JP4381900B2 - Channel estimation and data detection method - Google Patents
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Description
本発明は通信路推定及びデータ検出方法に係り、特に、複数の送受信アンテナを用いて無線通信を行うMIMOシステムにおいて、通信路を推定してデータ検出を行う通信路推定及びデータ検出方法に関する。 The present invention relates to a communication path estimation and data detection method, and more particularly to a communication path estimation and data detection method for performing data detection by estimating a communication path in a MIMO system that performs wireless communication using a plurality of transmission / reception antennas.
近年、無線通信において高速かつ大容量伝送を実現する手段として、複数の送受信アンテナを用いるMIMO(Multiple−Input Multiple−Output)システムが注目されている。 In recent years, a MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) system using a plurality of transmission / reception antennas has attracted attention as means for realizing high-speed and large-capacity transmission in wireless communication.
しかしながら、MIMOシステムでは、通信路状態情報の精度が低いと、他のアンテナからの干渉により特性が大きく劣化する。従って、各アンテナから信号を検出するために、受信機において正確に通信路の状態を推定し、通信路の状態を知る必要がある。 However, in the MIMO system, if the accuracy of the channel state information is low, the characteristics are greatly degraded due to interference from other antennas. Therefore, in order to detect a signal from each antenna, it is necessary to accurately estimate the state of the communication channel at the receiver and to know the state of the communication channel.
通信路の推定方法としては、例えば期待値最大化(EM:Expectation−Maximization)アルゴリズムが用いられる場合がある(例えば非特許文献1参照)。このEMアルゴリズムは、例えば非特許文献6に記載されたMISO(Multiple−Input Single−Output)システムや、非特許文献2に記載された時空間ブロック符号化(STBC)システムにおいて、通信路推定及びデータ検出に対し優れたアルゴリズムであることが知られている。
As a channel estimation method, for example, an Expectation-Maximization (EM) algorithm may be used (see, for example, Non-Patent Document 1). This EM algorithm is used in, for example, channel estimation and data in a MISO (Multiple-Input Single-Output) system described in Non-Patent Document 6 and a space-time block coding (STBC) system described in Non-Patent
通信路を推定する際に最尤(ML:Maximum Likelihood)推定が困難な場合、EMアルゴリズムは、通信路推定を複数回繰り返すことでML解に近づけることができる。 If maximum likelihood (ML) estimation is difficult when estimating a communication path, the EM algorithm can approximate the ML solution by repeating the communication path estimation a plurality of times.
また、EMアルゴリズムは、二つの繰り返しステップからなる対数尤度関数を用いる方法であり、以下のような処理を行う。 The EM algorithm is a method using a log-likelihood function composed of two iteration steps, and performs the following processing.
まず、最初のステップであるExpectation−step(E−step)では、対数尤度関数の期待値を計算する。そして、二番目のステップであるMaximization−step(M−step)では、E−stepで求めた関数を最大にするパラメータを求める。 First, in Expectation-step (E-step), which is the first step, an expected value of the log likelihood function is calculated. In a second step, Maximization-step (M-step), a parameter that maximizes the function obtained in E-step is obtained.
しかしながら、従来のEMアルゴリズムは、通信路推定及びデータ検出に対するすべてのパラメータを同時に更新するため、収束速度が遅くなる、という問題があった。また、通信路の変動に対して効果的に追従することができない、という問題もあった。 However, the conventional EM algorithm has a problem that the convergence speed becomes slow because all parameters for channel estimation and data detection are updated simultaneously. There is also a problem that it is impossible to effectively follow the fluctuation of the communication path.
そこで、各パラメータを個別に逐次的に更新することで、EMアルゴリズムの収束速度が遅いという欠点を克服したSAGE(Space−Alternating Generalized EM)アルゴリズムが提案されている(例えば非特許文献5参照)。 Therefore, a SAGE (Space-Alternating Generalized EM) algorithm has been proposed that overcomes the disadvantage that the convergence speed of the EM algorithm is slow by sequentially updating each parameter (see, for example, Non-Patent Document 5).
例えば非特許文献3に記載された直接拡散符号分割多元接続(DS−CDMA)システムや、非特許文献4に記載された時空間符号(STC)システムにおける通信路推定及びデータ検出に対して、SAGEアルゴリズムが適用されている。
上記のように、MIMOシステムは、無線通信において高速かつ大容量伝送を実現する手段として有効であると共に、通信路推定の精度が重要となるが、装置の複雑さを軽減しつつ通信路変動に追従して優れた誤り率特性を達成できる方法については未だ提案されていない。 As described above, the MIMO system is effective as a means for realizing high-speed and large-capacity transmission in wireless communication, and the accuracy of channel estimation is important. However, the MIMO system reduces channel complexity while reducing the complexity of the device. There has not yet been proposed a method that can achieve an excellent error rate characteristic by following.
本発明は上記事実を考慮して成されたもので、装置の複雑さを軽減しつつ通信路変動に追従して優れた誤り率特性を達成できる通信路推定及びデータ検出方法を得ることが目的である。 The present invention has been made in consideration of the above facts, and an object of the present invention is to provide a channel estimation and data detection method that can achieve excellent error rate characteristics by following channel variations while reducing the complexity of the apparatus. It is.
上記目的を達成するために請求項1記載の発明は、複数の送信アンテナから送信された送信データを複数の受信アンテナで受信し、各受信アンテナで受信した受信データに基づいて、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の通信路利得を推定して前記送信データを検出する通信路推定及びデータ検出方法において、前記送信データを複数のサブブロックに分割し、前記受信データ及び所定の送信データ推定値に基づいて、各送信アンテナとの間の通信路についての通信路利得を表す通信路推定値を各受信アンテナ毎に求めるステップと、前記送信データ推定値を更新すべき送信アンテナを決定するステップと、前記受信データの期待値を各受信アンテナ毎に求めるステップと、前記期待値が最大となる送信データ推定値を各受信アンテナ毎に求めるステップと、前記期待値が最大となる送信データ推定値及び前記通信路推定値に基づいて、前記更新すべき送信アンテナに対応する送信データ推定値を各受信アンテナ毎に更新するステップと、各受信アンテナ毎に更新された送信データ推定値を合成して復号するステップと、更新後の送信データ推定値を前記所定の送信データ推定値として設定するステップと、を含む処理を、前記サブブロック毎に少なくとも前記送信アンテナの数以上繰り返すと共に、サブブロックの最後のデータについての通信路推定値に基づいて、次のサブブロックの初期送信データ推定値を求め、求めた初期送信データ推定値を前記所定の送信データ推定値として設定することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
この発明は、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを有する多入力多出力のシステムに適用される発明であり、複数の送信アンテナから送信された送信データを複数の受信アンテナで受信し、各受信アンテナで受信した受信データに基づいて、送信アンテナと受信アンテナとの間の通信路利得を推定して送信データを検出する。 The present invention is an invention applied to a multi-input multi-output system having a plurality of transmission antennas and a plurality of reception antennas. The transmission data transmitted from the plurality of transmission antennas is received by the plurality of reception antennas, and each reception is performed. Based on the reception data received by the antenna, the transmission data is detected by estimating the channel gain between the transmission antenna and the reception antenna.
各送信アンテナとの間の通信路についての通信路利得を表す通信路推定値は、受信データ及び所定の送信データ推定値に基づいて、各受信アンテナ毎に求める。なお、請求項4に記載したように、前記通信路推定値は、最小平均二乗誤差法により求めることができる。
A channel estimation value representing a channel gain for a channel with each transmission antenna is obtained for each reception antenna based on the reception data and a predetermined transmission data estimation value. Note that, as described in
所定の送信データ推定値は、最初の通信路推定値の推定では初期送信データ推定値が設定され、それ以降は、前回更新した送信データ推定値である。 As the predetermined transmission data estimated value, an initial transmission data estimated value is set in the estimation of the first communication channel estimated value, and thereafter the transmission data estimated value updated last time.
初期送信データ推定値は、請求項2に記載した手順で求めることができる。すなわち、請求項2記載の発明は、前記送信データは、予め定めた既知データを含み、前記既知データに対応する受信データ及び前記既知データに基づいて初期通信路推定値を求め、求めた初期通信路推定値及び前記既知データに対応する受信データに基づいて、初期送信データ推定値を求め、求めた初期送信データ推定値を前記所定の送信データ推定値として設定することを特徴とする。なお、既知データは、各送信アンテナから送信される送信データの先頭に予め挿入しておく。 また、請求項3に記載したように、前記初期送信データ推定値は、最尤検出により算出することができる。
The initial transmission data estimated value can be obtained by the procedure described in
そして、送信データ推定値を更新すべき送信アンテナを決定する。すなわち、本発明では多入力多出力のシステムにSAGEアルゴリズムを適用し、各送信アンテナ全てについての送信データ推定値を同時に更新するのではなく、一部の送信アンテナについての送信データ推定値を逐次更新していく。これにより、演算が収束する速度を速くすることができる。 Then, the transmission antenna whose transmission data estimated value is to be updated is determined. That is, in the present invention, the SAGE algorithm is applied to a multi-input multi-output system, and the transmission data estimation values for all the transmission antennas are not updated simultaneously, but the transmission data estimation values for some transmission antennas are updated sequentially. I will do it. Thereby, the speed at which the calculation converges can be increased.
次に、SAGEアルゴリズムのE−stepの処理として受信データの期待値を各受信アンテナ毎に求め、M−stepの処理として期待値が最大となる送信データ推定値を各受信アンテナ毎に求める。 Next, as an E-step process of the SAGE algorithm, an expected value of received data is obtained for each reception antenna, and as an M-step process, a transmission data estimated value with the maximum expected value is obtained for each receive antenna.
そして、期待値が最大となる送信データ推定値及び通信路推定値に基づいて、更新すべき送信アンテナに対応する送信データ推定値を各受信アンテナ毎に更新し、各受信アンテナ毎に更新された送信データ推定値を合成して復号する。 Then, based on the transmission data estimation value and the channel estimation value with the maximum expected value, the transmission data estimation value corresponding to the transmission antenna to be updated is updated for each reception antenna, and updated for each reception antenna. The transmission data estimated value is synthesized and decoded.
更新後の送信データ推定値は、所定の送信データ推定値として設定され、次の繰り返し計算に用いられる。 The updated transmission data estimated value is set as a predetermined transmission data estimated value and used for the next iterative calculation.
これらの処理を、送信データを複数のサブブロックに分割したサブブロック毎に少なくとも送信アンテナの数以上繰り返すと共に、サブブロックの最後のデータについての通信路推定値に基づいて、次のサブブロックの初期送信データ推定値を求め、求めた初期送信データ推定値を前記所定の送信データ推定値として設定する。すなわち、SAGEアルゴリズムでは全ての送信アンテナの送信データ推定値を同時に更新するのではなく、逐次的に送信データ推定値を更新するため、最低限、送信アンテナの数だけ上記の処理を繰り返し、各送信アンテナにつき1回は送信データ推定値を更新する。 These processes are repeated at least as many as the number of transmission antennas for each subblock obtained by dividing the transmission data into a plurality of subblocks , and the initial value of the next subblock is determined based on the channel estimation value for the last data of the subblock. A transmission data estimated value is obtained, and the obtained initial transmission data estimated value is set as the predetermined transmission data estimated value . That is, in the SAGE algorithm, the transmission data estimation values of all the transmission antennas are not updated at the same time, but the transmission data estimation values are sequentially updated. The transmission data estimated value is updated once per antenna.
このように、多入力多出力システムにSAGEアルゴリズムを適用して、通信路推定値の推定及びデータ検出を行うため、装置の複雑さを軽減しつつ優れた誤り率特性を達成できる。また、サブブロック間で通信路推定値を受け渡し、サブブロック毎にSAGEアルゴリズムを適用することにより、演算量を低減しつつ通信路変動に追従して優れた誤り率特性を得ることができる。 In this way, since the SAGE algorithm is applied to the multi-input multi-output system to estimate the channel estimation value and the data detection, it is possible to achieve excellent error rate characteristics while reducing the complexity of the apparatus. Also, by exchanging channel estimation values between sub-blocks and applying the SAGE algorithm for each sub-block, it is possible to obtain excellent error rate characteristics following channel variations while reducing the amount of computation.
以上説明したように本発明は、装置の複雑さを軽減しつつ通信路変動に追従して優れた誤り率特性を達成できる、という優れた効果を有する。 As described above, the present invention has an excellent effect that it is possible to achieve excellent error rate characteristics by following communication path fluctuations while reducing the complexity of the apparatus.
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1には、本発明に係る無線通信システム10の概略ブロック図を示した。図1に示すように、無線通信システム10は、送信機12及び受信機14により構成されている。
FIG. 1 shows a schematic block diagram of a
送信機12は、シンボルマッピング部16及びデマルチプレクサ18を含んで構成されており、受信機14は、通信路推定及びデータ検出部20、マルチプレクサ22、及びシンボルデマッピング部24を含んで構成されている。
The transmitter 12 includes a
デマルチプレクサ18には、N本(N≧2)の送信アンテナ261〜26Nが接続されており、通信路推定及びデータ検出部20には、M本(M≧2)の受信アンテナ281〜28Mが接続されている。
N (N ≧ 2) transmission antennas 26 1 to 26 N are connected to the
シンボルマッピング部16は、入力信号を変調方式に応じてシンボルマッピングして送信シンボル行列Xをデマルチプレクサ18へ出力する。
The
例えば、送信信号をQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)により変調して送信する場合には、2ビットで1つの送信シンボルを生成するので、(送信ビット、送信シンボル)とすると、iを虚数として、(10,1+i)、(00,−1+i)、(01,−1−i)、(11,1−i)のように、4種類の送信シンボルを複素平面上で表現できる。この場合、送信シンボルの実部及び虚部の何れか一方の正負が反転してしまった場合には、2つの送信ビットのうち何れか1ビットが誤ったと判定でき、実部及び虚部の両方の正負が反転してしまった場合は2つの送信ビット全てが誤ったと判定できる。このように、シンボルマッピング部16では、グレーマッピングに従い、送信信号を複素平面上の何れかの送信シンボルにマッピングする。
For example, when a transmission signal is modulated by QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) and transmitted, one transmission symbol is generated with 2 bits. Therefore, assuming that (transmission bit, transmission symbol), i is an imaginary number, The four types of transmission symbols can be expressed on the complex plane, such as (10, 1 + i), (00, -1 + i), (01, -1-i), and (11, 1-i). In this case, if the sign of either the real part or the imaginary part of the transmission symbol is inverted, it can be determined that one of the two transmission bits is incorrect, and both the real part and the imaginary part Can be determined that all two transmission bits are wrong. As described above, the
デマルチプレクサ18は、送信シンボル行列Xから各送信アンテナ261〜26Nで送信すべき送信シンボル系列X1〜XNを生成し、それぞれ対応する送信アンテナ261〜26Nへ出力する。これにより、各送信アンテナから各送信アンテナに対応した送信シンボル系列が送信される。
The
なお、送信シンボル系列(行列)Xn(n=1,2,…N)は、各送信アンテナから送信される送信フレームのフレーム長をLとして、Xn=[Xn 1,Xn 2,…Xn L]Tで表される。ここで、上付きTは転置を表し、Xn Lは、n番目の送信アンテナから送信されたL番目の送信シンボルを表す。 Note that the transmission symbol sequence (matrix) X n (n = 1, 2,... N) has a frame length of a transmission frame transmitted from each transmission antenna as L, and X n = [X n 1 , X n 2 , ... represented by X n L] T. Here, the superscript T represents transposition, and X n L represents the Lth transmission symbol transmitted from the nth transmission antenna.
また、各送信シンボル系列Xnの先頭に予め定められたp個の既知シンボルを挿入して送信する。 Further, p known symbols, which are determined in advance, are inserted at the beginning of each transmission symbol sequence X n and transmitted.
受信機14では、各送信アンテナ261〜26Nから送信された信号が各受信アンテナ281〜28Mによって受信され、通信路推定及びデータ検出部20に取り込まれる。
In the
m番目の受信アンテナで受信されたk番目の受信シンボルYm kは、次式で表される。 The kth received symbol Y m k received by the mth receiving antenna is expressed by the following equation.
なお、Hk n,mは複素ガウスランダム変数であり、n番目の送信アンテナと、m番目の受信アンテナとの間の通信路利得であり、Wk mはゼロ平均、雑音の分散σ2を持つガウス雑音である。 H k n, m is a complex Gaussian random variable, which is a channel gain between the n-th transmitting antenna and the m-th receiving antenna, and W k m is zero average and noise variance σ 2 . It has Gaussian noise.
ここで、受信シンボル系列(行列)Ym(m=1,2,…M)を、Ym=[Ym 1,Ym 2,…Ym L]Tとおくと、上記(1)式は次式のように表すことができる。
Here, the received symbol sequence (matrix) Y m (m = 1,2, ... M) a, Y m = [Y m 1 ,
ここで、X=[diag(X1)…diag(XN)]はL×NLの送信シンボル行列、Hm=[H1,m…HN,m]TはNL×1の通信路ベクトル、Hn,m=[H1 n,m…HL n,m]TはL×1の通信路ベクトル、Wm=[W1 m…WL m]TはL×1の雑音ベクトルである。 Here, X = [diag (X 1 )... Diag (X N )] is an L × NL transmission symbol matrix, and H m = [H 1, m ... H N, m ] T is an NL × 1 channel vector. , H n, m = [H 1 n, m ... H L n, m] T is channel vector of L × 1, W m = [ W 1 m ... W L m] T is a noise vector of L × 1 is there.
通信路推定及びデータ検出部20では、詳細は後述するが、各受信アンテナ281〜28Mで受信された受信シンボル系列Y1〜YM等に基づいて各送信アンテナ及び各受信アンテナ間の通信路利得を表す通信路ベクトルHmを推定し、これに基づいて送信シンボル系列Xnを推定する。
In channel estimation and
次に、本実施形態に係る通信路推定に用いられるアルゴリズムであるSAGEアルゴリズムについて説明する前に、上記非特許文献1及び非特許文献6等に記載されたEMアルゴリズムについて説明する。
Next, before describing the SAGE algorithm that is an algorithm used for channel estimation according to the present embodiment, the EM algorithm described in
まず、b∈Bを、確率分布p(y|b)を用いて観測ベクトルy∈Yから推定されるパラメータベクトルとする。EMアルゴリズムは、bのML推定が困難な場合に、演算を繰り返すことでbの推定値を求めるものである。アルゴリズムの導出は、観測不可能な完全データz∈Zに依存し、もしこれが観測可能であれば、ML推定値は簡単に計算できる。 First, bεB is a parameter vector estimated from the observation vector yεY using the probability distribution p (y | b). The EM algorithm obtains an estimated value of b by repeating the calculation when ML estimation of b is difficult. The derivation of the algorithm depends on the unobservable complete data zεZ, and if this is observable, the ML estimate can be easily calculated.
EMアルゴリズムのフレームワーク内で不完全データとして呼ばれる観測ランダム変数yは、図2に示すように、写像z|→y(z)という関係をもつ。 The observed random variable y called as incomplete data in the framework of the EM algorithm has a relationship of mapping z | → y (z) as shown in FIG.
EMアルゴリズムは、不完全データと所望の推定データを用いて、完全データの期待値を算出するE−step(expectation step)と、E−stepで求めた関数を最大化するM−step(maximization step)の二つの反復体系からなる。 The EM algorithm uses an incomplete data and desired estimated data to calculate an expected value of complete data, an E-step (expectation step), and an M-step (maximization step) that maximizes the function obtained in the E-step. ) Of two iteration systems.
E−stepにおける条件付き期待値Q(b|b[i])のi回目の繰り返し計算の計算式は次式で表される。 The calculation formula for the i-th iterative calculation of the conditional expected value Q (b | b [i] ) in E-step is expressed by the following equation.
M−stepでは、次式で示すように、上記(3)式で求めた関数を最大にするパラメータベクトルを求め、これを(i+1)回目の繰り返し計算における推定値b[i+1]として更新する。 In M-step, as shown by the following equation, a parameter vector that maximizes the function obtained by the above equation (3) is obtained, and this is updated as an estimated value b [i + 1] in the (i + 1) -th iteration calculation. To do.
完全データzは実際には観測できないので、Λ(z|b)の最大化は、不完全データyとパラメータベクトルbの最新の推定値を用いて行う。 Since the complete data z cannot actually be observed, the maximization of Λ (z | b) is performed using the incomplete data y and the latest estimated value of the parameter vector b.
b[i]がEMアルゴリズムの初期値b[0]によって生成された推定値の系列であれば、Λ(y|b[i])は減少することはない(単調特性)。EMアルゴリズムは初期値に依存し、その収束速度は欠損情報の割合と反比例する。また、この収束速度は完全データスペースの大きさにも反比例する。 If b [i] is a sequence of estimated values generated by the initial value b [0] of the EM algorithm, Λ (y | b [i] ) does not decrease (monotonic characteristic). The EM algorithm depends on the initial value, and the convergence speed is inversely proportional to the ratio of missing information. This convergence speed is also inversely proportional to the size of the complete data space.
次に、SAGEアルゴリズムについて説明する。ここでは、一例として非特許文献4に記載されたFessler等によって提案されたSAGEアルゴリズムについて説明する。
Next, the SAGE algorithm will be described. Here, as an example, the SAGE algorithm proposed by Fessler et al. Described in
SAGEアルゴリズムでは、繰り返しi回目で全てのパラメータを同時に更新するのではなく、S=S[i]によってインデックスがつけられたbの部分集合bSのみが更新され、次式で示すそれ以外の部分集合は更新されない。 In the SAGE algorithm, not all parameters are updated simultaneously at the i-th iteration, but only the subset b S of b indexed by S = S [i] is updated, and the other parts shown in the following equation The set is not updated.
この部分的に更新する操作により、SAGEアルゴリズムの収束速度はEMアルゴリズムよりも早くなる。 This partially updating operation makes the convergence speed of the SAGE algorithm faster than that of the EM algorithm.
E−stepにおけるi回目の繰り返し計算の計算式は次式で表される。 The formula for the i-th iterative calculation in E-step is expressed by the following formula.
また、M−stepにおける繰り返し計算では、bSのみ更新する。このbSのみ更新する計算式は次式で表される。 Also, only b S is updated in the repetitive calculation in M-step. A calculation formula for updating only b S is expressed by the following formula.
次に、本実施形態に係る受信機14の通信路推定及びデータ検出部20において実行される通信路推定及びデータ検出方法、すなわちMIMOシステムにSAGEアルゴリズムを適用して通信路を推定して送信シンボルを検出する方法について説明する。
Next, the channel estimation and data detection method executed in the channel estimation and
まず、既知シンボルを用いた通信路の初期推定について説明する。通信路推定としては、従来より公知のMMSE(Minimum Mean SquareError:最小平均二乗誤差)チャネル推定を適用する。また、既知シンボル系列はXtrとする。 First, initial estimation of a communication path using known symbols will be described. Conventionally known MMSE (Minimum Mean Square Error) channel estimation is applied as the channel estimation. Further, the known symbol series is assumed to be X tr .
通信路ベクトルHmと雑音ベクトルNmは無相関であるので、既知シンボルブロックXtrに対する通信路ベクトルHtrは、下記に示す非特許文献7にも記載されたように、下記(8)式で表される。 Since the channel vector H m and the noise vector N m are uncorrelated, the channel vector H tr for the known symbol block X tr is expressed by the following equation (8) as described in Non-Patent Document 7 shown below. It is represented by
(非特許文献7) S. Haykin, Adaptive Filter Theory, Englewood Ciffs, N. J. : Prentice-Hall, third ed., 1996. (Non-Patent Document 7) S. Haykin, Adaptive Filter Theory, Englewood Ciffs, N. J .: Prentice-Hall, third ed., 1996.
ここで、Ipはp×pの単位行列であり、Rhh trは既知シンボルに対する通信路の自己共分散行列であり既知であると仮定する。上付きHはエルミート転置を表す。また、σ2は加法的白色ガウス雑音の分散であり、本実施形態では既知であるものとする。Ym trはm番目の受信アンテナ28mで受信した既知シンボル系列を表す。 Here, it is assumed that I p is a p × p unit matrix, and R hh tr is a communication channel auto-covariance matrix for known symbols and is known. Superscript H represents Hermitian transpose. Also, σ 2 is the variance of additive white Gaussian noise, and is assumed to be known in this embodiment. Y m tr represents a known symbol sequence received by the m-th receiving antenna 28 m .
上記(8)式で求めた通信路推定値を既知シンボルの時間方向に平均化する。平均化した通信路推定値は次式で表される。 The channel estimation value obtained by the above equation (8) is averaged in the time direction of known symbols. The averaged channel estimation value is expressed by the following equation.
そして、上記のようにして求めた平均通信路推定値Eを用いて下記(10)式で表される初期送信シンボル系列推定値を下記(11)式で表されるML検出(最尤検出)によって求める。 Then, using the average channel estimation value E obtained as described above, the initial transmission symbol sequence estimated value represented by the following equation (10) is subjected to ML detection (maximum likelihood detection) represented by the following equation (11). Ask for.
なお、Xは送信シンボルの予測値であり、送信信号をQPSKで変調して送信した場合には、±1±iの4種類の何れかとなる。 X is a predicted value of a transmission symbol, and when a transmission signal is modulated by QPSK and transmitted, it is one of four types of ± 1 ± i.
上記(11)式で求めた初期送信シンボル系列推定値を、後述するSAGEアルゴリズムにおいて初期送信シンボル系列推定値(X[0])として使用する。 The initial transmission symbol sequence estimated value obtained by the above equation (11) is used as the initial transmission symbol sequence estimated value (X [0] ) in the SAGE algorithm described later.
次に、SAGEアルゴリズムによる通信路推定とデータ検出について説明する。なお、既知シンボル以外の送信シンボル部分では、各受信アンテナにおける通信路推定処理及びデータ検出処理は同一であるため、下記(13)〜(18)式まで受信アンテナに関するインデックスを省略する。 Next, channel estimation and data detection by the SAGE algorithm will be described. Note that, in the transmission symbol portion other than the known symbols, the channel estimation process and the data detection process in each reception antenna are the same.
前述したEMアルゴリズムのように、推定するパラメータベクトルはb=Xであり、不完全データはy=Yである。完全データをz={Y,H}と選ぶと、zの対数尤度関数は、非特許文献3にも記載されたように、次式で表される。
Like the EM algorithm described above, the parameter vector to be estimated is b = X, and the incomplete data is y = Y. When complete data is selected as z = {Y, H}, the log likelihood function of z is expressed by the following equation as described in
なお、上記(12)式の第二項は、送信信号と独立なので一定値となり無視できる。上記(12)式のΛ(Y|H,X)は、下記に示す非特許文献8にも記載されたように、ガウス分布に基づいて、下記(13)式により表すことができる。
Note that the second term of the above equation (12) is independent of the transmission signal and can be ignored because it is a constant value. [Lambda] (Y | H, X) in the above equation (12) can be expressed by the following equation (13) based on a Gaussian distribution as described in
(非特許文献8) J. G. Proakis, Digital Communication, Fourth Edition, New York: McGraw-Hill, 2001. (Non-Patent Document 8) J. G. Proakis, Digital Communication, Fourth Edition, New York: McGraw-Hill, 2001.
この条件付対数尤度関数Λ(Yk|H,X)を、一定である項を無視すると次式のように表すことができる。 This conditional log-likelihood function Λ (Y k | H, X) can be expressed as the following equation if a constant term is ignored.
なお、上付き*は複素共役を示す。ここで、SAGEアルゴリズムにおけるbの部分集合bSをn番目の送信アンテナからの送信フレームXnと選ぶ(bS=Xn)。そして、Xn kと独立した項を除外し、i回目の繰り返し計算でのE−stepにおける関数、すなわち受信シンボルYの条件付き期待値は次式で表される。 Superscript * indicates a complex conjugate. Here, choosing a subset b S of b in SAGE algorithms and transmission frame X n from the n-th transmit antenna (b S = X n). Then, excluding terms independent of X n k , the function in E-step in the i-th iterative calculation, that is, the conditional expected value of the received symbol Y is expressed by the following equation.
上記(15)式の繰り返し計算におけるi回目の計算のとき、n番目(n=(i mod N)+1)の送信アンテナから送信したシンボルのみ更新し、他の送信アンテナから送信したシンボルは更新しない。即ち、iが増えるごとに、更新するシンボルの送信アンテナのインデックスも増え、(N+1)回目の繰り返し計算において、最初に更新した送信アンテナのシンボルを再び更新する。 In the i-th calculation in the repetitive calculation of the above equation (15), only symbols transmitted from the nth (n = (i mod N) +1) transmission antenna are updated, and symbols transmitted from other transmission antennas are not updated. . That is, as i increases, the index of the transmission antenna of the symbol to be updated also increases, and the symbol of the transmission antenna that was updated first is updated again in the (N + 1) th iterative calculation.
そして、通信路の条件付期待値は、MMSE推定法により次式で表される。 Then, the conditional expected value of the communication channel is expressed by the following equation using the MMSE estimation method.
ここで、Rhhは通信路の自己共分散行列であり、既知であるものとする。σ2は加法的白色ガウス雑音の分散であり、本実施形態では既知であるものとする。INは、N×Nの単位行列である。そして、次式で示すように、上記(15)式を(Xn k)*において微分することにより、M−stepの解を求めることができる。 Here, R hh is a self-covariance matrix of the communication path and is assumed to be known. σ 2 is the variance of additive white Gaussian noise, and is assumed to be known in this embodiment. I N is an N × N unit matrix. Then, as shown by the following equation, the solution of M-step can be obtained by differentiating the above equation (15) with respect to (X n k ) * .
従って、(i+1)回目の繰り返し計算における送信シンボル系列推定値Xn k[i+1]は、次式で表すことができる。 Therefore, the transmission symbol sequence estimated value X n k [i + 1] in the (i + 1) -th repetitive calculation can be expressed by the following equation.
送信シンボル系列推定値は、各受信アンテナ毎に推定される。各受信アンテナ毎に推定された送信シンボル系列推定値は、最大比合成法(MRC:Maximal Ratio Combining)により合成する。 The transmission symbol sequence estimation value is estimated for each receiving antenna. The transmission symbol sequence estimation values estimated for the respective receiving antennas are combined by a maximum ratio combining method (MRC: Maximum Ratio Combining).
最大比合成は、次式で示すように、各送信シンボルにその通信路推定値を重み付けすることにより合成するものである。 The maximum ratio combining is performed by weighting each transmission symbol with its channel estimation value as shown in the following equation.
ここで、F{・}は硬判定を意味する。最大比合成は、1回の繰り返し計算を行う毎に行う。 Here, F {·} means a hard decision. The maximum ratio synthesis is performed every time iterative calculation is performed once.
硬判定では、送信信号をQPSKにより変調して送信した場合には、実部及び虚部の正負をそれぞれ判定し、正であれば+1(+i)、負であれば−1(−i)と判定する。これにより、送信シンボルが復号される。 In the hard decision, when the transmission signal is modulated by QPSK and transmitted, the positive and negative of the real part and the imaginary part are respectively determined. If positive, +1 (+ i) is determined. judge. As a result, the transmission symbol is decoded.
そして、上記(20)式によって合成した送信シンボル系列推定値を、各受信アンテナの次の繰り返し計算において用いる。 Then, the transmission symbol sequence estimated value synthesized by the above equation (20) is used in the next iterative calculation of each receiving antenna.
このように、MIMOシステムにSAGEアルゴリズムを適用して通信路を推定して送信シンボルを検出することにより、既知シンボルを用いて通信路を推定して送信シンボルを検出するML検出よりも優れたビット誤り率(BER)を得ることができる。 In this way, by applying the SAGE algorithm to the MIMO system and estimating the communication channel and detecting the transmission symbol, the bit is superior to ML detection that detects the transmission symbol by estimating the communication channel using a known symbol. An error rate (BER) can be obtained.
次に、送信フレームを複数のサブブロックに分割し、各サブブロックにSAGEアルゴリズムを適用して通信路を推定して送信シンボルを検出するSimp−SAGEアルゴリズムについて説明する。 Next, a Sim-SAGE algorithm that divides a transmission frame into a plurality of sub-blocks, applies a SAGE algorithm to each sub-block, estimates a communication path, and detects a transmission symbol will be described.
SAGEアルゴリズムにおいて、通信路推定を行うMMSEは、送信フレームのフレーム長L分の逆行列を必要とし、演算量のオーダはO(L3)となる。また、フレーム後部における初期データの検出精度が劣化するため、送信フレーム全体にSAGEアルゴリズムを適用した場合、通信路に変動がある場合、この通信路変動に対してうまく追従できない場合がある。 In the SAGE algorithm, MMSE that performs channel estimation requires an inverse matrix corresponding to the frame length L of the transmission frame, and the order of the amount of computation is O (L 3 ). In addition, since the initial data detection accuracy in the rear part of the frame deteriorates, when the SAGE algorithm is applied to the entire transmission frame, if there is a change in the communication path, it may not be possible to follow this communication path change well.
そこで、1つの送信フレームを、l個のシンボルごとのサブブロック(SB)に分割し、各サブブロックにSAGEアルゴリズムを適用する。すなわち、図3に示すように、L個のシンボルを含む送信シンボル系列XをX={X[1]、…、X[B]、…、X[L/l]}のように分割し、各サブブロックにSAGEアルゴリズムを適用する。なお、以下では、Bはサブブロックのインデックスとする。 Therefore, one transmission frame is divided into sub-blocks (SB) for each l symbol, and the SAGE algorithm is applied to each sub-block. That is, as shown in FIG. 3, a transmission symbol sequence X including L symbols is divided into X = {X [1],..., X [B],. A SAGE algorithm is applied to each sub-block. In the following, B is an index of a sub-block.
Simp−SAGEアルゴリズムでは、通信路変動に追従できるようするため、一つ前のサブブロックのl番目のシンボル(サブブロックの最後のシンボル)に対する通信路推定値を、次のサブブロックの初期推定値として用いる。このように送信フレームをサブブロックに分割して各サブブロックにSAGEアルゴリズムを適用することにより、1フレーム内の全てのサブブロックの通信路推定に伴う演算量のオーダはO((L/l)×l3)=O(Ll2)となり、演算量を削減することができる。また、前のサブブロックの通信路推定値を、次のサブブロックの初期通信路推定値として用いることで、通信路への追従効果も得られる。 In the Sim-SAGE algorithm, in order to be able to follow the channel variation, the channel estimation value for the l-th symbol of the previous sub-block (the last symbol of the sub-block) is used as the initial estimation value of the next sub-block. Used as Thus, by dividing the transmission frame into sub-blocks and applying the SAGE algorithm to each sub-block, the order of the amount of computation associated with the channel estimation of all sub-blocks in one frame is O ((L / l) Xl 3 ) = O (Ll 2 ), and the amount of calculation can be reduced. Further, by using the channel estimation value of the previous sub-block as the initial channel estimation value of the next sub-block, the effect of following the channel can be obtained.
なお、初期送信シンボル推定値Xk[0][B]=[Xk 1[B]、…、Xk N[B]]は、ML検出によって次式で求めることができる。 Note that the initial transmission symbol estimated value X k [0] [B] = [X k 1 [B],..., X k N [B]] can be obtained by the following equation by ML detection.
次に、通信路推定及びデータ検出部20においてSimp−SAGEアルゴリズムを用いて通信路推定及びデータ検出を行う場合の処理の流れを図4に示すフローチャートを参照して説明する。
Next, the flow of processing when the communication path estimation and
まず、ステップ100では、各受信アンテナ281〜28Mで受信された受信シンボルYm tr、既知シンボル系列Xtrに基づいて、上記(8)式により既知シンボル系列Xtrに対する通信路推定値Htrを求める。
First, in
ステップ102では、ステップ100で求めた通信路推定値Htrを上記(9)式で示されるように既知シンボルの時間方向に平均化した平均通信路推定値E[Hm tr]を求める。
In
ステップ103では、サブブロック長l(=フレーム長L/サブブロック数)を設定する。
In
ステップ104では、サブブロックのインデックスBに‘1’を代入する。次のステップ106では、ステップ102で求めた平均通信路推定値E[Hm tr]、各受信アンテナ281〜28Mで受信された既知シンボル以降の受信シンボルYm k(k=p+1〜L)に基づいて、上記(10)式で表される初期送信シンボル系列Xkを、上記(11)式によりML検出によって求める。求めた初期送信シンボル系列Xkは、次ステップ以降のSAGEアルゴリズムにおいてX[0][0]として用いられる。
In
ステップ108では、繰り返し計算の繰り返し数iに‘0’を代入する。ステップ110では、送信シンボル系列X[i][B]、受信シンボル系列Yに基づいて、上記(17)式により通信路ベクトルの条件付き期待値E{H[B]|Y[B],X[i][B]}、すなわち(16)式の通信路推定値H[i][B]を各受信アンテナ毎に求める。
In
ステップ112では、パラメータの更新対象の送信アンテナ番号nをモジュロ計算(n=(i mod N)+1)により決定する。
In
ステップ114では、SAGEアルゴリズムにおけるE−stepの処理として、通信路推定値H[i][B]、送信シンボル系列X[i][B]、受信シンボル系列Y[B]に基づいて、上記(15)式により、受信シンボル系列Y[B]の条件付き期待値Q(Xn|X[i][B])を各受信アンテナ毎に求める。 In step 114, as the E-step processing in the SAGE algorithm, based on the channel estimation value H [i] [B], the transmission symbol sequence X [i] [B], and the reception symbol sequence Y [B] ( 15) The conditional expected value Q (X n | X [i] [B]) of the received symbol sequence Y [B] is obtained for each receiving antenna.
ステップ116では、SAGEアルゴリズムにおけるM−stepの処理として、上記(18)式により、ステップ114で求めた受信シンボル系列Y[B]の条件付き期待値を(Xn k)*で微分する処理を各受信アンテナ毎に行う。これにより、M−stepの解、すなわち受信シンボル系列Y[B]の条件付き期待値が最大となる値を求めることができる。
In
この送信シンボル推定値Xn k[i+1][B]の算出は、各受信アンテナ281〜28M毎に行われる。 The transmission symbol estimated value X n k [i + 1] [B] is calculated for each of the receiving antennas 28 1 to 28 M.
ステップ120では、上記(20)式により、各受信アンテナ毎に算出された送信シンボル推定値Xn k[i+1][B]の各々を、対応する通信路推定値Hn [i][B]で重み付けして加算することにより最大比合成処理を行うと共に、硬判定を行う。
In
ステップ122では、繰り返し数(i+1)がImax以上であるか否か、すなわちステップ110〜120の計算をImax回繰り返したか否かを判定し、繰り返し数(i+1)がImax以上である場合には、ステップ124へ移行する。一方、繰り返し数(i+1)がImax未満の場合は、ステップ126へ移行して、繰り返し数iをインクリメントして、ステップ110へ移行し、上記と同様の処理を繰り返す。
In step 122, it is determined whether or not the number of repetitions (i + 1) is equal to or greater than I max, that is, whether or not the calculations in
なお、全ての送信アンテナについて送信シンボルの推定を行う必要があるため、Imaxは少なくともN以上の値で、通信路推定値が収束するのに十分な値に設定される。 Since it is necessary to estimate transmission symbols for all transmission antennas, I max is a value at least equal to or greater than N, and is set to a value sufficient for convergence of the channel estimation value.
ステップ126では、B+1がL/lを越えたか否か、すなわち、全サブブロックについて送信シンボル系列の検出が終了したか否かを判定する。B+1がL/lを越えた場合には、全サブブロックについて送信シンボル系列の推定が終了したと判断し、本ルーチンを終了する。一方、B+1がL/l以下の場合には、全サブブロックについて送信シンボル系列の推定が終了していないと判断し、ステップ128へ移行して、サブブロックのインデックスであるBをインクリメントする。
In
ステップ130では、上記(21)式により、前サブブロック(B−1番目のサブブロック)の通信路推定値Hl[B−1]を用いて、次のサブブロック(B番目のサブブロック)の初期送信シンボル推定値Xk[0][B]を算出する。すなわち、前サブブロックのl番目の送信シンボル(当該サブブロックの最後の送信シンボル)についての通信路推定値を、次のサブブロックの初期送信シンボル推定値の計算に用いる。これにより、通信路変動が大きい場合でも、通信路変動に追従することができ、優れた誤り率特性を得ることができる。
In
そして、ステップ108へ戻って繰り返し数iをリセットし、上記と同様の処理を行う。これらの処理を全てのサブブロックについて行うことにより、各送信アンテナ261〜26Nから送信された送信シンボル系列Xnが検出される。 Then, the process returns to step 108 to reset the repetition number i, and the same processing as described above is performed. By performing these processes for all the sub-blocks, the transmission symbol sequence X n transmitted from each of the transmission antennas 26 1 to 26 N is detected.
図5には、Simp−SAGEアルゴリズムを実行するときの通信路推定及びデータ検出部20をブロック図的に示した。
FIG. 5 is a block diagram illustrating the channel estimation and
図5に示すように、通信路推定及びデータ検出部20は、各サブブロック毎に初期送信シンボル推定値のML検出等を行うトラッキング部20A及びSAGEアルゴリズムにより通信路推定及びシンボル検出を行うと共に、最大比合成処理及び硬判定処理等を行うSAGE部20Bと、とから成る。以下、概略的に説明する。
As shown in FIG. 5, the channel estimation and
トラッキング部20Aでは、ML検出部30により、初期送信シンボル推定値X[0][B]をML検出により検出する。これは、図4のステップ106、130の処理に相当する。なお、先頭のサブブロック(B=1)については、通信路推定値Htrが用いられ、それ以降のサブブロックについてはHl[B−l]が用いられる。
In
SAGE部20Bでは、通信路推定部32によって、通信路推定値H[i][B]を求め、シンボル検出部34へ出力する。この処理は、図4のステップ110の処理に相当する。なお、最初の通信路推定では、トラッキング部20Aからの初期送信シンボル推定値X[0][B]が用いられ、その後の繰り返し計算においては、シンボル検出部34において検出された送信シンボル推定値X[i][B]が用いられる。
In the SAGE unit 20B, the
シンボル検出部34では、通信路推定値H[i][B]及び受信シンボル系列Yに基づいて、モジュロ計算部36において決定された送信アンテナ番号nから送信された送信シンボル系列Xn [i+1][B]を各受信アンテナ毎に求めて最大比合成及び硬判定部38へ出力する。なお、この処理は図4のステップ118の処理に相当する。
The
最大比合成及び硬判定部38は、各受信アンテナ毎に求められた送信シンボル系列Xn [i+1][B]を最大比合成によって合成すると共に硬判定処理を行い、送信シンボル系列を決定する。なお、この処理は、図4のステップ120の処理い相当する。
The maximum ratio combining and
そして、繰り返し数判断部40によってImax回繰り返し計算を行ったか否かを判断し、繰り返し計算の回数がImax未満の場合にはインクリメント部42によってiをインクリメントして同様に繰り返し計算を行う。一方、繰り返し計算の回数がImaxに達した場合には、トラッキング部20Aの判断部44において、全サブブロックについて送信シンボル系列の推定が終了したか否かを判断し、終わってない場合には、インクリメント部46によりBをインクリメントして、次のサブブロックの繰り返し計算を上記と同様に行う。
Then, it is determined whether or not iterative calculation has been performed I max times by the repetition
なお、本実施形態では、通信路推定の方法としてMMSEを用いて通信路推定を行う場合について説明したが、これに限らず、ZF(Zero Forcing)等の簡易なアルゴリズムを用いて通信路推定を行っても良い。 In the present embodiment, the case of performing channel estimation using MMSE as the channel estimation method has been described. However, the present invention is not limited to this, and channel estimation is performed using a simple algorithm such as ZF (Zero Forcing). You can go.
次に、本発明の実施例について説明する。 Next, examples of the present invention will be described.
シミュレーション諸元として以下のように設定した。送信アンテナ数N=2、 受信アンテナ数M=2、データの変調方式はQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)変調方式、通信路はフラットレイリーフェージング通信路、シンボル長TS=5μs、送信フレーム長L=40、既知シンボル数p=4、データシンボル数を36とした。 The simulation parameters were set as follows. Number of transmitting antennas N = 2, number of receiving antennas M = 2, data modulation method is QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) modulation method, communication channel is flat Rayleigh fading channel, symbol length T S = 5 μs, transmission frame length L = 40, the number of known symbols p = 4, and the number of data symbols was 36.
また、すべての送信アンテナからの送信シンボル推定値を更新して繰り返し計算が1段階終了したこととするため、送信アンテナ数Nの数だけ繰り返し計算を行うことにより繰り返し計算が1段階終了することとなる。 Further, since it is assumed that the transmission symbol estimation values from all the transmission antennas are updated and the iteration calculation is completed in one stage, the iteration calculation is completed for the number N of transmission antennas, and thus the iteration calculation is completed in one stage. Become.
図6には、1ビットあたりの信号電力対雑音電力比Eb/N0が10dBと20dBの場合における、SAGEアルゴリズムによる繰り返し計算の段階数と通信路推定値の平均二乗誤差(MSE)との関係をシミュレーションした結果について示した。 FIG. 6 shows the number of iterative calculation steps by the SAGE algorithm and the mean square error (MSE) of the channel estimation value when the signal power to noise power ratio E b / N 0 per bit is 10 dB and 20 dB. The result of simulating the relationship is shown.
図6から明らかなように、繰り返し計算を1段階行っただけで十分収束していることがわかる。従って、以下のシミュレーションでは、繰り返し計算を1段階行った場合の結果を示す。 As is apparent from FIG. 6, it can be seen that the convergence has been sufficiently achieved by performing only one iteration of the calculation. Therefore, the following simulation shows the results when one iteration of the calculation is performed.
表記として、ML−onlyを既知シンボルを用いてML検出した特性、SAGEを送信フレームを分割しない提案アルゴリズムの特性、Simp−SAGEを送信フレームを複数のサブブロックに分割した提案アルゴリズムの特性とする。 As notations, ML-only is the characteristic of ML detection using known symbols, SAGE is the characteristic of the proposed algorithm that does not divide the transmission frame, and Sim-SAGE is the characteristic of the proposed algorithm that divides the transmission frame into a plurality of sub-blocks.
図7には、ML推定、本発明に係るSimp−SAGEアルゴリズムの各々について、サブブロック長(SBL)lとビット誤り率(BER:Bit Error Rate)との関係を最大ドップラー周波数Fd×シンボル長Tsを変えてシミュレーションした結果について示した。なお、FdTsは、通信路の変動の速さを表し、1.0×10-3、5.0×10-4、1.0×10-4の3パターンについてシミュレーションした。また、図7では、ML推定のみによってシミュレーションしたものについては「ML−only」と、Simp−SAGEアルゴリズムによってシミュレーションしたものについては「Simp−SAGE」と表記した。 Figure 7 is, ML estimates, for each of Simp-SAGE algorithm according to the present invention, the sub-block length (SBL) l and bit error rate (BER: Bit Error Rate) and the maximum Doppler frequency F d × symbol length the relationship The simulation results with varying T s are shown. F d T s represents the speed of fluctuation of the communication path, and simulation was performed for three patterns of 1.0 × 10 −3 , 5.0 × 10 −4 , and 1.0 × 10 −4 . Further, in FIG. 7, “ML-only” indicates that the simulation is performed only by ML estimation, and “Simp-SAGE” indicates that the simulation is performed using the Sim-SAGE algorithm.
なお、サブブロック長lが送信フレーム長Lと等しい場合、すなわちl=L=40の場合、SAGEアルゴリズムとSimp−SAGEアルゴリズムとは等価である。 When the sub-block length l is equal to the transmission frame length L, that is, when l = L = 40, the SAGE algorithm and the Sim-SAGE algorithm are equivalent.
図7に示すように、Simp−SAGEアルゴリズムの場合には、最適なサブブロック長が存在することがわかる。これは、サブブロック長を短くする、 即ち1送信フレームに対する分割数を多くすると、通信路変動への追従効果が得られるが、通信路推定に用いるデータ系列のサンプル数は減少し、通信路推定の精度が落ちること、逆に、サブブロック長を長くすると、通信路変動への追従効果は減少するが、通信路推定に用いるデータ系列のサンプル数は増加し、通信路推定の精度は上がることによる。 As shown in FIG. 7, in the case of the Sim-SAGE algorithm, it can be seen that there is an optimum sub-block length. This is because if the sub-block length is shortened, that is, if the number of divisions for one transmission frame is increased, the effect of tracking channel fluctuations can be obtained, but the number of data series samples used for channel estimation decreases, and channel estimation On the other hand, if the subblock length is increased, the effect of tracking channel fluctuations decreases, but the number of data series samples used for channel estimation increases and the accuracy of channel estimation increases. by.
図7から明らかなように、最適なサブブロック長は、FdTS=1.0×10-3の場合で8シンボル、FdTS=5.0×10-4、1.0×10-4の場合で10シンボルとわかる。通信路変動が激しい環境では、追従効果が効果的に得られるよう最適なサブブロック長が短くなっている。 As is apparent from FIG. 7, the optimum sub-block length is 8 symbols in the case of F d T S = 1.0 × 10 −3 , F d T S = 5.0 × 10 −4 , 1.0 × In the case of 10 −4 , it can be seen as 10 symbols. In an environment where communication path fluctuations are severe, the optimum sub-block length is shortened so that the tracking effect can be obtained effectively.
以下の表1には、SAGEアルゴリズムの場合、サブブロック長を8シンボル、10シンボルにしたときのSimp−SAGEアルゴリズムの場合の演算量を示した。なお、前述したように送信フレーム長L=40、既知シンボル数p=4である。 Table 1 below shows the amount of calculation in the case of the Sim-SAGE algorithm when the subblock length is 8 symbols and 10 symbols in the case of the SAGE algorithm. As described above, the transmission frame length L = 40 and the number of known symbols p = 4.
表1から明らかなように、サブブロック長が短くなれば演算量が低減されることがわかる。また、送信フレームを分割することにより、大幅に演算量が低減されることがわかる。 As apparent from Table 1, it can be seen that the calculation amount is reduced when the sub-block length is shortened. It can also be seen that the amount of computation is greatly reduced by dividing the transmission frame.
図8には、FdTS=1.0×10-3、1.0×10-4の場合におけるEb/N0とBERとの関係をシミュレーションした結果を示した。なお、Simp−SAGEアルゴリズムの場合は、FdTS=1.0×10-3、1.0×10-4の場合で各々最適なサブブロック長l=8、10としてシミュレーションした。 FIG. 8 shows the result of simulating the relationship between E b / N 0 and BER when F d T S = 1.0 × 10 −3 and 1.0 × 10 −4 . In the case of the Sim-SAGE algorithm, the simulation was performed with F d T S = 1.0 × 10 −3 and 1.0 × 10 −4 with the optimum sub-block length l = 8 and 10, respectively.
図8から明らかなように、SAGEアルゴリズムの場合、ML−onlyと比べ、Eb/N0が約1dB特性改善していることがわかる。また、Simp−SAGEアルゴリズムの場合、ML−onlyと比較して、FdTS=1.0×10-3において、BER=10-2で約2.5dB、BER=10-3で約10dBEb/N0が改善され、FdTS=1.0×10-4において、約2dBEb/N0が改善されることがわかる。すなわち、Simp−SAGEアルゴリズムは、高速フェージング環境の方が低速フェージング環境より改善効果が大きいことがわかる。これは、ML−onlyではフレーム先頭の既知シンボルから得られた通信路推定値のみを用いるのに対して、Simp−SAGEアルゴリズムでは、サブブロック間で通信路推定値を受け渡すことにより通信路変動に対し追従できているからである。 As is apparent from FIG. 8, in the case of the SAGE algorithm, it can be seen that E b / N 0 is improved by about 1 dB compared to ML-only. Further, in the case of the Sim-SAGE algorithm, compared with ML-only, at F d T S = 1.0 × 10 −3 , BER = 10 −2 is about 2.5 dB, and BER = 10 −3 is about 10 dBE. b / N 0 is improved, the F d T S = 1.0 × 10 -4, it can be seen that about 2dBE b / N 0 is improved. That is, it can be seen that the improvement effect of the Sim-SAGE algorithm is larger in the fast fading environment than in the slow fading environment. In ML-only, only the channel estimation value obtained from the known symbol at the head of the frame is used, whereas in the Sim-SAGE algorithm, channel channel fluctuation is obtained by passing the channel estimation value between sub-blocks. It is because it is able to follow against.
このように、Simp−SAGEアルゴリズムでは、通信路変動が大きい高速フェージング環境においても、低演算量で且つ効果的に通信路変動に追従して優れた誤り率特性を達成できることが判った。 Thus, it has been found that the Sim-SAGE algorithm can achieve excellent error rate characteristics by following the channel fluctuation effectively and with a low amount of computation even in a high-speed fading environment where the channel fluctuation is large.
10 無線通信システム
12 送信機
14 受信機
16 シンボルマッピング部
18 デマルチプレクサ
20 データ検出部
22 マルチプレクサ
24 シンボルデマッピング部
261〜26N 送信アンテナ
281〜28M 受信アンテナ
10 wireless communication system 12
Claims (4)
前記送信データを複数のサブブロックに分割し、
前記受信データ及び所定の送信データ推定値に基づいて、各送信アンテナとの間の通信路についての通信路利得を表す通信路推定値を各受信アンテナ毎に求めるステップと、
前記送信データ推定値を更新すべき送信アンテナを決定するステップと、
前記受信データの期待値を各受信アンテナ毎に求めるステップと、
前記期待値が最大となる送信データ推定値を各受信アンテナ毎に求めるステップと、
前記期待値が最大となる送信データ推定値及び前記通信路推定値に基づいて、前記更新すべき送信アンテナに対応する送信データ推定値を各受信アンテナ毎に更新するステップと、
各受信アンテナ毎に更新された送信データ推定値を合成して復号するステップと、
更新後の送信データ推定値を前記所定の送信データ推定値として設定するステップと、
を含む処理を、前記サブブロック毎に少なくとも前記送信アンテナの数以上繰り返すと共に、サブブロックの最後のデータについての通信路推定値に基づいて、次のサブブロックの初期送信データ推定値を求め、求めた初期送信データ推定値を前記所定の送信データ推定値として設定する
ことを特徴とする通信路推定及びデータ検出方法。 The transmission data transmitted from the plurality of transmission antennas is received by the plurality of reception antennas, and the channel gain between the transmission antenna and the reception antenna is estimated based on the reception data received by each reception antenna, In the channel estimation and data detection method for detecting transmission data,
Dividing the transmission data into a plurality of sub-blocks;
Obtaining a channel estimation value representing a channel gain for a channel with each transmission antenna based on the reception data and a predetermined transmission data estimation value for each reception antenna;
Determining a transmit antenna for which the transmit data estimate is to be updated;
Obtaining an expected value of the received data for each receiving antenna;
Obtaining a transmission data estimate for which the expected value is maximized for each receiving antenna;
Updating the transmission data estimation value corresponding to the transmission antenna to be updated for each reception antenna based on the transmission data estimation value and the communication path estimation value with the maximum expected value;
Synthesizing and decoding the transmission data estimate updated for each receiving antenna; and
Setting the updated transmission data estimated value as the predetermined transmission data estimated value;
Is repeated for at least the number of transmission antennas for each sub-block, and an initial transmission data estimation value for the next sub-block is obtained based on the channel estimation value for the last data of the sub-block, and obtained. The initial transmission data estimation value is set as the predetermined transmission data estimation value .
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