JP4569591B2 - Adaptive canceling method of sneak wave in OFDM-based SFN repeater - Google Patents

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Description

本発明は、OFDM(orthogonal frequency division multiplexing:直交周波数分割多重)系SFN(single frequency network)中継装置における回り込み波およびマルチパス干渉波を除去するためのキャンセリング方法に関する。本発明は、適応信号処理技術をOFDM通信系に適用するに際して不可欠な、実時間に伝搬路の動特性に関する情報を推定する方法によって特徴づけられる。   The present invention relates to a canceling method for removing sneak waves and multipath interference waves in an OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) SFN (single frequency network) relay apparatus. The present invention is characterized by a method for estimating information on dynamic characteristics of a propagation path in real time, which is indispensable when applying an adaptive signal processing technique to an OFDM communication system.

OFDMシステムは、高速無線通信、無線ネットワーク或いはマルチメディア通信にけるマルチキャリア変調方式として、近年、注目されている。OFDMは、マルチパス干渉に強く、地上波デジタルテレビジョン放送、ADSL(asymmetric digital subscriber line:非対称デジタル加入者線)、5GHz帯の無線LANに採用されている。OFDM信号は、周波数利用効率を向上させるべくSFNを通して伝送される場合がある。   In recent years, the OFDM system has attracted attention as a multicarrier modulation method in high-speed wireless communication, wireless network, or multimedia communication. OFDM is resistant to multipath interference, and is adopted in terrestrial digital television broadcasting, ADSL (asymmetric digital subscriber line), and 5 GHz band wireless LAN. The OFDM signal may be transmitted through SFN to improve frequency utilization efficiency.

SFNは周波数利用効率の点で優れているけれども、中継装置(中継局)の送受信アンテナ間における回り込み現象のため送信信号の品質が劣化する問題がある。わけても、回り込み(coupling)のループ利得が1以上になると、信号増大、発振が生じやすいという問題がある。そのため、中継局において、回り込み波をキャンセルするシステムが必要となる。   Although SFN is excellent in terms of frequency utilization efficiency, there is a problem that the quality of a transmission signal is deteriorated due to a wraparound phenomenon between transmission / reception antennas of a relay apparatus (relay station). In particular, when the loop gain of the coupling becomes 1 or more, there is a problem that signal increase and oscillation are likely to occur. Therefore, a system for canceling the sneak wave is required at the relay station.

回り込み波のキャンセラを構築するには、中継局における回り込み経路特性C(z)と送信局から中継局までのマルチパス特性G(z)が必要となり、キャンセラの性能たとえば安定性、収束性などは、中継局における中継伝達特性の推定結果に大きく左右される。OFDM系の伝送路特性の同定方法として、部分空間法に基づいたブラインド同定アルゴリズム(非特許文献1参照)、周期定常性を利用した同定アルゴリズムなどが既知である。
B.Muquet,M.Courville,and Duhamel,「Subspace-based blind and semi-blind channel estimation for OFDM systems,」IEEE Trans.Signal Processing,vol.50,no.7,pp.1699-1712,2002 R.Heath and G.B.Giannakis,「Exploiting input cyclostationarity for blind channel identification in OFDM systems」 IEEE Trans.Signal Processing,vol.47,no.3,pp.848-856,1999
In order to construct a canceller for a sneak wave, a sneak path characteristic C (z) at the relay station and a multipath characteristic G (z) from the transmission station to the relay station are required. The relay transfer characteristics are greatly influenced by the estimation result at the relay station. Known identification methods for OFDM channel characteristics include a blind identification algorithm based on the subspace method (see Non-Patent Document 1), an identification algorithm using periodic stationarity, and the like.
B. Muquet, M. Courville, and Duhamel, `` Subspace-based blind and semi-blind channel estimation for OFDM systems, '' IEEE Trans.Signal Processing, vol.50, no.7, pp.1699-1712,2002 R. Heath and GB Giannakis, `` Exploiting input cyclostationarity for blind channel identification in OFDM systems '' IEEE Trans.Signal Processing, vol. 47, no. 3, pp. 848-856, 1999

しかしながら、上記既知の手段では、実際のOFDMデジタル通信のSFN中継局における回り込み経路特性の推定には適用できない。実際に、隣接している送信チャンネルが相互に干渉しないように、OFDM伝送系の送信信号は有限の帯域に制限されており、入出力信号の帯域外の電力スペクトルがゼロである処から、帯域制限信号の情報のみからでは帯域外の周波数特性を同定することはきわめて困難であるからである。   However, the above-described known means cannot be applied to the estimation of the sneak path characteristic in the actual OFDM digital communication SFN relay station. Actually, the transmission signal in the OFDM transmission system is limited to a finite band so that adjacent transmission channels do not interfere with each other, and the power spectrum outside the band of the input / output signal is zero. This is because it is extremely difficult to identify out-of-band frequency characteristics only from the information of the limited signal.

帯域外の伝送路情報が分からない場合において、システムを安定化させるために、帯域通過フィルタを利用して帯域外周波数特性が不分明であることの影響を軽減化する方法が提案されている(特許文献1参照)。しかしながら、帯域通過ファイルの位相歪のシステムの安定性への影響は無視できなく、フィルタの設計は簡単ではない。
特開2003−060616号公報
In order to stabilize the system when the out-of-band transmission line information is not known, a method of reducing the influence of the out-of-band frequency characteristics being unclear using a band-pass filter has been proposed ( Patent Document 1). However, the influence of the phase distortion of the bandpass file on the stability of the system cannot be ignored, and the filter design is not simple.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-060616

中継局における回り込み波のキャンセラを構築するには、中継局における回り込み経路特性および送信局から中継局までのマルチパス特性が必要である。キャンセラの性能たとえば安定性、収束性などは、中継局における中継伝達特性の推定結果に大きく左右される。また、回り込み経路を含む中継局の伝達特性は閉ループ系であって、回り込み波のキャンセラを含む全体の中継伝達特性の安定化が重要である。   In order to construct a sneak wave canceller at a relay station, sneak path characteristics at the relay station and multipath characteristics from the transmission station to the relay station are required. The performance of the canceller, such as stability and convergence, is greatly affected by the estimation result of the relay transfer characteristics at the relay station. Further, the transmission characteristics of the relay station including the sneak path is a closed loop system, and it is important to stabilize the entire relay transmission characteristic including the sneak wave canceller.

しかしながら、帯域制限や雑音などの存在下では、中継伝達特性の推定することのみならずその不確かさの評価わけても帯域外の伝達特性の推定および不確かさの評価は、回り込み波のキャンセラの安定性とロバスト性を保証する上で重要な課題である。   However, in the presence of band limitations and noise, not only the estimation of the relay transfer characteristics but also the estimation of its uncertainty, the estimation of the out-of-band transfer characteristics and the evaluation of the uncertainties are not limited to the stability of the sneak canceller. This is an important issue in guaranteeing robustness.

本発明は、中継局における回り込み波および送信局から中継局までのマルチパス干渉波を除去するための適応キャンセリング方法を提供することを目的とする。特に、帯域制限があるOFDM伝搬路特性わけても帯域外の伝搬路特性を推定するための新しい周波数領域同定アルゴリズムを明らかにし、回り込み波および送信局から中継局までのマルチパス干渉波を抑止するための適応キャンセリング方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an adaptive canceling method for removing a sneak wave at a relay station and a multipath interference wave from a transmission station to the relay station. In particular, a new frequency domain identification algorithm for estimating out-of-band propagation path characteristics, especially for band-limited OFDM propagation path characteristics, has been clarified to suppress sneak waves and multipath interference waves from the transmitting station to the relay station. An object is to provide an adaptive canceling method.

上記課題を解決するための本発明は、直交周波数分割多重(OFDM)伝送系の単一周波数ネットワーク(SFN)の中継装置における回り込み波およびマルチパス干渉を除去するためのキャンセリング方法であって、次のステップ即ち、
ステップ0:キャンセリング特性W(z)の初期値を与え、逐次更新回数を
L=0とおく
ステップ1:(L+1)回目の更新において、受信信号r(k)からR(L,n)をFFTで計算する。(l(小文字のエル)がアラビア数字の1と判別し難いため、本明細書中では大文字のエルLを用いた。以下、同じ。)
ステップ2:伝送路特性を推定する。
2.1:帯域内の伝搬路特性を(数40)によって推定し、送信信号D(L,n)を(数41)によって復元する。
2.2:帯域外の伝搬路特性を(数44)または(数45)によって推定する。
2.3:感度特性を(数53)、(数54)によって求める。
2.4:マルチパス特性を(数55)によって求める。
ステップ3:感度特性推定誤差の上限を(数 77)によって評価する。
ステップ4:キャンセラの更新
4.1:(数69)によって、周波数域におけるキャンセラ更新値を計算する。ここで、前記ステップ4.1(数69)におけるE(e jωn )は、(数57)で定義された誤差信号E(e jω )のω=ω であるときの値であり、次式に書き換えることもできる。

Figure 0004569591
而して、誤差E(e jωn )のパワーを表す評価関数Qが最小値となるようにキャンセラ更新値が決定される。
4.2:(数73)によって、時間域の更新量を計算する。
4.3:(数76)によって、ステップサイズを求める。
4.4:(数75)によって、キャンセラを更新する。
ステップ5:L=L+1とし、ステップ1に戻る。
の各ステップを有することを特徴とするOFDM系SFN中継装置における回り込み波の適応キャンセリング方法である。 The present invention for solving the above-described problems is a canceling method for removing sneak waves and multipath interference in a relay apparatus of a single frequency network (SFN) of an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) transmission system, Next step:
Step 0: An initial value of the canceling characteristic W (z) is given and the number of sequential updates is set to L = 0. Step 1: In the (L + 1) th update, R (L, n) is changed from the received signal r (k). Calculate with FFT. (Since it is difficult to distinguish l (lowercase el) from the Arabic numeral 1, the uppercase el L is used in this specification. The same applies hereinafter.)
Step 2: Estimate transmission path characteristics.
2.1: The propagation path characteristics in the band are estimated by (Equation 40), and the transmission signal D (L, n) is restored by (Equation 41).
2.2: Estimate out-of-band propagation path characteristics by (Equation 44) or (Equation 45).
2.3: The sensitivity characteristic is obtained by (Equation 53) and (Equation 54).
2.4: Multipath characteristics are obtained by (Equation 55).
Step 3: The upper limit of the sensitivity characteristic estimation error is evaluated by (Equation 77).
Step 4: Update canceller
4.1: The canceller update value in the frequency domain is calculated by (Equation 69). Here, E (e jωn ) in step 4.1 ( Equation 69) is a value when ω = ω n of the error signal E (e ) defined in ( Equation 57). It can also be rewritten.
Figure 0004569591
Accordingly , the canceller update value is determined so that the evaluation function Q representing the power of the error E (e jωn ) becomes the minimum value.
4.2: The amount of update in the time domain is calculated by (Expression 73).
4.3: The step size is obtained by (Equation 76).
4.4: The canceller is updated according to (Equation 75).
Step 5: L = L + 1 and return to Step 1.
This is an adaptive canceling method for sneak waves in an OFDM SFN repeater characterized by comprising the following steps.

本発明は帯域制限があるOFDMのガードインターバル特性を利用した周波数領域の同定アルゴリズムによってOFDM伝搬路特性わけても帯域外の伝搬路特性の推定を行うようにしたので、適応信号処理の安定性、収束性に優れかつ時間領域の同定アルゴリズムによって帯域外の伝搬路特性の推定を行う場合に比し演算処理時間(計算負荷)を1/5〜1/10に軽減することができる。   In the present invention, since the OFDM channel characteristics, especially the out-of-band channel characteristics, are estimated by the frequency domain identification algorithm using the band-limited OFDM guard interval characteristics, the stability and convergence of adaptive signal processing are improved. The calculation processing time (calculation load) can be reduced to 1/5 to 1/10 as compared with the case where the out-of-band propagation path characteristics are estimated using the time domain identification algorithm.

OFDM信号のサンプリング時刻を正規化離散時間kとし、L番送信周期内の正規化離散時間をm、n番目のサブキャリアの周波数を正規化各周波数ωとする。k、mは整数であり、ω=2πn/M、Mはフーリエ変換の窓長である。而してL送信シンボル周期において、基地局から送信されるOFDMベースバンド信号d(L,m)は、フーリエ逆変換 The sampling time of the OFDM signal and the normalized discrete time k, the normalized discrete time L th transmission period m, the frequency of the n th sub-carrier and normalized each frequency omega n. k and m are integers, ω n = 2πn / M, and M is a window length of Fourier transform. Thus, in the L transmission symbol period, the OFDM baseband signal d (L, m) transmitted from the base station is Fourier-transformed.

Figure 0004569591
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で示される。但し、D(L,n)はn番サブキャリアに載せた情報シンボルであり、 Indicated by Where D (L, n) is an information symbol placed on the nth subcarrier,

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で与えられる。但し、N=(N−1)/2、Nはキャリア数である。多値変調では、D(L,n)はN×Nのコンスタレーション集合{a+jb,a+jb,---,aND+jb,---,aND+jbND}の要素である。D(L,n)はL,nに関する一様分布の確率系列と仮定すると、 Given in. However, N 1 = (N-1 ) / 2, N is the number of carriers. In multilevel modulation, D (L, n) is N D × N constellation set of D {a 1 + jb 1, a 2 + jb 2, ---, a ND + jb 1, ---, a ND + jb ND} Elements. Assuming that D (L, n) is a uniformly distributed probability sequence for L, n,

Figure 0004569591
Figure 0004569591

が成り立つ。但し、δ(・)はデルタ関数である。 Holds. However, δ (·) is a delta function.

OFDM伝送方式では、電波の多重伝搬による歪に強いガードインターバルがシンボル区間の先頭部に付加されている。ガード区間長をmgiとすると、m=−mgi,---,−1の信号d(L,m)はガード区間の信号系列であり、有効信号の尾部m=M−mgi,---,M−1の信号と等しい。従って、実際の送信シンボル周期はM+mgiとなり、正規離散時刻k=(L−1)(M+mgi)+mgi+mである。また、受信信号の同期と復調のために、通常、OFDM信号にはパイロット信号が挿入されている。配置されたサブキャリアの周波数をωP,nとおくと、ωP,nでの信号は既知情報として利用することができる。 In the OFDM transmission method, a guard interval that is resistant to distortion due to multiple propagation of radio waves is added to the beginning of a symbol interval. If the guard interval length is m gi , the signal d (L, m) of m = −m gi , ---, −1 is a signal sequence of the guard interval, and the tail m = M−m gi , − of the effective signal -, Equal to the signal of M-1. Therefore, the actual transmission symbol period is M + m gi , and the normal discrete time k = (L−1) (M + m gi ) + m gi + m. Also, a pilot signal is usually inserted into the OFDM signal for synchronization and demodulation of the received signal. P frequency arrangement subcarriers omega, putting a n, omega P, the signal at n can be used as known information.

OFDM伝送においては、隣接チャンネルと干渉しないようにN<Mとおく。有効シンボル周期内即ちm=0,---、M−1の区間において、d(L,m)の電力スペクトルは|n|≦Nの領域内に限られている。送信信号d(L,m)の帯域外における電力スペクトルはほぼゼロとなるため、送信信号d(L,m)に関する入出力信号には帯域外の信号情報は殆ど含まれず、帯域外の信号中継特性の同定はきわめて困難である。 In OFDM transmission, N <M is set so as not to interfere with adjacent channels. Effective symbol period in other words m = 0, ---, in M-1 of the interval, the power spectrum of d (L, m) is | n | are limited to ≦ N 1 in the region. Since the power spectrum outside the band of the transmission signal d (L, m) is almost zero, the input / output signal related to the transmission signal d (L, m) contains almost no out-of-band signal information and relays signals outside the band. It is very difficult to identify characteristics.

電波の多重伝搬による干渉波を有するときの送受信信号は、   The transmission / reception signal when there is an interference wave due to multiple propagation of radio waves,

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で表せる。ここで、d(k)は送信信号、v(k)は雑音項であって送信信号d(k)とは互いに独立で平均値0の白色ガウス雑音であると仮定する。hτは遅延タップτの遅延波に対応する減衰係数であり、Lは有効な遅延波タップ長である。 It can be expressed as Here, it is assumed that d (k) is a transmission signal, v (k) is a noise term, and is white Gaussian noise having an average value of 0 independent of the transmission signal d (k). is an attenuation coefficient corresponding to the delayed wave of the delay tap τ , and L h is an effective delayed wave tap length.

伝搬路動特性をFIR(finite impulse response)モデル   FIR (finite impulse response) model for propagation path dynamics

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で表現すると、基地局からの送信信号、d(k)から受信信号r(k)までの周波数特性R(ejω)は、 In terms of the frequency characteristic R (e ) from the transmission signal from the base station, d (k) to the reception signal r (k),

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で与えられる。ここで、H(ejω)は信号の中継特性、D(ejω)は帯域内の基地局信号のスペクトル、V(ejω)は雑音の周波数特性である。 Given in. Here, H (e ) is the signal relay characteristic, D (e ) is the spectrum of the base station signal in the band, and V (e ) is the noise frequency characteristic.

受信信号r(k)と送信信号、d(k)の同期が得られると、Lシンボル周期の受信信号r(L,m)のフーリエ変換R(L,n)が得られる。帯域内即ち、|n|≦Nのとき式6(数6)は、 When synchronization between the reception signal r (k) and the transmission signal, d (k) is obtained, a Fourier transform R (L, n) of the reception signal r (L, m) having an L symbol period is obtained. Band words, | n | Equation 6 (6) When ≦ N 1 is

Figure 0004569591
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と書き換えられる。ここで、D(L,n)はn番サブキャリアに載せた情報シンボル、V(L,n)は雑音項である。しかし、帯域外即ち、|n|>NのときはD(L,n)=0であるため、R(L,n)の他に伝搬路動特性同定に用いられる別の有効な情報をさらに受信信号から見出さなければならない。 It can be rewritten as Here, D (L, n) is an information symbol carried on the nth subcarrier, and V (L, n) is a noise term. However, out-of-band words, | n |> is D (L, n) when N 1 for = a 0, R (L, n) another valid information used for channel dynamics identified other Furthermore, it must be found from the received signal.

帯域外の信号伝送路に関する情報を得るために、図1に示すように、信号系列を、   In order to obtain information about the out-of-band signal transmission path, as shown in FIG.

Figure 0004569591
Figure 0004569591

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で定義する。また、k=(L−1)(M+mgi)+mgi+mより、x(L,m)およびy(L,m)も書き換える。ガードインターバルの性質により、
−mgi≦m<0のとき、x(L,m)=0であることが分かる。
Kをmgi<K+mgi≦Mの整数とする。x(L,m)を送信シンボルD(L,n)で表すと、
Defined in Also, x (L, m) and y (L, m) are rewritten from k = (L-1) (M + m gi ) + m gi + m. Due to the nature of the guard interval,
It can be seen that x (L, m) = 0 when −m gi ≦ m <0.
Let K be an integer satisfying m gi <K + m gi ≦ M. When x (L, m) is represented by a transmission symbol D (L, n),

Figure 0004569591
Figure 0004569591

と書ける。 Can be written.

次に、信号y(k)の性質を考える。遅延タップτ、減衰係数hτに対応する多重伝搬遅延波yτ(k)は、 Next, consider the nature of the signal y (k). The multi-propagation delayed wave (k) corresponding to the delay tap τ and the attenuation coefficient is

Figure 0004569591
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となり、yτ(L,m)は、 And yτ (L, m) is

Figure 0004569591
Figure 0004569591

であり、y(L,m)は、 And y (L, m) is

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で与えられる。記述を簡単化するため、ここでは雑音項を省略した。 Given in. In order to simplify the description, the noise term is omitted here.

一方、区間0≦m<Kにおける信号x(L,m)、yτ(L,m)およびy(L,m)の周波数特性を、 On the other hand, the frequency characteristics of the signals x (L, m), (L, m) and y (L, m) in the section 0 ≦ m <K are

Figure 0004569591
Figure 0004569591

Figure 0004569591
Figure 0004569591

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で定義すると、信号x(k)およびy(k)の周波数特性は、次式 , The frequency characteristics of the signals x (k) and y (k) are

Figure 0004569591
Figure 0004569591

を満たす。但し、 Meet. However,

Figure 0004569591
Figure 0004569591

Figure 0004569591
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である。 It is.

次のスペクトルを、   The next spectrum is

Figure 0004569591
Figure 0004569591

Figure 0004569591
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Figure 0004569591
Figure 0004569591

Figure 0004569591
Figure 0004569591

Figure 0004569591
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と定義すると、スペクトルXX(L,n)、XEτ,l(L,n)およびXEτ,2(L,n)は次式で与えられる。|n|≦NのときスペクトルXX(L,n)は The spectra XX (L, n), XE τ, l (L, n) and XE τ, 2 (L, n) are given by the following equations. | N | spectrum XX (L, n) When ≦ N 1 is

Figure 0004569591
Figure 0004569591

であり、N<|n|<M/2のとき、 And when N 1 <| n | <M / 2,

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で近似できる。一方、スペクトルXEτ,l(L,n)は Can be approximated by On the other hand, the spectrum XE τ, l (L, n) is

Figure 0004569591
Figure 0004569591

である。|n|≦NのときのスペクトルXEτ,2(L,n)は It is. The spectrum XE τ, 2 (L, n) when | n | ≦ N 1 is

Figure 0004569591
Figure 0004569591

<|n|<M/2のとき、 When N 1 <| n | <M / 2,

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で与えられる。 Given in.

信号x(k)およびy(k)のスペクトルと伝搬路の周波数特性は、次式   The spectrum of signals x (k) and y (k) and the frequency characteristics of the propagation path are given by

Figure 0004569591
Figure 0004569591

を満たす。式30(数30)は、式17(数17)より、   Meet. Equation 30 (Equation 30) is obtained from Equation 17 (Equation 17).

Figure 0004569591
Figure 0004569591

が成り立ちさらに、 In addition,

Figure 0004569591
Figure 0004569591

によって、成り立つことが証明される。 Is proved to hold.

式30(数30)によって、XX(L,n)およびXY(L,n)は信号x(k)およびy(k)から求められる。XEτ,l(L,n)およびXEτ,2(L,n)はスペクトル歪であり、式27(数27)および式28(数28)によって、送受信信号、伝送路特性に依存することなく事前に計算することができる。従って、スペクトルXEτ,l(L,n)およびXEτ,2(L,n)を用いてスペクトルXY(L,n)を補償すると、帯域外の情報を捉えることが可能となる。 According to Equation 30 (Equation 30), XX (L, n) and XY (L, n) are obtained from the signals x (k) and y (k). XE τ, l (L, n) and XE τ, 2 (L, n) are spectral distortions, and depend on transmission / reception signals and transmission path characteristics according to Equation 27 (Equation 27) and Equation 28 (Equation 28). Can be calculated in advance. Accordingly, if the spectrum XY (L, n) is compensated using the spectra XE τ, l (L, n) and XE τ, 2 (L, n), it is possible to capture out-of-band information.

一方、伝搬路特性の変動に伴って信号の中継特性H(ejω)も時変している。そこで、忘却係数を20式(数20)および22式(数22)に導入し、スペクトルXX(L,n)およびXY(L,n)を、 On the other hand, the signal relay characteristic H (e ) also changes with time as the propagation path characteristic changes. Therefore, the forgetting factor is introduced into Equation 20 (Equation 20) and Equation 22 (Equation 22), and the spectra XX (L, n) and XY (L, n) are

Figure 0004569591
Figure 0004569591

Figure 0004569591
Figure 0004569591

によって推定すると、式30(数30)も成り立つ。ここで、忘却係数λは、
0<λ<1の定数である。
Equation 30 (Equation 30) also holds. Where the forgetting factor λ is
It is a constant of 0 <λ <1.

式30(数30)によって、伝搬路の周波数特性は、   According to Equation 30 (Equation 30), the frequency characteristic of the propagation path is

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で近似できる。式35(数35)の右辺には減衰係数hτの真値が含まれる。実際に式35(数35)によって伝搬路動特性を同定するとき、減衰係数hτの代わりにその推定値、たとえば次式 Can be approximated by The right side of Expression 35 (Equation 35) includes the true value of the attenuation coefficient . When the propagation path dynamic characteristics are actually identified by Equation 35 (Equation 35), the estimated value, for example, the following equation is used instead of the attenuation coefficient hτ.

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で推定したH(ejωn)のフーリエ逆変換系列

Figure 0004569591
を代入すると、伝搬路特性の推定値は、 Fourier inverse transform sequence of H (e jωn ) estimated in
Figure 0004569591
When substituting, the estimated channel characteristics are

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で推定できる。忘却係数を用いる場合、式37(数37)の右辺を、 Can be estimated. When using the forgetting factor, the right side of Equation 37 (Equation 37) is

Figure 0004569591
Figure 0004569591

と書き換えると、伝搬路特性の推定値が求められる。 And the estimated value of the propagation path characteristic is obtained.

伝搬路動特性の同定について説明する。
先ず、帯域内の伝搬路動特性の同定について説明する。スキャッタードパイロットが周波数ωP,nのサブキャリアに配置されるとする。受信信号r(k)と送信信号、d(k)の同期が得られると、Lシンボル周期の受信信号r(L,m)のフーリエ変換R(L,n)が得られる。パイロット信号のサブキャリアPでは、D(L,P)がパイロットシンボルの情報より既知であり、
Identification of propagation path dynamic characteristics will be described.
First, identification of propagation path dynamic characteristics within a band will be described. Suppose that the scattered pilot is arranged on subcarriers of frequency ω P, n . When synchronization between the reception signal r (k) and the transmission signal, d (k) is obtained, a Fourier transform R (L, n) of the reception signal r (L, m) having an L symbol period is obtained. In pilot signal subcarriers P n , D (L, P n ) is known from pilot symbol information,

Figure 0004569591
Figure 0004569591

から、伝搬路特性の推定値が得られる。スキャッタードパイロット信号は、信号帯域
|n|≦Nに一様に配置されているので、信号帯域内においては、内挿法により帯域内の伝搬特性が求められる。即ち、次の線形補間
Thus, an estimated value of the propagation path characteristic is obtained. Since the scattered pilot signal is uniformly arranged in the signal band | n | ≦ N 1 , the propagation characteristics within the band are obtained by interpolation within the signal band. That is, the following linear interpolation

Figure 0004569591
Figure 0004569591

によって内挿することができる。但し、Pn,1およびPn,2は隣接のパイロットキャリアの番号であり、Pn,1≦n≦Pn,2である。また、伝搬路特性の推定値を用いて、D(L,n)およびd(L,m)を、 Can be interpolated. However, P n, 1 and P n, 2 are numbers of adjacent pilot carriers, and P n, 1 ≦ n ≦ P n, 2 . Also, using the estimated channel characteristics, D (L, n) and d (L, m)

Figure 0004569591
Figure 0004569591

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で復元するこができる。 In can and restore child.

次に、信号帯域外の伝搬路動特性の同定について、説明する。H(ejωn)の推定値を、 Next, identification of propagation path dynamic characteristics outside the signal band will be described. The estimated value of H (e jωn ) is

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で与え、

Figure 0004569591
の推定値と歪スペクトルXE(L,n)を用いて、 Given in
Figure 0004569591
And the distortion spectrum XE l (L, n)

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で帯域外の伝搬路動特性を推定することができる。また、忘却係数付きの場合、 Thus, out-of-band propagation path dynamics can be estimated. Also, with forgetting factor,

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で推定できる。 Can be estimated.

SFN中継局の構成を、図に示す。ここで、r(k)は受信信号であり、s(k)は中継局からの再送信信号である。G(z)は基地から中継局までの伝搬路モデルであり、マルチパス干渉を有する。一方、中継局周囲の建造物や障害物によって、送信アンテナからの再送信電波が受信アンテナに到達し、基地局からの受信信号に混合する回り込み干渉を招いて信号伝送品質が劣化する。図2に示すように、回り込み干渉のモデルをC(z)とおく。   The configuration of the SFN relay station is shown in the figure. Here, r (k) is a received signal, and s (k) is a retransmission signal from the relay station. G (z) is a propagation path model from the base to the relay station, and has multipath interference. On the other hand, due to buildings and obstacles around the relay station, the retransmitted radio wave from the transmitting antenna reaches the receiving antenna, causing sneak interference mixed with the received signal from the base station, and the signal transmission quality deteriorates. As shown in FIG. 2, a wraparound interference model is C (z).

増幅器を経た回り込み波は、中継局の送受信アンテナ間の結合(coupling)によって、利得が1以上になると発振を引き起こし、回り込み経路を含む閉ループ系の安定性を脅かす。従って、マルチパス干渉および回り込み波による影響を抑制する必要がある。図2において、W(z)およびW(z)は、それぞれタップ数L、LのFIR型キャンセラである。このとき、伝搬路のモデルは、 The sneak wave that has passed through the amplifier causes oscillation when the gain becomes 1 or more due to the coupling between the transmitting and receiving antennas of the relay station, and threatens the stability of the closed loop system including the sneak path. Therefore, it is necessary to suppress the effects of multipath interference and sneak waves. In FIG. 2, W 1 (z) and W 2 (z) are FIR type cancellers with tap numbers L 1 and L 2 , respectively. At this time, the propagation path model is

Figure 0004569591
Figure 0004569591

Figure 0004569591
Figure 0004569591

となる。ここで、 It becomes. here,

Figure 0004569591
Figure 0004569591

Figure 0004569591
Figure 0004569591

である。キャンセリングシステムの安定性を保証するために、感度特性Γ(z)の極をすべて単位円内に配置するようなW(z)およびW(z)の設計が必要であり、不確かさがない全周波数域の伝搬路特性が不可欠となる。 It is. In order to guarantee the stability of the canceling system, it is necessary to design W 1 (z) and W 2 (z) so that all the poles of the sensitivity characteristic Γ (z) are arranged in the unit circle, and the uncertainty The characteristics of the propagation path in the entire frequency range without this are indispensable.

送信シンボルD(L,n)が64QAM、サブキャリア数N=1405のOFDM伝送系とする。スキャッタードパイロットを用い、毎送信シンボル周期に118のサブキャリアにパイロットシンボルが挿入される。有効シンボル長T=252μs、ガードインターバルをTcp=T/4、FFT(fast Fourier transformation)/IFFT(inverse fast Fourier transformation)のサイズを
M=2048,K=M/2とし、サンプリング周波数を8.126984MHzとする。親局からの送信波と回り込み波のDU比を、
It is assumed that the transmission symbol D (L, n) is 64QAM and the number of subcarriers N = 1405 is an OFDM transmission system. Using scattered pilots, pilot symbols are inserted into 118 subcarriers in each transmission symbol period. Effective symbol length T = 252 μs, guard interval T cp = T / 4, FFT (fast Fourier transformation) / IFFT (inverse fast Fourier transformation) size M = 2048, K = M / 2, and sampling frequency 8. The frequency is 126984 MHz. The DU ratio between the transmission wave from the master station and the sneak wave

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で定義する。ここで、σ およびσ ciはそれぞれ希望信号およびi番目の回り込み信号のパワーである。また、マルチパスのDU比も同様に定義する。以上の設定の下で、以下の2つの場合のシミュレーションを行った。 Defined in Here, σ 2 d and σ 2 ci are the powers of the desired signal and the i-th sneak signal, respectively. The multipath DU ratio is defined in the same way. Under the above settings, simulations in the following two cases were performed.

伝搬路特性の同定
中継局の受信アンテナが5波の回り込み波を受信する場合を取り上げる。遅延時間はそれぞれ0.37μs、0.62μs、0.74μs、0.98μs、および1.35μsとし、DU比は3.3dB、1.4dB、26.8dB、4.7dB、および28.2dBであると仮定する。マルチパス干渉のDU比は3.87dB、遅延時間は1.11μsである。回り込み経路特性およびマルチパス経路特性は、次のように表される。
C(z)=0.6817ej0.3243π−3+0.85ejπ/6−5+0.0457e−j11π/12−5+0.5795e−j0.5091π−8+0.0388ejπ/4−11
G(z)=1+0.64ejπ/3−9
Identification of propagation path characteristics The case where a receiving antenna of a relay station receives five sneak waves is taken up. The delay times are 0.37 μs, 0.62 μs, 0.74 μs, 0.98 μs, and 1.35 μs, respectively, and the DU ratios are 3.3 dB, 1.4 dB, 26.8 dB, 4.7 dB, and 28.2 dB, respectively. Assume that there is. The DU ratio of multipath interference is 3.87 dB, and the delay time is 1.11 μs. The sneak path characteristic and the multipath path characteristic are expressed as follows.
C (z) = 0.6817e j0.3243π z −3 + 0.85e jπ / 6 z −5 + 0.0457e −j11π / 12 z −5 + 0.5795e −j0.5091π z −8 + 0.0388e jπ / 4 z -11
G (z) = 1 + 0.64e jπ / 3 z −9

図3に、伝搬特性H(ejωn)の周波数特性、SN比=25dBのときに、スペクトルによる伝搬路特性同定法(数35)〜(数38)によって50回逐次推定した伝搬特性を示す。図3から明らかなように、OFDM信号に帯域制限があっても、本発明によって真の伝搬特性に近い推定値が得られることが分かる。また、図4に示すように、送信信号d(k)が帯域外の電力密度がゼロである厳しい帯域制限があったものの、x(k)のスペクトルには、帯域外でも約帯域内スペクトルの密度振幅の10−3のスペクトル密度を持っていることが分かる。これらの情報を利用すると、信号帯域外の伝搬動特性の同定が可能となる。 FIG. 3 shows the propagation characteristics estimated sequentially 50 times by the propagation path characteristic identification method ( Equation 35) to ( Equation 38) based on the spectrum when the frequency characteristic of the propagation characteristic H (e jωn ) and the SN ratio = 25 dB. As can be seen from FIG. 3, even if there is a band limitation in the OFDM signal, an estimated value close to the true propagation characteristic can be obtained by the present invention. In addition, as shown in FIG. 4, although the transmission signal d (k) has a severe band limitation in which the power density outside the band is zero, the spectrum of x (k) It can be seen that it has a spectral density of 10 −3 of the density amplitude. Using these pieces of information makes it possible to identify propagation dynamic characteristics outside the signal band.

信号帯域外の伝搬特性の推定誤差を、   Estimate errors in propagation characteristics outside the signal band

Figure 0004569591
Figure 0004569591

と定義し、様々な雑音環境での伝搬特性H(ejωn)の推定誤差を、図5に示す。図5から明らかなように、SN比が低く復元信号D(L,n)の誤り率が高くても、十数回の逐次推定で推定誤差が10−1以下に低減している。 The estimation error of the propagation characteristic H (e jωn ) in various noise environments is shown in FIG. As is clear from FIG. 5, even if the SN ratio is low and the error rate of the restored signal D (L, n) is high, the estimation error is reduced to 10 −1 or less by the dozen successive estimations.

適応干渉キャンセリングへの応用
FIR型キャンセラW(z)のタップ長L=100とし、W(z)=1を用いて回り込み干渉およびマルチパス干渉をキャンセリングする。ここでは、キャンセラの更新により中継局の全体の伝搬特性が時変しているため、忘却係数をλ=0.9とおいた。安定したキャンセリングシステムを構成するために、閉ループの特性方程式F(z)を同定する。図2から
Application to adaptive interference canceling The tap length L 1 of the FIR type canceller W 1 (z) is set to 100 and wraparound interference and multipath interference are canceled using W 2 (z) = 1. Here, since the overall propagation characteristics of the relay station are time-varying due to the update of the canceller, the forgetting factor is set to λ = 0.9. In order to construct a stable canceling system, the closed-loop characteristic equation F (z) is identified. From Figure 2

Figure 0004569591
Figure 0004569591

が成り立つ。ここで、v(k)は雑音項である。ガードインターバルの性質から、−mgi≦m<0であるkに対して、x(L,m)=0であることが分かる。そのとき、 Holds. Here, v 1 (k) is a noise term. From the nature of the guard interval, it can be seen that x (L, m) = 0 for k where −m gi ≦ m <0. then,

Figure 0004569591
Figure 0004569591

のようなAR(auto regression)モデルとなり、y(k)を用いて多項式F(z)の係数を推定できる。推定した多項式をF(z)とし、感度関数Γ(ejωn)は AR (auto regression) model as shown below, and the coefficient of the polynomial F (z) can be estimated using y (k). The estimated polynomial is F (z), and the sensitivity function Γ (e jωn ) is

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で与えられる。さらに、u(k)=F(z)y(k)とおき、(数16)および(数34)と同様に、U(L,n)XU(L,n)を計算すると、以下の近似式 Given in. Further, when u (k) = F (z) y (k) is set and U (L, n) and XU (L, n) are calculated in the same manner as in (Equation 16) and (Equation 34), Approximate expression

Figure 0004569591
Figure 0004569591

が成立し、スペクトルによる伝搬路特性同定法によって帯域外のマルチパス特性の推定値G(ejωn)を求めることができる。また、中継伝搬特性H(ejωn)、感度特性Γ(ejωn)、マルチパス特性G(ejωn)の推定結果を用いて、以下の適応キャンセラ設計法によって、FIR型キャンセラW(z)を更新することができる。 Is established, and the estimated value G (e jωn ) of the out-of-band multipath characteristic can be obtained by the propagation path characteristic identification method using the spectrum. Further, using the estimation results of the relay propagation characteristic H (e jωn ), the sensitivity characteristic Γ (e jωn ), and the multipath characteristic G (e jωn ), the FIR canceller W 1 (z) is obtained by the following adaptive canceller design method. Can be updated.

中継局モデルの推定は、隣接する2つの信号シンボル周期毎に逐次的に行い、得られた中継伝達特性、マルチパス特性、感度関数の推定値をそれぞれH(ejωn)、G(ejωn)、Γ(ejωn)としさらに、推定値Γ(ejωn)の推定誤差の上界を|ΔΓ(ejωn)とおく。 The estimation of the relay station model is performed sequentially for every two adjacent signal symbol periods, and the obtained relay transfer characteristics, multipath characteristics, and sensitivity function estimates are respectively H (e jωn ) and G (e jωn ). , Γ (e jωn ), and the upper bound of the estimation error of the estimated value Γ (e jωn ) is | ΔΓ (e jωn ).

伝達特性が最小位相である場合、図2に示すキャンセラで干渉波を除去することができる。ここでは、全周波数域におけるキャンセリング誤差を最小にするようにキャンセラW(z)を更新することを考える。更新のための評価関数を、   When the transfer characteristic is the minimum phase, the interference wave can be removed by the canceller shown in FIG. Here, it is considered that the canceller W (z) is updated so as to minimize the canceling error in the entire frequency range. An evaluation function for updating

Figure 0004569591
Figure 0004569591

と設定する。ここで、ωP,kはk番目のパイロット信号の周波数、ωH,kは信号帯域外の周波数、は複素共役を表す。G(z)が最小位相の場合、周波数域の誤差E(ejω)は、復元した希望信号D(ejω)と再送信信号S(ejω)間の相対誤差1−D(ejω)/S(ejω)および伝達特性G(ejωn)で与えられる。実際のキャンセラを更新する場合、E(ejω)を次式 And set. Here, ω P, k is the frequency of the k-th pilot signal, ω H, k is the frequency outside the signal band, and * is the complex conjugate. G If (z) is the minimum phase, frequency range of the error E (e jω) is restored desired signal D (e jω) and the retransmission signal S (e jω) relative error 1-D (e jω) between / S (e ) and transfer characteristic G (e jωn ). When updating the actual canceller, E (e )

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で定義する。親局信号d(k)から再送信信号s(k)までの閉ループ伝達関数の周波数特性は、 Define in. The frequency characteristic of the closed-loop transfer function from the master station signal d (k) to the retransmit signal s (k) is

Figure 0004569591
Figure 0004569591

により与えられる。ここで、H(z)を親局信号d(k)から再送信信号s(k)までのシステム伝達特性、Γ(z)を感度特性と呼び、それぞれ Given by. Here, H (z) is called the system transfer characteristic from the master station signal d (k) to the retransmit signal s (k), and Γ (z) is called the sensitivity characteristic.

Figure 0004569591
Figure 0004569591

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で定義する。W(z)はキャンセラ特性であり、タップ数LωのFIR型フィルタである。式57(数57)により、帯域内において、希望信号と再送信信号の周波数特性で誤差信号を計算することができる。式58(数58)からE(ejω)は、 Defined in W (z) is the canceller characteristics, an FIR filter of a tap number L omega. According to Expression 57 (Equation 57), an error signal can be calculated with the frequency characteristics of the desired signal and the retransmit signal within the band. From Equation 58 (Equation 58), E (e ) is

Figure 0004569591
Figure 0004569591

と書ける。一方、帯域外の信号情報が得られないため、マルチパス特性および感度関数の推定値から帯域外の誤差信号を計算する。Γ(ejω)の定義より、E(ejω)は、 Can be written. On the other hand, since out-of-band signal information cannot be obtained, an out-of-band error signal is calculated from the estimated values of the multipath characteristics and the sensitivity function. From the definition of Γ (e ), E (e ) is

Figure 0004569591
Figure 0004569591

と表せる。何れの場合もW(ejω)が最適解Wopt(ejω)=C(ejω)K(ejω)+G(ejω)−1を満たせば評価関数Qは最小となる。但し、議論を簡単化するため、式61(数61)、式62(数62)において、雑音成分を省略している。式59(数59)、式60(数60)及び式56(数56)、式57(数57)より、H(z)=1のとき、Qが最小値となる。即ち、H(z)=1を満たすW(z)が最適キャンセラである。 It can be expressed. In any case, if W (e ) satisfies the optimal solution W opt (e ) = C (e ) K (e ) + G (e ) −1, the evaluation function Q is minimized. However, in order to simplify the discussion, the noise component is omitted in Equation 61 (Equation 61) and Equation 62 (Equation 62). From Equation 59 (Equation 59), Equation 60 (Equation 60), Equation 56 (Equation 56), and Equation 57 (Equation 57), when H (z) = 1, Q is the minimum value. That is, W 1 (z) that satisfies H (z) = 1 is the optimum canceller.

式56(数56)の評価関数Qを最小にするようにキャンセラW(z)を適応的に更新することを考える。評価関数QはW(z)の周波数特性W(ejωk)の関数であり、QのW(ejωn)に関する勾配を用いた勾配法により逐次更新を行う。複素数であるW(ejωn)に関する勾配を、W(ejωn)=α+jβとおくと、実部αと虚部βに関する偏微分を用いて、 Consider that the canceller W 1 (z) is adaptively updated so as to minimize the evaluation function Q of Expression 56 (Equation 56). The evaluation function Q is a function of the frequency characteristic W (e jωk ) of W (z), and is sequentially updated by a gradient method using a gradient related to W 1 (e jωn ) of Q. If the gradient for W 1 (e jωn ), which is a complex number, is W 1 (e jωn ) = α n + jβ n , the partial differentiation for real part α n and imaginary part β n is used,

Figure 0004569591
Figure 0004569591

のように定義できる。この勾配を利用してW(ejωn)は次式の勾配法により逐次更新することができる。 Can be defined as Using this gradient, W 1 (e jωn ) can be sequentially updated by the following gradient method.

Figure 0004569591
Figure 0004569591

ここで、μ(L+1)は、L+1回目の更新のためのステップサイズである。また、勾配▽Q(W(ejωn))の具体的な計算については以下のように行う。式61(数61)より Here, μ (L + 1) is a step size for the (L + 1) th update. The specific calculation of the gradient ▽ Q (W (e jωn )) is performed as follows. From Equation 61 (Equation 61)

Figure 0004569591
Figure 0004569591

となる。しかし、 (e jωn )が未知なので、その推定値

Figure 0004569591
に置き換え It becomes. However, since G * (e jωn ) is unknown, its estimated value
Figure 0004569591
Replace with

Figure 0004569591
Figure 0004569591

により計算を行う。一方、帯域外の周波数ωH,nにおける勾配は、式62(数62)より、 Calculate with On the other hand, the gradient at the out-of-band frequency ω H, n is expressed by Equation 62

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で与えられる。以上より、W(ejωn)を逐次更新するための勾配は、 Given in. From the above, the gradient for sequentially updating W 1 (e jωn ) is

Figure 0004569591
Figure 0004569591

により計算できる。今、ステップサイズを一定、即ちμ(L+1)=μとしたとき、式66(数66)、式68(数68)より、経路モデルの推定誤差や雑音が無視できる理想的な状況下では、0<μ<2ならば安定性が保証され、さらにμ=1ならば二乗誤差の収束速度を最適化できることが分かる。これより、μ(L+1)=1としたL+1回目における絶対値最大の更新量ΔW(L+1)(ejω)は、次式で与えられる。 Can be calculated by Now, assuming that the step size is constant, that is, μ (L + 1) = μ, from an equation 66 (Equation 66) and an equation 68 (Equation 68), under an ideal situation where the estimation error and noise of the path model can be ignored, It can be seen that if 0 <μ <2, the stability is guaranteed, and if μ = 1, the convergence speed of the square error can be optimized. Thus, the absolute value maximum update amount ΔW (L + 1) (e ) in the (L + 1) th time when μ (L + 1) = 1 is given by the following equation.

Figure 0004569591
Figure 0004569591

しかし、実際には帯域内および帯域外の感度関数の周波数特性の推定誤差や雑音などの存在下では、収束速度を最大化するステップサイズμ(L+1)=1を実現することが難しい。そこで、適応アルゴリズムが安定して動作する範囲で最大のステップサイズを選択し収束性を確保する方法について、以下に説明する。 However, in practice, it is difficult to realize step size μ (L + 1) = 1 that maximizes the convergence speed in the presence of an estimation error or noise of frequency characteristics of sensitivity functions in and out of the band. Therefore, a method for ensuring the convergence by selecting the maximum step size within a range where the adaptive algorithm operates stably will be described below.

時間域でのキャンセラ重みの更新ベクトルをΔω(L+1)とおくと、Δω(L+1)とΔW(L+1)(ejω)は次の関係、 If the update vector of the canceller weight in the time domain is Δω (L + 1) , Δω (L + 1) and ΔW (L + 1) (e ) have the following relationship:

Figure 0004569591
Figure 0004569591

を満たす。ここで、周波数点ω=ωP,1,---,ωP,NP、ωH、1,---,ωH、NHにおけるベクトル行列表現は、 Meet. Here, the vector matrix representation at the frequency points ω = ω P, 1 , ---, ω P, NP , ω H, 1 , ---, ω H, NH is

Figure 0004569591
Figure 0004569591

と表せる。但し、 It can be expressed. However,

Figure 0004569591
Figure 0004569591

である。従って、ΔW(L+1)は次式 It is. Therefore, ΔW (L + 1) is given by

Figure 0004569591
Figure 0004569591

により計算することができる。ここで、上添字はエルミート転置を表し、Ωは次の行列である。 Can be calculated. Here, the superscript H represents Hermitian transpose, and Ω is the following matrix.

Figure 0004569591
Figure 0004569591

Λ(ω)は対角重み行列であり、帯域内の推定値が帯域外の推定値より精度がよいため、ωP,nに対応する重み要素は1で、ωH,nに対応する重み要素は1より小さい値、たとえば0.5とおく。Ωは事前に計算しておくことができ、更新時に逐一計算する必要ない。 Λ (ω) is a diagonal weight matrix, and since the estimated value in the band is more accurate than the estimated value outside the band, the weight element corresponding to ω P, n is 1, and the weight corresponding to ω H, n The element is set to a value smaller than 1, for example 0.5. Ω is able to be calculated in advance, there is no need to one by one calculation at the time of renewal.

行列Φ(ejω)の列ベクトルには、低域と高域の周波数成分が含まれている処から、各列ベクトルは直交ベクトルに近い。特に、ωP,1,---,ωP,NP、ωH、1,---,ωH、NHの周波数間隔が等間隔のとき、Φ(ejω)の列ベクトルは直交ベクトルとなり、Φ(e―jω)Λ(ω)Φ(e−jω)は十分な正則性をもつため、Ωは精度よく容易に計算できる。一方、従来法では、帯域外の周波数特性が利用できないため、Φ(ejω)にωP,1,---,ωP,NP、ωH、1,---,ωH、NHの周波数点に関する情報しか含まない。従って、それに対応する行列Φ(e―jω)Λ(ω)Φ(e−jω)の条件数は非常に大きくなり、Δω(L+1)は外乱や推定誤差の影響を強く受けることになる。以上より、本発明において、(L+1)回目のキャンセラW(z)の係数ベクトルは、 Since the column vectors of the matrix Φ (e ) include frequency components of low and high frequencies, each column vector is close to an orthogonal vector. In particular, when the frequency intervals of ω P, 1 , ---, ω P, NP , ω H, 1 , ---, ω H, NH are equal, the column vector of Φ (e ) becomes an orthogonal vector. , Φ H (e −jω ) Λ (ω) Φ (e −jω ) has sufficient regularity, so that Ω can be easily calculated with high accuracy. On the other hand, since the frequency characteristic outside the band cannot be used in the conventional method, Φ (e ) has ω P, 1 , ---, ω P, NP , ω H, 1 , ---, ω H, NH It contains only information about frequency points. Therefore, the condition number of the corresponding matrix Φ H (e −jω ) Λ (ω) Φ (e −jω ) becomes very large, and Δω (L + 1) is strongly influenced by disturbances and estimation errors. From the above, in the present invention, the coefficient vector of the (L + 1) -th canceller W 1 (z) is

Figure 0004569591
Figure 0004569591

により更新される。ここで、安定してキャンセラを更新するためのステップサイズμ(L+1)は、下記式で与えることができる。感度関数の周波数特性の推定値をΓ(L+1)(ejω)、その推定誤差の上限を|Γ(L+1)(ejω)|とする。安定なキャンセラW(z)を更新するためのステップサイズμ(L+1)は、 Updated by Here, the step size μ (L + 1) for stably updating the canceller can be given by the following equation. Assume that the estimated value of the frequency characteristic of the sensitivity function is Γ (L + 1) (e ), and the upper limit of the estimation error is | Γ (L + 1) (e ) |. The step size μ (L + 1) for updating the stable canceller W 1 (z ) is

Figure 0004569591
Figure 0004569591

で決められる。 It is decided by.

上記本発明により50回のイタレーションにより補償した後の周波数特性を、図6に示す。図6から明らかなように、帯域外でもほぼ1に近い特性が得られている。図7に、20回のシミュレーションによって得られた平均DU比をプロットして示す。発明者らが「電子情報通信学会論文誌」A Vol.J89−A
No.10 pp.1−13にて提案した時間域アルゴリズムに近い安定した収束性と高いDU比が得られており、実行時間は約1/6であった。本発明においては、全周波数領域において伝搬特性を同定したので、安定性を保証する範囲内でステップサイズを大きく選ぶことにより適応的にキャンセラを構成できる処から、安定で良好な収束性が得られる。
FIG. 6 shows the frequency characteristics after compensation by 50 iterations according to the present invention. As is apparent from FIG. 6, characteristics close to 1 are obtained even outside the band. FIG. 7 plots the average DU ratio obtained by 20 simulations. The inventors have published “The Journal of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers” A Vol. J89-A
No. 10 pp. Stable convergence close to the time domain algorithm proposed in 1-13 and a high DU ratio were obtained, and the execution time was about 1/6. In the present invention, since the propagation characteristics are identified in the entire frequency range, stable and good convergence can be obtained because the canceller can be configured adaptively by selecting a large step size within a range that guarantees stability. .

イタレーション50回目のビット誤り率特性を図8に示す。図8から明らかなように、周波数領域のアルゴリズムを用いる本発明も上記発明者らによる時間域アルゴリズムも良好な回り込み干渉キャンセリング性能を有する。 FIG. 8 shows the bit error rate characteristics at the 50th iteration. As is clear from FIG. 8, both the present invention using the frequency domain algorithm and the time domain algorithm by the inventors have good wraparound interference canceling performance.

本発明のOFDM系SFN中継装置における回り込み波のキャンセリング方法のステップをまとめると、
ステップ0:W(z)の初期値を与え、逐次更新回数をL=0とおく。
ステップ1:(L+1)回目の更新において、受信信号r(k)からR(L,n)をFFTで計算する。
ステップ2:伝搬路特性を推定する。
2.1:帯域内の伝搬路特性を式40(数40)によって推定し、送信信号D(L、n)を式41(数41)によって復元する。
2.2:帯域外の伝搬路特性を式44(数44)または式45(数45)によって推定する。
2.3:感度特性を式53(数53)、式54(数54)によって求める。
2.4:マルチパス特性を式55(数55)によって求める。
ステップ3:感度特性推定誤差の上限を下記式で評価する。
Summarizing the steps of the method for canceling the sneak wave in the OFDM SFN repeater of the present invention,
Step 0: An initial value of W 1 (z) is given, and the number of sequential updates is set to L = 0.
Step 1: In the (L + 1) -th update, R (L, n) is calculated from the received signal r (k) by FFT.
Step 2: Estimate propagation path characteristics.
2.1: In-band propagation path characteristics are estimated by Expression 40 (Equation 40), and the transmission signal D (L, n) is restored by Expression 41 (Equation 41).
2.2: Estimate out-of-band propagation path characteristics using Equation 44 (Equation 44) or Equation 45 (Equation 45).
2.3: The sensitivity characteristic is obtained by Expression 53 (Expression 53) and Expression 54 (Expression 54).
2.4: Multipath characteristics are obtained by Equation 55 (Equation 55).
Step 3: The upper limit of the sensitivity characteristic estimation error is evaluated by the following formula.

Figure 0004569591
ステップ4:キャンセラの更新
4.1:式69(数69)により周波数域におけるキャンセラ更新値を計算する。
4.2:式73(数73)により、時間域の更新量を計算する。
4.3:式76(数76)により、ステップサイズを求める。
4.4:式75(数75)により、キャンセラを更新する。
ステップ5:L=L+1とし、ステップ1に戻る。
Figure 0004569591
Step 4: Update canceller
4.1: The canceller update value in the frequency domain is calculated using Equation 69 (Equation 69).
4.2: The amount of update in the time domain is calculated using Equation 73 (Equation 73).
4.3: The step size is obtained by Expression 76 (Equation 76).
4.4: The canceller is updated by Expression 75 (Equation 75).
Step 5: L = L + 1 and return to Step 1.

本発明の一実施例に係る信号x(k)を説明する模式図Schematic diagram illustrating a signal x (k) according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例に係るキャンセラを有する中継局のシステムを示す図The figure which shows the system of the relay station which has a canceller concerning one Example of this invention 本発明を用いて50回逐次推定した中継局の伝搬特性を示すグラフThe graph which shows the propagation characteristic of the relay station estimated 50 times sequentially using this invention 本発明の一実施例に係る信号x(k)のスペクトルを示すグラフThe graph which shows the spectrum of the signal x (k) based on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係る様々な雑音環境での伝搬特性の推定誤差を示すグラフFIG. 5 is a graph showing an estimation error of propagation characteristics in various noise environments according to an embodiment of the present invention. 本発明の50回のイタレーションにより補償した後の周波数特性を示すグラフThe graph which shows the frequency characteristic after compensating by 50 iterations of the present invention 本発明の一実施例に係る、20回のシミュレーションにより得られた平均DU比をプロットして示すグラフThe graph which plots and shows the average DU ratio obtained by 20 simulations based on one Example of this invention 本発明の50回のイタレーション後の誤り率を示すグラフGraph showing the error rate after 50 iterations of the present invention

Claims (1)

直交周波数分割多重(OFDM)伝送系の単一周波数ネットワーク(SFN)の中継装置における回り込み波およびマルチパス干渉を除去するためのキャンセリング方法であって、次のステップ即ち、
ステップ0:キャンセリング特性W(z)の初期値を与え、逐次更新回数を
L=0とおく
ステップ1:(L+1)回目の更新において、受信信号r(k)からR(L,n)をFFTで計算する。
ステップ2:伝送路特性を推定する。
2.1:帯域内の伝搬路特性を、
Figure 0004569591
Figure 0004569591
:中継伝達特性の推定値
n,1、Pn,2:相隣るパイロットキャリアの番号
によって推定し、送信信号D(L,n)を、
Figure 0004569591
R(L,n):受信信号のフーリエ変換
によって復元する。
2.2:帯域外の伝搬路特性を、
Figure 0004569591
Figure 0004569591
:信号スペクトル
Figure 0004569591
:遅延タップτの遅延波に対応する減衰係数の推定値
または、
Figure 0004569591
λ:忘却係数
によって推定する。
2.3:感度特性を、
Figure 0004569591
F(z):閉ループの特性方程式
Figure 0004569591
Figure 0004569591
:推定した多項式
によって求める。
2.4:マルチパス特性を、
Figure 0004569591
によって求める。
ステップ3:感度特性推定誤差の上限を、
Figure 0004569591
Figure 0004569591
:感度特性の推定値
Figure 0004569591
:マルチパス特性
によって評価する。
ステップ4:キャンセラの更新
4.1:
Figure 0004569591
ここで、E(e jωn )は、誤差信号E(e jω )のω=ω であるときの値であって、帯域内において、復元した情報シンボル
Figure 0004569591
と再送信信号S(e jωn )間の相対誤差
Figure 0004569591
およびマルチパス特性G(e jωn )の推定値、帯域外において、マルチパス特性G(e jωn )と感度特性Γ(e jωn )の推定値を用いて、
Figure 0004569591
によって計算する。そして誤差信号E(e jω )のパワーを表す評価関数Qが最小値となるようにキャンセラ更新値が決定される。
Figure 0004569591

:絶対値最大の更新量
Figure 0004569591

:逐次更新するための勾配
によって、周波数域におけるキャンセラ更新値を計算する。
4.2:
Figure 0004569591
Figure 0004569591
:キャンセラ重みの更新ベクトル
Figure 0004569591
:行列
Figure 0004569591
:対角重み行列
によって、時間域の更新量を計算する。
4.3:
Figure 0004569591
によって、ステップサイズを求める。
4.4:
Figure 0004569591
Figure 0004569591
:ステップサイズ
によって、キャンセラを更新する。
ステップ5:L=L+1とし、ステップ1に戻る。
の各ステップを有することを特徴とするOFDM系SFN中継装置における回り込み波の適応キャンセリング方法。
A canceling method for removing sneak waves and multipath interference in a single frequency network (SFN) repeater of an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) transmission system, comprising the following steps:
Step 0: An initial value of the canceling characteristic W (z) is given and the number of sequential updates is set to L = 0. Step 1: In the (L + 1) th update, R (L, n) is changed from the received signal r (k). Calculate with FFT.
Step 2: Estimate transmission path characteristics.
2.1: In-band propagation path characteristics
Figure 0004569591
Figure 0004569591
: Estimated values of relay transfer characteristics P n, 1 , P n, 2 : Estimated by the numbers of adjacent pilot carriers, and the transmission signal D (L, n)
Figure 0004569591
R (L, n): Restoration is performed by Fourier transform of the received signal.
2.2: The out-of-band channel characteristics
Figure 0004569591
Figure 0004569591
: Signal spectrum
Figure 0004569591
: An estimated value of the attenuation coefficient corresponding to the delayed wave of the delay tap τ, or
Figure 0004569591
λ: Estimated by forgetting factor.
2.3: Sensitivity characteristics
Figure 0004569591
F (z): closed-loop characteristic equation
Figure 0004569591
Figure 0004569591
: Determined by the estimated polynomial.
2.4: Multipath characteristics
Figure 0004569591
Ask for.
Step 3: Set the upper limit of sensitivity characteristic estimation error.
Figure 0004569591
Figure 0004569591
: Estimated sensitivity characteristics
Figure 0004569591
: Evaluated by multipath characteristics.
Step 4: Update canceller
4.1:
Figure 0004569591
Here, E (e jωn) is a value when a omega = omega n of the error signal E (e jω), in a band, the restored information symbol
Figure 0004569591
And relative error between retransmission signal S (e jωn )
Figure 0004569591
And the estimated value of the multipath characteristic G (e jωn ), outside the band, using the estimated value of the multipath characteristic G (e jωn ) and the sensitivity characteristic Γ (e jωn ),
Figure 0004569591
Calculate by Then , the canceller update value is determined so that the evaluation function Q representing the power of the error signal E (e ) becomes a minimum value.
Figure 0004569591

: Absolute value maximum update amount
Figure 0004569591

: A canceller update value in the frequency domain is calculated according to the gradient for successive updates.
4.2:
Figure 0004569591
Figure 0004569591
: Update vector of canceller weight
Figure 0004569591
:line; queue; procession; parade
Figure 0004569591
: Calculate the update amount of the time domain by the diagonal weight matrix.
4.3:
Figure 0004569591
To obtain the step size.
4.4:
Figure 0004569591
Figure 0004569591
: Update the canceller according to the step size.
Step 5: L = L + 1 and return to Step 1.
A method for adaptive cancellation of sneak waves in an OFDM SFN repeater, characterized by comprising the steps of:
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