JP3652247B2 - 無線通信システムにおけるチャネル推定のための装置及び方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は無線通信システムにおけるデータ復調に係り、特に、フェージングなどによる歪みに対して対応することができるデータ復調装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
無線通信技術はセルラーを中心に急速に成長して、最近、全世界のどこにでも通話が可能なGMPCSの技術が開発普及されている。特に、衛星を利用した無線通信システムでは衛星と端末機との距離が遠いので、フェージング(Fading)などにより、データの歪みが激しく発生してデータの復調に対する多くの研究が成されている。
【0003】
通常的に、一つのフレームに約束されたシンボル(たとえば、パイロットシンボル(Pilot Symbol))を挿入して伝送し、このようなシンボルの歪み現状を検出して、他の情報シンボルの歪みを補償する方法を使用している。即ち、データのシンボル中、知っているシンボルを挿入して伝送し、受信時、これを取り出してチャネル推定に利用している。
既存のチャネル推定のための技術は、普遍的な補間器(Interpolator)を使用する方法と、ESAE(Extended Symbol-Aided Estimation)による方法が使用されている。
【0004】
図1は従来の無線通信システムでデータを復元するための概略的なブロック構成を示した図である。
図2は従来の無線通信システムで使用されるフレームの構造を示した図である。
図3は従来の無線通信システムでデータを復元するための具体的なブロック構成図である。
図4は従来の無線通信システムでESAE方式によりデータを復元するためのブロック構成図である。
図5は従来の無線通信システムでESAE方式によりデータを復元するためのチャネル推定概念を示した図である。
【0005】
チャネル推定のためのパイロットシンボルを使用するPSAM(Pilot Symbol Assisted Modulation)システムの基底帯域の表示は図1のようである。前記図1のようなシステムではパイロットシンボルを周期的にデータシンボル間に挿入させ、パルス整形を経て伝送するようになる。この時、伝送される信号には、フェージングと付加白色ガウス性雑音(AWGN:Adaptive White Gaussian Noise)が加えるようになる。受信器では、整合フィルタ(Matched Filter)を通過させ、受信信号をパイロットシンボルとデータシンボルに分離した後、パイロットシンボルを利用して、チャネルを推定し、この推定された結果をもってデータシンボルのチャネル推定に利用する。データシンボルに対するチャネル推定のできるようにするために、補間器108を使用し、その結果を利用してデータを復元するようになる。
このような普遍的なPSAMシステムでチャネルを推定する過程を式で簡単に示すと下記のようである。
【0006】
【数1】
ここで、Re[A]はAの実数部であり、fcは搬送波周波数を示したものである。またzO(t)は伝送フィルタにより帯域制限された伝送基底帯域信号である。
【0007】
伝送されるフレームの構造は、図2のように一つのフレーム当たり知っている、既に設定されたパイロットシンボルが挿入されている。
このような信号が図1に示したようにフェージングの影響を受けて受信信号は下記のように変わる。
【0008】
【数2】
ここで、nc(t)は、付加白色ガウス性雑音として、電力スペクトル密度はNoである。
チャネル複素利得c(t)はフェージングと周波数オフセットとからなり、下記のように示すことができる。
【0009】
【数3】
前記式でfoは残留周波数オフセットを、g(t)はc(t)の包絡線を示す。以後、復調された基底帯域信号は下記式のように示すことができる。
【0010】
【数4】
基底帯域信号Z(t)を求めるためにC(t)を推定した値を求める必要がある。
k番目フレームのm番目シンボルのサンプリング瞬間は下記のようである。
【0011】
【数5】
TPはパイロットシンボルが挿入される周期であり、NTの値を有するようになる。
フレームタイミング瞬間ごとに復調されたパイロットシンボルは下記のようである。
【0012】
【数6】
即ち、k番目パイロットシンボルが受信された瞬間のフェージング推定値は、前記式(7)の歪まれたシンボルU(tk、0)をパイロットシンボルbに除算すると下記のように示すことができる。
【0013】
【数7】
【0014】
パイロットシンボルではなく情報シンボルのフェージング歪みは、前記式(8)に補間器を適用して求めることができる。補間(interpolation)は、一般的に固定型補間器と適応型補間器に区分されるが、固定型補間器はチャネルの変化に関係なくチャネルの歪みを推定するためシンク(nyquist:sinc)、ガウス(gaussian)、リニア(linear)、キュビク(cubic)などの補間器をチャネル全区間に対して適用する反面、適応型補間器はウィンナフィルタを利用したウィーナー補間器があるが、チャネルの歪みを推定するためにドップラー周波数(Doppler Frequency)とEs/Noのようなパラメータなどを用いてチャネルの変化に能動的に対処補償することにより正確なチャネル推定をできるようにする。
【0015】
図3は前記のようなフェージング推定(Fading Estimation)と補償(Compensation)をする過程を示した概念図であり、シンク補間器を使用する。図のようにチャネル推定過程はフェージング推定部301によりパイロットシンボルのフェージング推定が行われ、補間器302では、パイロットシンボルのチャネル推定結果によってデータシンボルの補間をする機能を遂行する。前記のように推定された結果を遅延部304により遅延された受信信号に反映することにより補償がなされるようになる。
【0016】
図4及び図5は他のチャネル推定方法を示したもので、ESAE(Extended Symbol-Aided Estimation)方式により、図5に示したようにシンボル“S”のチャネルを推定するために“P1”、“P2”、“P3”、“P4”と共に“S”以前の復元されたデータを使用している。
上述した方法を使用したパイロットシンボルのチャネル推定の通じたデータ推定方法及びESAEによる方法は比較的簡単であるとの利点はあるが、衛星通信のように受信信号のレベルが低いか、フェージングが激しい場合にはチャネル推定が困難である問題点がある。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的はフェージングなどにより歪みが激しい状況でもチャネル推定が可能なチャネル推定装置及び方法を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明は、無線通信システムにおけるデータ復調のための装置において、受信された信号中、既に設定されたシンボルによりチャネルを推定するためのフェージング推定部と、前記フェージング推定部の推定により他のシンボルに対する補間を遂行するための第1補間器と、前記第1補間器の出力信号をインバーティングするための第1インバータと、前記受信された信号を所定遅延させるための第1遅延部と、前記第1インバータの出力信号により前記第1遅延部の出力信号を1次補償するための第1乗算器と、補償するためのシンボル前後の所定区間にある前記1次補償されたシンボルを参照してそれぞれのシンボルに対する補間を遂行するための第2補間器と、前記第2補間器の出力信号レベルを所定変換するためのレベル調整部と、前記レベル調整部の出力信号をインバーティングするための第2インバータと、前記1次補償された信号を所定遅延するための第2遅延部と、前記第2インバータの出力信号により前記第2遅延部の出力信号を2次補償するための第2乗算器を備えることを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による望ましい実施例を添付した図を参照しつつ、詳細に説明する。下記の説明においては、本発明による動作を理解するのに必要な部分のみ説明され、その以外の部分の説明は本発明の要旨をぼやかすないように省略されるのに注意すべきである。
図6は本発明の実施例によるデータを復元するためのブロック構成図である。
図7は本発明の実施例によるデータを復元するためのチャネル推定概念を示した図である。
図6を参照して本発明の実施例による構成を説明すると下記のようである。
【0020】
フェージング推定部600は受信された信号中、既に設定されたシンボル(Pilot Symbol)によりフェージングを推定し、第1補間器610は、フェージング推定部600の推定により他のシンボル(information symbol)に対する補間(interpolation)を遂行する。前記第1補間器610は、ウィーナー補間器を使用することができる。第1インバータ620は、第1補間器610の出力信号を逆数に変換するためのインバーティング(Inverting)動作を遂行する。第1遅延部630は、受信された信号を所定時間の間遅延させるためのもので、これはフェージング推定部600、第1補間器610、第1インバータ620に動作時間を提供するためのものである。
【0021】
第1インバータ620によりインバーティングされたチャネル推定のための信号は、乗算器640により、第1遅延部630により遅延された信号を1次補償するようになる。1次補償された信号はさらに第2補間器650及び第2遅延部680に入力される。第2補間器650は、シンク(sync、またはNyquist)補間器を使用して、図7に示したように1次補償されたデータを参照してフェージングを推定するようになる。この時、推定に参照するデータは推定するためのデータシンボル(S)前後に位置した1次補償されたシンボルを参照してフェージングを推定するようになる。前記推定において、参照されるシンボルは、1次補償のようにパイロットシンボル(P1、P2、P3、P4)のみを参照するのではなく、1次補償により推定されたシンボル(斜線を引いたシンボル)などが使用される。前記推定には、1次補償の推定過程で使用されたパイロットシンボルの推定値がさらに使用され得る。この時、参照される1次補償されたデータシンボルとパイロットシンボルは同一な加重値に参照され推定されることもでき、それぞれ異なる加重値を与えて、シンボル推定に使用することもできる。推定された値はレベル調整部660によりレベル調整されて第2インバータ670に出力される。例えば、レファランスシンボル(Reference Symbol)が(1,0)及び(−1, 0)であると、他のQPSKシンボルである(0,1)、(0,−1)を一般化させ、すべてのシンボルを(1,0)ドメイン(domain)領域に移動させチャネル推定値を求めるようになる。第2インバータ670は入力される信号をインバーティングして乗算器690に出力するようになる。乗算器690は第2遅延部680から出力される信号と第2インバータ670から出力される信号を通じて2次補償を最終的に遂行するようになる。
【0022】
上述した構成による動作をもっと説明すると、下記のようである。
シンボル(S)のチャネルを推定するためにパイロットシンボルを使用すること外に、図7に示したようにウィーナー補間器610を用いて補償されたシンボルを新たなパイロットシンボルに取り扱ってナイキスト補間器650によりチャネルを推定するようになる。
【0023】
即ち、パイロットシンボルを利用して1次にチャネルを推定する場合は、ウィーナー補間器610を使用してチャネルを推定する反面、2次補償時には、ウィーナー補間器650により1次に推定補償されたシンボルを利用するので参照すべきであるシンボルが隣接してナイキスト補間器を利用するようになる。
上述した方式は、信号対雑音比(Signal to Noise Ratio:SNR)が増加することにより、パイロットシンボルを除いたデータシンボルのチャネル推定がさらに正確になり、チャネル補償後に得られたデータシンボルをさらにパイロットシンボルのように使用するようになるので、チャネル推定の信頼性を高めるようになる。
【0024】
図8は本発明の実施形態による特性を示した図である。
下記表は図8の実験条件に対して示したものである。図8の下辺はEo/Noを、左辺はBERの変化を示したものである。
【0025】
【表1】
【0026】
図に示したように本発明の実施例による実験結果、従来のウィンナによるデータ復元方法と比較して性能が改善されたことが分かる。
前記表の“K”はRiceanフェージングファクタを意味し、“fd”はドップラー周波数を意味する。標準化されたドップラー周波数はfdT=0.0011と0.011であり、これはシンボル伝送率が秒当たり18000シンボルである場合にドップラー周波数がそれぞれ20Hz、200Hzであることを意味する。そして、パイロット挿入周期(M)を20にしたものである。同期(Coherent)復調の場合は、受信端で補間器の計数を計算するために必要なドップラー周波数と雑音電力密度当たりシンボルエネルギー(γ=Es/No)を正確に知っているとの仮定下になされた。シミュレーション結果を見ると、ファストフェージング(fdT=0.001)の場合、図8b及び図8dの場合、本発明の結果がウィーナー補間器の場合より非常に優れていることが分かる。
【0027】
以上、本発明の特定の実施形態を参照して説明したが、各種の変形が特許請求の範囲により決められる本発明の思想及び範囲を逸脱しない限り、当該技術分野における通常の知識を持つ者により可能であることは明らかである。
【0028】
【発明の効果】
上述したように本発明はパイロットシンボルにより1次補償された信号を参照して2次にチャネルを推定することにより、フェージングなどにより歪みが激しい状況であってもチャネルを推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の無線通信システムでデータを復元するための概略的なブロック構成を示した図である。
【図2】 従来の無線通信システムで使用されるフレーム構造を示した図である。
【図3】 従来の無線通信システムでデータを復元するための具体的なブロック構成図である。
【図4】 従来の無線通信システムでESAE方式によりデータを復元するためのブロック構成図である。
【図5】 従来の無線通信システムでESAE方式によりデータを復元するためのチャネル推定概念を示した図である。
【図6】 本発明の実施形態によるデータを復元するためのブロック構成図である。
【図7】 本発明の実施形態によるデータを復元するためのチャネル推定概念を示した図である。
【図8】 本発明の実施形態によるBERの特性を示した図である。
【符号の説明】
600 フェージング推定部
610 第1補間器
620 第1インバータ
630 第1遅延部
640 乗算器
650 第2補間器
660 レベル調整部
670 第2インバータ
680 第2遅延部
690 乗算器
Claims (7)
- 無線通信システムにおけるチャネル推定のための装置において、
受信された信号中、既に設定されたシンボルによりチャネルを推定するためのフェージング推定部と、
前記フェージング推定部の推定により他のシンボルに対する補間を遂行するための第1補間器と、
前記第1補間器の出力信号をインバーティングするための第1インバータと、
前記受信された信号を所定遅延させるための第1遅延部と、
前記第1インバータの出力信号により前記第1遅延部の出力信号を1次補償するための第1乗算器と、
前記1次補償された信号と同一チャネルの信号を2次補償するために補償するためのシンボル前後の所定区間にある前記1次補償されたシンボルを参照してそれぞれのシンボルに対する補間を遂行するための第2補間器と、
前記第2補間器の出力信号レベルを所定変換するためのレベル調整部と、
前記レベル調整部の出力信号をインバーティングするための第2インバータと、
前記1次補償された信号を所定遅延するための第2遅延部と、
前記第2インバータの出力信号により前記第2遅延部の出力信号を2次補償するための第2乗算器とを備えることを特徴とする装置。 - 前記第1補間器は、ウィーナー補間器である請求項1に記載の装置。
- 前記第2補間器は、シンク、またはナイキスト補間器である請求項1、または2に記載の装置。
- 前記既に設定されたシンボルは、パイロットシンボルである請求項1、または2に記載の装置。
- 無線通信システムにおけるチャネル推定のための方法において、
受信された信号の既に設定されたシンボルにより他のシンボルの補償を遂行する1次補償過程と、
前記1次補償された信号と同一チャネルの信号の2次補償のために補償するためのシンボル前後の所定区間にある前記1次補償されたシンボルを参照してそれぞれのシンボルに対する補償を遂行する2次補償過程とからなり、
前記1次補償過程は、
受信された信号中、既に設定されたシンボルを通じてチャネルを推定する過程と、
前記推定されたチャネルを通じて他のシンボルに対する補間及びインバーティングを遂行する過程と、
前記インバーティングされた信号により前記受信された信号を補償する過程とからなることを特徴とする方法。 - 前記2次補償過程は、
補償するためのシンボル前後の所定区間にある前記1次補償されたシンボルを参照して、それぞれのシンボルに対する補間及びレベルを所定変換する過程と、
前記変換された信号をインバーティングして前記1次補償された信号を補償する過程とからなる請求項5に記載の方法。 - 前記既に設定されたシンボルは、パイロットシンボルである請求項5に記載の方法。
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