推定値を、ＩＤＦＴ処理により時間領域のチャネル応答推定値に変換するステップと、前記ＩＤＦＴ処理後の所望波信号のチャネル応答推定値に窓関数を乗算するステップと、前記窓関数が乗算されたチャネル応答推定値を、ＤＦＴ処理により周波数領域のチャネル応答推定値に変換するステップと、前記複素除算により算出されたチャネル応答推定値から置き換えデータを算出するステップと、ＤＦＴ処理後のチャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分のデータを、前記置き換えデータで置き換えるステップとを含むことを特徴とする。

本発明は、チャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分に発生する歪みを解消することができるので、チャネル応答の推定精度を向上させることができる。

一般的なチャネル推定装置の構成を示す図である。 複素除算後のチャネル応答推定値を示す図である。 ＩＤＦＴ処理後のチャネル応答推定値を示す図である。 ＤＦＴ処理後のチャネル応答推定値を示す図である。 窓関数を乗算する際、所望波信号成分をも除去することになることを説明する図である。 チャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分に歪みが生じることを説明する図である。 窓関数対象時間内に雑音があるときのＩＤＦＴ処理後のチャネル応答推定値を示す図である。 インパルス応答の折り返しの情報が、窓関数を乗算することで完全に消えてしまうことを説明する図である。 本発明のチャネル推定装置が用いられるマルチキャリア伝送システムにおける基地局受信機の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るチャネル推定装置の構成図である。 複素除算部から出力されたチャネル応答推定値を示す図である。 サンプル置換部から出力されるチャネル応答推定値を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るチャネル推定装置の構成図である。 ピークサーチと窓関数の導出を説明する図である。 ピークサーチと窓関数の導出を説明する図である。 本発明の第３の実施形態に係るチャネル推定装置の構成図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図９は、本発明のチャネル推定装置が用いられるマルチキャリア伝送システム（例えばＯＦＤＭ）における基地局受信機の構成を示す図であり、２本アンテナの例を示している。図９に示す基地局受信機では、無線受信部１１−１、１１−２にて信号を受信し、Ａ／Ｄ変換部１２−１、１２−２にて受信信号をアナログ／デジタル変換する。ＣＰ除去部１３−１、１３−２は、デジタル変換された受信信号からＣＰ（サイクリックプレフィックス：Cyclic Prefix）を除去し、ＦＦＴ部１４−１、１４−２は、ＣＰ除去後の受信信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）する。ＦＦＴ部１４−１、１４−２の出力する受信信号は２分配され、一方がチャネル推定部１５−１、１５−２へ、他方がチャネル等化部１６へ入力される。チャネル推定部（チャネル推定装置）１５−１、１５−２は、参照信号のレプリカを用いて、ＦＦＴ部１４−１、１４−２の出力する受信信号からチャネル応答を推定する。チャネル等化部１６は、チャネル推定部１５−１、１５−２で推定されたチャネル応答を用いて、ＦＦＴ部１４−１、１４−２から出力される受信信号に対してチャネル等化を行う。サブキャリアデマッピング部１７は、チャネル等化後の信号をデマッピングし、復調部１８は、デマッピング後の信号を復調して受信データを算出する。

図１０は、本発明の第１の実施形態に係るチャネル推定装置の構成図である。第１の実施形態に係るチャネル推定装置は、図６に示すチャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分における歪みを解消するために、帯域両端の高域部分と低域部分の値を複素除算で算出されたチャネル応答推定値で置き換えるものである。

第１の実施形態に係るチャネル推定装置は、参照信号レプリカ生成部１と、複素除算部２と、ＩＤＦＴ部３と、窓関数乗算部４と、ＤＦＴ部５と、サンプル補正部６と、サンプル置換部７とを備えている。参照信号レプリカ生成部１は、送信機側で送信信号に挿入された参照信号のレプリカを生成し、複素除算部２は、受信信号を参照信号のレプリカで複素除算することによりチャネル応答推定値を算出する。ＩＤＦＴ部３は、複素除算部２で算出した周波数領域のチャネル応答推定値を、ＩＤＦＴ処理により時間領域のチャネル応答推定値に変換する。窓関数乗算部４は、ＩＤＦＴ処理後の所望波信号のチャネル応答推定値に窓関数（矩形窓でもその他の窓でもよい）を乗算する。ＤＦＴ部５は、窓関数が乗算されたチャネル応答推定値を、ＤＦＴ処理により周波数領域のチャネル応答推定値に変換する。サンプル補正部６は、複素除算部２で算出されたチャネル応答推定値から置き換えデータを算出し、サンプル置換部７は、ＤＦＴ部５から出力されたチャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分のデータを、サンプル補正部６が算出した置き換えデータで置き換える。

図１１は、複素除算部から出力されたチャネル応答推定値を示す図である。サンプル補正部６は、複素除算部２から出力されたチャネル応答推定値のうち、データ割当帯域両端の高域部分と低域部分から置き換えポイント数分のチャネル応答推定値を抽出して置き換えデータとし、サンプル置換部７は、図６に示すデータ割当帯域両端の高域部分と低域部分の歪みのあるデータを、この置き換えデータで置き換える。図１２は、サンプル置換部から出力されるチャネル応答推定値を示す図である。サンプル置換部７からは、データ割当帯域両端の高域部分と低域部分において歪みのないチャネル応答推定値を出力することができる。

サンプル補正部６は、複素除算部２で算出されたチャネル応答推定値から、以下の方法で置き換えデータを算出する。なお、ポイント数は、システムの帯域と割当データの帯域から可変とする。第１の方法は、データ割当帯域両端の高域部分と低域部分から置き換えポイント数分のデータを抽出し、そのデータをそのまま置き換えデータとする方法であり、第２の方法は、データ割当帯域両端の高域部分と低域部分から置き換えポイント数分のデータを抽出し、それぞれ平均値を求めて、そのデータを置き換えデータとする方法であり、第３の方法は、第２の方法で求めた平均値に忘却係数を乗算して求めたデータを置き換えデータとする方法である。

例えば、ポイント数を３、サンプル置換部７の出力をy’(0)，y’(1)，y’(2)、複素除算部２の出力をy(0)，y(1)，y(2)、忘却係数を０＜α≦１とすると、第１の方法で置き換えデータを算出した場合、サンプル置換部７の出力は、

となり、第２の方法で置き換えデータを算出した場合、サンプル置換部７の出力は、

となり、第３の方法で置き換えデータを算出した場合、サンプル置換部７の出力は

となる。

上述したように、本発明の第１の実施形態に係るチャネル推定装置は、チャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分に発生する歪みを解消することができるので、チャネル応答の推定精度を向上させることができる。

図１３は、本発明の第２の実施形態に係るチャネル推定装置の構成図である。第２の実施形態に係るチャネル推定装置は、図７に示すように、窓関数対象時間内に雑音がある場合に、その影響により、チャネル応答の推定精度が低下し、図８に示すように、インパルス応答の折り返し（図中右端）の情報が、窓関数を乗算することで消失してしまうことにより、チャネル応答の推定精度が低下するという問題に対応するために、受信信号のうち、一番レベルの強いインパルス成分（所望波遅延波）を特定し、その前後の数サンプルを窓関数にて乗算するものである。

第２の実施形態に係るチャネル推定装置は、参照信号レプリカ生成部１と、複素除算部２と、ＩＤＦＴ部３と、窓関数乗算部４と、ＤＦＴ部５と、ピークサーチ部８と、窓スライド部９とを備えている。参照信号レプリカ生成部１は、送信機側で送信信号に挿入された参照信号のレプリカを生成し、複素除算部２は、受信信号を参照信号のレプリカで複素除算することによりチャネル応答推定値を算出する。ＩＤＦＴ部３は、複素除算部２で算出された周波数領域のチャネル応答推定値をＩＤＦＴ処理により時間領域のチャネル応答推定値に変換する。ピークサーチ部８は、ＩＤＦＴ部３の出力であるチャネル応答推定値のうち、所定の範囲内で最大レベルのインパルス成分（所望遅延波）をサーチする。ここで、所定の範囲とは、可変であるが、一般的には、ＣＰ長であるとする。窓スライド部９は、ピークサーチ部８で特定した最大レベルのインパルス成分のサンプル点から、前後数サンプルの窓関数（矩形窓でもその他の窓でも良い）を導出する。このときの前後サンプル数は、マルチキャリア伝送システムの帯域幅や、ＣＰ長、送信機と受信機の距離等から可変とする。窓関数乗算部４は、窓スライド部９で導出した窓関数をＩＤＦＴ部３から出力されたチャネル応答推定値に乗算する。ＤＦＴ部５は、窓関数が乗算されたチャネル応答推定値を、ＤＦＴ処理により周波数領域のチャネル応答推定値に変換する。

図１４は、窓関数対象時間内に雑音がある場合に、ピークサーチ部８により所定の範囲内で最大レベルのインパルス成分をサーチし、窓スライド部９により、ピークサーチ部８で特定した最大レベルのインパルス成分のサンプル点から、前後数サンプルの窓関数を導出（窓関数対象時間を図１４のようにやや右側にスライド）し、算出した窓関数を、窓関数乗算部４により、ＩＤＦＴ処理後のチャネル応答推定値に適用する場合を示す図である。図１５は、インパルス応答の折り返し（図中右端）の情報がある場合に、ピークサーチ部８により所定の範囲内で最大レベルのインパルス成分をサーチし、窓スライド部９により、ピークサーチ部８で特定した最大レベルのインパルス成分のサンプル点から、前後数サンプルの窓関数を導出（窓関数対象時間を図１５のように図中左端、図中右端に設定）し、算出した窓関数を、窓関数乗算部４により、ＩＤＦＴ処理後のチャネル応答推定値に適用する場合を示す図である。

上述したように、本発明の第２の実施形態に係るチャネル推定装置は、窓関数対象時間内に不要な雑音成分が混在しないように窓関数を導出することができるので、チャネル応答の推定精度を向上させることができる。

図１６は、本発明の第３の実施形態に係るチャネル推定装置の構成図である。第３の実施形態に係るチャネル推定装置は、第１の実施形態のチャネル推定装置と第２の実施形態のチャネル推定装置とを組み合わせたものである。第３の実施形態に係るチャネル推定装置は、参照信号レプリカ生成部１と、複素除算部２と、ＩＤＦＴ部３と、窓関数乗算部４と、ＤＦＴ部５と、サンプル補正部６と、サンプル置換部７と、ピークサーチ部８と、窓スライド部９とを備えている。

参照信号レプリカ生成部１は、送信機側で送信信号に挿入された参照信号のレプリカを生成し、複素除算部２は、受信信号を参照信号のレプリカで複素除算することによりチャネル応答推定値を算出する。ＩＤＦＴ部３は、複素除算部２で算出した周波数領域のチャネル応答推定値をＩＤＦＴ処理により時間領域のデータに変換する。ピークサーチ部８は、ＩＤＦＴ部３の出力であるチャネル応答推定値のうち、所定の範囲内で最大レベルのインパルス成分（所望遅延波）をサーチする。窓スライド部９は、ピークサーチ部８で特定した最大レベルのインパルス成分のサンプル点から、前後数サンプルの窓関数（矩形窓でもその他の窓でも良い）を導出する。窓関数乗算部４は、窓スライド部９で導出した窓関数をＩＤＦＴ部３から出力されたチャネル応答推定値に乗算する。ＤＦＴ部５は、窓関数が乗算されたチャネル応答推定値を、ＤＦＴ処理により周波数領域のチャネル応答推定値に変換する。サンプル補正部６は、複素除算部２で算出されたチャネル応答推定値から置き換えデータを算出し、サンプル置換部７は、ＤＦＴ部５から出力されるチャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分のデータを、サンプル補正部６が算出した置き換えデータで置き換える。

本発明の第３の実施形態に係るチャネル推定装置は、チャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分に発生する歪みを解消することができるので、チャネル応答の推定精度を向上させることができる。
また、本発明の第３の実施形態に係るチャネル推定装置は、窓関数対象時間内に不要な雑音成分が混在しないように窓関数を導出することができるので、チャネル応答の推定精度を向上させることができる。

１、２１ 参照信号レプリカ生成部
２、２２ 複素除算部
３、２３ ＩＤＦＴ部
４、２４ 窓関数乗算部
５、２５ ＤＦＴ部
６ サンプル補正部
７ サンプル置換部
８ ピークサーチ部
９ 窓スライド部
１１−１、１１−２ 無線受信部
１２−１、１２−２ Ａ／Ｄ変換部
１３−１、１３−２ ＣＰ除去部
１４−１、１４−２ ＦＦＴ部
１５−１、１５−２ チャネル推定部
１６ チャネル等化部
１７ サブキャリアデマッピング部
１８ 復調部

Claims (5)

1. 参照信号が挿入された受信信号を、前記参照信号のレプリカで複素除算することによりチャネル応答推定値を算出して伝搬路の状態を推定するチャネル推定装置であって、
   前記複素除算により算出されたチャネル応答推定値を、ＩＤＦＴ処理により時間領域のチャネル応答推定値に変換するＩＤＦＴ部と、
   前記ＩＤＦＴ処理後の所望波信号のチャネル応答推定値に窓関数を乗算する窓関数乗算部と、
   前記窓関数が乗算されたチャネル応答推定値を、ＤＦＴ処理により周波数領域のチャネル応答推定値に変換するＤＦＴ部と、
   前記複素除算により算出されたチャネル応答推定値から置き換えデータを算出するサンプル補正部と、
   前記ＤＦＴ部から出力されたチャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分のデータを、前記サンプル補正部が算出した前記置き換えデータで置き換えるサンプル置換部と、
   を備えることを特徴とするチャネル推定装置。
2. 前記サンプル補正部は、前記複素除算により算出されたチャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分から置き換えポイント数分のデータを抽出し、抽出したデータを前記置き換えデータとすることを特徴とする請求項１に記載のチャネル推定装置。
3. 前記サンプル補正部は、前記複素除算により算出されたチャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分から置き換えポイント数分のデータを抽出し、抽出したデータの平均値を前記置き換えデータとすることを特徴とする請求項１に記載のチャネル推定装置。
4. 前記サンプル補正部は、前記複素除算により算出されたチャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分から置き換えポイント数分のデータを抽出し、抽出したデータの平均値を算出し、算出した平均値に忘却係数を乗算したデータを前記置き換えデータとすることを特徴とする請求項１に記載のチャネル推定装置。
5. 参照信号が挿入された受信信号を、前記参照信号のレプリカで複素除算することによりチャネル応答推定値を算出して伝搬路の状態を推定するチャネル推定方法であって、
   前記複素除算により算出されたチャネル応答推定値を、ＩＤＦＴ処理により時間領域のチャネル応答推定値に変換するステップと、
   前記ＩＤＦＴ処理後の所望波信号のチャネル応答推定値に窓関数を乗算するステップと、
   前記窓関数が乗算されたチャネル応答推定値を、ＤＦＴ処理により周波数領域のチャネル応答推定値に変換するステップと、
   前記複素除算により算出されたチャネル応答推定値から置き換えデータを算出するステップと、
   ＤＦＴ処理後のチャネル応答推定値のデータが割り当てられている周波数帯域両端の高域部分と低域部分のデータを、前記置き換えデータで置き換えるステップと、
   を含むことを特徴とするチャネル推定方法。

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