JP4904963B2 - 通信システム及び通信方法並びに送信機及び受信機 - Google Patents
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Description
つまり、図13に示す送信機では、送信直前にシンボルをアンテナ分離部106にて各送信アンテナ#1,#2に振り分けている。
例えば図16に模式的に示すように、送信アンテナ#1と受信アンテナとの間の伝搬係数をα、送信アンテナ#2と受信アンテナとの間の伝搬係数をβとし、時刻T1において、送信アンテナ#1からはビットb1が、送信アンテナ#2からはビットb2がそれぞれ送信されたとすると、受信アンテナでは、α×b1+β×b2が受信信号として受信されることになる。そして、その後の時刻T2において、送信アンテナ#1からはビットb3が、送信アンテナ#2からは繰り返し(あるいは再送)ビットb1がそれぞれ送信されたとすると、前記受信アンテナでは、α×b3+β×b1が受信信号として受信されることになる。
なお、後記特許文献1及び2には、単一の送信アンテナを具備する送信機において、シンボル単位でインターリーブ、レペテション等を行なう技術が開示されている。これらの特許文献1及び2の技術は、いずれも、任意の符号化率の畳込み符号を、どんな多値変調方式で伝送しても軟判定ビタビ復号ができるようにして、誤り率を下げることを目的とした技術である。
即ち、図18に示すように、時刻T1で送信された信号がビットb1とb2の組み合わせからなり、時刻T2で送信された信号がビットb1とb3の組み合わせからなり、各ビットが1か−1の値をとり、伝搬係数α=β=1で、受信信号b1+b2が0となり、雑音が無いと仮定した場合、時刻T1に送信された信号としては(b1,b2)=(1,1)、(−1,−1)の組み合わせはとることは無く、(b1,b2)=(−1,1)と(b1,b2)=(1,−1)の確率がそれぞれ0.5となる。
(5)また、本発明の受信機は、複数の送信アンテナの一部又は全部から同時刻に送信すべきデータビットの組み合わせを1グループとして送信データストリームをグループ化した上で、当該グループ化された前記データビットの組み合わせが、異なる前後の時刻で同じとなるビット組み合わせ単位で、ビット繰り返し処理及び再送処理の少なくともいずれかを含む送信処理を行なう送信機から送信された信号を受信する受信機であって、前記信号を受信するための複数の受信アンテナと、該受信アンテナで受信された受信信号について前記グループ毎の尤度を求める尤度算出手段と、該尤度算出手段で求められた尤度を合成することにより前記グループ単位でのビット繰り返し合成処理及び再送合成処理の少なくともいずれかを含む受信処理を行なう受信処理手段とをそなえたことを特徴としている。
(1)送信側において、レートマッチングのためのビット繰り返しや、再送時に同時送信するビットの組み合わせ(グループ)を、それ以前に既に同時送信したビットの組み合わせと同じにすることができるので、受信側で、そのグループ単位で受信処理(尤度合成)を行なうことで、同時送信するビットの組み合わせを任意とし個々のビットを抽出して合成する場合のビット間の相関情報の消失を回避することができる。したがって、受信特性の劣化を防止することが可能となる。
〔A〕概要説明
ビット間の相関情報の消失という既述の課題を解決するためには、レペテション(ビット繰り返し)又は再送時に同時送信するビットの組み合わせ(グループ)を、それ以前に既に同時送信したビットの組み合わせと同じにして、受信側では、この単位で合成を行なえば良い。例えば図1に模式的に示すように、時刻T1に同時送信したビットの組み合わせ(グループ)が(b1,b2)であれば、その後のビットb1についてのレペテション又は再送時(時刻T2)に同時送信すべきビットの組み合わせも同じ組み合わせ(b1,b2)とし、受信側では当該組み合わせ(グループ)単位で合成を行なえば良いのである。なお、同時送信するビット数が3ビット以上の場合も同様であり、ビットbi(i=1,2,3,…)は1か−1(あるいは、1か0)の値をとる。
〔B〕一実施形態の説明
(B1)送信機の説明
図2は本発明の一実施形態に係るMIMO送信機の要部の構成を示すブロック図で、この図2に示すMIMO送信機(以下、単に「送信機」ともいう)は、例えば、誤り訂正符号化部11、グループ化部12、第1レートマッチング部13、メモリ(再送用データ保存部)14、第2レートマッチング部15、アンテナ分離部16及び複数の送信アンテナ毎の変調部17をそなえて構成されている。なお、本例において、送信アンテナは送信アンテナ#1〜#N(Nは2以上の整数)と仮定し、図2では2本の送信アンテナ#1,#2の存在のみを図示している。
アンテナ分離部16は、上記の第2レートマッチング部15によるレートマッチング処理後の送信ビット列(nパラレルデータ)を所定の変調部17へ分離して振り分けるもので、例えば図1の例(n=2)の場合、時刻T1では2パラレルデータの一方(ビットb1)は送信アンテナ#1に対応する変調部17へ、他方のパラレルデータ(ビットb2)は送信アンテナ#2に対応する変調部17へ入力するようになっている。ただし、同じグループのビット列が同時刻に送信されれば良いので、振り分け方法(どの送信アンテナ#jから送信すべきか)は任意である。つまり、同時刻に送信されるビットはそれぞれ異なる送信アンテナ#jから送信されても、一部又は全部が同じ送信アンテナ#jから送信されてもよい。
以上により、図1により前述したレペテションや再送時の同じビット組み合わせでの同時送信が実現される。なお、上記の例では、同時刻に送信するビットを全て1つのグループとしたが、複数のグループとすることもできる。その場合も、上記と同様に、グループ単位でレートマッチング等を行なえばよい。
次に、図3は送信ストリームが複数存在し、送信ストリーム毎に伝送レートを制御する場合のMIMO送信機の要部の構成を示すブロック図で、この図3に示すMIMO送信機は、例えば、送信ストリーム毎に、誤り訂正符号化部11及び第1レートマッチング部13Aをそなえるとともに、グループ化部12A,メモリ(再送用データ保存部)14,第2レートマッチング部15,アンテナ分離部16及び送信アンテナ#j毎の変調部17をそなえて構成されている。
第1レートマッチング部13Aは、それぞれ、対応する誤り訂正符号化部11からの符号化ビット列に対してパンクチャやレペテション等のレートマッチング処理をビット単位で施すことにより当該符号化ビット列をメモリ14の所定のメモリ領域に収まるデータ量となるようにデータ量調整するもので、本例では、各送信ストリームの伝送レートが適当な比率となるようにレートマッチング処理を行なうようになっている。
第2レートマッチング部15は、上記メモリ14から前記グループ単位に読み出された符号化ビット列に対してパンクチャやレペテション等のレートマッチング処理を当該グループ単位で施すことにより所定の送信フレームフォーマット内に収容可能なデータ量に調整するもので、前記nパラレルデータに対して同じビット数のパンクチャ又はレペテションを平等に施すことにより、前記グループ単位のレートマッチング処理を実施するようになっている。
アンテナ分離部16は、上記の第2レートマッチング部15によるレートマッチング処理後の送信ビット列(nパラレルデータ)を所定の変調部17へ分離して振り分けるもので、例えば図4の例(n=3)の場合、時刻T1では3パラレルデータの一部(送信ストリーム#1のビットb1)は送信アンテナ#1に対応する変調部17へ、残りのパラレルデータ(送信ストリーム#2のビットb2,b3)は送信アンテナ#2に対応する変調部17へ入力するようになっている。ただし、本例においても、同じグループのビット列が同時刻に送信されれば良いので、振り分け方法(どの送信アンテナ#jから送信すべきか)は任意である。つまり、同時刻に送信されるビットはそれぞれ異なる送信アンテナ#jから送信されても、一部又は全部が同じ送信アンテナ#jから送信されてもよい。
つまり、本例では、上記のメモリ14,レートマッチング部15,アンテナ分離部16及び各変調部17から成るブロックは、グループ化部12Aによりグループ化されたビット組み合わせ単位で、レートマッチング(レペテション)や再送処理、場合によってはインターリーブ処理を含む送信処理を行なう送信処理手段としての機能を果たしていることになる。
以上により、図4に示すようなレペテションや再送時の同じビット組み合わせでの同時送信が実現される。なお、本例においても、同時刻に送信するビットを全て1つのグループとしたが、複数のグループとすることもできる。その場合も、上記と同様に、グループ単位でレートマッチング等を行なえばよい。
上記項目(B1)及び(B2)にて上述したように、送信機にて、同時刻に送信するビットをグループ化した場合、受信側(MIMO受信機)では当該グループ(ビット組み合わせ)毎の確率〔または、対数(log)尤度〕を求め、レペテション合成や再送合成を、このグループ毎の確率の積(または、対数尤度の和)で行なうことにより、従来の課題、即ち、ビット間の相関情報の喪失による受信特性の劣化を抑制することが可能となる。
第2デレートマッチング部26は、上記再送合成部25の出力信号について、送信機側の前記第1レートマッチング部13(又は13A)でのレートマッチング処理とは逆の処理に相当する処理(レペテション又はパンクチャ)を施してデータ量調整を行なうもので、この場合も、レペテションの場合には、前記グループ毎の確率を乗算(又は対数尤度を加算)するようになっている。
そして、誤り訂正復号部27は、上記第2デレートマッチング部26によるデータ量調整後の受信信号について、送信機側の誤り訂正符号化部11での符号化方式に対応した復号方式での誤り訂正復号を行なって、送信機の送信データを復元するものである。
まず、送信機から既述のようにしてグループ化されて各送信アンテナ18(#j)(図6参照)から送信された信号は、受信機の受信アンテナ21で受信され、前記所要の無線受信処理を経た後、チャネル推定部22に入力され、当該チャネル推定部22にて、前記チャネル推定値が求められ、当該チャネル推定値に基づいて、復調部23にてチャネル等化、復調処理が施される。その際、図6に示すように、尤度算出部231により、前記グループ毎の尤度(確率)が算出される。即ち、例えば、n(=2)ビットを送信機から同時に送信したとすると、ビットの組み合わせは2n=22=4、つまり、(1,1),(1,−1),(−1,1),(−1,−1)の4通りになるので、ある時刻に対するビットの組み合わせの確率をそれぞれq00,q01,q10,q11(以下、区別しない場合は単に「q」と表記する)、また別の時刻の確率をそれぞれr00,r01,r10,r11(同様に、区別しない場合は単に「r」と表記する)として求める。
そして、当該データ量調整後の受信データは、誤り訂正復号部27にて誤り訂正復号されて、送信機が送信した送信データが復元される。
〔C〕第1変形例の説明
項目(B1)及び(B2)で述べたように同時送信するビットをグループ化する場合、前記グループ化部12又は12Aでは、各送信アンテナ#jのシンボル内の信頼度の高低に応じたビットの集合を単位とすることができる。
即ち、16QAMで2×2MIMO通信する場合、グループ#1の4ビット(I-ch_MSB_ANT#1,Q-ch_MSB_ANT#1,I-ch_MSB_ANT#2,Q-ch_MSB_ANT#2)をそれぞれIM1,QM1,IM2,QM2と表記し、グループ#2の4ビット(I-ch_LSB_ANT#1,Q-ch_LSB_ANT#1,I-ch_LSB_ANT#2,Q-ch_LSB_ANT#2)をそれぞれIL1,QL1,IL2,QL2と表記することとすると、図10に示すように、本来、尤度算出は、合計8ビット、つまり、28(=256)通りの各ビットが0又は1をとるデータパターンの確率P(IM1,QM1,IM2,QM2,IL1,QL1,IL2,QL2)を算出する必要がある(符号41参照)。
〔D〕第2変形例の説明
MIMO通信方式において、伝搬路の状態を知ることが可能であれば、固有モード使うことで、送信ストリーム間の相関を無くすことが可能なことが知られている。即ち、伝搬行列Hが既知であれば、ユニタリ行列U,Vを用いて、下記式(3)により、伝搬行列Hを対角行列Dとする変換(変数変換)が可能である。
したがって、送信側で各送信ストリームをユニタリ行列Vで予め変換して送信し、受信側でユニタリ行列Uの共役転置行列U†で変換することで、対角行列Dとなり、送信ストリーム間の相関を無くすことができる(つまり、受信側では各ストリームの信号分離が容易になる)。
例えば図11に示すように、4本の送信アンテナ18を有するMIMO送信機と、4本の受信アンテナ21を有するMIMO受信機とを有するシステム(4×4MIMOシステム)の場合、送信機では、各送信ストリーム#1,#2,#3,#4に対して送信側ユニタリ変換部19にてユニタリ行列Vを乗算することによりユニタリ変換を行なった上で送信を行ない、受信機では、その送信データが伝搬路を伝搬することにより伝搬行列Hが生じられた形の受信信号について受信側ユニタリ変換部28にてユニタリ行列Uの共役転置行列U†を乗算することにより、送信ストリーム#1,#2と送信ストリーム#3,#4との間の相関を無くすことができる。
なお、MIMO固有モードで、すべての送信ストリーム間の相関を完全に無くした上で、各送信ストリームの多値変調シンボル内のビットをグループ化する(例えば図9及び図10により前述したMSB及びLSBによるグループ化も適用できる)ようにしてもよい。
(付記1)
複数の送信アンテナと、前記複数の送信アンテナの一部又は全部から同時刻に送信すべきデータビットの組み合わせを1グループとして送信データストリームをグループ化する同時送信ビットグループ化手段と、該同時送信ビットグループ化手段によりグループ化されたビット組み合わせ単位で、ビット繰り返し処理及び再送処理の少なくともいずれかを含む送信処理を行なう送信処理手段とを具備する送信機と、
該送信機の前記送信アンテナから送信された信号を受信するための複数の受信アンテナと、該受信アンテナで受信された受信信号について前記グループ毎の尤度を求める尤度算出手段と、該尤度算出手段で求められた尤度を合成することにより前記グループ単位でのビット繰り返し合成処理及び再送合成処理の少なくともいずれかを含む受信処理を行なう受信処理手段とを具備する受信機とをそなえて構成されたことを特徴とする、通信システム。
複数の送信アンテナを有する送信機と、複数の受信アンテナを有する受信機とをそなえた通信システムにおいて、
該送信機が、
前記複数の送信アンテナの一部又は全部から同時刻に送信すべきデータビットの組み合わせを1グループとして送信データストリームをグループ化し、
そのグループ化したビット組み合わせ単位で、ビット繰り返し処理、再送処理の少なくともいずれかを含む送信処理を行ない、
該受信機が、
該受信アンテナで受信された受信信号について前記グループ毎の尤度を求め、
求められた尤度を合成することにより前記グループ単位でのビット繰り返し合成処理及び再送合成処理の少なくともいずれかを含む受信処理を行なうことを特徴とする、通信方法。
複数の送信アンテナと、
前記複数の送信アンテナの一部又は全部から同時刻に送信すべきデータビットの組み合わせを1グループとして送信データストリームをグループ化する同時送信ビットグループ化手段と、
該同時送信ビットグループ化手段によりグループ化されたビット組み合わせ単位で、ビット繰り返し処理及び再送処理の少なくともいずれかを含む送信処理を行なう送信処理手段とをそなえたことを特徴とする、送信機。
該同時送信ビットグループ化手段が、
前記送信データストリームを同時刻に送信すべきビット数にシリアル/パラレル変換することにより前記グループ化を行なうように構成されたことを特徴とする、付記3記載の送信機。
該同時送信ビットグループ化手段が、
伝送レートを独立して制御される、複数の前記送信データストリームについて前記グループ化を行なうように構成されたことを特徴とする、付記3記載の送信機。
(付記6)
該同時送信ビットグループ化手段が、
前記送信データストリームの複数ビットで1シンボルを送信する際の当該シンボル内の信頼度の高低に応じたビット集合を前記グループとしてグループ化するように構成されたことを特徴とする、付記3記載の送信機。
該同時送信ビットグループ化手段が、
複数の前記送信データストリームの少なくとも一部の送信データストリーム間の相関を予め無相関に変数変換して送信を行なう際に、残りの送信データストリームのデータビットの一部又は全部を前記グループとしてグループ化するように構成されたことを特徴とする、付記3記載の送信機。
複数の送信アンテナの一部又は全部から同時刻に送信すべきデータビットの組み合わせを1グループとして送信データストリームをグループ化した上で、当該グループ化されたビット組み合わせ単位で、ビット繰り返し処理及び再送処理の少なくともいずれかを含む送信処理を行なう送信機から送信された信号を受信する受信機であって、
前記信号を受信するための複数の受信アンテナと、
該受信アンテナで受信された受信信号について前記グループ毎の尤度を求める尤度算出手段と、
該尤度算出手段で求められた尤度を合成することにより前記グループ単位でのビット繰り返し合成処理及び再送合成処理の少なくともいずれかを含む受信処理を行なう受信処理手段とをそなえたことを特徴とする、受信機。
12,12A グループ化部
13,13A 第1レートマッチング部
14 メモリ(再送用データ保存部)
15 第2レートマッチング部
16 アンテナ分離部
17 変調部
18 送信アンテナ
19 送信側ユニタリ変換部19
21 受信アンテナ
22 チャネル推定部
23 復調部
231,231−1,231−2 尤度算出部
24 第1デレートマッチング部
25 再送合成部
26 第2デレートマッチング部
27 誤り訂正復号部
28 受信側ユニタリ変換部
Claims (5)
- 複数の送信アンテナと、前記複数の送信アンテナの一部又は全部から同時刻に送信すべきデータビットの組み合わせを1グループとして送信データストリームをグループ化する同時送信ビットグループ化手段と、該同時送信ビットグループ化手段によりグループ化された前記データビットの組み合わせが、異なる前後の時刻で同じとなるビット組み合わせ単位で、ビット繰り返し処理及び再送処理の少なくともいずれかを含む送信処理を行なう送信処理手段とを具備する送信機と、
該送信機の前記送信アンテナから送信された信号を受信するための複数の受信アンテナと、該受信アンテナで受信された受信信号について前記グループ毎の尤度を求める尤度算出手段と、該尤度算出手段で求められた尤度を合成することにより前記グループ単位でのビット繰り返し合成処理及び再送合成処理の少なくともいずれかを含む受信処理を行なう受信処理手段とを具備する受信機とをそなえて構成されたことを特徴とする、通信システム。 - 複数の送信アンテナを有する送信機と、複数の受信アンテナを有する受信機とをそなえた通信システムにおいて、
該送信機が、
前記複数の送信アンテナの一部又は全部から同時刻に送信すべきデータビットの組み合わせを1グループとして送信データストリームをグループ化し、
そのグループ化した前記データビットの組み合わせが、異なる前後の時刻で同じとなるビット組み合わせ単位で、ビット繰り返し処理及び再送処理の少なくともいずれかを含む送信処理を行ない、
該受信機が、
該受信アンテナで受信された受信信号について前記グループ毎の尤度を求め、
求められた尤度を合成することにより前記グループ単位でのビット繰り返し合成処理及び再送合成処理の少なくともいずれかを含む受信処理を行なうことを特徴とする、通信方法。 - 複数の送信アンテナと、
前記複数の送信アンテナの一部又は全部から同時刻に送信すべきデータビットの組み合わせを1グループとして送信データストリームをグループ化する同時送信ビットグループ化手段と、
該同時送信ビットグループ化手段によりグループ化された前記データビットの組み合わせが、異なる前後の時刻で同じとなるビット組み合わせ単位で、ビット繰り返し処理及び再送処理の少なくともいずれかを含む送信処理を行なう送信処理手段とをそなえたことを特徴とする、送信機。 - 該同時送信ビットグループ化手段が、
前記送信データストリームの複数ビットで1シンボルを送信する際の当該シンボル内の信頼度の高低に応じたビット集合を前記グループとしてグループ化するように構成されたことを特徴とする、請求項3記載の送信機。 - 複数の送信アンテナの一部又は全部から同時刻に送信すべきデータビットの組み合わせを1グループとして送信データストリームをグループ化した上で、当該グループ化された前記データビットの組み合わせが、異なる前後の時刻で同じとなるビット組み合わせ単位で、ビット繰り返し処理及び再送処理の少なくともいずれかを含む送信処理を行なう送信機から送信された信号を受信する受信機であって、
前記信号を受信するための複数の受信アンテナと、
該受信アンテナで受信された受信信号について前記グループ毎の尤度を求める尤度算出手段と、
該尤度算出手段で求められた尤度を合成することにより前記グループ単位でのビット繰り返し合成処理及び再送合成処理の少なくともいずれかを含む受信処理を行なう受信処理手段とをそなえたことを特徴とする、受信機。
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