JP5527847B2 - 受信装置及び受信方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態は、OFDMシンボルが通過するチャネルのチャネル伝達関数の推定値を形成するために要求される演算の改善を提供する。特に、本実施形態は、例えば、DVB−T2規格の本来の基準に十分に従うように、一フレーム毎にチャネル及びノイズの推定を実行するという要求から考案された。一フレーム毎のチャネル及びノイズの推定の実行は、OFDM通信システムの性能を改善する。このOFDM通信システムは、例えば、FEF(Future Extension Frame)のような長いフレームの結果、パイロットサブキャリアによって提供されるチャネルサンプルの送信における破損が生じてしまうということ対して、より良く対処することができるためである。これは、動的チャネルの環境において特に顕著である。一フレーム毎の推定は、時間領域のチャネル推定を要する技術に比べて、チャネル推定の取得時間も改善することができる。加えて、受信されたOFDMシンボルのパイロットサブキャリアによって、そのときに提供されるチャネル伝達関数のサンプルによる、チャネル伝達関数の推定は、ハードウェアのコストも削減することができる。
全てのOFDMチャネルについての、イントラフレームのチャネル推定値を生成する一つの技術として、ゼロオーダホルドチャネル推定が知られている。ゼロオーダホルドチャネル推定では、以前に受信されたOFDMシンボルによって得られた、位相が一致しない分散パイロットが用いられる。図5及び図6は、以前のOFDMシンボルによって保存されたパイロットサブキャリアのデータを使用して、各サブキャリア位置それぞれについて、チャネル伝達関数の推定値を生成する技術である、ゼロオーダホルドチャネル推定技術の一例を示す図である。図4と類似する図5は、16のサブキャリア位置を有する8つのOFDMシンボルによって与えられる。
図7は、本発明の一実施形態に係るチャネル推定部110を示す図である。図7に示すように、チャネル推定部110は、チャネル推定処理部700を含む。チャネル推定処理部700は、パイロット取得部701を含む。パイロット取得部701は、受信されたOFDMシンボル内の各パイロットサブキャリアそれぞれについて、チャネル伝達関数のサンプルを生成する。パイロット取得部701は、受信されたOFDMシンボルのパイロットサブキャリアによって生成されたチャネル伝達関数のサンプルを取り出し、これらのサンプルを、動作のモードによって選択される3つの外挿部702、704、706へそれぞれ供給する。3つの外挿部702、704、706は、チャネル推定部を形成する、時間領域外挿部702、周波数オンリーモード外挿部704、線形外挿部706を含むチャネル推定処理部700に含まれる。チャネル推定処理部700は、パイロット取得部701によってパイロットサブキャリアから得られたパイロット位置サンプルから、OFDMシンボル内の各サブキャリア位置について、チャネル伝達関数のサンプルを提供するチャネル伝達関数の推定値を生成する。チャネル伝達関数の推定値は、スイッチング部708の出力により形成される。
図7に示されるチャネル推定ポスト処理部の一例は、図8を参照して説明される。図8は、例えば、外挿部702、704、706のうちの一つから得られるチャネル推定値の、2ステージのポスト処理部を含む。2ステージのチャネルポスト処理部は、第1のステージ801と、第2のステージ802とを含む。第1のステージ801及び第2のステージ802は、制御部814によって制御される、第1及び第2の予測フィルタ803、804、806、808と、スイッチ810、812とを含む。エッジ効果低減回路816通過後における、第1のステージ801の出力は、第2のステージへ供給される。第2のステージも、第1のステージ801と同様に、第1又は第2の予測フィルタ806、808の出力のうちの一方がスイッチ812から供給されるエッジ効果低減回路818を有する。第2のステージ802におけるエッジ効果低減部818の出力によるチャネル推定は、後段で説明される各技術のうちの幾つかの技術を使用して実行される。
上述では、図5及び図6に示すゼロオーダホルド及びリーキーバケツフィルタ技術は、静的チャネルでは、満足な性能を提供することができるが、動的チャネルでは、時間領域におけるノイズ除去ブロック(リーキーバケツフィルタ)の処理は、ゼロオーダホルドブロックから提供されるチャネル推定値を‘汚す’(smear)。これは、上記フィルタリングは、チャネル内のドップラーのレベルに依存する、幾つかのあるいは全ての動的チャネル特性を平均化するためである。これが、動的チャネルにおいて、貧弱なチャネル推定を引き起こす。本発明の実施の形態では、それ故、同じ時間で動的チャネルのチャネル特性を維持しつつ、できるだけ多くのノイズを取り除くことを目的としている。
NMLSフィルタによって提供されるこのノイズ除去技術は、周波数軸で領域化される。この技術は、最初のシンボルの最初の幾つかのキャリアのみの影響を受けるので、収束に関する問題を緩和することができる。一方、時間領域によるアプローチは、最初の幾つかのシンボルに影響を及ぼし、従って、結果としてより悪い取得遅延となってしまう。
上述のNLMS技術の一環として、タップの重みWL,Tは、シフトレジスタ902からのサンプルのうちの1つと、フィルタされたチャネル推定908の出力との比較によって生成された誤差信号に応じて適応される。このため、演算部910は、出力912によって誤差信号を形成するために、シフトレジスタ902のメモリ要素の一つから供給されたサンプルから、加算部906の出力によるサンプルを減じる。誤差信号は、シフトレジスタ902によって保持された受信チャネル推定値の各サンプルの大きさによって標準化される。この処理は、振幅形成回路914及び加算部916によって実行される。合成振幅は、逆数形成回路918と、加算/乗算部920とを使用したその合成振幅の逆数の形成によって、誤差信号により除算される。
図9に示されるNLMS外挿部は、閉じたループシステムであり、従って、信号からノイズを非相関させるフィードバック機構が使用されている。誤差標準化特性は、タップ係数の発散を減少させるのに役立つ。しかしながら、この減少は、必ずしも十分ではなく、フィルタがリセットされる前に処理されなければならないステップサイズ(μ係数)及びサンプル数に依存する。これは、付与タップ数及びステップサイズパラメータのために、NMLS外挿部は、付与サンプル数後の信号からのノイズを非相関させる性能を失うことを意味する。
そして、一方の外挿部がリセットされ、発散前の状態にされている間、他方の外挿部は、有効なデータを出力として提供する。図8に示すチャネル推定ポスト処理部は、それ故、2のステージ801、802において、各ステージに1対のフィルタ803、804、806、808を有している。これが図12に示されている。
メインパスと、エコーパスとの間で短い相対遅延を有するマルチパスチャネル内における、リザルティングチャネル応答は、変化の低勾配で、周波数領域の選択性を示す。反対に、マルチパスチャネルの長い相対遅延では、周波数の選択性は、チャネル・ナル(ゼロ)の数の増加、又は、減衰及びチャネル増幅に起因する急勾配を有する。例えば、周波数の選択的なフェーディングは、図13に示されている。
図7及び図14に示すように、チャネル推定予測フィルタ801、802の出力について、リーキーバケツフィルタ724は、周波数軸外挿部の後方で、チャネル推定値内に残されたどのような残余ノイズも取り除く、静的なチャネル基本フィルタとして用いられている。リーキーバケツフィルタの動作は、チャネルが動的であるか、または、静的であるかに応じて、シーキーバケツフィルタのステップサイズを1及び1/16の間で切り替える制御部712によって制御される。
OFDM伝送では、連続パイロットは、現在、全てのシンボルに存在し、また、一群のキャリアのための、振幅変更の勾配を監視することによって、いつも同じキャリア位置に存在する。従って、チャネル内の動的性のレベルを格付けすることが可能である。
動的チャネルでは、ゼロオーダホルドから得られた入力を含む周波数軸外挿フィルタ803、804、806、808は、チャネル内のドップラーシフトに依存する、時間シフトチャネル推定となってしまう。典型的には、高いドップラーでは、性能が悪い。これは、周波数軸外挿部の影響は、ゼロオーダホルドチャネル推定によって提供されたステップ応答の中間を追跡する予測チャネル推定値をもたらすという事実に起因する。理想的には、動的チャネルにおいて、良好なチャネル推定値を維持するために、後で示されるように、予測チャネル推定値は、上り勾配のエッジの外側及び下り勾配のエッジの内側を追跡する。
y=mx+c
ここで、
y=出力、またはパイロット振幅
m=傾斜勾配
x=シンボルインデックス
c=オフセットパラメータ
例えば、残余タイミングオフセットや、チャネルインパルス応答のフィルタリングの間でフィルタ位置を変化させる受信装置の欠点に起因して、周波数軸外挿部は、シンボルのリーディングエッジで、劣化に悩まされる。この劣化は、典型に、OFDMチャネル帯域のエッジでロールオフするチューナフィルタの状態によっても引き起こされる。
同等化処理の重要な要素は、チャネル状態情報(CSI:channel state information)値を計算するために、ノイズ電力推定値を得ることである。この演算は、周波数領域外挿部の出力(静的チャネルである場合の、フィルタ出力)による、線形外挿部の出力の減算によって、単純に実行される。これは、図20に示されている。
Claims (20)
- データを送信する複数のデータサブキャリアと、パイロットサブキャリアパターンに応じて、直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)シンボル内に配置され、パイロットデータを送信する複数のパイロットサブキャリアとを有するOFDMシンボルからデータを検出及び受信する受信装置であって、
受信OFDMシンボル内のパイロットサブキャリアのそれぞれについて、チャネル伝達関数のサンプルを生成するパイロット取得部と、前記パイロット取得部から提供されたチャネル伝達関数のサンプルから、受信OFDMシンボル内の各サブキャリア位置のそれぞれについて、チャネル伝達関数のサンプルを提供するチャネル伝達関数の推定値を生成するチャネル推定部とを有するチャンネル推定処理部と、
複数の予測フィルタと、前記チャネル推定処理部によって提供されるチャネル伝達関数の推定値に対する、チャネル伝達関数の処理バージョンにおいて、ノイズ低減効果のためのチャネル伝達関数の処理バージョンを形成するために、前記複数の予測フィルタを使用して、前記チャネル推定処理部によって生成されたチャネル伝達関数の推定値をフィルタする制御部とを有し、チャネル伝達関数の処理バージョンを生成するために、前記チャネル推定処理部から受信されたチャネル伝達関数の推定値を処理するチャネル推定ポスト処理部と
を具備し、
前記複数の予測フィルタは、前記制御部の制御下において、チャネル伝達関数の推定値のサンプルを同時に受信する第1予測フィルタ及び第2の予測フィルタを有し、
前記制御部は、チャネル伝達関数の処理バージョンが、前記第1の予測フィルタ及び前記第2の予測フィルタのうちの1つが収束した状態の期間内で生成されるように、前記第1の予測フィルタ及び前記第2の予測フィルタを交互に使用する
受信装置。 - 請求項1に記載の受信装置であって、
前記チャネル推定処理部からチャネル伝達関数の推定値のサンプルを同時に受信し、OFDMシンボルの各サブキャリア配置についてのチャネル伝達関数の推定値を提供するチャネル伝達関数の第1の処理バージョンを生成する前記第1の予測フィルタ及び前記第2の予測フィルタを有する第1のステージと、
前記第1のステージから、チャネル伝達関数の第1の処理バージョンのサンプルを同時に受信し、チャネル推定処理部から提供されるチャネル伝達関数の推定値に対する、チャネル伝達関数の第1の処理バージョン内に存在するノイズを減少する処理が実行される第2の処理バージョンであって、OFDMシンボルの各サブキャリア配置についてのチャネル伝達関数の推定値を提供するチャネル伝達関数の第2の処理バージョンを生成する第3の予測フィルタ及び第4の予測フィルタを有する第2のステージと
をさらに有し、
前記制御部は、
前記第1の予測フィルタ及び前記第2の予測フィルタのうちの1つが収束した状態の期間内で、チャネル伝達関数の第1の処理バージョンを形成するために、前記第1の予測フィルタ又は前記第2の予測フィルタの出力を交互に選択することによって、チャネル伝達関数の第1の処理バージョンを生成し、
前記第3の予測フィルタ及び前記第4の予測フィルタのうちの1つが収束した状態の期間内で、チャネル伝達関数の推定値の第2の処理バージョンを形成するために、前記第2の予測フィルタ及び前記第4の予測フィルタの出力によるサンプルを交互に選択することによって、チャネル伝達関数の第2の処理バージョンを生成する
受信装置。 - 請求項2に記載の受信装置であって、
前記第1のステージ及び前記第2のステージの前記各予測フィルタは、異なる収束係数μを使用する
受信装置。 - 請求項1に記載の受信装置であって、
前記チャネル推定ポスト処理部は、
前記複数の予測フィルタの出力で提供されるチャネル伝達関数の推定値の処理バージョンをフィルタする平均化フィルタと、
受信OFDMシンボルのパイロットサブキャリアを受信し、連続的なOFDMシンボル内の同じ位置で、パイロットサブキャリアを比較することによって、チャネル伝達関数の変化率の相対的な大きさを測定し、前記平均化フィルタによって実行される高い変化率を有するチャネル伝達関数の平均化処理を減少させる効果によって、チャネル伝達関数の変化率に比例する平均化フィルタの効果を制御するフィルタ制御部と
を有する受信装置。 - 請求項4に記載の受信装置であって、
前記フィルタ制御部によって比較されるパイロットサブキャリアは、連続パイロットでる
受信装置。 - 請求項1に記載の受信装置であって、
前記チャネル推定部は、OFDMシンボルのパイロットデータサブキャリアにより提供されるチャネル伝達関数のパイロット位置サンプルを受信し、周波数領域内のパイロットサブキャリアから得られるサンプルの線形外挿の実行により、受信OFDMシンボル内の各サブキャリアそれぞれについてのチャネル伝達関数のサンプルを生成する線形外挿部を有する
受信装置。 - 請求項1に記載の受信装置であって、
チャネル伝達関数の推定値のサンプルと、処理されたチャネル伝達関数の推定値の対応サンプルとを比較することによって、周波数領域内の受信OFDMシンボルの各サンプルのそれぞれについて、ノイズ電力の推定値を生成するノイズ電力推定部をさらに具備する
受信装置。 - 請求項7に記載の受信装置であって、
周波数領域内におけるOFDMシンボルの各エッジから所定数のサンプルに含まれるノイズ電力サンプルは、OFDMシンボルの他のサンプルから所定数であるサンプルに対応するサンプルのコピーによって生成される
受信装置。 - データを送信する複数のデータサブキャリアと、パイロットサブキャリアパターンに応じて、直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)シンボル内に配置され、パイロットデータを送信する複数のパイロットサブキャリアとを有するOFDMシンボルからデータを検出及び受信する受信方法であって、
受信OFDMシンボル内のパイロットサブキャリアのそれぞれについて、チャネル伝達関数のサンプルを生成し、
パイロット取得部から提供されたチャネル伝達関数のサンプルから、受信OFDMシンボル内の各サブキャリア位置のそれぞれについて、チャネル伝達関数のサンプルを提供するチャネル伝達関数の推定値を生成し、
チャネル推定処理部によって提供されるチャネル伝達関数の推定値に対する、チャネル伝達関数の処理バージョンにおいて、ノイズ低減効果のためのチャネル伝達関数の処理バージョンを形成するために、複数の予測フィルタを使用して、チャネル伝達関数の推定値をフィルタすることを含み、チャネル伝達関数の処理バージョンを生成するために、チャネル伝達関数の推定値を処理し、
前記複数の予測フィルタは、チャネル伝達関数の推定値のサンプルを同時に受信する第1予測フィルタ及び第2の予測フィルタを有し、
前記フィルタするステップは、
チャネル伝達関数の処理バージョンが、前記第1の予測フィルタ及び前記第2の予測フィルタのうちの1つが収束した状態の期間内で生成されるように、前記第1の予測フィルタ又は前記第2の予測フィルタの出力を選択する
受信方法。 - 請求項9に記載の受信方法であって、
前記複数のフィルタは、第1のステージに配置された前記第1の予測フィルタ及び前記第2の予測フィルタと、第2のステージに配置された第3の予測フィルタ及び第4の予測フィルタを含み、
前記第1の予測フィルタ及び前記第2の予測フィルタは、前記チャネル推定処理部からチャネル伝達関数の推定値のサンプルを同時に受信し、OFDMシンボルの各サブキャリア配置についてのチャネル伝達関数の推定値を提供するチャネル伝達関数の第1の処理バージョンを生成し、
前記第3の予測フィルタ及び前記第4の予測フィルタは、前記第1のステージから、チャネル伝達関数の第1の処理バージョンのサンプルを同時に受信し、チャネル推定処理部から提供されるチャネル伝達関数の推定値に対する、チャネル伝達関数の第1の処理バージョン内に存在するノイズを減少する処理が実行される第2の処理バージョンであって、OFDMシンボルの各サブキャリア配置についてのチャネル伝達関数の推定値を提供するチャネル伝達関数の第2の処理バージョンを生成し、
前記フィルタするステップは、
前記第1の予測フィルタ及び前記第2の予測フィルタのうちの1つが収束した状態の期間内で、チャネル伝達関数の第1の処理バージョンを形成するために、前記第1の予測フィルタ又は前記第2の予測フィルタの出力を交互に選択し、
前記第3の予測フィルタ及び前記第4の予測フィルタのうちの1つが収束した状態の期間内で、チャネル伝達関数の推定値の第2の処理バージョンを形成するために、前記第2の予測フィルタ及び前記第4の予測フィルタの出力によるサンプルを交互に選択する
受信方法。 - 請求項10に記載の受信方法であって、
前記第1のステージ及び前記第2のステージの前記各予測フィルタは、異なる収束係数μを使用する
受信方法。 - 請求項9に記載の受信方法であって、さらに、
受信OFDMシンボルのパイロットサブキャリアを受信し、
チャネル伝達関数の変化率の相対的な大きさを測定するために、連続的なOFDMシンボル内の同じ位置で、パイロットサブキャリアを比較し、
前記複数の予測フィルタの出力により提供されるチャネル伝達関数の推定値の処理バージョンを、平均化フィルタでフィルタし、
前記平均化フィルタによって実行される高い変化率を有するチャネル伝達関数の平均化処理を減少させる効果によって、チャネル伝達関数の変化率に比例する平均化フィルタの効果を制御する
受信方法。 - 請求項12に記載の受信方法であって、
比較されるパイロットサブキャリアは、連続パイロットである
受信方法。 - 請求項9に記載の受信方法であって、
チャネル伝達関数の推定値を生成するステップは、
周波数領域内のパイロットサブキャリアから得られるサンプルの線形外挿の実行により、受信OFDMシンボル内の各サブキャリアそれぞれについてのチャネル伝達関数のサンプルを生成する線形外挿部により、前記チャネル推定部は、OFDMシンボルのパイロットデータサブキャリアにより提供されるチャネル伝達関数のパイロット位置サンプルをフィルタする
受信方法。 - 請求項9に記載の受信方法であって、さらに、
チャネル伝達関数の推定値のサンプルと、処理されたチャネル伝達関数の推定値の対応サンプルとを比較することによって、周波数領域内の受信OFDMシンボルの各サンプルのそれぞれについて、ノイズ電力の推定値を生成する
受信方法。 - 請求項15に記載の受信方法であって、
ノイズ電力を生成するステップは、
OFDMシンボルの他のサンプルから所定数であるサンプルに対応するサンプルのコピーによって、周波数領域内におけるOFDMシンボルの各エッジから所定数のサンプルに含まれるノイズ電力サンプルを生成する
受信方法。 - データを送信する複数のデータサブキャリアと、パイロットサブキャリアパターンに応じて、直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)シンボル内に配置され、パイロットデータを送信する複数のパイロットサブキャリアとを有するOFDMシンボルからデータを検出する検出部と、
受信OFDMシンボル内のパイロットサブキャリアのそれぞれについて、チャネル伝達関数のサンプルを生成するパイロット取得部と、前記パイロット取得部から提供されたチャネル伝達関数のサンプルから、受信OFDMシンボル内の各サブキャリア位置のそれぞれについて、チャネル伝達関数のサンプルを提供するチャネル伝達関数の推定値を生成するチャネル推定部とを有するチャンネル推定処理部と、
複数の予測フィルタと、前記チャネル推定処理部によって提供されるチャネル伝達関数の推定値に対する、チャネル伝達関数の処理バージョンにおいて、ノイズ低減効果のためのチャネル伝達関数の処理バージョンを形成するために、前記複数の予測フィルタを使用して、前記チャネル推定処理部によって生成されたチャネル伝達関数の推定値をフィルタする制御部とを有し、チャネル伝達関数の処理バージョンを生成するために、前記チャネル推定処理部から受信されたチャネル伝達関数の推定値を処理するチャネル推定ポスト処理部と
を具備し、
前記複数の予測フィルタは、前記制御部の制御下において、チャネル伝達関数の推定値のサンプルを同時に受信する第1予測フィルタ及び第2の予測フィルタを有し、
前記制御部は、チャネル伝達関数の処理バージョンが、前記第1の予測フィルタ及び前記第2の予測フィルタのうちの1つが収束した状態の期間内で生成されるように、前記第1の予測フィルタ及び前記第2の予測フィルタを交互に使用する
受信装置。 - データを送信する複数のデータサブキャリアと、パイロットサブキャリアパターンに応じて、直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)シンボル内に配置され、パイロットデータを送信する複数のパイロットサブキャリアとを有するOFDMシンボルからデータを検出及び受信する装置であって、
受信OFDMシンボル内のパイロットサブキャリアのそれぞれについて、チャネル伝達関数のサンプルを生成する第1の生成手段と、
前記第1の生成手段から提供されたチャネル伝達関数のサンプルから、受信OFDMシンボル内の各サブキャリア位置のそれぞれについて、チャネル伝達関数のサンプルを提供するチャネル伝達関数の推定値を生成する第2の生成手段と、
前記第2の生成手段によって提供されるチャネル伝達関数の推定値に対する、チャネル伝達関数の処理バージョンにおいて、ノイズ低減効果のためのチャネル伝達関数の処理バージョンを形成するために、複数の予測フィルタを使用して、チャネル伝達関数の推定値をフィルタするフィルタ手段を有し、チャネル伝達関数の処理バージョンを生成するために、チャネル伝達関数の推定値を処理する処理手段と
を具備し、
前記複数の予測フィルタは、前記フィルタ手段の制御下において、チャネル伝達関数の推定値のサンプルを同時に受信する第1予測フィルタ及び第2の予測フィルタを有し、
前記フィルタ手段は、チャネル伝達関数の処理バージョンが、前記第1の予測フィルタ及び前記第2の予測フィルタのうちの1つが収束した状態の期間内で生成されるように、前記第1の予測フィルタ及び前記第2の予測フィルタを交互に使用する - コンピュータに、請求項9に記載の受信方法の各ステップを実行させるためのコンピュータ実行可能な命令を有するプログラム。
- 請求項19に記載のプログラムを記録した記録媒体。
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