JP4813402B2 - パケット信号復調回路、復調方法、及び受信装置 - Google Patents

Description

本発明はディジタル無線通信システムにおいてパケット信号の復調を行う復調回路、復調方法、及び受信装置に関し、特に、複数の端末間で情報伝送を行う無線通信システムの復調回路、復調方法、及び受信装置に関する。

図９は従来検討がなされていた、端末が１つのアンテナを用いる場合の協調伝送、リレー伝送を説明する図であり、図１に示す形態で通信を行う。図１において送信元端末（Source）から送信されたデ一タは協調中継端末（Relay）を経由して目的端末（Destination）に送信がなされる。この伝送においては２つの送信区間を用いてパケットが割り当てられて、順次送信がなされる。
この通信環境における従来技術では、図９に示す通り、順次、時間的に送信がなされてくるパケットを、目的端末で時間的に記憶して、前後のパケットを最大比合成して特性を向上させる。図１０を参照して従来のパケット信号復調回路の動作を説明すると、次の通りである（非特許文献１を参照）。受信パケット信号Ｓ１０１は出力切替回路１０１に入力がなされる。最初に到来した受信パケット信号Ｓ１０２はパケット信号記憶回路１０２に入力がなされる。一方、次に到来した受信パケット信号Ｓ１０３が出力切替回路１０１から出力され、パケット信号記憶回路１０２からの出力信号Ｓ１０４と共に最大比合成回路１０３へ入力がなされる。最大比合成回路１０３では、合成後パケット信号Ｓ１０５が出力され、復調回路１０４へ入力がなされる。復調回路では、信号復調が行われ、復調信号Ｓ１０６が出力される。
以上説明したように、従来のパケット信号復調回路では、複数端末から時間的にずらして送信されたパケット信号を最大比合成して復調を行う。
福山 裕己、田久 修、安達 宏一、中川 正雄、"協力通信における誤り検出符号の結果に基づき軟判定シンボルを送信する中継方法"、電子情報通信学会技術研究報告、２００６年６月２２日〜２３日、１０６巻、１１９号、ｐ．５９−６４

現在の無線システムでは、伝送速度の向上、誤り率特性の向上のために複数のデータストリームを用いて同時に送信を行う。この場合には、受信装置には複数のデータストリームが重ね合わされて受信がなされる。従って、従来の最大比合成を行う復調方式では信号の復調が出来ない問題がある。
本発明では、この問題を解決し、かつ、データストリームが１つの場合にも対応可能なパケット信号復調回路を提供することを目的とする。

本発明は、送信局の複数のアンテナから同時に送信された第１の送信信号及び第２の送信信号が空間で合成された受信パケット信号と、中継局の複数のアンテナから同時に送信された前記第１の送信信号及び前記第２の送信信号が空間で合成された受信パケット信号を受信された時間的な入力順番に応じて切り替えて出力する出力切替手段と、前記出力切替手段から出力される時間的に最も早く到来したパケット信号を保持する記憶手段と、前記出力切替手段から出力される次に早く到来したパケット信号と前記記憶手段から出力される前記記憶手段で保持された時間的に最も早く到来したパケット信号とを加算する加算手段と、前記加算手段から出力されたパケット合成信号から前記第１の送信信号及び前記第２の送信信号を分離して復調する信号検出手段とを備えることを特徴とする。

本発明は、送信局の複数のアンテナから同時に送信された第１の送信信号及び第２の送信信号が空間で合成された受信パケット信号と、中継局の複数のアンテナから同時に送信された前記第１の送信信号及び前記第２の送信信号が空間で合成された受信パケット信号を受信された時間的な入力順番に応じて切り替えて出力する出力切替過程と、前記出力切替過程によって出力される時間的に最も早く到来したパケット信号を記憶手段に保持する記憶過程と、前記出力切替過程により出力される次に早く到来したパケット信号と前記記憶手段から出力される前記記憶手段で保持された時間的に最も早く到来したパケット信号とを加算する加算過程と、前記加算過程により出力されたパケット合成信号から前記第１の送信信号及び前記第２の送信信号を分離して復調する信号検出過程とを有することを特徴とする。

本発明は、送信局の複数のアンテナから同時に送信された第１の送信信号及び第２の送信信号が空間で合成された受信パケット信号と、中継局の複数のアンテナから同時に送信された前記第１の送信信号及び前記第２の送信信号が空間で合成された受信パケット信号を受信された時間的な入力順番に応じて切り替えて出力する出力切替手段と、前記出力切替手段から出力される時間的に最も早く到来したパケット信号を保持する記憶手段と、前記出力切替手段から出力される次に早く到来したパケット信号と前記記憶手段から出力される前記記憶手段で保持された時間的に最も早く到来したパケット信号とを加算する加算手段と、前記加算手段から出力されたパケット合成信号から前記第１の送信信号及び前記第２の送信信号を分離して復調する信号検出手段とを備えることを特徴とする。

本発明では、以上説明した動作を行うことで、複数ルートを経由した無線伝送を行う場合において、複数のデータストリームが送信された場合でもパケットの復調が可能であり、従来の問題を解決している。
すなわち、本発明のパケット信号復調回路を用いることで、複数ルートを経由して受信する復調器において、複数のデータストリームの高精度なパケット復調を可能にするパケット信号復調回路が実現可能である。

従来方式と異なり、本発明では複数のデータストリームを用いた協調伝送、リレー伝送環境でも復調可能にすることを特徴とする。説明のために図１の協調伝送のモデルを再度参照する。検討したモデルでは、目的端末（Destination）までに１つの協調中継端末（Relay）を経由する最も単純なモデルを仮定している。伝送路は直接に目的端末まで到達するルートと、協調中継端末を経由する２つのルートから構成される。図２では、Sourceから送信されるパケットをPacket_s1として示した。

本発明の説明を図５に、本発明の回路構成を図６に示す。図５では、図１に示された環境の下で、各端末が２つのデータストリームを用いて送信する様子を示している。Relayでは、Sourceから送信されたデータを中継して複数アンテナで送信している。復調器では、それぞれの最初の送信区間である伝送路Ａを通過したパケット、及び、次の送信区間の伝送路Ｂで送信がなされたパケットが、時間的な差をもって復調器に入力される。目的端末での受信信号ｓを式（１）に示す。
ｓ＝（Ｈ_Ａｔ＋ｎ）＋（Ｈ_Ｂｔ＋ｎ） ・・・（１）
但し、ｔはSourceからの送信信号、Ｈ_Ａ、Ｈ_Ｂはそれぞれ伝送路Ａ、伝送路ＢのＭＩＭＯ（Multiple-input multiple-output：多入力多出力）チャネル行列、ｎは復調器の雑音ベクトルを示す。本方式では、復調器で伝送路Ａと伝送路Ｂから到来した受信パケット信号を合成した後に、ＭＬＤ（Maximum likelihood detection：最尤信号検出）を用いて信号分離を行う。伝送路Ａと伝送路Ｂでは送信元の端末の位置が異なる。従ってＭＩＭＯチャネル行列が独立となる可能性が高く、サイト・ダイバーシチ効果が期待できる。

図６は、本発明による復調器の一実施形態を示す。その動作は次の通りである。受信パケット信号Ｓ１は出力切替回路１に入力がなされる。最初に到来した受信パケット信号Ｓ２はパケット信号記憶回路２に入力がなされる。一方、次に到来した受信パケット信号Ｓ３が出力切替回路１から出力され、パケット信号記憶回路２の出力信号Ｓ４と共にパケット加算回路３へ入力がなされる。パケット加算回路３では、加算後パケット信号Ｓ５が出力され、信号検出回路４へ入力がなされる。信号検出回路４では、信号分離と信号復調が行われ、復調信号Ｓ６が出力される。

図６の復調器では、最初の送信区間において伝送路Ａを通過したパケットがパケット信号記憶回路２に記憶される。その後、伝送路Ｂを通過したパケットを受信後にパケット加算回路３にて同相成分（Ｉｃｈ）、直交成分（Ｑｃｈ）ごとに合成がなされる。そして、複数のデータストリームから構成される加算パケット信号として信号検出回路４へ入力がなされる。その後、信号検出回路４での信号分離が行われ、各データストリームが検出される。
図６では、信号検出の一例としてＭＬＤの例を示したが、他に、ＺＦ（Zero-forcing）法、ＭＭＳＥ（Minimum mean square estimation）法等の各種信号検出手法の適用が当然可能である。当然、ＭＬＤ信号検出手法にも様々な演算量削減手法があるが当然適用が可能である。また、この復調器構成の中で、ＭＬＤを用いた場合には、データストリームの数が２以上である場合には、当然、適用可能である。これに加えて、従来技術の適用範囲である１ストリームの場合にも当然適用が可能である。

また、協調伝送、リレー伝送の通信環境には図３、図４の場合も考えられる。図３では、Source1が送信した場合に、直接、Destinationへ送信する場合とSource2を経由してDestinationヘパケットを送信する２ルートに加えて、逆に、Source2から送信した場合に、直接、Destinationへ送信する場合とSource1を経由してDestinationヘパケットを送信する場合が考えられる。図３では、複数の周波数を用いて各Source1、Source2からのパケット信号が衝突しないような形態を示したが、この他にも、時間的に送信タイミングをずらして直交性を用いる、拡散符号の直交性を用いる、空間的な直交性を用いる、その他、時空間ブロック符号化（ＳＴＢＣ）等の送信符号の直交性を用いる場合など、様々な形態が可能である。これらの場合においても本発明のパケット復調方式では、各送信パケットに応じて復調器を備えることで復調が可能である。図４にその説明図を示す。図４では、Source1から送信されるパケットをPacket_s1として、Source2から送信されるパケットをPacket_s2として示した。この各Packet_s1、Packet_s2に対応して、図６の本発明の復調器を備えることでパケット復調が可能となることも重要な特徴である。

本発明について計算機シミュレーションを用いて特性評価を行った。計算機シミュレーションの条件を図７に示す。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ（Orthogonal frequency division multiplexing：直交周波数分割多重）の各ストリームの基本パラメータはＩＥＥＥ８０２．１１ａ無線ＬＡＮ（Local area network：ローカルエリアネットワーク）規格に従った。基礎検討のため協調中継端末での復調は理想的に行われるものと仮定した。本発明では、目的端末にて、伝送路Ａ、伝送路Ｂの各受信パケット信号を合成して復調を行う。合成後のパケット信号に用いる信号分離にはＭＬＤを用いた。本発明を用いた場合のＢＥＲ（Bit error rate：ビット誤り率）特性を図８に示す。比較として、伝送路Ａのみを用いた場合の特性を示す。信号分離には同様にＭＬＤを用いた。ＢＥＲ＝０．０１において所要Ｅ_ｂ／Ｎ_０が約０．８ｄＢ改善する。本発明の複数のデータストリームを用いた場合でのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ協調伝送における、高精度なパケット復調が可能となり有効性が確認できる。

本発明で対象とした協調伝送、リレー伝送の通信環境の説明図である。 本発明で対象とした協調伝送、リレー伝送の時間軸での説明図である。 本発明で対象とした複数データをやり取りする場合の協調伝送、リレー伝送の通信環境の説明図である。 本発明で対象とした複数データをやり取りする場合の協調伝送、リレー伝送の時間軸での説明図である。 本発明による協調伝送、リレー伝送の説明図である。 本発明による復調器のブロック図である。 本発明の特性評価のためのシミュレーション条件である。 本発明のシミュレーション結果図である。 従来技術の協調伝送、リレー伝送の説明図である。 従来技術のパケット信号復調回路のブロック図である。

符号の説明

１ 出力切替回路
２ パケット信号記憶回路
３ パケット加算回路
４ 信号検出回路

Claims (4)

1. 送信局の複数のアンテナから同時に送信された第１の送信信号及び第２の送信信号が空間で合成された受信パケット信号と、中継局の複数のアンテナから同時に送信された前記第１の送信信号及び前記第２の送信信号が空間で合成された受信パケット信号を受信された時間的な入力順番に応じて切り替えて出力する出力切替手段と、
   前記出力切替手段から出力される時間的に最も早く到来したパケット信号を保持する記憶手段と、
   前記出力切替手段から出力される次に早く到来したパケット信号と前記記憶手段から出力される前記記憶手段で保持された時間的に最も早く到来したパケット信号とを加算する加算手段と、
   前記加算手段から出力されたパケット合成信号から前記第１の送信信号及び前記第２の送信信号を分離して復調する信号検出手段と、
   を備えることを特徴とするパケット信号復調回路。
2. 前記加算手段は、同相成分（Ｉｃｈ）、直交成分（Ｑｃｈ）ごとにパケット信号を合成する請求項１に記載のパケット信号復調回路。
3. 送信局の複数のアンテナから同時に送信された第１の送信信号及び第２の送信信号が空間で合成された受信パケット信号と、中継局の複数のアンテナから同時に送信された前記第１の送信信号及び前記第２の送信信号が空間で合成された受信パケット信号を受信された時間的な入力順番に応じて切り替えて出力する出力切替過程と、
   前記出力切替過程によって出力される時間的に最も早く到来したパケット信号を記憶手段に保持する記憶過程と、
   前記出力切替過程により出力される次に早く到来したパケット信号と前記記憶手段から出力される前記記憶手段で保持された時間的に最も早く到来したパケット信号とを加算する加算過程と、
   前記加算過程により出力されたパケット合成信号から前記第１の送信信号及び前記第２の送信信号を分離して復調する信号検出過程と、
   を有することを特徴とするパケット信号復調方法。
4. 送信局の複数のアンテナから同時に送信された第１の送信信号及び第２の送信信号が空間で合成された受信パケット信号と、中継局の複数のアンテナから同時に送信された前記第１の送信信号及び前記第２の送信信号が空間で合成された受信パケット信号を受信された時間的な入力順番に応じて切り替えて出力する出力切替手段と、
   前記出力切替手段から出力される時間的に最も早く到来したパケット信号を保持する記憶手段と、
   前記出力切替手段から出力される次に早く到来したパケット信号と前記記憶手段から出力される前記記憶手段で保持された時間的に最も早く到来したパケット信号とを加算する加算手段と、
   前記加算手段から出力されたパケット合成信号から前記第１の送信信号及び前記第２の送信信号を分離して復調する信号検出手段と、
   を備えることを特徴とするパケット信号受信装置。

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