JP2015516740A - フィルタ・バンク・マルチキャリア信号送信およびチャネル推定の方法および装置 - Google Patents

フィルタ・バンク・マルチキャリア信号送信およびチャネル推定の方法および装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、フィルタ・バンド・マルチキャリア・システムの送信器内で信号を送信する方法であって、変調されたデータを取得するためにデータを変調するステップと、変調されたデータと共にパイロット・プリアンブル・シンボルをフレーミングすることによって送信すべき信号を取得するステップと、送信すべき信号を送信するステップとを含み、パイロット・プリアンブル・シンボルは、プリアンブル要素からなり、各送信アンテナに対応するパイロット・プリアンブル・シンボルは、１つのフィルタ・バンド・マルチキャリア変調シンボルを占める、方法を提供する。本発明は、この方法を実施する装置と、信号を送信する方法に対応するチャネル推定の方法および装置とをさらに提供する。

Description

本発明は、無線通信技術の分野に関し、より具体的には、フィルタ・バンド・マルチキャリア（Filter Band Multi−Carrier）（略してＦＢＭＣ）システムの信号送信および対応するチャネル推定の方法および装置に関する。
フィルタ・バンド・マルチキャリア変調は、その主要な特性が、帯域外スペクトルを正しく抑制できるように、周波数領域の副搬送波スペクトルを柔軟に設計でき、制御できることである、マルチキャリア技術である。ＦＢＭＣを実施する主な様式はＯＱＡＭ（オフセットＱＡＭ）であり、すなわち、複素コンステレーション変調シンボルの実部および虚部は、時間領域および周波数領域で実部インターバルおよび虚部インターバルにそれぞれのパルス信号を変調するように分離される。パルス信号は、現存するＯＦＤＭシステムと比較して、時間領域と周波数領域との両方でよいエネルギー濃度を有するので、サイクリックプレフィックスを全く挿入せずにＩＣＩ／ＩＳＩの影響を効果的に減らすことができ、その結果、ＦＢＭＣシステムは、ＯＦＤＭシステムより高いスペクトル効率を有するようになる。その一方で、各副搬送波スペクトルは、速く減衰し、これは、帯域外放射の削減およびスペクトル知覚の正確さの改善を容易にする。したがって、ＦＢＭＣシステムは、コグニティブ・ラジオその他など、将来指向の無線通信応用に特に適する。
複素直交性を提供することのできる現存するＯＦＤＭシステムとは異なって、ＦＢＭＣは、実部の直交性だけを提供することができ、これは、虚部に対する固有インターフェースをもたらす。ＦＢＭＣシステムの虚部に対する固有干渉は、特に信号送信でのパイロット・シンボルの設計および対応するチャネル推定方法に関して、システム実施態様で直面し、解決すべき基本的な問題になる。
最も一般的な現存するＦＢＭＣチャネル推定方法は、干渉近似法（Interference Approximation Method）（略してＩＡＭ）である。ＩＡＭ法では、虚部に対する固有干渉は、主に特殊なパイロット・プリアンブル・シンボル（図１に図示）を使用することによって近似され、その後、同等の仮想複素パイロットが、対応するチャネル推定結果を得るためにパイロットの実部と虚部に対する近似された固有干渉とを使用することによって構成される。
ＩＡＭ法の主な問題は、図１に示されているように、ＩＡＭによって使用されるパイロット・プリアンブル・シンボルが、少なくとも３つのＦＢＭＣ変調シンボルを占める必要があり（２つのＦＢＭＣ変調シンボルは、１つのＯＦＤＭ変調シンボルと同等である）、このパイロット・オーバーヘッドが、現存するＯＦＤＭシステムに対するＦＢＭＣシステムの利益を部分的に打ち消す程度まで、システムのスペクトル効率を大幅に下げることである。
したがって、ＦＢＭＣシステムでの信号送信用のパイロット・プリアンブル・シンボルを設計する新しい方法および対応するチャネル推定方法が必要である。
従来技術の上記の問題を解決するために、本発明は、送信アンテナごとに１つのＦＢＭＣ変調シンボルだけを占めるパイロット・プリアンブル・シンボルを設計することを提案する。複数の送信アンテナの場合には、複数のパイロット・プリアンブル・シンボルが、組み合わされ、１つまたは複数のＦＢＭＣ変調シンボルに多重化される。受信側では、上記パイロット・プリアンブル・シンボルを含む信号が、受信され、それぞれの送信アンテナに対応する複数のパイロット副搬送波のチャネル周波数応答セットが、マルチキャリア・システムの異なる副搬送波の間のチャネル周波数応答の相関を使用することによって全体処理され、これによって、対応するチャネル推定結果が得られる。
具体的には、本発明の第１の態様によれば、フィルタ・バンド・マルチキャリア・システムの送信器内で信号を送信する方法であって、Ａ．変調されたデータを取得するためにデータを変調するステップと、Ｂ．変調されたデータと共にパイロット・プリアンブル・シンボルをフレーミングすることによって送信すべき信号を取得するステップと、Ｃ．送信すべき信号を送信するステップとを含み、ステップＢで、パイロット・プリアンブル・シンボルは、プリアンブル要素からなり、各送信アンテナに対応するパイロット・プリアンブル・シンボルは、１つのフィルタ・バンド・マルチキャリア変調シンボルを占める方法が提供される。
好ましくは、送信アンテナの個数が１つより多いときに、ステップＢは、複数の送信アンテナに対応する複数のパイロット・プリアンブル・シンボルを１つまたは複数のフィルタ・バンド・マルチキャリア変調シンボルに組み合わせるステップを含む。
好ましくは、プリアンブル要素によって形成されるシーケンスは、第１のプリセット値によって重み付けされた擬似ランダム・シーケンスである。
より好ましくは、第１のプリセット値は、１以上である。
本発明の第２の態様によれば、フィルタ・バンド・マルチキャリア・システムの受信器内でチャネル推定を実行する方法であって、Ｉ．信号を受信するステップであって、信号は、パイロット・プリアンブル・シンボルを含む、受信するステップと、ＩＩ．パイロット・プリアンブル・シンボルに基づいてチャネル推定を実行するステップとを含み、パイロット・プリアンブル・シンボルは、プリアンブル要素からなり、各送信アンテナに対応するパイロット・プリアンブル・シンボルは、１つのフィルタ・バンド・マルチキャリア変調シンボルを占めることを特徴とする方法が提供される。
好ましくは、ステップＩは、それぞれの送信アンテナに対応する複数のパイロット副搬送波チャネル周波数応答からなるチャネル周波数応答セットを取得するステップを含み、ステップＩＩは、それぞれの送信アンテナに対応する複数のパイロット副搬送波チャネル周波数応答の間の相関に基づいてチャネル推定を実行するステップを含む。
より好ましくは、パイロット・プリアンブル・シンボルのプリアンブル要素が、等間隔の副搬送波にまたは連続して副搬送波にマッピングされるときに、ステップＩＩは、推定されたチャネル周波数応答セットを取得するためにチャネル周波数応答セットに対してフーリエ変換ベースのチャネル推定を実行するステップを含む。
より好ましくは、パイロット・プリアンブル・シンボルのプリアンブル要素が、等間隔の副搬送波にまたは連続して副搬送波にマッピングされるときに、ステップＩＩは、チャネル周波数応答セットに対応するチャネル・インパルス応答セットを取得するためにチャネル周波数応答セットに対して逆高速フーリエ変換を実行するステップと、フィルタリングされたチャネル・インパルス応答セットを取得するために、フィルタ・バンド・マルチキャリア変調における虚部に対する固有干渉および雑音に関するフィルタリング処理を、チャネル・インパルス応答セットに対して実行するステップと、パイロット・プリアンブル・シンボルのプリアンブル要素が、１より大きい等しいインターバルで副搬送波にマッピングされるかどうかを判定するステップと、パイロット・プリアンブル・シンボルのプリアンブル要素が、１より大きい等しいインターバルで副搬送波にマッピングされる場合に、推定されたチャネル・インパルス応答セットを取得するために、フィルタリングされたチャネル・インパルス応答セットに対してインターバルに対応する０補間処理を実行するステップと、推定されたチャネル周波数応答セットを取得するために、推定されたチャネル・インパルス応答セットに対して高速フーリエ変換を実行するステップと、パイロット・プリアンブル・シンボルのプリアンブル要素が、連続して副搬送波にマッピングされる場合に、推定されたチャネル・インパルス応答セットとしてフィルタリングされたチャネル・インパルス応答セットをとるステップと、推定されたチャネル周波数応答セットを取得するために、推定されたチャネル・インパルス応答セットに対して高速フーリエ変換を実行するステップとを含む。
好ましくは、ステップＩＩは、推定されたチャネル周波数応答セットを取得するために、下のフィルタリング行列を使用してチャネル周波数応答セットに対して線形最小平均二乗誤差ベースのチャネル推定を実行するステップを含み、
Figure 2015516740
 ここで、Ｒａｃは、パイロット副搬送波チャネル周波数応答の自己相関行列を表し、Ｒｃｃは、推定すべき副搬送波チャネル周波数応答とパイロット副搬送波チャネル周波数応答との相互相関行列を表し、γｐは、パイロット電力の強化に関する係数を表し、Ｉ｜Ｓｉｄｘ｜は、｜Ｓｉｄｘ｜のサイズを有する恒等行列を表し、｜Ｓｉｄｘ｜は、パイロット副搬送波の個数を表す。
本発明の第３の態様によれば、フィルタ・バンド・マルチキャリア・システムの送信器内で信号を送信する装置であって、変調されたデータを取得するためにデータを変調するように構成された変調ユニットと、変調されたデータと共にパイロット・プリアンブル・シンボルをフレーミングすることによって送信すべき信号を取得するように構成されたプリアンブル挿入ユニットと、送信すべき信号を送信するように構成された送信ユニットとを含み、パイロット・プリアンブル・シンボルは、プリアンブル要素からなり、各送信アンテナに対応するパイロット・プリアンブル・シンボルは、１つのフィルタ・バンド・マルチキャリア変調シンボルを占めることを特徴とする装置が提供される。
好ましくは、送信アンテナの個数が１つより多いときに、プリアンブル挿入ユニットは、複数の送信アンテナに対応する複数のパイロット・プリアンブル・シンボルを１つまたは複数のフィルタ・バンド・マルチキャリア変調シンボルに組み合わせるようにさらに構成される。
好ましくは、プリアンブル挿入ユニットは、第１のプリセット値によって重み付けされた擬似ランダム２進シーケンスを生成するように構成されたシーケンス生成ユニットをさらに含む。
本発明の第４の態様によれば、フィルタ・バンド・マルチキャリア・システムの受信器内でチャネル推定を実行する装置であって、信号を受信するように構成された受信するユニットであって、信号は、パイロット・プリアンブル・シンボルを含む、受信するユニットと、パイロット・プリアンブル・シンボルに基づいてチャネル推定を実行するように構成されたチャネル推定ユニットとを含み、パイロット・プリアンブル・シンボルは、プリアンブル要素からなり、各送信アンテナに対応するパイロット・プリアンブル・シンボルは、１つのフィルタ・バンド・マルチキャリア変調シンボルを占めることを特徴とする装置が提供される。
好ましくは、受信するユニットは、それぞれの送信アンテナに対応する複数のパイロット副搬送波チャネル周波数応答からなるチャネル周波数応答セットを取得するように構成され、チャネル推定ユニットは、それぞれの送信アンテナに対応する複数のパイロット副搬送波チャネル周波数応答の間の相関に基づいてチャネル推定を実行するように構成される。
好ましくは、チャネル推定ユニットは、パイロット・プリアンブル・シンボルのプリアンブル要素が、等間隔の副搬送波にまたは連続して副搬送波にマッピングされるときに、推定されたチャネル周波数応答セットを取得するためにチャネル周波数応答セットに対してフーリエ変換ベースのチャネル推定を実行するように構成される。
好ましくは、チャネル推定ユニットは、推定されたチャネル周波数応答セットを取得するために、チャネル周波数応答セットに対して線形最小平均二乗誤差ベースのチャネル推定を実行するように構成される。
本発明では、送信アンテナごとに１つのＦＢＭＣ変調シンボルだけを占めるパイロット・プリアンブル・シンボルを使用することと、受信側で対応するチャネル推定方法を使用することとによって、パイロット・オーバーヘッドが効果的に減らされ、システムのスペクトル効率が改善されると同時に、コンピュータ・シミュレーションを介して、本発明が現存するＩＡＭ法よりよいチャネル推定性能を達成できることが示される。言い替えると、本発明は、オーバーヘッド削減の有益な効果と性能改善との両方を同時に達成する。
本発明の他の特徴、目的、および利益は、添付図面に関連する非限定的な実施形態の次の詳細な説明を参照して、より明白になる。
ＩＡＭ法でのパイロット・プリアンブル・シンボルのパターンを示す図である。 本発明による、複数の送信アンテナのパイロット・プリアンブル・シンボルが１つのＦＢＭＣ変調シンボルに多重化されるパターンを示す図である。 本発明による、複数の送信アンテナのパイロット・プリアンブル・シンボルが複数のＦＢＭＣ変調シンボルに多重化されるパターンを示す図である。 本発明の一実施形態による、プリアンブル要素が連続して副搬送波にマッピングされるパイロット・プリアンブル・シンボルのパターンを示す図である。 本発明による信号送信を示す流れ図である。 本発明によるチャネル推定を示す流れ図である。 本発明のもう１つの実施形態による、プリアンブル要素が不等間隔の副搬送波にマッピングされるパイロット・プリアンブル・シンボルのパターンを示す図である。 本発明による信号を送信する装置を示すブロック図である。 本発明によるチャネル推定装置を示すブロック図である。 本発明とＩＡＭ法との間の性能比較のシミュレーション結果を示す図である。
同一のまたは類似する符号は、同一のまたは類慰するステップ特徴および／またはユニット／モジュールを表す。
図２に示されているように、複数の送信アンテナのパイロット・プリアンブル・シンボルを、１つのＦＢＭＣ変調シンボルに多重化することができる。たとえば、アンテナ１について、プリアンブル要素（Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４…）は、奇数副搬送波にマッピングされ、その後、アンテナ１から送信される。アンテナ２について、プリアンブル要素（Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４…）は、偶数副搬送波にマッピングされ、その後、アンテナ２から送信される。２つのアンテナのパイロット・プリアンブル・シンボルは、同時に送信されるが、周波数領域での直交性に起因して、それらの間のクロストークはない。受信側は、単一アンテナの場合と同様に、２つの送信アンテナのチャネルをそれぞれ推定することができる。
図３に示されているように、複数の送信アンテナのパイロット・プリアンブル・シンボルを、複数のＦＢＭＣ変調シンボルに多重化することができる。たとえば、８つの送信アンテナについて、最初の４つのプリアンブル要素（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）は、第１のＦＢＭＣ変調シンボルに多重化され（４のパイロット・インターバルを有する）、他方の４つのプリアンブル要素（Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８）は、第２のＦＢＭＣ変調シンボルに多重化される。この様式では、アンテナの２つのグループのプリアンブル要素が、時間領域で直交し、これによって、受信側は、単一のアンテナの場合と同様にすべてのアンテナのそれぞれのチャネル推定をそれぞれ実行することができる。
特定の実施形態を、下で、パイロット・プリアンブル・シンボルのプリアンブル要素が等間隔の副搬送波および不等間隔の副搬送波にマッピングされる２つの状況について、それぞれ提供する。
一般性を失わずに、次の実施形態で単一の送信アンテナの場合に従って議論を行うことができ、複数の送信アンテナについて、上で説明した単一アンテナの場合に簡単に帰着することができる。
第１の実施形態
次の実施形態では、プリアンブル要素が等間隔の副搬送波にマッピングされることを議論する。
パイロット・プリアンブル・シンボルの設計
図４を参照すると、一般性を失わずに、インターバルが１である状況が選択される、すなわち、プリアンブル要素は、連続して副搬送波にマッピングされ、プリアンブル要素のシーケンスは、１の重み付け係数によって重みを付けられた擬似ランダム・シーケンスになる。
擬似ランダム・シーケンスを使用することの利点は、受信側で異なる副搬送波に対する固有干渉を相関除去する（ｄｅ−ｃｏｒｒｅｌａｔｅ）ことが好都合であり、これが、固有干渉をフィルタリングする後続プロセスに有益であるからである。
重み付けフィルタを、パイロット電力の強化に関する相対的に大きい係数になるように選択することもでき、これは、これによって、たとえば１より大きい値を使用して、チャネル推定の正確さを改善するために、パイロットに対して信号対干渉雑音比を改善するのを助ける。
上記パイロット・プリアンブル・シンボル設計によれば、信号を送信する次の方法が、図５に示されたＦＢＭＣシステムの送信器内で実施される。
Ｓ５１． 変調されたデータを取得するためにデータを変調し、
Ｓ５２． 変調されたデータと共に上で設計されたパイロット・プリアンブル・シンボルをフレーミングすることによって、送信すべき信号を取得し、
Ｓ５３． 送信すべき信号を送信する。
チャネル推定方法
まず、ＦＢＭＣシステムの信号モデルを、次のように確立する
ｙｉ＝ｈｉ（ｐｉ＋ｊｗｉ）＋ｎｉ、ｉ∈Ｓｉｄｘ
ここで、下付きのｉは、副搬送波のインデックスを示し、ｙｉは、受信されたパイロット信号を示し、ｈｉは、理想的なチャネル応答を示し、ｐｉは、送信されたパイロット信号を示し、ｗｉは、虚部に対する固有干渉を示し、ｊは、虚数単位を示し、ｎｉは、加法性白色ガウス雑音を示す。Ｓｉｄｘは、２つの部分からなるすべてのパイロット副搬送波インデックスの集合すなわち
Figure 2015516740
 であり、ここで、部分集合
Figure 2015516740
 および
Figure 2015516740
 は、それぞれ、正のインデックスを有する副搬送波および負のインデックスを有する副搬送波を示す。式を単純にするために、直流副搬送波は
Figure 2015516740
 に属し、インデックスは、Ｓｉｄｘ、
Figure 2015516740
 、および
Figure 2015516740
 の集合内で昇順でランクされると仮定する。一般的に言って、
Figure 2015516740
 であり、ここで、｜．｜は、集合のサイズを表す。
次の周波数応答式が、信号モードから導出される。
Figure 2015516740
 ここで、式（１）の右辺で、第１の項ｈｉは、理想的なチャネル応答を表し、第２の項は、虚部に対するいわゆる固有干渉に由来し、第３の項は、加法性白色ガウス雑音に由来する。第２および第３の項の組合せを、
Figure 2015516740
 と表す、すなわち、
Figure 2015516740
 は、チャネル推定性能を劣化させる要因を表す。
２の整数のすべてのべきの中で、｜Ｓｉｄｘ｜より大きい、ＮＦＦＴと表される最小の値のサイズを有するベクトルを、次のように作成する。
Figure 2015516740
上付きのＴは、転置演算を表す。逆高速フーリエ変換をこのベクトルに対して実行して、
Figure 2015516740
 と表される遅延領域でのチャネル・インパルス応答セットを取得する。
Figure 2015516740
式（２）から、チャネル・インパルス応答が２つの部分すなわち、有用な信号
Figure 2015516740
 および有用でない信号
Figure 2015516740
 を含むことがわかり、後者は、さらに、虚部に対する固有干渉と加法性白色ガウス雑音との寄与を含む。
複数のパイロット副搬送波チャネル周波数応答の間の相関を考慮すると、逆高速フーリエ変換演算の後に、上記の有用な信号は、遅延領域に集中し、その開始部分は、チャネルの最大の遅延広がりを超えず、一方、有用でない信号は、均等に遅延領域に拡散する。したがって、虚部に対する固有干渉および雑音のほとんどを、簡単にフィルタリングすることができ、遅延領域で信号をフィルタリングするのに窓関数を使用することによって、有用な信号を残すことができる。
フィルタリングを実施するために、ＮＭａｘＤｅｌａｙと表される最大チャネル遅延を、前もって推定する必要がある。しかし、最大チャネル遅延は、主として環境要因に依存し、したがって、チャネル統計測定または経験を介して簡単に取得することができる。フィルタリング演算を、次のように表すことができる。
Figure 2015516740
 ここで、Ｇ（ｎ）、ｎ＝１，２，…，ＮＦＦＴ−Ｎｂａｃｋｏｆｆ−ＮＭａｘＤｅｌａｙは、長方形の窓すなわちＧ（ｎ）＝１（これは、その持続時間内の信号が完全にフィルタリングによって除去されることを意味する）などの窓関数を表す。チャネル・インパルス応答における有用な信号
Figure 2015516740
 が、実際には正弦関数を用いて畳み込まれた真のチャネル・インパルス応答である（ある形のエネルギー拡散をもたらす、すなわち、遅延領域の終りに有用な信号の一部でもある）ことを考慮すると、したがって、パラメータＮｂａｃｋｏｆｆが、フィルタリング演算に導入される。一般に、このパラメータに、相対的に小さい値、たとえば１０をセットすることができる。
上記フィルタリング演算を用いて、フィルタリングされたチャネル・インパルス応答セットが取得される。プリアンブル要素が、連続して副搬送波にマッピングされるときに、フィルタリングされたチャネル・インパルス応答セットは、推定されたチャネル・インパルス応答セットとして働き、高速フーリエ変換をこれに対して実行して、後続のチャネル等化処理で使用される推定されたチャネル周波数応答セットを取得することができる。
プリアンブル要素が、１より大きい等しいインターバルで副搬送波にマッピングされるときには、フィルタリングされたチャネル・インパルス応答セットについて補間処理が必要である、すなわち、０補間の前後のシーケンス長の比が、パイロット・インターバル値と等しくなるようにするために、パイロット・インターバルに対応する０が、セットに挿入される。補間の後のセットは、推定されたチャネル・インパルス応答セットとして働き、高速フーリエ変換をこれに対して実行して、推定されたチャネル周波数応答セットを取得することができる。
上記チャネル推定方法に基づいて、チャネル推定の以下の方法が、図６に示されているように、ＦＢＭＣシステムの受信器内で実施される。
Ｓ６１．上記のパイロット・プリアンブル・シンボルを含む信号を受信し、
Ｓ６２．上記のチャネル推定方法を使用してチャネル推定を実行する。
第２の実施形態
以下の実施形態では、プリアンブル要素が不等間隔の副搬送波にマッピングされることを議論する。
パイロット・プリアンブル・シンボルの設計
図７を参照すると、プリアンブル要素は、不等間隔の副搬送波にマッピングされ、プリアンブル要素のシーケンスは、パイロット電力の強化に関する係数を表すγｐの重み付け係数に負って重み付けされた擬似ランダム・シーケンスになる。
上記パイロット・プリアンブル・シンボル設計に基づいて、信号を送信する次の方法が、図５に示されているようにＦＢＭＣシステムの送信器内で実施される。
Ｓ５１． 変調されたデータを取得するためにデータを変調し、
Ｓ５２． 変調されたデータと共に上で設計されたパイロット・プリアンブル・シンボルをフレーミングすることによって、送信すべき信号を取得し、
Ｓ５３． 送信すべき信号を送信する。
チャネル推定方法
まず、ＦＢＭＣシステムの信号モデルを、次のように確立する
ｙｉ＝ｈｉ（ｐｉ＋ｊｗｉ）＋ｎｉ、ｉ∈Ｓｉｄｘ
ここで、下付きのｉは、副搬送波のインデックスを示し、ｙｉは、受信されたパイロット信号を示し、ｈｉは、理想的なチャネル応答を示し、ｐｉは、送信されたパイロット信号を示し、ｗｉは、虚部に対する固有干渉を示し、ｎｉは、加法性白色ガウス雑音を示す。Ｓｉｄｘは、２つの部分からなるすべてのパイロット副搬送波の集合すなわち
Figure 2015516740
 を示し、ここで、部分集合
Figure 2015516740
 および
Figure 2015516740
 は、それぞれ、正のインデックスを有する副搬送波および負のインデックスを有する副搬送波を示す。式を単純にするために、直流副搬送波は
Figure 2015516740
 に属し、インデックスは、Ｓｉｄｘ、
Figure 2015516740
 、および
Figure 2015516740
 の集合内で昇順でランクされると仮定する。一般的に言って、
Figure 2015516740
 であり、ここで、｜．｜は、集合のサイズを表す。
次の周波数応答式が、信号モードから導出される。
Figure 2015516740
 ここで、式（３）の右辺で、第１の項ｈｉは、理想的なチャネル応答を表し、第２の項は、虚部に対するいわゆる固有干渉に由来し、第３の項は、加法性白色ガウス雑音に由来する。第２および第３の項の組合せを、
Figure 2015516740
 と表す、すなわち、
Figure 2015516740
 は、チャネル推定性能を劣化させる要因を表す。
｜Ｓｉｄｘ｜のサイズを有するベクトルを、次のように作成する。
Figure 2015516740
上付きのＴは、転置演算を表す。異なる副搬送波の間のチャネル周波数応答の相関を考慮すると、線形最小平均二乗誤差フィルタリング演算を、次のように導入することができる。
Figure 2015516740
 ここで、フィルタリング行列Ｗを、
Figure 2015516740
 と表すことができ、Ｒａｃは、パイロット副搬送波チャネル周波数応答の自己相関行列を表し、Ｒｃｃは、推定される副搬送波チャネル周波数応答とパイロット副搬送波チャネル周波数応答との相互相関行列を表し、γｐは、パイロット電力の強化に関する係数すなわち前述の重み付け係数を表し、Ｉ｜Ｓｉｄｘ｜は、｜Ｓｉｄｘ｜のサイズを有する恒等行列を表し、
Figure 2015516740
 は、雑音電力すなわち、式（３）の
Figure 2015516740
 の項を表し、
Figure 2015516740
 に加算される単位電力は、虚部に対する固有干渉電力すなわち、式（３）の
Figure 2015516740
 の項を表す。ここで、一般性を失わずに、Ｅ｛｜ｈｉ｜２｝＝１すなわち、チャネル周波数応答が正規化された平均単位電力を有すると仮定する。
チャネルの最大遅延広がりＮＭａｘＤｅｌａｙを考慮すると、すべての副搬送波のチャネル相関行列を、次の方法によって生成することができる。
Ｒ＝ＦＨＤＦ
ここで、上付きのＨは、共役転置を表し、Ｆは、正規化されたＩＦＦＴ変換行列を表す。
Figure 2015516740
行列Ｄは、下記のようにＮＦＦＴ×ＮＦＦＴの対角行列を表す。
Figure 2015516740
Ｒを取得した後に、式（４）の自己相関行列Ｒａｃおよび相互相関行列Ｒｃｃを、パイロット副搬送波および推定すべき副搬送波の副搬送波インデックスに基づいて、Ｒの対応する行および列によって構成される部分行列をとる（負の副搬送波インデックスについて、ＮＦＦＴを加算する）ことによって取得することができる。具体的に言うと、Ｒａｃは、パイロット副搬送波インデックスに対応する行およびパイロット副搬送波インデックスに対応する列によって構成される部分行列をとることによって取得され、Ｒｃｃは、推定すべき副搬送波インデックスに対応する行およびパイロット副搬送波インデックスに対応する列によって構成される部分行列をとることによって取得される。
さらに、式（４）の雑音電力部分を考慮すると、通常は、雑音電力をリアルタイムで推定することは困難である。しかし、一般に、虚部に対する固有干渉の電力は、雑音電力よりはるかに大きく、シミュレーションを介して、雑音電力がチャネル推定の性能に大きい影響を有しないことも示される。したがって、式（４）に示されたフィルタリング行列を、
Figure 2015516740
 として近似することができる。
上記のフィルタリング演算によって、推定されたチャネル周波数応答セットが、後続のチャネル等化処理での使用のために取得される。
逆行列の計算に関する大きい計算オーバーヘッドを考慮して、非リアルタイムの様式を使用することもできる、すなわち、チャネル推定での即座の使用のために、前もって、フィルタリング行列を計算し、メモリに保存することができる。
上記チャネル推定方法に基づいて、チャネル推定の以下の方法が、図６に示されているように、ＦＢＭＣシステムの受信器内で実施される。
Ｓ６１．上記のパイロット・プリアンブル・シンボルを含む信号を受信し、
Ｓ６２．上記のチャネル推定方法を使用してチャネル推定を実行する。
以下では、本発明によって提供される上記の方法に対応する装置を、ブロック図を参照することによって説明する。装置内のユニット／デバイス特徴が、上記の方法のステップ特徴との対応する関係を有するので、これは、単純化された図である。
図８に、フィルタ・バンド・マルチキャリア・システムの送信器内で信号を送信する、送信する装置Ｓ１０のブロック図を示し、送信する装置Ｓ１０は、
変調されたデータを取得するためにデータを変調するように構成された変調ユニット１００１と、
変調されたデータと共にパイロット・プリアンブル・シンボルをフレーミングすることによって、送信すべき信号を取得するように構成されたプリアンブル挿入ユニット１００２と、
送信すべき信号を送信するように構成された送信するユニット１００３と
を含む。
装置Ｓ１０は、パイロット・プリアンブル・シンボルがプリアンブル要素からなることを特徴とし、各送信アンテナに対応するパイロット・プリアンブル・シンボルは、１つのフィルタ・バンド・マルチキャリア変調シンボルを占める。
好ましくは、送信アンテナの個数が１つより多数であるときに、プリアンブル挿入ユニット１００２は、複数の送信アンテナに対応する複数のパイロット・プリアンブル・シンボルを１つまたは複数のフィルタ・バンド・マルチキャリア変調シンボルに組み合わせるようにさらに構成される。
好ましくは、プリアンブル挿入ユニット１００２は、第１のプリセット値によって重み付けされた擬似ランダム・シーケンスを生成するシーケンス生成ユニット１００４をさらに含む。
図９に、フィルタ・バンド・マルチキャリア・システムの受信器内でチャネル推定を実行するチャネル推定装置Ｓ２０のブロック図を示し、チャネル推定装置Ｓ２０は、
パイロット・プリアンブル・シンボルを含む信号を受信するように構成された受信するユニット２００１と、
パイロット・プリアンブル・シンボルに基づいてチャネル推定を実行するように構成されたチャネル推定ユニット２００２と
を含む。
装置Ｓ２０は、パイロット・プリアンブル・シンボルがプリアンブル要素からなることを特徴とし、各送信アンテナに対応するパイロット・プリアンブル・シンボルは、１つのフィルタ・バンド・マルチキャリア変調シンボルを占める。
好ましくは、受信するユニット２００１は、それぞれの送信アンテナに対応する複数のパイロット副搬送波チャネル周波数応答からなるチャネル周波数応答セットを取得するようにさらに構成され、チャネル推定ユニット２００２は、それぞれの送信アンテナに対応する複数のパイロット副搬送波チャネル周波数応答の間の相関に基づいてチャネル推定を実行するようにさらに構成される。
より好ましくは、チャネル推定ユニット２００２は、パイロット・プリアンブル・シンボルのプリアンブル要素が、等間隔の副搬送波にまたは連続して副搬送波にマッピングされるときに、推定されたチャネル周波数応答セットを取得するために、チャネル周波数応答セットに対してフーリエ変換ベースのチャネル推定を実行するように構成される。
より好ましくは、チャネル推定ユニット２００２は、推定されたチャネル周波数応答セットを取得するために、チャネル周波数応答セットに対して線形最小平均二乗誤差ベースのチャネル推定を実行するように構成される。
本発明の有効性を証明するために、シミュレーション実験を行って、本発明を現存するＩＡＭ法と比較する。このシミュレーションでは、ＱＰＳＫ変調および１／２ターボ符号化を使用する。各フレームは、４０個のＦＭＢＣ変調シンボルを含むデータ部分と、本発明およびＩＡＭ法のそれぞれのパイロット・プリアンブル・シンボルとからなる。チャネル・モデルは、３ＧＰＰで定義された空間チャネル・モデルのｕｒｂａｎ ｍｉｃｒｏシナリオを使用する。サンプル・レートは、１５．３６ＭＨｚである。有用な副搬送波の個数は、６００個である。シミュレーション・パラメータを、次の表１に要約する。
Figure 2015516740
シミュレーション結果を、図１０に示す。本発明の性能が、明らかに現存するＩＡＭ法を凌ぎ、理想的な状況との比較で約０．５ｄＢの損失だけを有することがわかる。シミュレーション結果は、現存する方法と比較して、本発明のパイロット・プリアンブル・シンボル設計および対応するチャネル推定アルゴリズムが、パイロット・オーバーヘッドを減らすという目的を達成すると同時に、チャネル推定性能を維持しまたは改善すら行い、これが、実際に従来技術に存在する問題を解決することを証明することができる。
本発明の実施形態を上で説明したが、本発明は、特定のシステム、デバイス、および特定のプロトコルに限定されず、当業者は、添付の特許請求の範囲内でさまざまな修正形態または変形形態を作ることができる。
当業者は、図面および添付の特許請求の範囲と一緒にこの説明の開示を調査することによって、開示された実施形態に対する他の変更を理解し、実施することができる。特許請求の範囲では、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ（備える）」または「ｃｏｎｔａｉｎ（含む）」が、他の要素およびステップを除外せず、用語「ｏｎｅ」または「ａ」が、複数形を除外しない。本発明では、「第１の」または「第２の」は、名前を表すのみであって、順序関係を表さない。本発明の実用的な応用例では、１つの構成要素が、特許請求の範囲に列挙された複数の技術的特徴の機能を実行することができる。特許請求の範囲のすべての符号は、範囲に関する限定と解釈されてはならない。

Claims (15)

  1. フィルタ・バンド・マルチキャリア・システムの送信器内で信号を送信する方法であって、
    Ａ．変調されたデータを取得するためにデータを変調するステップと、
    ｂ．前記変調されたデータと共にパイロット・プリアンブル・シンボルをフレーミングすることによって送信すべき信号を取得するステップと、
    ｃ．前記送信すべき信号を送信するステップと
    を含む方法において、前記ステップＢで、前記パイロット・プリアンブル・シンボルは、プリアンブル要素からなり、各送信アンテナに対応する前記パイロット・プリアンブル・シンボルは、１つのフィルタ・バンド・マルチキャリア変調シンボルを占めることを特徴とする
    方法。
  2. 送信アンテナの個数が１つより多いときに、前記ステップＢは、複数の前記送信アンテナに対応する複数の前記パイロット・プリアンブル・シンボルを１つまたは複数のフィルタ・バンド・マルチキャリア変調シンボルに組み合わせるステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 前記プリアンブル要素によって形成されるシーケンスは、第１のプリセット値によって重み付けされた擬似ランダム・シーケンスであることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記第１のプリセット値は、１以上であることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
  5. フィルタ・バンド・マルチキャリア・システムの受信器内でチャネル推定を実行する方法であって、
    Ｉ．信号を受信するステップであって、前記信号は、パイロット・プリアンブル・シンボルを含む、受信するステップと、
    ＩＩ．前記パイロット・プリアンブル・シンボルに基づいてチャネル推定を実行するステップと
    を含む方法において、前記パイロット・プリアンブル・シンボルは、プリアンブル要素からなり、各送信アンテナに対応する前記パイロット・プリアンブル・シンボルは、１つのフィルタ・バンド・マルチキャリア変調シンボルを占めることを特徴とする
    方法。
  6. 前記ステップＩは、それぞれの送信アンテナに対応する複数のパイロット副搬送波チャネル周波数応答からなるチャネル周波数応答セットを取得するステップを含み、
    前記ステップＩＩは、それぞれの送信アンテナに対応する前記複数のパイロット副搬送波チャネル周波数応答の間の相関に基づいてチャネル推定を実行するステップを含む
    請求項５に記載の方法。
  7. 前記パイロット・プリアンブル・シンボルの前記プリアンブル要素が、等間隔の副搬送波にまたは連続して副搬送波にマッピングされるときに、前記ステップＩＩは、推定されたチャネル周波数応答セットを取得するために前記チャネル周波数応答セットに対してフーリエ変換ベースのチャネル推定を実行するステップを含む、請求項６に記載の方法。
  8. 前記ステップＩＩは、
    前記チャネル周波数応答セットに対応するチャネル・インパルス応答セットを取得するために前記チャネル周波数応答セットに対して逆高速フーリエ変換を実行するステップと、
    フィルタリングされたチャネル・インパルス応答セットを取得するために、フィルタ・バンド・マルチキャリア変調における虚部に対する固有干渉および雑音に関するフィルタリング処理を、前記チャネル・インパルス応答セットに対して実行するステップと、
    前記パイロット・プリアンブル・シンボルの前記プリアンブル要素が、１より大きい等しいインターバルで副搬送波にマッピングされるかどうかを判定するステップと、
    ｉ．前記パイロット・プリアンブル・シンボルの前記プリアンブル要素が、１より大きい等しいインターバルで副搬送波にマッピングされる場合に、推定されたチャネル・インパルス応答セットを取得するために、前記フィルタリングされたチャネル・インパルス応答セットに対して前記インターバルに対応する０補間処理を実行するステップと、
    前記推定されたチャネル周波数応答セットを取得するために、前記推定されたチャネル・インパルス応答セットに対して高速フーリエ変換を実行するステップと、または、
    ｉｉ．前記パイロット・プリアンブル・シンボルの前記プリアンブル要素が、連続して副搬送波にマッピングされる場合に、推定されたチャネル・インパルス応答セットとして前記フィルタリングされたチャネル・インパルス応答セットをとるステップと、
    前記推定されたチャネル周波数応答セットを取得するために、前記推定されたチャネル・インパルス応答セットに対して高速フーリエ変換を実行するステップと
    を含む、請求項７に記載の方法。
  9. 前記ステップＩＩは、推定されたチャネル周波数応答セットを取得するために、前記チャネル周波数応答セットに対して線形最小平均二乗誤差ベースのチャネル推定を実行するステップを含む、請求項６に記載の方法。
  10. 前記チャネル推定は、フィルタリング行列Ｗを用いることによって実行され、
    Figure 2015516740
     であり、Ｒａｃは、パイロット副搬送波チャネル周波数応答の自己相関行列を表し、Ｒｃｃは、推定すべき副搬送波チャネル周波数応答とパイロット副搬送波チャネル周波数応答との相互相関行列を表し、γｐは、パイロット電力の強化に関する係数を表し、Ｉ｜Ｓｉｄｘ｜は、｜Ｓｉｄｘ｜のサイズを有する恒等行列を表し、｜Ｓｉｄｘ｜は、パイロット副搬送波の個数を表すことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
  11. フィルタ・バンド・マルチキャリア・システムの送信器内で信号を送信する装置であって、
    変調されたデータを取得するためにデータを変調するように構成された変調ユニットと、
    前記変調されたデータと共にパイロット・プリアンブル・シンボルをフレーミングすることによって送信すべき信号を取得するように構成されたプリアンブル挿入ユニットと、
    前記送信すべき信号を送信するように構成された送信するユニットと
    を含む装置において、前記パイロット・プリアンブル・シンボルは、プリアンブル要素からなり、各送信アンテナに対応する前記パイロット・プリアンブル・シンボルは、１つのフィルタ・バンド・マルチキャリア変調シンボルを占めることを特徴とする、装置。
  12. 送信アンテナの数が１つより多いときに、前記プリアンブル挿入ユニットは、複数の前記送信アンテナに対応する複数の前記パイロット・プリアンブル・シンボルを１つまたは複数のフィルタ・バンド・マルチキャリア変調シンボルに組み合わせるようにさらに構成される、請求項１１に記載の装置。
  13. フィルタ・バンド・マルチキャリア・システムの受信器内でチャネル推定を実行する装置であって、
    信号を受信するように構成された受信するユニットであって、前記信号は、パイロット・プリアンブル・シンボルを含む、受信するユニットと、
    前記パイロット・プリアンブル・シンボルに基づいてチャネル推定を実行するように構成されたチャネル推定ユニットと
    を含む装置において、前記パイロット・プリアンブル・シンボルは、プリアンブル要素からなり、各送信アンテナに対応する前記パイロット・プリアンブル・シンボルは、１つのフィルタ・バンド・マルチキャリア変調シンボルを占めることを特徴とする
    装置。
  14. 前記受信するユニットは、それぞれの送信アンテナに対応する複数のパイロット副搬送波チャネル周波数応答からなるチャネル周波数応答セットを取得するように構成され、
    前記チャネル推定ユニットは、それぞれの送信アンテナに対応する前記複数のパイロット副搬送波チャネル周波数応答の間の相関に基づいてチャネル推定を実行するように構成される
    請求項１３に記載の装置。
  15. 前記チャネル推定ユニットは、前記パイロット・プリアンブル・シンボルの前記プリアンブル要素が、等間隔の副搬送波にまたは連続して副搬送波にマッピングされるときに、推定されたチャネル周波数応答セットを取得するために前記チャネル周波数応答セットに対してフーリエ変換ベースのチャネル推定を実行するように構成される、請求項１４に記載の装置。
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