JP2013201582A - 受信装置、復号後尤度算出装置および受信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ブロック符号により誤り訂正を行った情報を優れた誤り率で伝送することができる受信装置を提供すること。
【解決手段】送信装置から受信した信号について、符号化ビット毎の復調結果を生成する復調部と、復調結果に基づき、ブロック符号の復号後の尤度を算出する復号部と、復号後の尤度に基づき、シンボルレプリカを生成するシンボルレプリカ生成部と、シンボルレプリカを用いて、受信した信号から干渉を除去するキャンセル部とを具備することを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】送信装置から受信した信号について、符号化ビット毎の復調結果を生成する復調部と、復調結果に基づき、ブロック符号の復号後の尤度を算出する復号部と、復号後の尤度に基づき、シンボルレプリカを生成するシンボルレプリカ生成部と、シンボルレプリカを用いて、受信した信号から干渉を除去するキャンセル部とを具備することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、受信装置、復号後尤度算出装置および受信方法に関する。
3GPP(3rd Generation Partnership Project)で標準化が行なわれた無線通信システムであるLTE(Long Term Evolution)リリース8(Rel-8)は、最大20MHzの帯域を利用して通信を行うことが可能である。
LTEの上りリンク(移動局から基地局への通信)は、データを送信するためのPUSCH(Physical Uplink Shared CHannel)、基地局が移動局との間の伝搬路(チャネル)状態を把握するためのSRS(Sounding Reference Signal)、および制御情報を送信するためのPUCCH(Physical Uplink Control CHannel)から構成される。Rel-8では、1送信タイミングで、上記の信号のうち、いずれか1つを送信する。
LTEの上りリンク(移動局から基地局への通信)は、データを送信するためのPUSCH(Physical Uplink Shared CHannel)、基地局が移動局との間の伝搬路(チャネル)状態を把握するためのSRS(Sounding Reference Signal)、および制御情報を送信するためのPUCCH(Physical Uplink Control CHannel)から構成される。Rel-8では、1送信タイミングで、上記の信号のうち、いずれか1つを送信する。
PUCCHにおいて、各UE(User Equipment、移動局)は送信する情報をUE毎に異なる拡散符号を用いて周波数領域に拡散して送信する。ここで各UEの送信信号は同じリソースを共有するが、各UEの拡散には直交符号を用いるため、周波数非選択性フェージング環境下では、干渉の発生しない通信を行うことが可能である。しかしながら、周波数選択性フェージング環境下では直交性の崩れに伴う他UEからの干渉によって、伝送特性が著しく劣化してしまうという問題があった。
そこでLTEを発展させたLTE−Advanced(LTE−A)では、UEに複数の拡散符号を割り当て、同一情報を異なる拡散符号で拡散し、それぞれ異なる送信アンテナから送信する空間直交リソース送信ダイバーシチ(SORTD; Spatially Orthogonal Resource Transmit Diversity)が採用されている(非特許文献1参照)。eNB(enhanced Node B、基地局)では、それぞれの拡散符号によって逆拡散を行い、合成を行うことで、送信アンテナダイバーシチ効果を得ることができるため、特性を改善できる。
そこでLTEを発展させたLTE−Advanced(LTE−A)では、UEに複数の拡散符号を割り当て、同一情報を異なる拡散符号で拡散し、それぞれ異なる送信アンテナから送信する空間直交リソース送信ダイバーシチ(SORTD; Spatially Orthogonal Resource Transmit Diversity)が採用されている(非特許文献1参照)。eNB(enhanced Node B、基地局)では、それぞれの拡散符号によって逆拡散を行い、合成を行うことで、送信アンテナダイバーシチ効果を得ることができるため、特性を改善できる。
また、優れた伝送特性を得る方法としては、ターボ符号やLDPC(低密度パリティチェック)符号など、復号時に尤度を算出する符号にて誤り訂正符号化された信号を、受信処理において該尤度を用いて繰り返し処理(ターボ等化、SIC(Successive Interference Cancellation)、PIC(Parallel Interference Cancellation)等)を行う方法がある(例えば非特許文献2)。
3GPP、"Radio Resource Control(RRC);Protocol specification(Release 10)"、3GPP TS 36.331 V10.0.0
D. Reynolds and X.Wang, "Low complexity turbo-equalization for diversity channels," Signal Processing, vol. 81, no. 5, pp. 989-995, May 2001.
上述の非特許文献1などで規定されるLTE、LTE−Aにおいて、PUCCHに関して、送信する情報の種類によって複数の送信方法が規定されている。特にPUCCH format2などでは、誤り訂正符号としてReed−Muller符号というブロック符号が用いられている。ここでReed−Muller符号などのブロック符号は、復号時に尤度を算出しない誤り訂正符号であるため、非特許文献2のような繰り返し処理などは行えず、十分な誤り率が得られないことがあるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ブロック符号により誤り訂正を行った情報を優れた誤り率で伝送することができる受信装置、復号後尤度算出装置および受信方法を提供することにある。
(1)この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様は、ブロック符号により誤り訂正された符号化ビットを送信する送信装置からの信号を受信する受信装置であって、前記送信装置から受信した信号について、前記符号化ビット毎の復調結果を生成する復調部と、前記復調結果に基づき、前記ブロック符号の復号後の尤度を算出する復号部と、前記復号後の尤度に基づき、シンボルレプリカを生成するシンボルレプリカ生成部と、前記シンボルレプリカを用いて、前記受信した信号から干渉を除去するキャンセル部とを具備することを特徴とする。
(2)また、本発明の他の態様は、上述の受信装置であって、前記復号部は、前記符号化ビット各々の復号後の尤度を算出する際に、前記ブロック符号に基づく符号化ビット系列の候補のうち、当該符号化ビットが1である候補であって、前記復号前の尤度の系列に最も近い候補と、当該符号化ビットが0である候補であって、復号前の尤度の系列に最も近い候補とのみを用いることを特徴とする。
(3)また、本発明の他の態様は、上述の受信装置であって、前記復号部は、前記符号化ビット各々の復号後の尤度を算出する際に、雑音として熱雑音を用いることを特徴とする。
(4)また、本発明の他の態様は、上述の受信装置であって、前記復号部は、前記符号化ビット各々の復号後の尤度を算出する際に、熱雑音電力と干渉電力とを併せた電力を用いることを特徴とする。
(5)また、本発明の他の態様は、ブロック符号により符号化された符号化ビットの復号後の尤度を算出する復号後尤度算出装置であって、前記ブロック符号に基づく符号化ビット系列の候補のうち、当該符号化ビットが1である候補であって、前記復号前の尤度の系列に最も近い候補と、当該符号化ビットが0である候補であって、復号前の尤度の系列に最も近い候補とのみを用いて、前記復号後の尤度を算出することを特徴とする。
(6)また、本発明の他の態様は、ブロック符号により誤り訂正された符号化ビットを送信する送信装置からの信号を受信する受信方法であって、前記送信装置から受信した信号に基づき、前記符号化ビットの復号前の尤度を算出する復調過程と、前記復号前の尤度に基づき、前記ブロック符号の復号後の尤度を算出する復号過程と、前記復号後の尤度に基づき、シンボルレプリカを生成するシンボルレプリカ生成過程と、前記シンボルレプリカを用いて、前記受信した信号から干渉を除去するキャンセル過程とを有することを特徴とする。
この発明によれば、ブロック符号により誤り訂正を行った情報を優れた誤り率で伝送することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。LTEの制御情報を例に説明を行うが、Reed−Muller符号を用いれば、制御情報に限定されず、データ送信に適用することも可能である。また、Reed−Muller符号を例に説明を行うが、ブロック符号であれば他の符号へも適用可能である。
[第1の実施の形態]
以下、本発明の第1の実施の形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態における無線通信システム10の構成を示す概略ブロック図である。無線通信システム10は、本実施形態における送信装置である端末装置(移動局装置ともいう)100、200、本実施形態における受信装置である基地局装置300を含んで構成される。なお、図1には、端末装置を2つ示したが、1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。各端末装置100、200は、ユーザデータを伝送するPUSCH(Physical Uplink Shared Channel;物理上りリンク共用チャネル)だけではなく、制御情報を伝送するPUCCH(Physical Uplink Control Channel;物理上りリンク制御チャネル)の送信も行う。PUCCHについては、各端末装置は同じリソースを共有して送信する。ここで、リソースとは無線リソースとも言い、周波数と、時間とで決まる。すなわち、同じリソースを共有して送信するとは、同じ周波数を用いて、同じ時間に送信することである。
以下、本発明の第1の実施の形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態における無線通信システム10の構成を示す概略ブロック図である。無線通信システム10は、本実施形態における送信装置である端末装置(移動局装置ともいう)100、200、本実施形態における受信装置である基地局装置300を含んで構成される。なお、図1には、端末装置を2つ示したが、1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。各端末装置100、200は、ユーザデータを伝送するPUSCH(Physical Uplink Shared Channel;物理上りリンク共用チャネル)だけではなく、制御情報を伝送するPUCCH(Physical Uplink Control Channel;物理上りリンク制御チャネル)の送信も行う。PUCCHについては、各端末装置は同じリソースを共有して送信する。ここで、リソースとは無線リソースとも言い、周波数と、時間とで決まる。すなわち、同じリソースを共有して送信するとは、同じ周波数を用いて、同じ時間に送信することである。
図2は、本実施形態における送信フレーム構成の一例を示す図である。本実施形態における送信フレームの構成は、LTEのPUCCH format2と同様である。図2において横軸は周波数であり、最小単位は1サブキャリア(LTEではRE(Resource Element)と呼ぶ)である。また、縦軸は時間であり、最小単位は1SC−FDMAシンボルである。また斜線でハッチングされた矩形はDMRS(DeModulation Reference Signal、復調用参照信号)が送信されるサブキャリアである。白抜きの矩形はPUCCH format2が送信されるサブキャリアである。システム帯域SBの中心部分SCHは、PUSCHを送信するための帯域である。なお、この中心部分SCH内にも、DMRSが送信されるサブキャリアが存在する。
このように、PUCCHはシステム帯域の端で送信される。なお、LTEと同様に、第1のスロット(1〜7番目のSC−FDMAシンボル)と第2のスロット(8〜14番目のSC−FDMAシンボル)でPUCCHの送信に利用する周波数を変更することで周波数ダイバーシチ効果を得る構成となっている。このようにPUCCH format2は図2の白抜きで示されるサブキャリア120本(12×5×2)を用いて送信される。
図3は、端末装置100の構成を示す概略ブロック図である。端末装置200の構成は、端末装置100の構成と同様であるので、ここでは説明を省略する。端末装置100は、符号化部101、変調部102、周波数拡散部103、DMRS生成部104、周波数マッピング部105、SC−FDMA信号生成部106、送受信アンテナ107、符号化部108、変調部109、DFT部110、受信部111を含んで構成される。なお、図3において送信アンテナ数は1であるが、複数の送信アンテナを備え、SORTD(Spatially Orthogonal Resource Transmit Diversity;空間直交リソース送信ダイバーシチ)のような送信ダイバーシチを行うようにしてもよいし、異なる制御情報をそれぞれの送信アンテナから送信するようにしてもよい。
符号化部101には、Nビットの制御情報ビットCBからなる制御情報ビットベクトル(N行1列)が入力される。ここでNは13以下の整数である。また、制御情報ビットCBは、上述のPUCCHにて伝送される制御情報を表すビット列である。符号化部101は、このベクトルに対して、ブロック符号の一種であるReed−Muller符号による符号化を行い、20ビットの符号化ビット系列からなる符号化ビットベクトルを得る。なお、ターボ符号では、本実施形態のように符号化するビット数が少ない場合には、誤り訂正能力が著しく低下してしまう。しかし、Reed−Muller符号などのブロック符号では、符号化するビット数が少ない場合においても、良好な誤り訂正能力を発揮することができる。そのため、制御情報などのビット数が少ない情報には、ブロック符号を用いることが好ましい。
以下、Reed−Muller符号による符号化方法について説明を行う。符号化部101は、入力された制御情報ビットベクトル(N行1列)に対して、図4に示す、各要素が0または1となっている20行13列の行列を左から乗算する。図4の表は、3GPP TS 36.212 V10.2.0のTable5.2.3.3−1に記載されている。ただしNが13より小さい場合は、図4の行列のうち左側からN列(Mi,0〜Mi,N−1)を切り出して使用する。つまり20行N列の行列を左から乗算する。符号化部101は、乗算することで得られるベクトルの各要素を2で割った余りを算出し、符号化ビットベクトルとする。得られた符号化ビットベクトル(20行1列)は、変調部102に入力される。
変調部102は、符号化部101が符号化ビットベクトルに対して、QPSK(Quaternary Phase Shift Keying;四位相偏移変調)シンボル系列への変調を行う。なお、BPSK(Binary Phase Shift Keying;二位相偏移変調)シンボル系列への変調であってもよいし、いずれかを選択できるようにしてもよい。ここでは、QPSKシンボル系列への変調であるので、符号化ビットベクトル(20行1列)は10個のQPSKシンボルd(0)〜d(9)からなるシンボル系列に変換される。変換後のシンボル系列は周波数拡散部103に入力される。
周波数拡散部103は、入力されたシンボル系列を次式(1)によって拡散し、拡散シンボル系列を生成する。なお、式(1)は、送信アンテナ数が1の場合の式である。送信アンテナ数が1を超えるときは、送信アンテナ間でrが直交するように、αの値を送信アンテナ毎に異なる値とするが、ここでは詳細な説明は省略する。
また、式(1)におけるru,v (α)(n)は次式(3)で与えられる。
つまりru,v (α)(n)は、ru,v(n)に対して、端末装置毎に異なるサイクリックシフトαによって隣接サブキャリア間で一定の位相回転を与えた系列である。適切なαを選択することにより、ru,v (α)(n)を直交拡散符号とすることができる。ここで、ru,v(n)は次式(4)で表わされる。
式(4)中のφ(n)は図5に示す値であり、図中のuの値は上位レイヤから通知される値によって算出される。図5の表は、3GPP TS 36.211 V10.4.0のTable5.5.1.2−1に記載されている。
すなわち、周波数拡散部103は、10シンボル(d(0)〜d(9)が入力されると、各シンボルを周波数方向に12拡散し、120シンボル(z(0)〜z(119))からなる拡散シンボル系列を算出する。算出した拡散シンボル系列は周波数マッピング部105に入力される。
すなわち、周波数拡散部103は、10シンボル(d(0)〜d(9)が入力されると、各シンボルを周波数方向に12拡散し、120シンボル(z(0)〜z(119))からなる拡散シンボル系列を算出する。算出した拡散シンボル系列は周波数マッピング部105に入力される。
DMRS生成部104は、基地局装置300において既知の系列であり、DMRS(復調用参照信号)に用いる符号系列であるDMRS系列を生成する。
周波数マッピング部105は、周波数拡散部103から入力される拡散シンボル系列と、DMRS生成部104から入力されるDMRS系列と、後述するDFT部110から入力される周波数信号の各々を、フレーム構成に従ってリソースエレメントに周波数マッピングし、フレームを生成する。
周波数マッピング部105は、周波数拡散部103から入力される拡散シンボル系列と、DMRS生成部104から入力されるDMRS系列と、後述するDFT部110から入力される周波数信号の各々を、フレーム構成に従ってリソースエレメントに周波数マッピングし、フレームを生成する。
すなわち、周波数マッピング部105は、拡散シンボル系列を構成する120のシンボルの各々を、図2の白抜きのリソースエレメント(PUCCHのリソースエレメント)にマッピングする。また、周波数マッピング部105は、DMRS系列を構成するシンボルの各々を、図2の斜線のリソースエレメント(DMRSのリソースエレメント)にマッピングする。また、周波数マッピング部105は、周波数信号を構成するシンボルの各々を、図2のシステム帯域の中心部分SCHのリソースエレメント(PUSCHのリソースエレメント)にマッピングする。周波数マッピング部105で生成されたフレームはSC−FDMA信号生成部106に入力される。
SC−FDMA(Single Career-Frequency Division Multiple Access;シングルキャリア周波数分割多元接続)信号生成部106は、入力されたフレームの信号をSC−FDMA信号に変換し、送受信アンテナ107から送信する。
符号化部108には、ユーザデータを表す情報ビットSBが入力される。符号化部108は、入力された情報ビットSBに対して、LDPC(Low Density Parity Check;低密度パリティ検査)符号あるいはターボ符号などの誤り訂正符号化を行い、符号化ビットを生成する。変調部109は、符号化部108が生成した符号化ビットを、BPSK、QPSK、16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)などの変調シンボルへと変調する。DFT(Discrete Fourier Transform;離散フーリエ変換)部110は、所定の数の変調シンボルを離散フーリエ変換して、前述の所定の数と同数のシンボルからなる周波数信号を生成する。生成された周波数信号は、周波数マッピング部105に入力される。受信部111は、送受信アンテナ107を介して、基地局装置100が送信した信号を受信する。
図6は、SC−FDMA信号生成部106の構成を示す概略ブロック図である。SC−FDMA信号生成部106は、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform;逆高速フーリエ変換)部161、CP付加部162、D/A変換部163、アナログ送信処理部164を含んで構成される。
周波数マッピング部105が出力したフレームの信号は、IFFT部161に入力される。IFFT部161は、周波数マッピング部105が出力したフレームの信号に対して、システム帯域全体を対象としたポイント数で、逆高速フーリエ変換を行う。例えば、システム帯域が2048サブキャリアからなるときは、2048ポイントで逆高速フーリエ変換を行う。IFFT部161の出力はCP付加部162に入力される。
周波数マッピング部105が出力したフレームの信号は、IFFT部161に入力される。IFFT部161は、周波数マッピング部105が出力したフレームの信号に対して、システム帯域全体を対象としたポイント数で、逆高速フーリエ変換を行う。例えば、システム帯域が2048サブキャリアからなるときは、2048ポイントで逆高速フーリエ変換を行う。IFFT部161の出力はCP付加部162に入力される。
CP(Cyclic Prefix;サイクリックプレフィックス)付加部162は、IFFT部161の出力に対して、SC−FDMAシンボル単位にその波形の後方の一部をコピーし、該SC−FDMAシンボルの前方に付加する処理を行う。SC−FDMAシンボルの前方に付加される、波形の後方の一部のコピーをサイクリックプレフィックス(CP)という。このCPを付加することで、伝搬路における遅延波の影響を抑えることができる。D/A変換部163は、CP付加部162の出力を、D/A(Digital-to-Analog)変換して、アナログ信号に変換する。アナログ送信処理部164は、D/A変換部163が出力するアナログ信号に対して、アナログフィルタリング、電力増幅、アップコンバージョン等のアナログ処理を行い、送受信アンテナ107に出力する。
端末装置100、200の送受信アンテナ107から送信された信号は、無線伝搬路を経由して基地局装置300のNr本の受信アンテナで受信される。図7は、本実施形態における基地局装置300の構成を示す概略ブロック図である。基地局装置300は、Nr本の受信アンテナ301−1〜301−Nr、Nr個のSC−FDMA信号受信部302−1〜302−Nr、Nr個の周波数デマッピング部303−1〜303−Nr、チャネル推定部304、繰り返し処理部305、情報ビット検出部306、送信部307、送信アンテナ308を含んで構成される。
受信アンテナ301−1〜301−Nrが受信した信号は、それぞれSC−FDMA信号受信部302−1〜302−Nrに入力される。周波数デマッピング部303−1〜303−Nrは、図2のフレーム構成に従って、それぞれ入力された信号から、受信DMRSと、受信PUCCHと、受信PUSCHとを分離する。周波数デマッピング部303−1〜303−Nrは、受信DMRSをチャネル推定部304に出力する。周波数デマッピング部303−1〜303−Nrは、受信PUCCHを繰り返し処理部305に出力する。周波数デマッピング部303−1〜303−Nrは、受信PUSCHを情報ビット検出部306に出力する。
チャネル推定部304は、入力された受信DMRSを用いてチャネル状態を推定し、得られたチャネル推定値CSを繰り返し処理部305、情報ビット検出部306に出力する。繰り返し処理部305は、周波数デマッピング部303−1〜303−Nrからの入力と、チャネル推定値CSを用いて繰り返し処理を行い、図2の制御情報ビットCBを復元した制御情報ビットCB’を得る。情報ビット検出部306は、周波数デマッピング部303−1〜303−Nrからの入力と、チャネル推定値CSとに基づき、図2の情報ビットSBに対応する情報ビットSB’を検出する。送信部307は、送信アンテナ308を介して、端末装置100、200にユーザデータ、制御情報などを送信する。
図8は、SC−FDMA信号受信部302の構成を示す概略ブロック図である。SC−FDMA信号受信部302−1〜302−Nrは、同様の構成を有する。ここでは、これらを代表してSC−FDMA信号受信部302として説明する。SC−FDMA信号受信部302は、アナログ受信処理部321、A/D変換部322、CP除去部323、FFT部324を含んで構成される。
アナログ受信処理部321は、SC−FDMA信号受信部302に入力された信号に対して、ダウンコンバージョン、アナログフィルタリング、AGC(Auto Gain Controll)等のアナログ処理を行なう。アナログ受信処理部321の出力は、A/D変換部322に入力される。A/D変換部322は、入力された信号に対して、A/D(Analog-to-Digital)変換を行い、ディジタル信号に変換する。A/D変換部322の出力は、CP除去部323に入力される。CP除去部323は、入力されたディジタル信号から、送信側で付加されたCPを除去する。CP除去部323の出力は、FFT部324に入力される。FFT部324は、CP除去部323からの入力に対して、FFT(Fast Fourier Transform;高速フーリエ変換)を行い、時間領域から周波数領域への変換を行う。FFT部324の出力は、SC−FDMA信号受信部302の出力として、それぞれ対応する周波数デマッピング部303−1〜303−Nrに入力される。
図9は、繰り返し処理部305の構成を示す概略ブロック図である。図9には、ある制御情報ビット系列を検出する構成を示すが、PUCCHに複数の端末装置100、200の制御情報が多重されている場合は、端末装置100、200各々に対応した繰り返し処理を行う。繰り返し処理部305は、Nr個のキャンセル部351−1〜351−Nr、重み生成部352、等化部353、周波数逆拡散部354、加算部355、復調部356、復号部357、減算部358、シンボルレプリカ生成部359、周波数拡散部360、受信レプリカ生成部361を含んで構成される。
周波数デマッピング部303−1〜303−Nrから入力された信号は、それぞれキャンセル部351−1〜351−Nrに入力される。キャンセル部351−1〜351−Nrは、受信レプリカ生成部361からの入力を、周波数デマッピング部303−1〜303−Nrからの入力から減算し、等化部353に出力する。ただし繰り返しの初回は受信レプリカ生成部361の出力は0に設定し、何もキャンセルしないようにする。
等化部353は、キャンセル部351−1〜351−Nrから入力される信号に対して、重み生成部352から入力される重みを乗算し、受信アンテナ合成を行う。ここで重み生成部352は、図示していないが、チャネル推定部304から入力されるチャネル推定値CSやシンボルレプリカ生成部359で生成されるシンボルレプリカの大きさに基づき重みを生成する。つまり、等化部353は、サブキャリア(リソースエレメント)毎に受信信号に重みを乗算し、受信アンテナ合成を行うことで等化を行う。等化部353は、得られたサブキャリア毎の信号を周波数逆拡散部354に出力する。
周波数逆拡散部354は、式(1)にしたがって図2の周波数拡散部103で行われた周波数方向の拡散に対する逆拡散を、等化部353が出力した信号に対して行う。つまり、周波数逆拡散部354は、等化部353出力の各サブキャリアnに対して、ru,v (α)(n)の複素共役を乗算した後、全サブキャリアを合成する。周波数逆拡散部354の出力は加算部355に入力される。
加算部355は、周波数逆拡散部354の出力と、シンボルレプリカ生成部359の出力の加算を行ない、結果を復調部356に出力する。ただし繰り返しの初回では、シンボルレプリカ生成部359の出力を0とするため、周波数逆拡散部354の出力結果を、そのまま復調部356に出力する。
復調部356は、図2の変調部102で適用された変調方式に基づいて、加算部355の出力に対する復調を行なう。復調部356は、この復調により、符号化ビット毎のLLR(Log Likelihood Ratio;対数尤度比)を生成し、生成した符号化ビットLLRを出力する。復調部356による復調結果(符号化ビットLLR)は復号部357および減算部358に入力される。なお、本実施形態では復調部356がビットLLRを出力する場合を示すが、復調部356がビットLLRではなく、硬判定値を出力したり、軟判定値を出力する構成としてもよい。この場合、復号部357は入力された硬判定値あるいは軟判定値によって、復号を行うことになる。
復号部357(復号後尤度算出装置)は、復調部356から入力された符号化ビットLLRに基づき、制御情報ビットの復号および符号化ビットの復号後LLR(復号後の尤度)を算出する。なお、復号部357は、符号化ビットの復号後LLRの算出の際に、チャネル推定部304が算出したチャネル推定値CS、特に熱雑音の分散σ2を用いる。また、復号部357は、繰り返し処理部305の繰り返し回数を制御する。具体的には、特定の受信PUCCHに対する繰り返し回数が、予め決められた最大回数に達していないときは、復号後LLR系列を算出して減算部358に出力することで該受信PUCCHについての繰り返し処理を継続させる。一方、繰り返し回数が最大回数に達したときは、復号した制御情報ビットCB’を出力して、繰り返し処理を終了させる。制御情報ビットの復号方法、および符号化ビットの復号後LLRの算出方法については後述する。
減算部358は、復調部356から入力された符号化ビットLLR系列を、復号部357から入力された復号後LLR系列から減算する。つまり、復号部357の出力LLR(復号後LLR)から、復号部357への入力LLR(復号前LLR)を減算することで、復号部357でのLLRの改善量である外部LLRを算出する。算出された外部LLRはシンボルレプリカ生成部359に入力される。なお、減算部358を備えず、復号部357が算出した復号後LLR(事後LLRともいう)をそのままシンボルレプリカ生成部359に出力する構成としてもよいし、減算部358が、復号後LLRから、復号部357への入力LLRを重み付けしたものを減算するようにしてもよい。
シンボルレプリカ生成部359は、減算部358から入力された外部LLRに基づき、シンボルレプリカを生成する。シンボルレプリカ生成部359は、図2の変調部102における変調方式に応じた方法でシンボルレプリカを生成する。本実施形態では、変調部102における変調方式はQPSKであるので、シンボルレプリカ生成部359は、式(5)を用いて、シンボルレプリカにおけるn番目のシンボルdチルダ(n)を算出する。式(5)において、Lcode(m)は、m番目のビットの外部LLRである。
ここでnは0以上の整数である。得られたシンボルレプリカは、周波数拡散部360および加算部355に入力される。前述の通り加算部355は、周波数逆拡散部354の出力とシンボルレプリカ生成部359の出力とを、シンボル毎に加算する。周波数拡散部360は、図2の周波数拡散部103と同様に、入力されたシンボルレプリカに対して周波数拡散を行う。周波数拡散された信号は受信レプリカ生成部361に入力される。
受信レプリカ生成部361は、周波数拡散部360から入力された周波数拡散された信号と、チャネル推定部304から入力されたチャネル推定値CSとを用いて、各受信アンテナ301−1〜301−Nrにおける受信信号のレプリカである受信レプリカを生成する。ここで、図9では図示していないが、複数の端末装置100、200の信号が多重されている場合、多重されている端末装置100、200各々に対応した周波数拡散部360からの入力が受信レプリカ生成部361に入力される。また、図7のチャネル推定部307も各端末装置100、200と受信アンテナ301−1〜301−Nrとの間のチャネルをそれぞれ推定し、チャネル推定値CSとして受信レプリカ生成部361に出力する。算出された受信レプリカの各々は、キャンセル部351−1〜351−Nrのうち、同じ受信アンテナ301−1〜301−Nrに対応するものに入力される。
この受信レプリカ生成部361の出力を、キャンセル部351−1〜351−Nrが、周波数デマッピング部303−1〜303−Nrの出力から減算することで、繰り返し処理における次の繰り返しを行う。このように処理を繰り返すことで、シンボルレプリカの精度を向上させる。なお、レプリカとチャネル推定の精度が完全である場合、キャンセル部351−1〜351−Nrは雑音成分のみを等化部353に出力することになる。そして、シンボルレプリカ生成部359からは完全なシンボルレプリカが加算部355に入力されることになるため、干渉成分のない信号が加算部356から出力されることになる。すなわち、処理を繰り返すことで、シンボルレプリカの精度を向上させ、より干渉成分の少ない信号が加算部356から出力されるようにしている。そして、繰り返し回数が最大回数に達したとき、復号部357が算出する、復号後の制御情報ビットCB’を繰り返し処理部305の出力として出力する。
次に復号部357が行う誤り訂正復号処理について説明を行う。復号部357は、制御情報ビットの復号、および符号化ビットの復号後LLRの算出の2つの処理が行なわれるが、初めに制御情報ビットの復号について説明を行う。復号部357は、復調部356から入力される符号化ビットLLR系列(受信符号化ビットLLR系列)を20行1列のベクトルyとして、式(6)によって制御情報ビット系列aを得る。
ここでxcは符号化ビット列bcをBPSK変調し、さらにLLRに変換した系列(符号化ビットLLR系列)のベクトルであり、ベクトルbcは次式で表わされる。
ここで、Mは図4に示す行列であり、X mod 2は、Xを2で除算した時の余りを算出する処理である。すなわち、式(7)は、図2の符号化部101における符号化処理(Reed−Muller符号化)を示す。また、制御情報ビット系列候補acはN行1列のベクトルであり、Nビットの送信制御情報ビット系列がとりうるすべて(2N通り)のパターンのうち、c番目のパターンである。よって、cは0から2N−1まで存在し、制御情報ビット系列候補acは、以下の式(8)で表わされる。なお、前述したように、本実施形態ではN=13である。
つまり、復号部357は、式(6)を用いることで、制御情報ビット系列として考えられるすべての系列ac(cは、0から2N−1)のうち、該系列acを符号化したものと、復調部356の出力との差の合計が最も小さくなる系列aを、制御情報ビットCB’として出力する。
次に復号部357が行なう符号化ビットの復号後LLRの算出法について説明を行う。図2の符号化部101でもの説明したように、制御情報ビット系列ベクトルaと、基地局装置330で生成される符号化ビット系列ベクトルbとの関係(Reed−Muller符号による符号化)は式(9)で表わされる
一方、復号部357が出力する、復号後の第m符号化ビットのLLR、Lcode(m)は式(10)で表わされる。
また、ベイズの定理より、以下の式(11)が成り立つので、式(10)は、式(12)のように変形できる。
さらに、符号化部101の符号化によって得られる符号化ビット系列において、0と1の発生確率が等確率であり、復号部357に事前情報がない場合、式(13)が成り立つ。したがって、式(12)は、式(14)のように変形できる。
ここで、yが、分散σ2(電力)の正規分布に従う雑音(熱雑音)環境下の受信信号であると仮定すると、次式(15)が成り立つ。なお、分散σ2は、受信アンテナ301−1〜301−Nrごとに算出される値であるので、受信アンテナ301−1〜301−Nr毎に異なる値であるときは、平均値を用いるなどする。
上式は、第m符号化ビットが1となる確率を示している。ただし、第m符号化ビットが1となる系列xcは複数存在するため確率の和となっている。第m符号化ビットが0となる確率も同様に与えられるため、これらを用いて、式(14)は式(16)のように変形できる。
ここで式(16)は2N個の系列に対し指数計算を行なう必要があるため、演算量が膨大となる。そこで、第m符号化ビットが1および0となる系列bcの中から、ノルムの2乗値が最も小さくなる系列のみを計算する近似を行うと、式(17)が得られる。
復号部357は、この式(17)を用いて、第m符号化ビットの復号後LLRを算出する。つまり、復号部357は、符号化ビット各々の復号後LLRを算出する際に、ブロック符号に基づく符号化ビット系列の候補のうち、当該符号化ビットが1である候補であって、復号前LLRの系列に最も近い候補と、当該符号化ビットが0である候補であって、復号前LLRの系列に最も近い候補とのみを用いる。具体的には、復号部357は、第m符号化ビットが0である符号化ビットLLR系列各々と、復号前ビットLLR系列yとの距離のうち、最も小さい値(距離)から、第m符号化ビットが1である符号化ビットLLR系列各々と、受信符号化ビットLLR系列yとの距離のうち、最も小さい値(距離)を減算する。この式(17)を用いることで、Reed−Muller符号においても復号後の符号化ビットLLRを算出することができる。
図10は、従来および本実施形態におけるBLER(BLock Error Rate、ブロック誤り率)特性を示すグラフである。縦軸はブロック誤り率であり、横軸は平均SNR(Signal-to-Noise power Ratio、信号対雑音電力比)である。プロットが白抜きの特性(符号L1、L1m、L1mi)は受信アンテナが1本(Nr=1)の時の特性であり、プロットが塗りつぶしの特性(符号L2、L2m、L2mi)は受信アンテナが2本(Nr=2)の時の特性である。シミュレーションモデルとしては、20MHzとし、変調方式はQPSK、チャネルモデルはExtended Typical Urbanモデル、端末装置の移動速度は0km/hとした。チャネル推定は理想的としている。
プロットが丸の特性(L1、L1m、L2、L2m)は繰り返し処理を行なわない場合の特性である。また、プロットが丸であり、かつ、破線で示している特性(L1、L2)は端末装置数が1の場合の特性、実線で示している特性(L1m、L2m)は多重端末装置数が12の場合の特性である。このように、特性L1に比べて、特性L1mは全ての平均SNRに亘ってBLERが大きな値である。同様に、特性L2に比べて、特性L2mは全ての平均SNRに亘ってBLERが大きな値である。すなわち、従来のように繰り返し処理を行わない場合は、多重する端末装置が増えるとBLER特性が劣化している。
一方、プロットが三角形の特性(L1mi、L2mi)は、多重端末装置数は12であり、本実施形態(繰り返し処理を10回行った場合)の特性である。特性L1mに比べて、特性L1miは全ての平均SNRに亘ってBLERが小さな値となっている。同様に、特性L2mに比べて、特性L2miは全ての平均SNRに亘ってBLERが小さな値となっている。すなわち、繰り返し処理を適用することで誤り率を大幅に改善できることが分かる。
このように、本実施形態によれば、誤り訂正符号に、Reed−Muller符号などのブロック符号を用いていても、復号部357が復号後の符号化ビットLLRを算出する。そして、算出した符号化ビットLLRを用いてシンボルレプリカ生成部359がソフトレプリカを生成し、キャンセル部351−1〜351−Nrが各符号化ビットの尤度に応じたキャンセルを行えるので、基地局装置300は繰り返し処理を行うことができる。この結果良好な受信品質を得ることができる。
[第2の実施の形態]
以下、本発明の第2の実施形態を説明する。第2の実施形態における各システム、装置の構成は、第1の実施形態と同様である。ただし、復号部357における復号後の符号化ビットLLRの算出方法が異なる。第1の実施形態で示した通り、復号部357におけるLLRの算出では、分散σ2で正規分布(ガウス分布)する雑音が信号に加算されることを仮定している。
以下、本発明の第2の実施形態を説明する。第2の実施形態における各システム、装置の構成は、第1の実施形態と同様である。ただし、復号部357における復号後の符号化ビットLLRの算出方法が異なる。第1の実施形態で示した通り、復号部357におけるLLRの算出では、分散σ2で正規分布(ガウス分布)する雑音が信号に加算されることを仮定している。
しかしながら、検出対象の信号に、他の端末装置の信号が空間多重されている場合、復号部357に入力される信号(符号化ビットLLR)には、希望信号成分と雑音成分の他に、他の端末装置の信号による干渉も含まれている。例えば、熱雑音が小さい場合、式(17)から算出される復号後LLRは大きくなる。しかし、干渉が大きい場合、希望信号成分が干渉に埋もれるので、復号後LLRは本来小さくなるはずである。そこで、本実施形態では、干渉も考慮して復号後LLRを算出する。
干渉は一般に正規分布しないが、干渉となる信号数(すなわち、同時にPUCCHを送信する端末装置数)が多くなるにつれて中心極限定理より正規分布に近づくことが知られている。つまり干渉端末装置数が多い場合、熱雑音と同様、正規分布の式を用いることができる。
繰り返し等化処理を行う場合、第u端末装置の復号に用いる干渉(キャンセル後の残留干渉)と熱雑音の合計電力の分散σtot,u 2は、式(18)で表わされることが知られている(例えば、非特許文献2参照)。
繰り返し等化処理を行う場合、第u端末装置の復号に用いる干渉(キャンセル後の残留干渉)と熱雑音の合計電力の分散σtot,u 2は、式(18)で表わされることが知られている(例えば、非特許文献2参照)。
ここでhu(k)は第u端末装置と受信アンテナ301−1〜301−Nrの間のチャネル(符号化ビットが伝送されたリソースブロックの第kサブキャリアの周波数応答)であり、Nr行1列のベクトルである。ここで第kサブキャリアは、1、3〜5、7番目のOFDMシンボルに対する処理のときは、システム帯域のうち、周波数の小さい方の端のリソースブロックにおける第0〜第11サブキャリアを示す。また、8、10〜12、14番目のOFDMシンボルに対する処理のときは、システム帯域のうち、周波数の大きい方の端のリソースブロックにおける第0〜第11サブキャリアを示す。またH(k)は検出対象の端末装置を含むU個の端末装置のhu(k)を結合した行列であり、Nr行U列で構成される。またσnoise 2は熱雑音のみの電力であり、Iは、U行U列の単位行列である。duハット(n)はシンボルレプリカ生成部359が出力する、第u端末装置のn番目のシンボルレプリカである。すなわち、0番目のシンボルレプリカは、1番目のOFDMシンボルに対応し、1番目のシンボルレプリカは、3番目のOFDMシンボルに対応し、2番目のシンボルレプリカは、4番目のOFDMシンボルに対応する。
このようにブロック符号を復号する際の雑音電力の計算に、熱雑音の電力だけではなく干渉電力を考慮した電力σtot 2を算出し、例えば式(18)のσ2としてσtot 2を用いることで、精度の高いLLRを算出できるようになる。この結果、伝送特性を改善することができる。
このようにブロック符号を復号する際の雑音電力の計算に、熱雑音の電力だけではなく干渉電力を考慮した電力σtot 2を算出し、例えば式(18)のσ2としてσtot 2を用いることで、精度の高いLLRを算出できるようになる。この結果、伝送特性を改善することができる。
また、繰り返し処理は演算量が多いため、多くのハードウェアを占有する。上述の各実施形態では基地局装置300は、2つの端末装置100、200からPUCCHを受信しているが、多くの端末装置からのPUCCHが空間多重されることがある。しかし、基地局装置300が有するハードウェア資源は有限であるため、多重される端末装置すべてに対して、繰り返し処理を行うためのハードウェアを有していないことも有り得る。このような場合、受信品質の高い端末装置の信号を検出する際は繰り返し処理を行なわず、受信品質の低い端末装置の信号を検出する際は繰り返し処理を行う構成としてもよい。受信品質の基準としては、受信参照信号から算出されるSINR(あるいはSNR)としてもよいし、SORTDのような送信ダイバーシチを行う端末装置は、受信品質が高いとしてもよい。
また、上述した各実施形態における端末装置100、200および基地局装置300の一部、または全部を典型的には、集積回路であるLSIとして実現してもよい。端末装置100、200および基地局装置300の各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、または全部を集積してチップ化してもよい。また、集積回路化の手法はLSIに限らず、専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。ハイブリッド、モノリシックのいずれでも良い。一部は、ハードウェアにより、一部はソフトウェアにより機能を実現させても良い。
また、半導体技術の進歩により、LSIに代替する集積回路化等の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。
また、半導体技術の進歩により、LSIに代替する集積回路化等の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。
また、上述した各実施形態における端末装置100、200および基地局装置300の各部またはその一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部を実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
本発明は、携帯電話装置を端末装置とする移動通信システムに用いることができるが、これに限定されない。
10…無線通信システム
100、200…端末装置
101、108…符号化部
102、109…変調部
103…周波数拡散部
104…DMRS生成部
105…周波数マッピング部
106…SC−FDMA信号生成部
107…送受信アンテナ
110…DFT部
111…受信部
161…IFFT部
162…CP付加部
163…D/A変換部
164…アナログ送信処理部
300…基地局装置
301−1〜301−Nr…受信アンテナ
302−1〜302−Nr…SC−FDMA信号受信部
303−1〜303−Nr…周波数デマッピング部
304…チャネル推定部
305…繰り返し処理部
306…情報ビット検出部
307…送信部
308…送信アンテナ
321…アナログ受信処理部
322…A/D変換部
323…CP除去部
324…FFT部
351−1〜351−Nr…キャンセル部
352…重み生成部
353…等化部
354…周波数拡散部
355…加算部
356…復調部
357…復号部
358…減算部
359…シンボルレプリカ生成部
360…周波数拡散部
361…受信レプリカ生成部
100、200…端末装置
101、108…符号化部
102、109…変調部
103…周波数拡散部
104…DMRS生成部
105…周波数マッピング部
106…SC−FDMA信号生成部
107…送受信アンテナ
110…DFT部
111…受信部
161…IFFT部
162…CP付加部
163…D/A変換部
164…アナログ送信処理部
300…基地局装置
301−1〜301−Nr…受信アンテナ
302−1〜302−Nr…SC−FDMA信号受信部
303−1〜303−Nr…周波数デマッピング部
304…チャネル推定部
305…繰り返し処理部
306…情報ビット検出部
307…送信部
308…送信アンテナ
321…アナログ受信処理部
322…A/D変換部
323…CP除去部
324…FFT部
351−1〜351−Nr…キャンセル部
352…重み生成部
353…等化部
354…周波数拡散部
355…加算部
356…復調部
357…復号部
358…減算部
359…シンボルレプリカ生成部
360…周波数拡散部
361…受信レプリカ生成部
Claims (6)
- ブロック符号により誤り訂正された符号化ビットを送信する送信装置からの信号を受信する受信装置であって、
前記送信装置から受信した信号について、前記符号化ビット毎の復調結果を生成する復調部と、
前記復調結果に基づき、前記ブロック符号の復号後の尤度を算出する復号部と、
前記復号後の尤度に基づき、シンボルレプリカを生成するシンボルレプリカ生成部と、
前記シンボルレプリカを用いて、前記受信した信号から干渉を除去するキャンセル部と
を具備することを特徴とする受信装置。 - 前記復号部は、前記符号化ビット各々の復号後の尤度を算出する際に、前記ブロック符号に基づく符号化ビット系列の候補のうち、当該符号化ビットが1である候補であって、前記復号前の尤度の系列に最も近い候補と、当該符号化ビットが0である候補であって、復号前の尤度の系列に最も近い候補とのみを用いることを特徴とする請求項1に記載の受信装置。
- 前記復号部は、前記符号化ビット各々の復号後の尤度を算出する際に、雑音として熱雑音を用いることを特徴とする請求項1に記載の受信装置。
- 前記復号部は、前記符号化ビット各々の復号後の尤度を算出する際に、熱雑音電力と干渉電力とを併せた電力を用いることを特徴とする請求項1に記載の受信装置。
- ブロック符号により符号化された符号化ビットの復号後の尤度を算出する復号後尤度算出装置であって、
前記ブロック符号に基づく符号化ビット系列の候補のうち、当該符号化ビットが1である候補であって、前記復号前の尤度の系列に最も近い候補と、当該符号化ビットが0である候補であって、復号前の尤度の系列に最も近い候補とのみを用いて、前記復号後の尤度を算出すること
を特徴とする復号後尤度算出装置。 - ブロック符号により誤り訂正された符号化ビットを送信する送信装置からの信号を受信する受信方法であって、
前記送信装置から受信した信号に基づき、前記符号化ビットの復号前の尤度を算出する復調過程と、
前記復号前の尤度に基づき、前記ブロック符号の復号後の尤度を算出する復号過程と、
前記復号後の尤度に基づき、シンボルレプリカを生成するシンボルレプリカ生成過程と、
前記シンボルレプリカを用いて、前記受信した信号から干渉を除去するキャンセル過程と
を有することを特徴とする受信方法。
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