JP5315676B2 - Mimo通信装置及びmimo通信方法 - Google Patents
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Description
このようなMIMO通信において、図13に示すように、受信側のアンテナ素子101a,101bの系統102a,102bごとにしか位相回転量の推定・補正を行わなかったり、受信側の全アンテナ素子101a,101bで共通の位相回転量の推定・補正しか行わなかったりすると、一方の送信信号Aに関して位相回転の補正ができたとしても、他方の送信信号Bに関しては、位相回転が残留することになる。
この場合、複数の受信アンテナ素子の各系統において各送信信号の系統ごとに位相回転量を補正することができる。
本実施形態では、通信方式としてWiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access, IEEE802.16)を例として説明する。
データサブキャリア(データ信号)は、データや制御用メッセージを送信するためのサブキャリアである。パイロットサブキャリアは、受信側及び送信側で既知の信号(パイロット信号)であり、伝送路周波数応答の算出などに用いられる。
図2の横軸のl(1〜L)はサブキャリア番号を示している。サブキャリア番号は、ヌルサブキャリアを除くサブキャリアについて、周波数の小さい順に番号を付したものである。なお、ヌルサブキャリアを含めた全サブキャリアの数を1024とした場合、データサブキャリア及びパイロットサブキャリアの総数Lは、840となる。
図2の縦軸のkは、シンボル番号を示している。シンボル番号は、到来時間の早い順にシンボルに番号を付したものである。
タイルの四隅には、パイロットサブキャリアが配置され、タイル内の他のサブキャリアはデータサブキャリアとされている。
図2に示すように、上記タイルが時間軸方向及び周波数軸方向に規則的に並んでいる。この結果、パイロットサブキャリアは、図2の2次元配置において分散配置されている。
また、通信装置1は、各系統15a,15bにおいてFFT処理された信号を受けて、フィルタリング処理を行うフィルタ処理部16を有している。
つまり、第1アンテナ素子11aに対応する第1系統15aは、送信信号Aの位相回転量推定・補正を行う第1子系統15a−1と、送信信号Bの位相回転量推定・補正を行う第2子系統15a−2と、を有している。
また、第2アンテナ素子11bに対応する第2系統15bは、送信信号Aの位相回転量推定・補正を行う第3子系統15b−1と、送信信号Bの位相回転量推定・補正を行う第4子系統15b−2と、を有している。
これらの位相回転量補正部によって、各アンテナ素子で受信した信号を送信号ごとに補正し、補正された信号によってフィルタ処理部16がフィルタリング処理を行うため、復調誤差を最小化することができる。
したがって、図4のサブキャリア配置で周波数軸方向の位相回転量Xを求めようとすると、周波数間隔を、例えば、図4のパイロットサブキャリアaとパイロットサブキャリアbとの間の周波数間隔に相当する3×Δfに決めておき、この周波数間隔3×Δfで求まる位相回転量Z1から、周波数軸方向における1サブキャリアごとの位相回転量X=Z1/3を求めることになる。
よって、
Xの推定値=Z1/3=X+N1/3
Yの推定値=Z4=Y+N4
となる。
ここで、パイロットサブキャリアc,dは、時間軸方向に2Δt離れた位置関係を有し、パイロットサブキャリアe,fは、周波数軸方向に3Δf離れ、時間軸方向に2Δt離れた位置関係を有するものである。
また、パイロットサブキャリアe,f間での位相回転量Z3は、周波数間隔3Δfの場合における位相回転量と、時間間隔2Δtの場合における位相回転量を加えたものと考えることができる。
このように、ある周波数間隔(3Δf)での位相回転量は、その周波数間隔(3Δf)を持つパイロットサブキャリア同士を用いて算出したもの(Z1)だけではなく、周波数と時間とからみた位置関係が異なる他のパイロットサブキャリア同士を用いて算出したもの(Z3−Z2)も用いて求めることができる。
ここで、パイロットサブキャリアc,dは、前述のように、時間軸方向に2Δt離れた位置関係を有するものである。したがって、パイロットサブキャリアc,d間での位相回転量Z2は、時間間隔Δtの場合における位相回転量を2倍したものと考えることができる。
このように、ある時間間隔(Δt)での位相回転量は、その周波数間隔(Δt)を持つパイロットサブキャリア同士を用いて算出したもの(Z4)だけではなく、周波数と時間とからみた位置関係が異なる他のパイロットサブキャリア同士を用いて算出したもの(Z2/2)も用いて求めることができる。
Xの推定値=(Z1/3+(Z3−Z2)/3)/2=X+(N1+N3−N2)/6
Yの推定値=(Z2/2+Z4)/2=Y+N2/4+N1/2
タイミングオフセットを計算するためには、周波数f,時間tのパイロットサブキャリアAについての伝送路周波数応答H(f,t)と、前記パイロットサブキャリアAから周波数軸方向にΔfだけ離れて位置する周波数f+Δf,時間tのパイロットサブキャリアBについての伝送路周波数応答H(f+Δf,t)と、を用いて、周波数方向の位相回転量を求める。
このとき、タイミングオフセットT0、周波数オフセットF0があるとすると、周波数f,時間tのパイロットサブキャリアAの伝送路周波数応答H(f,t)は、下記式(1)のようになる。
TmeanΔf1+FmeanΔt1
TmeanΔf2+FmeanΔt2
を求め、上記2パターンから得られる連立方程式を解くことにより、Tmean,Fmeanを導出することができる。なお、Δf1Δf2≠Δf2Δf1である。
さらにまた、位相回転量推定部は、相関計算部174によって算出された相関値(複素数)の偏角argを求めて、位相回転量を算出する位相回転量計算部176を備えている。ここでの位相回転計算部176は、算出した偏角argから、さらにタイミングオフセット及び/又は周波数オフセットを算出することができる。
つまり、完全に任意の2つのパイロットサブキャリアを演算に用いると、あるユーザに割り当てられているバースト領域中のパイロットと、他のユーザに割り当てられているバースト領域中のパイロットを用いて、演算を行ってしまう可能性がある。
ユーザが異なると伝送路周波数応答も異なるために演算の精度が低下するが、ユーザ割り当ての最小単位内でのパイロットサブキャリアの組み合わせを演算に用いることで、ユーザ割り当ての影響を受けずに精度良く演算を行うことができる。
なお、式(20)式(21)では、相関値の偏角を演算してから重み付き演算を行っていたが、相関値の重み付き演算を行ってから偏角を演算してもよい。
まず、一つの信号源からパイロット信号S1が到来している場合、各アンテナ素子の受信信号Xkは下記式(30)のように表される。なお、下記式においてNは雑音を表している。
ごとに設けられている。
つまり、第1の位相回転量推定部17−1は、第1受信アンテナ素子11a及び第2受信アンテナ素子11bによって受信した受信信号に含まれる複数の送信信号A,Bのうち、送信信号Aについての位相回転量を推定する。このため、第1位相回転量推定部17−1には、第1受信アンテナ素子11a及び第2受信アンテナ素子11bによって受信した受信信号それぞれに含まれる送信信号A,Aが与えられる。
また、第1の位相回転量推定部17−2で推定した送信信号BのタイミングオフセットT^mean及び周波数オフセットF^meanは、送信信号Bの位相回転量を補正する位相回転量補正部18a−2,18b−2に与えられ、補正が行われる。
なお、第2実施形態において、説明を省略した点については、図3に示すものと同様であり、以下の他の実施形態についても同様である。
そして、各位相回転量補正部18a,18bでは、各位相回転量推定部17a,17bによって推定されたオフセット推定値に基づいて、補正が行われる。
この通信装置1は、送信信号A,Bごとの位相回転量推定部17−1,17−2を有しており、これらの位相回転量推定部17−1,17−2は、図9に示す第2実施形態の位相回転量推定部17−1,17−2と同様の機能を有する。つまり、第1の位相回転量推定部17−1は、送信側通信装置2の第1アンテナ素子21aから送信される送信信号Aの位相回転量(オフセット量)を推定し、第2の位相回転量推定部17−2は、送信側通信装置2の第2アンテナ素子21bから送信される送信信号Bの位相回転量(オフセット量)を推定する。
送信側の通信装置2で、送信タイミング乃至送信周波数が調整されることで、シンボル間干渉、キャリア間干渉・シンボル間の位相回転・サブキャリア間の位相回転を防ぐことができる。
この通信装置1は、受信アンテナ素子11a,11bの系統15a,15bごとの位相回転量推定部17a,17bを有しており、これらの位相回転量推定部17a,17bは、図10に示す第3実施形態の位相回転量推定部17a,17bと同様の機能を有する。つまり、第1の位相回転量推定部17aは、第1アンテナ素子11aで受信された受信信号に含まれる送信信号A,Bのオフセット推定値を平均化する。また、第2の位相回転量推定部17bは、第2アンテナ素子11bで受信された受信信号に含まれる送信信号A,Bのオフセット推定値を平均化する。
このように、各アンテナ素子11a,11bに対応した複数のオフセットを、受信電力で重み付けすることで、受信電力が大きい系統のオフセット推定値が大きく重み付けされる。したがって、送信タイミングを調整するための送信タイミング調整情報乃至送信周波数を調整するための送信周波数調整情報として最適な値が得られる。
送信側の通信装置2で、送信タイミング乃至送信周波数が調整されることで、シンボル間干渉、キャリア間干渉・シンボル間の位相回転・サブキャリア間の位相回転を防ぐことができる。
Claims (6)
- 複数の送信アンテナ素子によって送信された複数の送信信号を、複数の受信アンテナ素子によって受信するMIMO通信装置であって、
受信信号の位相回転量を推定する位相回転量推定部を備え、
前記位相回転量推定部は、受信信号に含まれる複数の送信信号ごとに位相回転量を推定する演算を行い、
前記位相回転量推定部は、複数の受信アンテナ素子の各系統において各送信信号の系統ごとに設けられていることを特徴とするMIMO通信装置。 - それぞれの前記位相回転量推定部によって推定された各位相回転量に基づいて、複数の受信アンテナ素子の各系統において各送信信号の系統ごとに位相回転量を補正する位相回転量補正部を備えていることを特徴とする請求項1記載のMIMO通信装置。
- 複数の送信アンテナ素子によって送信された複数の送信信号を、複数の受信アンテナ素子によって受信するMIMO通信装置であって、
受信信号の位相回転量を推定する位相回転量推定部を備え、
前記位相回転量推定部は、受信信号に含まれる複数の送信信号ごとに位相回転量を推定する演算を行い、
前記位相回転量推定部は、複数の受信アンテナ素子によって受信した複数の受信信号に対してウェイトをかけて合成するフィルタリング処理を行うフィルタリング処理部より手前において、各送信信号の系統ごとに複数設けられ、
複数の前記位相回転量推定部は、それぞれ、送信信号ごとの位相回転量を、複数の受信アンテナ素子によって受信した複数の受信信号を用いて推定することを特徴とするMIMO通信装置。 - 複数の前記位相回転量推定部によって推定された送信信号ごとの位相回転量に基づいて、複数の受信アンテナ素子の各系統において各送信信号の系統ごとに位相回転量を補正する位相回転量補正部を備えていることを特徴とする請求項3記載のMIMO通信装置。
- 複数の送信アンテナ素子によって送信された複数の送信信号を、複数の受信アンテナ素子によって受信するMIMO通信方法であって、
受信信号の位相回転量を推定する位相回転量推定ステップを含み、
前記位相回転量推定ステップでは、複数の受信アンテナ素子の各系統において複数の送信信号の系統ごとに位相回転量を推定する演算を行うことを特徴とするMIMO通信方法。 - 複数の送信アンテナ素子によって送信された複数の送信信号を、複数の受信アンテナ素子によって受信するMIMO通信方法であって、
受信信号の位相回転量を推定する位相回転量推定ステップを含み、
前記位相回転量推定ステップでは、受信信号に含まれる複数の送信信号ごとに位相回転量を推定する演算を行い、
前記位相回転量を推定する演算は、複数の受信アンテナ素子によって受信した複数の受信信号であって当該受信信号にウェイトをかけて合成されるフィルタリング処理が行われる前の複数の受信信号を用いて、各送信信号の系統ごとに行われる
ことを特徴とするMIMO通信方法。
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