JP2014154923A - 受信装置及び受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】演算量を抑えながら、良好な伝送特性が得られる受信装置及び受信方法を提供する。
【解決手段】周波数偏移変調を用いてＭＩＭＯ通信を行う受信装置であって、受信アンテナ部２０１−１〜２０１−ｎ_Ｒで受信した信号をサンプリングして得られる離散時刻信号に対して周波数領域等化を行う。前記等化後の信号から第１の仮判定値を求め、前記第１の仮判定値を用いて符号間干渉のレプリカを生成し、前記離散時刻信号から前記符号間干渉のレプリカの減算を行うＩＳＩ除去部と、前記ＩＳＩ除去部の出力信号に対して最尤検出を行う最尤検出部とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、受信装置及び受信方法に関する。

近年、無線通信において高速大容量伝送が可能なＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）伝送についての研究が盛んに行われている。

ＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ；周波数偏移変調）信号にＭＩＭＯ伝送を適用した技術が特許文献１に記載されている。図７は特許文献１に記載の技術の送信装置の構成を示す概略ブロック図である。特許文献１における送信装置は、Ｍ−ＦＳＫ（Ｍ ａｒｙ−ＦＳＫ）変調部５００１−１〜５００１−ｎ_Ｔ、ゼロ挿入部５００２−１〜５００２−ｎ_Ｔ、送信アンテナ部５００３−１〜５００３−ｎ_Ｔを備える。Ｍ−ＦＳＫ変調部５００１−１〜５００１−ｎ_ＴはデータビットをＭ−ＦＳＫ変調する。ゼロ挿入部５００２−１〜５００２−ｎ_Ｔはブロック間干渉を低減するためにゼロを挿入する。ゼロ挿入された信号は、送信アンテナ部５００３−１〜５００３−ｎ_Ｔで、デジタル・アナログ変換、フィルタリング、無線周波数変換等を行い、送信アンテナから送信する。

図８は特許文献１に記載の受信装置の構成を示す概略ブロック図である。特許文献１における受信装置は、受信アンテナ部５１０１−１〜５１０１−ｎ_Ｒ、最尤検出部５１０２を備える。受信アンテナ部５１０１−１〜５１０１−ｎ_Ｒは、無線周波数変換、Ｉ−Ｑ検波、サンプリング等を行い、離散時刻信号を生成する。最尤検出部５１０２は、離散時刻信号と送信信号候補から生成される受信レプリカを用いて最尤検出を行い、データビットを求める。

特開２０１１−１９９８３０号公報

特許文献１に記載の技術は、最尤検出を行うため、良好な伝送特性が得られる一方で、伝搬路のマルチパス数が増加すると、演算量が非常に多くなるという問題がある。

本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、演算量を抑えながら、良好な伝送特性が得られる受信装置及び受信方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために本発明に係る受信装置及び受信方法の構成は、次の通りである。

本発明の受信装置は、周波数偏移変調を用いてＭＩＭＯ通信を行う受信装置であって、
受信アンテナで受信した信号をサンプリングして得られる離散時刻信号に対して周波数領域等化を行う等化部と、
前記等化後の信号から第１の仮判定値を求める判定部と、
前記第１の仮判定値を用いて符号間干渉のレプリカを生成し、前記離散時刻信号から前記符号間干渉のレプリカの減算を行うＩＳＩ除去部と、
前記ＩＳＩ除去部の出力信号に対して最尤検出を行う最尤検出部と、
を備えることを特徴とする。

また、本発明の受信装置において、前記最尤検出部は、第２の仮判定値を求め、前記ＩＳＩ除去部は、前記第２の仮判定値を用いて、符号間干渉のレプリカを生成し、前記離散時刻信号から前記符号間干渉のレプリカの減算を行うこと、
を特徴とする。

また、本発明の受信方法は、周波数偏移変調を用いてＭＩＭＯ通信を行う受信装置における受信方法であって、
受信アンテナで受信した信号をサンプリングして得られる離散時刻信号に対して周波数領域等化を行う等化過程と、
前記等化後の信号から第１の仮判定値を求める判定過程と、
前記第１の仮判定値を用いて符号間干渉のレプリカを生成し、前記離散時刻信号から前記符号間干渉のレプリカの減算を行うＩＳＩ除去過程と、
前記ＩＳＩ除去部の出力信号に対して最尤検出を行う最尤検出過程と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、符号間干渉レプリカを用いて符号間干渉除去を行うため、良好な伝送特性を得ながらも、最尤検出よりも演算量を低減できる。

第１の実施形態に係る送信装置の構成を示す概略図である。 第１の実施形態に係る受信装置の構成を示す概略図である。 第１の実施形態に係る送信信号レプリカのコピーの説明図である。 第１の実施形態に係る受信処理のフローチャートである。 実験例に係るシミュレーションの諸元である。 シミュレーション結果を示す図である。 従来技術における送信装置の構成を示す概略図である。 従来技術における受信装置の構成を示す概略図である。

（第１の実施形態）
図１は本実施形態における送信装置の構成を示す概略ブロック図である。送信装置は、Ｍ−ＦＳＫ（Ｍ ａｒｙ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ；周波数偏移変調）変調部１０１、直並列変換部１０２、ＣＰ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘ；サイクリックプレフィックス）挿入部１０３−１〜１０３−ｎ_Ｔ、送信アンテナ部１０４−１〜１０４−ｎ_Ｔを備える。なお、ｎ_Ｔは送信アンテナ数を表す。データビットは、Ｍ−ＦＳＫ変調部１０１でＦＳＫ変調される。ＦＳＫ変調された信号は、直並列変換部１０２で直列・並列変換され、ＣＰ挿入部１０３−１〜１０３−ｎ_ＴでＣＰが挿入され、送信アンテナ部１０４−１〜１０４−ｎ_Ｔでデジタル・アナログ変換、フィルタリング、無線周波数変換等を行い、送信アンテナから送信される。

図２は本実施形態における受信装置の構成を示す概略ブロック図である。受信装置は、受信アンテナ部２０１−１〜２０１−ｎ_Ｒ、ＣＰ除去部２０１−１〜２０２−ｎ_Ｒ、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；高速フーリエ変換）部２０３−１〜２０３−ｎ_Ｒ、等化部２０４、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）部２０５−１〜２０５−ｎ_Ｔ、判定部２０６、ＩＳＩ（Ｉｎｔｅｒ Ｓｙｍｂｏｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；符号間干渉）除去部２０７、最尤検出（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ＭＬＤ）部２０８、並直列変換部２０９を備える。なお、ｎ_Ｒは受信アンテナ数を表す。受信アンテナ部２０１−１〜２０１−ｎ_Ｒは、受信した信号に対して、無線周波数変換、Ｉ−Ｑ検波、サンプリング等を行い、離散時刻信号を生成する。ＣＰ除去部２０２−１〜２０２−ｎ_ＲでＣＰを除去する。ＣＰ除去後の離散時刻信号は、ＦＦＴ部２０３−１〜２０３−ｎ_Ｒ、ＩＳＩ除去部２０７に出力される。ＦＦＴ部２０３−１〜２０３−ｎ_Ｒは、入力信号に対し時間周波数変換を行う。等化部２０４は、各周波数ポイントで伝搬路の補償を行う。ＩＦＦＴ部２０５−１〜２０５−ｎ_Ｔは周波数時間変換を行い、等化後の時間信号を求める。判定部２０６は、ＦＳＫの復調を行い、データビットを求める。判定部２０６の出力を仮判定値（第１の仮判定値ともいう）とする。ＩＳＩ除去部２０７は、仮判定値からＩＳＩのレプリカ信号を作成し、離散時刻信号から減算することでＩＳＩの除去を行う。最尤検出部２０８は、ＩＳＩ除去後の信号に対して、最尤検出を行う。このとき、ＩＳＩが除去されているため、遅延波の影響なく最尤検出を行うことができるため、最尤検出を行う際の送信信号候補の数を大幅に削減することができるため、演算量を大幅に低減することができる。予め決められた規定回数の最尤検出を行なっていない場合は仮判定値を求めてＩＳＩ除去部２０７に出力する。なお、最尤検出部２０８が求める仮判定値を第２の仮判定値ともいう。規定回数の最尤検出を行なった場合は判定したビット系列を並直列変換部２０９に出力する。並直列変換部２０９は、並列・直列変換を行い、受信したデータビットを出力する。なお、上記受信装置の一部あるいは全部をチップ化して集積回路となる場合、各機能ブロックに対して制御を行うチップ制御回路を有する。

受信装置の処理を、数式を用いて説明する。離散時刻信号ｙを式（１）のように表す。

なお、ｘは送信信号ベクトル、ｎは雑音ベクトル、Ｈは次式（２）のように第ｊ送信アンテナと第ｉ受信アンテナとの間の通信路行列Ｈ_ｉｊで表される通信路行列である。

また、Ｈ_ｉｊは次式（３）のようにマルチパスｈ_ｉｊ（０）、・・・、ｈ_ｉｊ（Ｎ−１）で表される行列である。なお、ＮはＦＦＴポイント数であり、１ブロック内の変調シンボル数をｎ、１シンボルあたりのサンプル点数をｃとすると、Ｎ＝ｎｃである。

式（１）をＦＦＴ部２０３−１〜２０３−ｎ_Ｒで周波数領域に変換した信号Ｙを次式（４）のように表す。

なお、式（４）のＨ、Ｘ、Ｎはそれぞれ、式（１）のＨ、ｘ、ｎの周波数領域信号を表す。

等化部２０４は式（４）のＹに対して、次式（５）のような第ｆ周波数ポイントにおける重みを用いて周波数ポイントごとに等化を行う。

なお、σ^２は平均雑音電力、Ｉ_ＮはＮ行Ｎ列の単位行列を表す。また、Ｃ（ｆ）は次式（６）のようにＭ−ＦＳＫ信号の電力スペクトル密度の理論値Ｓ_ａ（ｆ）に関する係数である。なお、Ｔ_ｓは１シンボル時間である。

また、Ａ_ｎ（ｆ）は次式（７）のように表される。

なお、ｈはＦＳＫの変調指数を表す。また、Ｂ_ｎｍ（ｆ）は次式（８）のように表される。

なお、α_ｎｍ、βはそれぞれ次式（９）、（１０）のように表される。

等化後、ＩＦＦＴにより時間領域に変換して仮判定値を求める。

次に、ＩＳＩを除去するために仮判定値を用いてＩＳＩのレプリカを生成する。ここでは一例として１シンボル目（ｋ＝０）のレプリカ生成について説明を行うが、その他のシンボルについても同様に求めることができる。

仮判定値から生成される第ｊ送信アンテナにおける変調信号レプリカのｋ番目をｘ_ｊ ^（０）（ｋ）（ｋ＝０、１、・・・、ｎＴ_ｓ−１）とする。なお、上付きの（・）は最尤検出を行った回数を表している。０の場合は、１度も最尤検出が行われていない場合を示す。ｘ_ｊ ^（０）（ｋ）を用いて、第ｉ受信アンテナにおける第ｊ送信アンテナからの第１シンボルのＩＳＩレプリカは第１シンボル以外のレプリカを用いて次式（１１）のように生成できる。

なお、式（１１）の０、・・・、０の箇所が第１シンボルに対応している。式（１１）で求めたレプリカを式（１２）、（１３）のようにまとめて、第１シンボルに対するＩＳＩレプリカを生成する。

式（１３）で得られたＩＳＩレプリカを次式（１４）のように離散時刻信号から減算してＩＳＩ除去を行う。

ＩＳＩ除去後の信号に対して最尤検出を行う。最尤検出は、全送信信号候補に対する受信レプリカを作成し、受信信号と受信レプリカとの２乗ユークリッド距離が最も小さくなる送信信号候補を送信された信号と判定する。受信レプリカｙ_ｉ’’は次式（１５）、（１６）のように生成される。

ただし、式（１６）のｘ_ｊ ^（０）（０）、・・・、ｘ_ｊ ^（０）（Ｔ_ｓ−１）は第１シンボルの第ｐ送信信号候補を表している。求めた受信レプリカを用いて次式（１７）のように２乗ユークリッド距離を求める。

以上と同様な処理を行なって第２シンボル以降も求める。なお、第２シンボル以降は、それ以前に求めた判定結果を用いて仮判定値を更新し、ＩＳＩキャンセラの精度を高めることができる。

なお、ＩＳＩレプリカは式（１１）で求めていたが、異なる方法で求めることもできる。送信信号レプリカに対して、図３に示すように、ＣＰ挿入だけでなく、送信信号レプリカの末尾に先頭部分をコピーして、送信信号レプリカの周期を拡張する。そして次式（１８）のようにＩＳＩレプリカを生成する。

なお、Ｌはパス数、τはパス間隔が等間隔であるとした場合の隣接パスの遅延時間を表す。式（１１）では通信路行列の周期を拡張してレプリカを求めていたが、式（１８）は送信信号レプリカの周期を拡張して求めているところが異なる。ＩＳＩレプリカ除去後は、最尤検出を行う。送信信号レプリカの周期を拡張する場合、ある送信信号候補の受信レプリカは式（１９）のように生成できる。

そして、式（１７）で２乗ユークリッド距離を計算し、２乗ユークリッド距離が最小となる送信信号候補を選択すればよい。

図４は本実施形態における受信処理のフローチャートである。受信した信号をサンプリングした信号である離散時刻信号に対して等化部２０４が周波数領域で等化を行う（ステップｓ４０１）。等化後の信号に対して仮判定部２０６が復調によって仮判定値を求める（ｓ４０２）。仮判定値を用いて、ＩＳＩ除去部２０７がＩＳＩレプリカを生成し、離散時刻信号からＩＳＩレプリカを減算してＩＳＩを除去する（ステップｓ４０３）。最尤検出部２０８はＩＳＩ除去後の信号に対して最尤検出を行う（ステップｓ４０４）。ステップｓ４０５では、規定回数最尤検出を行ったかどうかを判定し、規定回数の最尤検出を行なっていない場合は最尤検出の結果で仮判定値を更新し、ステップｓ４０３の処理に移る。規定回数の再尤検出を行っている場合、最尤検出の結果を出力して処理を終了する。
（実験例）

図５はシミュレーション諸元である。変調方式は４−ＦＳＫ、変調指数は０．７、送受信アンテナ数は共に４、通信路は等電力１６パス準静的レイリーフェージング、１シンボルの分割数は１６とした。また、１シンボル時間はＴ_ｓ、隣接パスの遅延時間はＴ_ｓ／２、ＣＰ長は２Ｔ_ｓ、１ブロック長は１６Ｔ_ｓとした。また、ＦＦＴポイント数は２５６、最尤検出の最大繰り返し回数は４とした。

図６は横軸平均Ｅｂ／Ｎ０、縦軸ビット誤り率のシミュレーション結果である。グラフｇ１はＦＤＥ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ；周波数領域等化）のみのビット誤り率特性、ｇ２はＦＤＥの結果からＩＳＩ除去して最尤検出を行った特性、ｇ３は最尤検出を４回行なった場合の特性である。図を見てわかるように、ＩＳＩ除去とＭＬＤを繰り返すｇ３は、ＦＤＥのみの特性ｇ１よりも大幅にビット誤り率が改善していることがわかる。従来のＭＬＤのみを行う場合（図示せず）と比較しても演算量を大幅に抑えることができるため、本発明は、演算量を抑えながら良好な伝送特性が得られることがわかる。

なお、本発明に係る送信装置及び受信装置で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、ＣＰＵ等を制御するプログラム（コンピュータを機能させるプログラム）である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にＲＡＭに蓄積され、その後、各種ＲＯＭやＨＤＤに格納され、必要に応じてＣＰＵによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体（例えば、ＲＯＭ、不揮発性メモリカード等）、光記録媒体（例えば、ＤＶＤ、ＭＯ、ＭＤ、ＣＤ、ＢＤ等）、磁気記録媒体（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等）等のいずれであってもよい。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。

また市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。また、上述した実施形態における送信装置および受信装置の一部、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。受信装置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。各機能ブロックを集積回路化した場合に、それらを制御する集積回路制御部が付加される。

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。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化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。

なお、本願発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本願発明を端末装置に適用する場合、移動局装置への適用に限定されるものではなく、屋内外に設置される据え置き型、または非可動型の電子機器、たとえば、ＡＶ機器、キッチン機器、掃除・洗濯機器、空調機器、オフィス機器、自動販売機、その他生活機器などに適用出来ることは言うまでもない。

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等も特許請求の範囲に含まれる。

本発明は、受信装置及び受信方法に用いて好適である。

１０１、５００１−１〜５００１−ｎ_Ｔ Ｍ−ＦＳＫ変調部
１０２ 直並列変換部
１０３−１〜１０３−ｎ_Ｔ ＣＰ挿入部
１０４−１〜１０４−ｎ_Ｔ、５００３−１〜５００３−ｎ_Ｔ 送信アンテナ部
２０１−１〜２０１−ｎ_Ｒ 受信アンテナ部
２０２−１〜２０２−ｎ_Ｒ ＣＰ除去部
２０３−１〜２０３−ｎ_Ｒ ＦＦＴ部
２０４ 等化部
２０５−１〜２０５−ｎ_Ｔ ＩＦＦＴ部
２０６ 判定部
２０７ ＩＳＩ除去部
２０８ 最尤検出部
２０９ 並直列変換部
５００２−１〜５００２−ｎ_Ｔ ゼロ挿入部

Claims (3)

1. 周波数偏移変調を用いてＭＩＭＯ通信を行う受信装置であって、
   受信アンテナで受信した信号をサンプリングして得られる離散時刻信号に対して周波数領域等化を行う等化部と、
   前記等化後の信号から第１の仮判定値を求める判定部と、
   前記第１の仮判定値を用いて符号間干渉のレプリカを生成し、前記離散時刻信号から前記符号間干渉のレプリカの減算を行うＩＳＩ除去部と、
   前記ＩＳＩ除去部の出力信号に対して最尤検出を行う最尤検出部と、
   を備えることを特徴とする受信装置。
2. 前記最尤検出部は、第２の仮判定値を求め、
   前記ＩＳＩ除去部は、前記第２の仮判定値を用いて、符号間干渉のレプリカを生成し、前記離散時刻信号から前記符号間干渉のレプリカの減算を行うこと、
   を特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 周波数偏移変調を用いてＭＩＭＯ通信を行う受信装置における受信方法であって、
   受信アンテナで受信した信号をサンプリングして得られる離散時刻信号に対して周波数領域等化を行う等化ステップと、
   前記等化後の信号から第１の仮判定値を求める判定ステップと、
   前記第１の仮判定値を用いて符号間干渉のレプリカを生成し、前記離散時刻信号から前記符号間干渉のレプリカの減算を行うＩＳＩ除去ステップと、
   前記ＩＳＩ除去ステップの出力信号に対して最尤検出を行う最尤検出ステップと、
   を備えることを特徴とする受信方法。