JP4982586B2 - 多重アクセスネットワークにおける通信方法およびシステム - Google Patents
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Description
第1線形反復フィルタが、選択受信信号の推定値を推定信号出力に与えるとともに、
第2線形反復フィルタが、反復サイクルの1周期分だけ遅延された少なくとも1つの受信信号の推定値を前記第1線形反復フィルタの入力に与えるように、
少なくとも前記2つの線形反復フィルタを備え、少なくとも1つの受信信号を受信する第1信号処理手段と、
前記第1線形反復フィルタの推定信号出力を受信するとともに、復号化回路の次回の反復サイクルにおいて、さらなる受信信号推定値を前記第1信号処理手段の入力に与える第2信号処理手段と、
を備えたことを特徴とする反復復号化回路を提供する。
線形チャネル拘束値に基づいて、前記マルチユーザ信号に対する第1信号推定値集合を決定するステップと、
非線形チャネル拘束値および前記第1信号推定値集合に基づいて、第2信号推定値集合を決定するステップと、
前記第2信号推定値集合を、前記第1信号推定値集合を決定するステップに入力として与えるステップと、
上記各ステップを少なくとも1回繰り返すステップと、
を含むことを特徴とする方法、装置、およびシステムを提供する。
線形チャネル拘束値に基づいて、前記マルチユーザ信号に対する第1信号推定値集合を決定する第1信号処理部と、
前記第1信号推定値集合を受け取り、非線形チャネル拘束値に基づいて、第2信号推定値集合を決定する第2信号処理部とを備え、
両信号処理部が、次回の反復サイクルにおいて、前記第2信号推定値集合を前記第1信号処理部に入力として与えるように、動作可能に相互接続されていることを特徴とする反復受信機を提供する。
a)受信機入力信号をサンプリングするステップと、
b)前記入力信号に、予め保存された複数の受信パケットサンプル推定値の1つを加算して、パケットサンプル仮定値を決定するステップと、
c)前記サンプル仮定値からの情報ビット推定値を判定して、情報ビット推定値リストに保存するステップと、
d)前記サンプル仮定値からの更新受信パケットサンプル推定値を判定して、予め保存された前記複数の推定値を更新するステップと、
e)前記サンプル仮定値から前記更新サンプル推定値を減算して、ノイズ仮定値を決定するとともに、該ノイズ仮定値を前記受信機入力信号として与えるステップと、
f)前記情報ビット推定値リストに、少なくとも1または複数の完成パケットが蓄積されるまで、上記ステップa)〜e)を繰り返すステップと、
を含むことを特徴とする方法、装置、およびシステムを提供する。
a)受信機入力信号をサンプリングするステップと、
b)サンプリングした前記受信機入力信号からパケットサンプル推定値を決定するステップと、
c)前記パケットサンプル推定値を保存するステップと、
d)前記受信機入力に、予め保存された選択パケットサンプル推定値を加算して、パケットサンプル仮定値を決定するステップと、
e)前記パケットサンプル仮定値を復号化および再送信モデル化して、更新パケットサンプル推定値を決定するステップと、
f)前記更新パケットサンプル推定値を用いて、予め保存された前記選択パケットサンプル推定値を更新するステップと、
を含むことを特徴とする方法、装置、およびシステムを提供する。
a)受信機入力に、予め保存された選択パケットサンプル推定値を加算して、パケットサンプル仮定値を決定するステップと、
b)硬判定(Hard)復号技術および軟判定(Soft)復号技術の一方または両方を用いることにより、前記パケットサンプル仮定値を復号化して、情報ビット推定値を決定するステップと、
c)予め決定された1または複数の情報ビット推定値を用いて、前記情報ビット推定値を保存するステップと、
d)完成パケットが蓄積されるまで、上記ステップa)〜c)を繰り返すステップと、
を含むことを特徴とする方法、装置、およびシステムを提供する。
時間領域チャネルアプリケーション受信サンプル推定値を周波数領域チャネルアプリケーション受信サンプル推定値と多重化させて、該多重化時間領域サンプル推定値を、
OFDM信号のサイクリックプレフィックスと、
OFDMテール部と、
OFDMガード区間と、
のうちの1または複数と対応するようにマッピングするとともに、
該多重化周波数領域サンプル推定値を、
OFDM信号のプリアンブルと、
OFDMペイロードデータシンボルと、
の一方または両方と対応するようにマッピングするステップを含むことを特徴とする方法、装置、およびシステムを提供する。
単一パスOFDM受信機が、受信機入力における干渉信号の観測から得られる所望のパケットを識別できるように、信号の受信をサンプリングレベルで反復的に行うようにすることを含むマルチユーザ干渉波キャンセリングを実行するステップを含むことを特徴とする方法、装置、およびシステムを提供する。
パケット入力信号を受信するステップと、
前記パケット入力信号に対応する相関信号を決定するステップと、
前記入力信号と前記相関信号の少なくとも一方または両方がフィルタリング処理されるように、前記入力信号および前記相関信号を処理するステップと、
前記処理された相関信号の電力成分に前記処理された入力信号の電力成分を合成して、決定統計値を決定するステップと、
前記決定統計値の所定の閾値条件により与えられる時間点を、受信パケット到達時間として選定するステップと、
を含むことを特徴とする方法、装置、およびシステムを提供する。
a)受信パケットのプリアンブルの初期チャネル推定値に基づいて、チャネル推定参照値を初期化するステップと、
b)最新のデータシンボルおよび予め受信されたすべてのデータシンボルの符号化部分におけるパケットデータシンボル・チャネル推定値に基づいて、前記チャネル推定参照値を更新するステップと、
c)後続のパケットデータシンボルの到達時に上記ステップb)を繰り返すステップと、
を含むことを特徴とする方法、装置、およびシステムを提供する。
a)受信パケットに含まれる初期パイロットシンボルおよびプリアンブルシンボルに基づいて、チャネル障害推定値集合を初期化するステップと、
b)前記チャネル障害推定値集合と前記受信パケットとの処理を含む復号化演算を行って、送信シンボル推定値集合を決定するステップと、
c)前記決定されたシンボル推定値集合および前記受信パケットを用いて、前記チャネル障害推定値集合を更新するステップと、
d)上記ステップb)およびc)を繰り返すステップと、
を含むことを特徴とする方法、装置、およびシステムを提供する。
a)受信パケットのプリアンブルに含まれる情報に基づいて、周波数オフセットを推定するステップと、
b)前記推定した周波数オフセットを用いて、受信信号を補正するステップと、
c)前記受信パケットのプリアンブルに含まれる情報を用いて、チャネル推定値を決定するステップと、
d)前記受信信号のサンプル列が、OFDMシンボルおよび中間サイクリックプレフィックスを含むように、該サンプル列を周波数領域に変換するステップと、
e)前記決定されたチャネル推定値および前記受信パケットの処理を含む復号化演算を実行するステップと、
f)前記復号化の結果および前記受信パケットのプリアンブルに含まれる情報を用いて、送信サンプル列を生成するステップと、
g)前記送信サンプル列を周波数領域に変換するステップと、
h)前記受信サンプル列および前記送信サンプル列を周波数領域で合成して、前記決定されたチャネル推定値を更新するステップと、
i)上記ステップe)〜h)を繰り返すステップと、
を含むことを特徴とする方法、装置、およびシステムを提供する。
a)復号器から得られるシンボル推定値から成るトレーニングシンボルの行列を決定するステップと、
b)周波数領域の受信OFDMシンボルの行列を決定するステップと、
c)前記受信OFDMシンボルの行列に前記トレーニングシンボルの行列の共役を乗算して、チャネル推定値に関する中間行列を決定するステップと、
d)前記トレーニングシンボルの行列の絶対値を含むトレーニング加重中間行列を決定するステップと、
e)両中間行列に対して、2次元フィルタリング処理を含む平滑化演算を実行するステップと、
f)平滑化演算が実行されたチャネル推定値行列を平滑化演算が実行されたトレーニング加重行列で除算して、前記チャネル推定値を決定するステップと、
を含むことを特徴とする方法、装置、およびシステムを提供する。
a)受信OFDMシンボルの行列を決定するステップと、
b)プリアンブルシンボル、トレーニングシンボル、および推定シンボルのうちの1または複数を含むデータシンボルの共役行列を決定するステップと、
c)前記共役シンボル行列を乗算した前記受信シンボル行列から成る2次元フーリエ変換行列を決定するステップと、
d)前記フーリエ変換行列をフィルタリング処理するステップと、
e)前記フィルタリング処理されたフーリエ変換行列におけるピーク電力の発生位置により、時間オフセットおよび周波数オフセットを決定するステップと、
を含むことを特徴とする方法、装置、およびシステムを提供する。
複数のアンテナそれぞれで観測される受信信号を既知の信号プリアンブルと相関させて、受信信号列を供給するステップと、
各受信信号列の電力信号を決定するステップと、
各アンテナに対して推定されたアンテナ信号強度に基づく時間平均加重に従って、前記決定された電力信号を合成するステップと、
所定の閾値条件に従って、前記受信信号の到達時間を判定するステップと、
を含むことを特徴とする方法、装置、およびシステムを提供する。
本明細書に開示する方法のステップを実行するため、前記コンピュータが使用可能な媒体にコンピュータが読み込み可能なコードを備えたことを特徴とするコンピュータプログラム製品が提供される。
− 復号化
− 同期
− 等化
− チャネル推定
− 複数の受信機アンテナの十分な活用
− 干渉の空間的な除去
− 受信機感度の大幅な改善
− 減衰に対するロバスト性の大幅な改善
− アンテナパターンの自己設定
干渉の空間的な除去は、現時点の発信源または対象となる発信ポイントと同じ場所から送信されていない信号を効果的に無視または除去することである。これらの信号を除去することにより、信号が間違いなく受信されて、接続の信頼性ひいてはスループットが向上し、再送信率およびパケットロスが低減される可能性が大きくなる。干渉波は、受信アンテナで測定される空間軌跡を有しており、その位置によって実質的に決定される。ただし、配置されていない送信機が同様な空間軌跡を生じる場合があり、また、配置された送信機が異なる空間軌跡を生じる場合がある。
− 捕捉
− 干渉軽減
− 伝送距離
− ネットワークスループット
− 制御負荷の軽減
− 移動体マルチホップ無線ネットワーク
− 固定マルチホップ無線ネットワーク
− IEEE802.11a準拠のアクセスポイント・チップセット
− 802.16準拠の基地局
− OFDMベースバンド受信機のコプロセッサ
無線ネットワークにおいては、ネットワーク機器で受信される信号に、動作中のすべての送信機からの成分が含まれる。これらのノイズを伴う成分が加算されて、受信信号となる。場合によっては、これらの成分のうち、特定の送信機に対応する1成分のみが重要となる。また、ネットワークアクセスポイントにおける受信等の他のケースにおいては、受信成分のうちの複数成分が重要となる。いずれの場合も、受信信号に他の信号成分が含まれていることにより、対象となる所定の送信信号を正確に推定することができなくなる。本発明の実施形態によれば、異なる送信機からの1または複数の受信信号成分を含む受信信号を処理するシステム、方法、および装置が開示される。通常、この処理は、図19aおよび19bに示す無線送受信機190のベースバンド受信処理に備わっている。高周波送受信機集積回路(IC)は、送受信機のデジタル信号処理部LLC、MAC、Rx、Txとアンテナシステムを結合するアナログ素子である。受信モードにおいて、ICは、アナログデジタル変換器の駆動に適するように、受信信号の増幅およびダウンコンバートを実施する。送信モードにおいては、アンテナを励起するために、信号のアップコンバートおよび増幅を実施する。
第1実施形態の別の態様において、上記に係る反復信号処理構成10は、前記第1信号処理部1が少なくとも2つの線形反復フィルタを備えており、第1の線形反復フィルタは、選択信号または前記送信信号の選択指標の推定値を前記第2信号処理部2に出力する構成となっており、前記第1線形反復フィルタと同じ入力を有する第2の線形反復フィルタは、1または複数の送信信号から選択した信号の指標の推定値を供給するとともに、前記推定値を反復サイクルの1周期分だけ遅延させて、該遅延推定値を前記第1線形反復フィルタの入力に出力する。
・線形多重アクセスシステムにおける符号化送信波の復号化
・シンボル間相互干渉チャネル上の符号化送信波の復号化
・不明チャネル上の符号化送信波のジョイントチャネル推定および検出/復号化
・時空符号化送信波の復号化
・高次変調フォーマットを有する符号化送信波の復号化
以下では、一般的な線形多重アクセスシステムにおけるマルチユーザ復号化に対して、設計の実証を行う。
ターボ復号化の背景にある基本原理は、受信信号に付与された種々拘束値とは独立に復号化を行うことである。全体的な拘束は、個々の復号器間で外部情報を反復的に通過させることによりもたらされる。ターボコードの場合、これらの拘束値は並列連結コードであり、ターボ等化の場合は、チャネルコードおよびシンボル間相互干渉チャネルのメモリである。マルチユーザ復号化の場合は、多重アクセスチャネルおよび個別ユーザの符号器に起因する拘束値が存在する。
各ユーザに対し、誤り制御コードを1つの拘束値として、また、マルチユーザチャネル(2)をその他の拘束値として扱う符号化線形多重アクセスシステムにターボ原理を適用することで、図6に示す標準的な受信機構造が得られる(参考文献[1])。
参考文献[1]M.C.Reed,C.B.Schlegel,P.D.Alexander,and J.Asenstorfer,“Iterative multiuserdetection for CDMA with FEC: Near−single−user performance,”IEEE Trans.Commun.,pp.1693−1699,Dec.1998.
参考文献[2]S.Marinkovic,B.S.Vucetic,and J.Evans,“Improved iterative Parallel interference cancellation for coded CDMA systems,”in the Proc.IEEE Int.Symp.Info.Theory,(Washington D.C.),p.34,July 2001.
参考文献[3]D.E.Catlin,Estimation,Control,and the Discrete Kalman Filter,Springer Verlag,1989.
以下を仮定する。
参考文献[4]P.D.Alexander,A.J.Grant,and M.C.Reed,“Iterative detection on code−division multiple−access with error control coding,”European Transactions on Telecommunications,vol.9,pp.419−426,Sept.−Oct.1998.
・付加的な解決策−サンプル推定値リスト
・付加的な解決策−サンプル推定値リスト
・付加的な解決策−時間/周波数領域チャネルアプリケーション・サンプル推定値の多重化
a)1または複数のアンテナからの信号で構成される受信機入力信号をサンプリングするステップと、
b)前記入力信号に、予め保存された複数の受信パケットサンプル推定値の1つを加算して、パケットサンプル仮定値を決定するステップと、
c)前記サンプル仮定値からの情報ビット推定値を判定して、情報ビット推定値リストに保存するステップと、
d)前記サンプル仮定値からの更新受信パケットサンプル推定値を判定して、予め保存された前記複数の推定値を更新するステップと、
e)前記サンプル仮定値から前記更新サンプル推定値を減算して、ノイズ仮定値を決定するとともに、該ノイズ仮定値を前記受信機入力信号として与えるステップと、
f)前記情報ビット推定値リストに、少なくとも1または複数の完成パケットが蓄積されるまで、上記ステップa)〜e)を繰り返すステップと、
を含むことを特徴とするシステムおよび方法を提供する。
a)受信機入力信号をサンプリングするステップと、
b)サンプリングした前記受信機入力信号からパケットサンプル推定値を決定するステップと、
c)前記パケットサンプル推定値を保存するステップと、
d)前記受信機入力に、予め保存された選択パケットサンプル推定値を加算して、パケットサンプル仮定値を決定するステップと、
e)前記パケットサンプル仮定値を復号化および再送信モデル化して、更新パケットサンプル推定値を決定するステップと、
f)前記更新パケットサンプル推定値を用いて、予め保存された前記選択パケットサンプル推定値を更新するステップと、
を含むことを特徴とするシステムおよび方法を提供する。
a)受信機入力に、予め保存された選択パケットサンプル推定値を加算して、パケットサンプル仮定値を決定するステップと、
b)硬判定(Hard)復号技術および軟判定(Soft)復号技術の一方または両方を用いることにより、前記パケットサンプル仮定値を復号化して、情報ビット推定値を決定するステップと、
c)予め決定された1または複数の情報ビット推定値を用いて、前記情報ビット推定値を保存するステップと、
d)完成パケットが蓄積されるまで、上記ステップa)〜c)を繰り返すステップと、
を含むことを特徴とするシステムおよび方法を提供する。
時間領域チャネルアプリケーション受信サンプル推定値を周波数領域チャネルアプリケーション受信サンプル推定値と多重化させて、該多重化時間領域サンプル推定値を、
OFDM信号のサイクリックプレフィックスと、
OFDMテール部と、
OFDMガード区間と、
のうちの1または複数と対応するようにマッピングするとともに、
該多重化周波数領域サンプル推定値を、
OFDM信号のプリアンブルと、
OFDMペイロードデータシンボルと、
の一方または両方と対応するようにマッピングするステップを含むことを特徴とするシステムおよび方法を提供する。
a)入力信号として、窓処理および整合処理がなされた受信サンプルまたはノイズ仮定値のいずれかを選択するステップと、
b)空のパケット推定値を、パケットサンプル推定値を含むサンプル推定値リストに追加するステップと、
c)前記リストから1要素を選択するステップと、
d)前記パケットサンプル推定値を前記入力信号に加算して、パケット受信サンプル仮定値を作成するステップと、
e)前記パケット受信サンプル仮定値を復号化および再送信モデル化して、パケット受信サンプル推定値および情報ビット推定値を新たに作成するステップと、
f)新たな情報ビット推定値を用いて、前記情報ビット推定値リストを更新するステップと、
g)前記新たなパケットサンプル推定値を前記パケット受信サンプル仮定値から減算して、ノイズ仮定値を作成するステップと、
h)前記新たなパケットサンプル推定値を用いて、前記サンプル推定値リストの要素を更新するステップと、
を含み、各パケットに対して前記すべてのステップを少なくとも1回反復することを特徴とする反復的サンプル推定方法を提供する。
i)前記選択パケットサンプル推定値を軟判定(Soft)復号し、軟判定(Soft)符号化されたビットおよび新たなパケット情報ビット推定値を作成して、前記情報ビット推定値リストに再挿入するステップと、
j)前記軟判定(Soft)符号化されたビットを軟判定(Soft)変調して、送信シンボル推定値を作成するステップと、
k)前記パケット受信サンプル仮定値および前記送信シンボル推定値から時間領域チャネル推定値を構成するステップと、
l)前記送信シンボル推定値からパケット送信サンプル推定値を構成するステップと、
m)前記パケット送信サンプル推定値を前記時間領域チャネル推定値と畳み込んで、時間領域チャネルアプリケーション受信サンプル推定値を作成するステップと、前記ステップk)およびm)と並行して、
n)前記パケット受信サンプル仮定値および前記送信シンボル推定値から周波数領域チャネル推定値を構成するステップと、
o)前記周波数領域チャネル推定値に前記送信シンボル推定値を乗算して、パケット受信シンボル推定値を作成するステップと、を含み
p)前記パケット受信シンボル推定値から周波数領域チャネルアプリケーション受信サンプル推定値を構成するステップと、
q)前記時間領域チャネルアプリケーション受信サンプル推定値に前記周波数領域チャネルアプリケーション受信サンプル推定値を多重化させて、前記サンプル推定値リストに再挿入するステップと、
をさらに含み、パケットの各OFDMシンボルに対して、前記ステップn)〜p)を繰り返すことを特徴とする反復的サンプル推定方法を提供する。
r)前記選択パケットサンプル推定値を硬判定(Hard)復号し、硬判定(Hard)符号化されたビットおよび新たなパケット情報ビット推定値を作成して、前記情報ビット推定値リストに再挿入するステップと、
s)前記硬判定(Hard)符号化されたビットを硬判定(Hard)変調して、送信シンボル推定値を作成するステップと、
t)前記パケット受信サンプル仮定値および前記送信シンボル推定値から時間領域チャネル推定値を構成するステップと、
u)前記送信シンボル推定値からパケット送信サンプル推定値を構成するステップと、
v)前記パケット送信サンプル推定値を前記時間領域チャネル推定値と畳み込んで、時間領域チャネルアプリケーション受信サンプル推定値を作成するステップと、前記ステップt)およびu)と並行して、
w)前記パケット受信サンプル仮定値および前記送信シンボル推定値から周波数領域チャネル推定値を構成するステップと、
x)前記周波数領域チャネル推定値に前記送信シンボル推定値を乗算して、パケット受信シンボル推定値を作成するステップと、を含み
y)前記パケット受信シンボル推定値から周波数領域チャネルアプリケーション受信サンプル推定値を構成するステップと、
z)前記時間領域チャネルアプリケーション受信サンプル推定値を多重化させて、前記リストに再挿入するステップと、
をさらに含むことを特徴とする反復的サンプル推定方法を提供する。
・OFDM硬判定(Hard)出力デコード222
・エンコード224
・軟判定(Soft)変調230
・硬判定(Hard)変調226
・捕捉204
・整合フィルタ202
・加算208
・減算212
・畳み込み236
・乗算240
・時間−周波数変換(システム標準による)234
・時間領域チャネル推定器232
・周波数領域チャネル推定器238
・時間/周波数領域多重化220
・サンプル推定値リスト(関連する制御装置を含む)206
・情報ビット推定値リスト(関連する制御装置を含む)213
受信機入力は、受信機に接続された各アンテナからのオーバーサンプリングされたデジタルI/Qベースバンドサンプルであって、受信サンプル1002と呼ばれる。受信サンプル1002は、時間上で窓処理された後、パルス形状に整合されたフィルタを通過して、窓処理および整合処理がなされた受信サンプル1004が生成される。これは、最初の反復(n=1)のノイズ仮定値116を構成する。後続のすべての反復(n>1)に対して、ノイズ仮定値116は、干渉波信号をフィードバックすることにより供給される。これは、図11のn状態スイッチSWnにより示される。
サンプリングレベルでの干渉波キャンセリングでは、捕捉処理204で見つかったすべてのパケットに対してOFDM軟判定(Soft)/硬判定(Hard)復号・再送信処理210を実行することによって、各アンテナに対する新たなパケット受信サンプル推定値114を生成する必要がある。各パケットの新たなパケット受信サンプル推定値114は、サンプル推定値リスト206に保存される。この干渉波キャンセリング構造では、軟判定(Soft)/硬判定(Hard)復号・再送信処理210の前に、各パケットが、前回のパケット受信サンプル推定値108をノイズ仮定値116に加算して(208)、各アンテナに対するパケット受信サンプル仮定値110を生成することが必要となる。そして、軟判定(Soft)/硬判定(Hard)復号・再送信処理210により生成された新たなパケット受信サンプル推定値114は、パケット受信サンプル仮定値110から減算されて(212)、更新ノイズ仮定値116が生成される。新たなパケット受信サンプル推定値114は、サンプル推定値リスト206の更新にも使用される。その後、ノイズ仮定値116は、システムを通ってフィードバックされ(前回処理したパケットの最終推定分は差し引く)、反復干渉波キャンセリングが可能となる。図11は、この処理を図式的に示したものである。
サンプル推定値リスト206は、捕捉処理204で見つかった各パケットに対して、各受信アンテナに対するOFDM軟判定(Soft)/硬判定(Hard)復号・再送信処理210により生成された新たなパケット受信サンプル推定値114を含む。
情報ビット推定値リスト213は、捕捉処理204で見つかった各パケットに対して、OFDM軟判定(Soft)/硬判定(Hard)復号・再送信処理215により最後に生成された新たなパケット情報ビット推定値112を含む。
ハイブリッド再送信処理215を図12および13に示す。この処理では、時間領域チャネルアプリケーション処理216および周波数領域チャネルアプリケーション処理218の両者を用いて、新たなパケット受信サンプル推定値114を生成する。両処理では、各アンテナに対するパケット受信サンプル仮定値110およびパケット送信シンボル推定値119を用いて、各受信アンテナに対するチャネルアプリケーション受信サンプル推定値120および122を作成する。時間領域チャネルアプリケーション処理216では、時間領域チャネルアプリケーション受信サンプル推定値120が生成される。また、周波数領域チャネルアプリケーション処理218では、周波数領域チャネルアプリケーション受信サンプル推定値122が生成される。そして、チャネルアプリケーション受信サンプル推定値120および122は多重化されて(220)、各アンテナに対する新たなパケット受信サンプル推定値113が形成される。これら各処理については、以下においてより詳細に説明する。
時間領域チャネルアプリケーション処理216は、図16においてさらに展開される。時間領域チャネル推定器232は、OFDM軟判定(Soft)/硬判定(Hard)復号・再変調処理214(図14および15参照)からのパケット送信シンボル推定値119および各アンテナに対するパケット受信サンプル仮定値110を用いて、各受信アンテナに対する時間領域チャネル推定値130を生成する。そして、周波数−時間変換処理234では、パケット送信シンボル推定値119を用いて、パケット送信サンプル推定値132が生成される。その後、各アンテナに対するパケット送信サンプル推定値132および時間領域チャネル推定値130は、畳み込み処理236により線形畳み込みが行われて、各アンテナに対する時間領域チャネルアプリケーション受信サンプル推定値120が生成される。
周波数領域チャネルアプリケーション処理218は、図17においてさらに展開される。周波数領域チャネル推定器238は、OFDM軟判定(Soft)/硬判定(Hard)復号・再変調処理214からのパケット送信シンボル推定値119および各アンテナに対するパケット受信サンプル仮定値110を用いて、各アンテナに対する周波数領域チャネル推定値134を生成する。そして、乗算処理240により、1回当たりOFDMシンボル1つに対し、周波数領域チャネル推定値134をパケット送信シンボル推定値119に乗算して、パケット受信シンボル推定値136が生成される。その後、パケット受信シンボル推定値136は、周波数−時間変換処理234により、周波数領域チャネルアプリケーション受信サンプル推定値122に変換される。
ここで図13を参照すると、多重化処理220は、時間領域チャネルアプリケーション受信サンプル推定値120および周波数領域チャネルアプリケーション受信サンプル推定値122を受け取り多重化して、新たなハイブリッドパケット受信サンプル推定値114を生成する。
本発明の第2実施形態の好適な応用分野としては、IEEE802.11a、IEEE802.11g、IEEE802.16、および高性能無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)標準と合わせて使用可能なOFDM受信機が挙げられる。ただし、開示の発明は、当業者が理解するところの任意のパケットOFDM通信システムにおいて利用可能である。
パケット入力信号を受信するステップと、
前記パケット入力信号に対応する相関信号を決定するステップと、
前記入力信号と前記相関信号の少なくとも一方または両方がフィルタリング処理されるように、前記入力信号および前記相関信号を処理するステップと、
前記処理された相関信号の電力成分に前記処理された入力信号の電力成分を合成して、決定統計値を決定するステップと、
前記決定統計値の所定の閾値条件により与えられる時間点を、受信パケット到達時間として選定するステップと、
を含むことを特徴とする方法および装置を提供する。
通常、パケットの同期は、特に無線媒体上の送信の場合、同じ信号を複数回繰り返して構成されるプリアンブルを用いて、受信信号をその遅延信号と相関させることにより実現される。遅延は、プリアンブルを定義する繰り返し信号成分の継続時間と等しくなるように選択することができる。一般的に、この相関処理の出力電力は、受信信号の平均電力に対して規格化される。そして、規格化された相関器出力が閾値を越える点が、パケット到達時間として選択される。ただし、この技術には多くの欠陥がある。例えば、相関器出力の統計値を最適に利用するわけではないため、データパケットのタイミング判定において、許容誤差が大きくなる可能性がある。
処理前の相関器出力をフィルタリング処理する機能と、
中央加重平均フィルタ、好ましくは、効率的に実現可能な三角フィルタと、
を有する受信機を提供すれば特に都合がよい。
第3実施形態の技術は、特定形式のプリアンブルを有する波形構造を用いて送信が行われるポイントツーポイント通信接続に適用される。具体的には、ベース信号を1または複数回繰り返すことにより、プリアンブルを形成することができる。上記技術を具現化する機能性機器は、上述の通り、一般的な受信機190のベースバンド受信機処理装置Rxに備えるのが好ましく、本実施形態においては、図19に示す模式的な無線モデム190に備えるのが好ましい。ベースバンド受信機Rxの相対的な論理位置は、図19において「ベースバンドRx」と示される。
本発明の第3実施形態に係る本方法において、本発明者は、時間同期動作のノイズの弊害を緩和するために、プリアンブルの自己相関プロファイルを利用する。これは、列ρiおよびσiを中央加重低域通過フィルタによりフィルタリング処理することによって実現することができる。なお、このフィルタは、後に続く列の2乗処理によって決定統計値を生成する前に適用される。いかなるノイズが存在する場合でも、2乗処理の前にフィルタリング処理を行うことによって、ノイズはより確実に抑制される。フィルタは、プリアンブルの自己相関特性に対して設計可能であるが、好適な実施形態においては、三角フィルタが採用される。
a)受信パケットのプリアンブルから得られる初期チャネル推定値に基づいて、チャネル推定参照値を初期化するステップと、
b)最新のデータシンボルおよび予め受信されたすべてのデータシンボルの符号化部分におけるパケットデータシンボル・チャネル推定値に基づいて、前記チャネル推定参照値を更新するステップと、
c)後続のパケットデータシンボルの到達時に上記ステップb)を繰り返すステップと、
を含むことを特徴とする方法およびシステムを提供する。
・時間平滑化チャネル推定値を解放して復号化処理の改善を可能とする、各OFDMシンボルに跨って記憶された周波数領域平滑化
・以下に詳述する「CEDB」(チャネル推定値データベース)に記憶された、復号器出力に由来するチャネル推定値
・OFDMシンボルループを用いた処理を起動する、CEDBによるチャネル推定
・結果的に生じる低待ち時間、高帯域かつ高移動性データ
本第4実施形態においては、移動体機器から高速で伝搬する高データ転送速度の信号を効果的に受信可能となるベースバンドデジタル受信機技術が開示される。また、簡易的な性能解析についても示される。
本技術は、符号化直交周波数分割多重方式(OFDM)を用いて送信が行われるポイントツーポイント通信接続に適用される。一般的に、符号化OFDM送信は、以下により構成される。
2.従来のOFDM変調
パケット通信システムにおいては、信号の到達とこの信号に含まれるビットの復号化との間の遅延をできるだけ短くすることが重要である。これが重要となるのは、確認のためのターンアラウンド時間がネットワーク性能における重要な要素となるためである。通常、OFDM変調システムにおいては、この要件のために、OFDMシンボル単位の処理を余儀なくされる。すなわち、信号に相当する新たなOFDMシンボルが到達すると、ベースバンドRxは、情報ビットに相当するOFDMシンボルを解放しなければならない。OFDMシンボルの復号化を可能とする情報とシンボルの復号化出力との間の遅延は、数OFDMシンボルの継続時間程度でなければならない。
移動体無線通信システムにおいて、コヒーレントな受信機の設計では、通常、ベースバンド受信機に高精度なチャネル推定方法を用いる必要がある。推定するチャネルは、野外での動作および反射によって生じるマルチパス減衰チャネルである。チャネル推定値は、他の用途のうち、受信機の重要な要素であるFEC復号器の駆動に使用される。OFDM変調信号の場合、チャネルの測定は、受信信号をOFDMシンボルの大きさの部分に断片化した後に、周波数領域で通常通り行われる。移動体通信システムにおいて、信号が伝搬するチャネルは時間とともに変化し、車両の速度が十分に大きい場合は、パケットの受信中にチャネルが変化する可能性がある。従来の受信機技術では、マルチパス減衰チャネルがパケット長を通して不変であり、パケットの最初においてチャネルを単発的に推定可能であると仮定される。ほとんどの標準(例えば、IEEE802.11a等)では、まさにこの理由から、パケットの最初にプリアンブルが送信される。
第4の実施形態に係る本方法においては、時間変動チャネルのトラッキングに有用な境界を規定するために、OFDM受信信号の分割が行われる。チャネル推定値は、それぞれのOFDMシンボルに対して変化する。また、この好適な実施形態では、OFDMシンボルが符号化されており、復号化データをチャネル推定器のトレーニング情報として使用可能であるという事実も利用する。ここでは、チャネルが時間および周波数とともに変化する場合の統計値も利用する。
2.時間平滑化チャネル推定値を解放して復号化処理の改善を可能とする、各OFDMシンボルに跨って記憶された周波数領域平滑化(ステップ2および3.4.4)
3.CEDBに記憶された、復号器出力に由来するチャネル推定値(ステップ3.4.3および3.4.4)
4.ループを用いた処理を起動する、CEDBによるチャネル推定(ステップ3.3)
なお、並行して進行する以下2つの処理による実行を目的として、並列処理を利用してもよい。
2.FEC復号化(ステップ3.4.2)
OFDMシンボルnに対して処理1が行われている間、処理2はOFDMシンボルn−2に適用される。このオフセットの場合、ステップ3.3の推定器は、1つ先のOFDMシンボルを余分に監視する必要がある。
FEC復号器機能の連続実行を利用することにより、伝搬環境の高適応性能を維持しつつ、受信機の最も難しい特徴を十分に活用することができる。
チャネルを正確に推定することにより、復号器レベルの性能を大幅に改善することができる(通常、受信機感度の向上は1dB以上)。これは、時間不変チャネルの場合であっても当てはまることが分かっており、トレーニング用のデータシンボルを利用することにより実現される。移動性の場合は、受信機が適切な時間にチャネルのトラッキングを行うことができることにより、従来システムが機能しないような場合にも受信機を効果的に動作させることができる。同時に、データシンボルの反復的な(多重アクセス)推定の利点が実現される。
OFDMシンボル単位の処理を採用するとともに、FEC復号器を連続実行することにより、本発明者は、高品質のデータ推定値を可能な限りで最も早く解放できるに至った。したがって、受信機は、従来技術に比べて待ち時間を増やすことなく動作する。なお、従来技術では、高速移動環境下において機能しない場合がある。
従来の処理においては、プリアンブルにのみ基づいて、無線チャネルの推定が行われる。この手法の主な制約は、(補正後の)無線チャネルがフレームを通して不変でなければならないことである。図25に示す通り、いくつかの副搬送波において、OFDMシンボル30付近で位相変化があるため、この条件は当てはらまない。したがって、パケットのOFDMシンボル30付近から始まる復号器障害が発生することが予想される。これが実際に起きた場合を図26に示す。
図28は、トレーニングシンボル生成時の復号器障害が発生する可能性を除去した場合の、提案システムの性能を示す。図28において、データの復元を行うための復号器出力およびそれに起因する誤差は依然記録された状態となる。これは、データ支援の無線チャネル推定に対して、最も起こり得るケースを表している。この結果は、トレーニング用の復号器出力を用いて得られた次項の結果と比較することができる。なお、従来技術と比較して、誤差の数は格段に少なくなっている。
本項では、提案方法の性能を評価する。図29に示すCEDBは、各OFDMシンボルに跨る平滑化が未採用であるにもかかわらず、無線チャネルの正確な推定値を表している。ただし、各副搬送波に跨る平滑化は明らかとなっている。各OFDMシンボルに跨る平滑化が採用されると、図28に示す通り、実際の無線チャネルとの非常に正確な整合が観測される。図28および29から分かるように、提案方法を用いて取得された誤差は、理想的な方法の場合と同じエラーパターンとなる。誤差性能は、図26に示す従来方法よりも格段に優れている。
a)受信パケットに含まれる初期パイロットシンボルおよびプリアンブルシンボルに基づいて、チャネル障害推定値集合を初期化するステップと、
b)前記チャネル障害推定値集合および前記受信パケットの処理を含む復号化演算を行って、送信シンボル推定値集合を決定するステップと、
c)前記決定されたシンボル推定値集合および前記受信パケットを用いて、前記チャネル障害推定値集合を更新するステップと、
d)上記ステップb)およびc)を繰り返すステップと、
を含むことを特徴とするシステムおよび方法を提供する。
a)受信パケットのプリアンブルに含まれる情報に基づいて、周波数オフセットを推定するステップと、
b)前記推定した周波数オフセットを用いて、受信信号を補正するステップと、
c)前記受信パケットのプリアンブルに含まれる情報を用いて、チャネル推定値を決定するステップと、
d)前記受信信号のサンプル列が、OFDMシンボルおよび中間サイクリックプレフィックスを含むように、該サンプル列を周波数領域に変換するステップと、
e)前記決定されたチャネル推定値および前記受信パケットの処理を含む復号化演算を実行するステップと、
f)前記復号化の結果および前記受信パケットのプリアンブルに含まれる情報を用いて、送信サンプル列を生成するステップと、
g)前記送信サンプル列を周波数領域に変換するステップと、
h)前記受信サンプル列および前記送信サンプル列を周波数領域で合成して、前記決定されたチャネル推定値を更新するステップと、
i)上記ステップe)〜h)を繰り返すステップと、
を含むことを特徴とするシステムおよび方法を提供する。
a)復号器から得られるシンボル推定値から成るトレーニングシンボルの行列を決定するステップと、
b)周波数領域の受信OFDMシンボルの行列を決定するステップと、
c)前記OFDMシンボルの行列に前記トレーニングシンボルの行列の共役を乗算して、チャネル推定値に関する中間行列を決定するステップと、
d)前記トレーニングシンボルの行列の絶対値を含むトレーニング加重中間行列を決定するステップと、
e)両中間行列に対して、2次元フィルタリング処理を含む平滑化演算を実行するステップと、
f)平滑化演算が実行されたチャネル推定値行列を平滑化演算が実行されたトレーニング加重行列で除算して、前記チャネル推定値を決定するステップと、
を含むことを特徴とするシステムおよび方法を提供する。
a)受信OFDMシンボル行列を決定するステップと、
b)プリアンブルシンボル、トレーニングシンボル、および推定シンボルのうちの1または複数を含むデータシンボルの共役行列を決定するステップと、
c)前記共役シンボル行列を乗算した前記受信シンボル行列から成る2次元フーリエ変換行列を決定するステップと、
d)前記フーリエ変換行列をフィルタリング処理するステップと、
e)フィルタリング処理されたフーリエ変換行列におけるピーク電力の発生位置を検出することにより、時間オフセットおよび周波数オフセットを決定するステップと、
を含むことを特徴とするシステムおよび方法を提供する。
この1組の技術は、符号化直交周波数分割多重方式(OFDM)を用いて送信が行われるポイントツーポイント通信接続に適用される。上述の通り、符号化OFDM送信は、以下により構成される。
・従来のOFDM変調
1つのOFDMシンボルを通したFEC符号化は、ブロック符号化であってもよく、また、複数のOFDMシンボルに跨って持続することも可能であるが、OFDMシンボル単位の復号化技術を使用できなければならない。受信機は、OFDMシンボルの符号化を利用して、性能を改善することができる。
移動体無線通信システムにおいて、コヒーレントな受信機の設計では、ベースバンド受信機に高精度なチャネル推定技術を用いる必要がある。推定するチャネルは、送信機と受信機間の相対動作および複数の伝搬経路と、送受信無線不整合に起因する残留誤差とによって生じるマルチパス減衰チャネルである。チャネル推定値は、他の用途のうち、受信機の重要な要素であるFEC復号器の駆動に使用される。OFDM変調信号の場合、チャネルの測定は、受信信号をOFDMシンボルの大きさの部分に断片化するとともに、IFFTを適用して変換した後に、周波数領域で通常通り行われる。移動体通信システムにおいて、信号が伝搬するチャネルは時間とともに変化し、車両の速度が十分に大きい場合は、パケットの受信中にチャネルが変化する可能性がある。これにより、受信機側から見た場合、パケットの最初のチャネルがパケットの最後のチャネルと大幅に異なることになる。従来の受信機技術では、マルチパス減衰チャネルがパケット長を通して不変であり、パケットの最初においてチャネル推定値を単発的に計算して、パケット全体を復号化可能であると仮定される。OFDM送信スキーム(例えば、IEEE802.11a等)を用いるほとんどの標準では、パケットの最初に無線チャネルの推定が可能なように、各OFDMシンボルの最初にプリアンブルを送信する。
周波数オフセットは、RFまたはIFからベースバンドへの受信信号の不正確なダウンコンバートに起因して発生する。時間オフセットは、通常、マルチパス減衰チャネルおよびノイズの影響に起因するパケット到達時間推定の誤差によってもたらされる。マルチパスチャネルまたは時間分散チャネルにより、送信パケットの複数の偽信号が異なる時間に受信機に到達して、パケット到達時間の確度を低減してしまう。従来、周波数/時間オフセットの推定値は、パケットのプリアンブルを用いて最初に作成され、送信器が挿入したパイロットシンボルを用いることにより、パケット長を通して保持される(例えば、802.11a等)。このパケットフォーマットの一例を、802.11aの場合について図30に示す。
ここに提案する方法は、チャネル推定値を再計算するとともに、パケット長を通して変動する周波数/時間オフセットの再計算を行うための追加のパイロットシンボルとして、復号器出力を用いる反復処理である。ここで、RFまたはIFからベースバンドへの変換により生じる周波数オフセットおよび時間−周波数変換における時間不整合に起因する時間オフセットと同時に発生するマルチパスチャネルの影響をまとめてチャネル障害と呼ぶものとする。最初の反復においては、送信スキームにより選定されるパイロットシンボルおよびプリアンブルを用いてチャネル障害が推定される。これらの推定値は、復号器の初期の実行を駆動するとともに、最初の送信シンボル推定値を生成するために使用される。その後の反復では、前回の反復の送信シンボル推定値を新たなパイロットシンボルとして用いることにより、チャネル障害の推定を支援する。そして、新たなチャネル障害推定値は、復号器を再実行するとともに新たなシンボル推定値を生成するために使用される。この処理はi回繰り返すことができる。ここで、iは反復回数であり、ゼロ以上の整数である。
無線チャネルの推定には、2つの方法が利用可能である。一方は、パケットまたはその個々の小区分の継続時間を通して無線チャネルが不変であると考えられる場合に用いられる。他方は、パケットの継続時間を通して無線チャネルが変動する場合に適用可能である。
ここに説明する列を用いたチャネル推定器は、パケットまたはその任意の一部を通してチャネルが不変である場合に適用される。この技術は、利用可能なすべての受信エネルギーを用いるとともに、OFDM信号に対して受信機で従来採用されているOFDMシンボルの断片化に先立って実施される。実行ステップは以下の通りである。
ここで説明するチャネル推定器は、従来のOFDM受信機の周波数領域で動作する。ここで、受信信号はOFDMシンボルに断片化されており、切り捨てられるサイクリックプレフィックスおよび結果的に得られるOFDMシンボルは、FFTを用いて周波数領域に変換されているものと仮定する。これらの処理は、従来のOFDM受信機において見られる。第5の実施形態の提案方法は、FEC復号器のシンボル推定値出力を無線チャネルの再推定における追加のパイロットシンボルまたは「軟判定(Soft)・トレーニングシンボル」として用いる反復処理である。このようにして(ただし、これらのシンボル推定値出力は不正確な場合がある)、無線チャネルの推定は改善されるため、FEC復号器の次回実行時には、前回の実行よりも改善された結果が得られる。
1.受信OFDMシンボルに相当するパケット全体R
2.軟判定(Soft)・トレーニングシンボルに相当するパケット全体D(一部は「硬判定(Hard)」パイロットシンボルであってもよい)
これら2つの対象は、図31に示すように、M個の副搬送波およびN個のOFDMシンボルから成る行列として構築することができる。ここで、行は副搬送波(トーンまたは周波数ビン)であり、列はOFDMシンボル(時間)である。
第5実施形態の本態様においては、図31に示すOFDM受信行列の隣接シンボル間の位相差に対してデータが及ぼす影響を取り除いて、2次元FFTを適用する。この除去処理は、観測されたOFDMシンボル行列に対して、プリアンブル、トレーニングシンボル、または推定シンボルのいずれであれ、対応するデータシンボルの共役行列を乗算することにより実現される。そして、ノイズを抑制するためにFFT出力がフィルタリング処理されるとともに、結果的に得られた行列の2次元空間におけるピーク電力の探索が実行される。フィルタリング処理は、測定可能な最大オフセットに影響を及ぼすため、非常に弱いフィルタリング処理のみを採用することが推奨される。ピークの場所により、図31の矩形における相対位置として、時間/周波数オフセットが決定される。
複数のアンテナそれぞれで観測される受信信号を既知の信号プリアンブルと相関させて、受信信号列を供給するステップと、
各受信信号列の電力信号を決定するステップと、
各アンテナに対して推定されたアンテナ信号強度に基づく時間平均加重に従って、前記決定された電力信号を合成するステップと、
所定の閾値条件に従って、前記受信信号の到達時間を判定するステップと、
を含むことを特徴とするシステムおよび方法を提供する。
各アンテナの受信チャネルにおける相対位相係数および相対振幅係数の推定値を決定するステップと、
受信信号に前記推定された係数を合成して、コンポジット信号を供給するステップと、
前記コンポジット信号をその遅延信号と相関させて、前記受信信号の到達時間を判定するステップと、
を含む。
Claims (4)
- OFDMパケットを反復的に受信することによる多重アクセスネットワーク上の通信方法であって、
a)1または複数のアンテナからの信号で構成される受信機入力信号をサンプリングするステップと、
b)前記受信機入力信号に、予め保存された複数の受信パケットサンプル推定値の1つを加算して、パケットサンプル仮定値を決定するステップと、
c)前記パケットサンプル仮定値からの情報ビット推定値を判定して、情報ビット推定値リストに保存するステップと、
d)前記パケットサンプル仮定値を復号化および再送信モデル化して、更新受信パケットサンプル推定値を決定し、予め保存された複数の受信パケットサンプル推定値のひとつを更新するステップと、
e)前記パケットサンプル仮定値から更新受信パケットサンプル推定値を減算して、ノイズ仮定値を決定するとともに、該ノイズ仮定値を前記受信機入力信号として与えるステップと、
f)前記情報ビット推定値リストに、少なくとも1または複数の完成パケットが蓄積されるまで、上記ステップa)〜e)を繰り返すステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - OFDM受信機において、サンプル推定値リストを反復的に供給することによる多重アクセスネットワーク上の通信方法であって、
a)受信機入力信号をサンプリングするステップと、
b)サンプリングした前記受信機入力信号からパケットサンプル推定値を決定するステップと、
c)前記パケットサンプル推定値を保存するステップと、
d)前記受信機入力信号に、予め保存された選択パケットサンプル推定値を加算して、パケットサンプル仮定値を決定するステップと、
e)前記パケットサンプル仮定値を復号化および再送信モデル化して、更新パケットサンプル推定値を決定するステップと、
f)前記更新パケットサンプル推定値を用いて、予め保存された前記選択パケットサンプル推定値を更新するステップと、
g)前記パケットサンプル仮定値から更新選択パケットサンプル推定値を減算して、ノイズ仮定値を決定するとともに、該ノイズ仮定値を前記受信機入力信号として与えるステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - OFDM受信機において、パケット情報ビット推定値リストを反復的に供給することによる多重アクセスネットワーク上の通信方法であって、
a)受信機入力信号に、予め保存された選択パケットサンプル推定値を加算して、パケットサンプル仮定値を決定するステップと、
b)硬判定(Hard)復号技術および軟判定(Soft)復号技術の一方または両方を用いることにより、前記パケットサンプル仮定値を復号化して、情報ビット推定値を決定するステップと、
c)予め決定された1または複数の情報ビット推定値を用いて、パケット情報ビット推定値リストを保存するステップと、
d)前記パケットサンプル仮定値を復号化および再送信モデル化して、更新パケットサンプル推定値を決定するステップと、
e)前記更新パケットサンプル推定値を用いて、予め保存された前記選択パケットサンプル推定値を更新するステップと、
f)前記パケットサンプル仮定値から更新選択パケットサンプル推定値を減算して、ノイズ仮定値を決定するとともに、該ノイズ仮定値を前記受信機入力信号として与えるステップと、
g)完成パケットが蓄積されるまで、上記ステップa)〜f)を繰り返すステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 多重アクセス通信ネットワーク上で通信を行う装置であって、
所定の命令集合に従って演算を行う処理手段を備え、
前記命令集合を用いて、請求項1から3のいずれか1項に記載の方法を実行することを特徴とする装置。
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