JP5639287B2 - 受信装置および受信方法 - Google Patents
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Description
本願は、日本国特許出願第2011−282236号(2011年12月22日出願)の優先権の利益を主張し、これらの全内容を参照により本願明細書に取り込むものとする。
本発明は、MIMO通信が可能な無線通信システムに用いられる受信装置および受信方法に関する。
3GPP(Third Generation Partnership Project)で規格化されているLTE(Long Term Evolution)等のOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)を採用する無線通信システムでは、MIMO(Multiple Input Multiple Output)が採用されることがある。そしてSFBC(Space Frequency Block Coding)や空間多重によるMIMOを行う際、受信側でのMIMO復調を考慮し、送信側は、各レイヤーで送信する既知の参照信号の周波数と時間とが互いに重複しないようにして無線信号を送信している。
3GPP TS 36.211 V.8.9.0"Physical channels and modulation", December 2009
上述するような無線通信システムにおいて、アダプティブアレイ方式の採用が検討されている。しかしながら、アダプティブアレイ方式を採用する際、上述の参照信号が同一時間、同一周波数で多重しないため、異なるレイヤーに対してヌルステアリングを適切に行うことができない。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、MIMOを採用する無線通信システムにおいて、異なるレイヤーに対して、適切なヌルステアリングを行うことができ、通信品質を向上できる受信装置および受信方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、MIMO通信が可能な無線通信システムにおける、複数の受信アンテナを有する受信装置であって、複数の送信アンテナを有する送信装置の各送信アンテナから送信された、参照信号を含み、かつ、当該参照信号の送信タイミングおよび送信周波数が異なる複数のデータストリームの無線信号を、各受信アンテナで受信する手段と、受信した各参照信号と、既知の参照信号とに基づいて各データストリームの第1チャネル推定値を算出する手段と、算出した各第1チャネル推定値と、所定の値と、に基づき各データストリームの参照信号に関する値を算出する手段と、算出した各データストリームの参照信号に関する値を合成する手段と、合成結果に基づき各受信アンテナの各データストリームに対する受信ウェイトを算出する手段と、受信した各データストリームの無線信号を、算出した受信ウェイトを用いてアンテナ合成する手段と、合成後の参照信号から各データストリームの第2チャネル推定値を算出する手段と、算出した各データストリームの第2チャネル推定値を用いて、MIMO復調を行い、受信データを取得する手段とを備える。
前記参照信号に関する値を合成する手段は、少なくとも、第1データストリームにおける第1参照信号に関する値と、第2データストリームにおける同一送信周波数かつ当該第1参照信号から時間軸方向に直近の第2参照信号に関する値と、を合成することがこのましい。
または、前記参照信号に関する値を合成する手段は、少なくとも、第1データストリームにおける第1参照信号に関する値と、第2データストリームにおける同一送信タイミングかつ当該第1参照信号から周波数軸方向に直近の第2参照信号に関する値と、を合成することが好ましい。
また、前記MIMO通信は、SFBC方式または空間多重方式を採用することが好ましい。
また、前記所定の値とは、各データストリームに対応する、直交する参照信号である直交シーケンスを示す値であることが好ましい。
また、本発明は、MIMO通信が可能な無線通信システムにおける、複数の受信アンテナを有する受信装置の受信方法であって、複数の送信アンテナを有する送信装置の各送信アンテナから送信された、参照信号を含み、かつ、当該参照信号の送信タイミングおよび送信周波数が異なる複数のデータストリームの無線信号を、各受信アンテナで受信するステップと、受信した各参照信号と、既知の参照信号とに基づいて各データストリームの第1チャネル推定値を算出するステップと、算出した各第1チャネル推定値と、所定の値と、に基づき各データストリームの参照信号に関する値を算出するステップと、算出した各データストリームの参照信号に関する値を合成するステップと、合成結果に基づき各受信アンテナの各データストリームに対する受信ウェイトを算出するステップと、受信した各データストリームの無線信号を、算出した受信ウェイトを用いてアンテナ合成するステップと、合成後の参照信号から各データストリームの第2チャネル推定値を算出するステップと、算出した各データストリームの第2チャネル推定値を用いて、MIMO復調を行い、受信データを取得するステップとを含む。
本発明は、MIMOを採用する無線通信システムにおいて、異なるレイヤーに対して、適切なヌルステアリングを行うことができ、通信品質を向上させることができる。
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態に係る受信装置の信号処理部のブロック図である。本発明の実施形態に係る受信装置は、MIMO通信が可能な無線通信システムに用いられる受信装置であり、受信部1と、第1チャネル推定値算出部2と、直交信号列乗算部3と、信号合成部4と、ウェイト計算部5と、ウェイト合成部6と、第2チャネル推定値算出部7と、MIMO復調部8を備える。
受信部1は、複数の受信アンテナを有し、複数の送信アンテナを有する送信装置の各送信アンテナから送信された、参照信号を含み、かつ、当該参照信号の送信タイミングおよび送信周波数が異なる複数のデータストリーム(レイヤー)の無線信号を、各受信アンテナで受信する。第1チャネル推定値算出部2は、受信した各参照信号と、既知の参照信号とに基づいて各データストリームの第1チャネル推定値を算出する。
直交信号列乗算部3は、算出した各第1チャネル推定値と、直交する参照信号である直交シーケンス(所定の値)とに基づき各データストリームの参照信号に関する値を算出する。信号合成部4は、算出した各データストリームの参照信号に関する値を合成(加算)する。なお、信号合成部4は、少なくとも、第1データストリームおける第1参照信号に関する値と、第2データストリームにおける同一送信周波数かつ第1参照信号から時間軸方向に直近の第2参照信号に関する値とを合成(加算)することが好ましい。
ウェイト計算部5は、合成結果に基づき各受信アンテナの各データストリームに対する受信ウェイトを算出する。ウェイト合成部6は、受信した各データストリームの無線信号を、算出した受信ウェイトを用いてアンテナ合成する。
第2チャネル推定値算出部7は、合成後の参照信号から各データストリームの第2チャネル推定値を算出する。MIMO復調部8は、算出した各データストリームの第2チャネル推定値を用いて、MIMO復調を行い、受信データを取得する。
図2は、LTEにおいてMIMOを採用したときのデータストリーム(レイヤー)毎のセル固有の参照信号の送信例を示す図である。図2は、2アンテナポートの例を示しており、レイヤー毎に参照信号が同一時間、同一周波数で空間的に多重しないようになっている。
図3は、MIMOを採用したときの従来の受信装置の動作を説明するフローチャートである。受信装置は、受信信号のレイヤー毎の参照信号(図2参照)から、チャネル推定を行い(ステップS11)、レイヤー毎の上記チャネル推定結果から、MIMO復調を行う(ステップS12)。
従来の具体的な計算例をLTEのSFBC 2x2の場合を例にして説明する。まず、送信側アンテナ2本、受信側アンテナ1本の場合について説明を行う。以下の数1の式は、受信側アンテナにおける受信信号を示す。
ここで、Yは受信信号、Sは送信信号、f1,f2は周波数を表し、Hは伝搬路情報(実際使用する値は受信の伝搬路推定を行った結果)、nはガウス雑音を表す。また、*は複素共役を表す。最終的に求めたいパラメータはS1(f1)、S1(f2)なので、数2の式のようにY1(f2)の両辺にY1(f2)の複素共役を掛けて式を変更する。
LTEの空間多重2x2の場合は、以下の数10の式で表される。Yは受信信号を表しており、添え字は受信アンテナを表している。Hは伝搬路を表しており、第1引数が送信アンテナを表し、第2引数が受信アンテナを表している。SはMIMO復調後の信号を表しており、添え字はストリーム番号を表している。ただし、ここでは、空間多重のプリコーディングマトリックスやLarge Delay CDDのマトリクスは考慮していない。
次に、本発明の実施形態に係る受信装置の動作を図4のフローチャートに基づいて説明する。
受信装置は、CP(Cyclic Prefix)の除去が行われ、FFT(Fast Fourier Transform)された後の周波数ドメインの受信信号に対し、受信信号の各データストリーム(レイヤー)の参照信号と、既知の参照信号とに基づいて各データストリームの第1チャネル推定値を算出し(ステップS21)、算出した各第1チャネル推定値と、直交する参照信号である直交シーケンス(所定の値)とに基づき各データストリームの参照信号に関する値を算出する(ステップS22)。次に、受信装置は、算出した各データストリームの参照信号に関する値を合成し(ステップS23)、合成結果に基づき各受信アンテナの各データストリームに対する受信ウェイトを算出し(ステップS24)、受信した各データストリームの無線信号を、算出した受信ウェイトを用いてアンテナ合成する(ステップS25)。次に、受信装置は、合成後の参照信号から各データストリームの第2チャネル推定値を算出し(ステップS26)、算出した各データストリームの第2チャネル推定値を用いて、MIMO復調を行い、受信データを取得する(ステップS27)。
次に、具体的な計算例を、LTEのSFBC 2x2の場合と空間多重2x2の場合を例にして説明する。各レイヤーの参照信号部の受信信号は、以下の数11の式のように表される。添え字は受信アンテナ素子番号を表している。
第1チャネル推定値算出部2は、以下の数12の式で表されるように、レイヤー毎の参照信号部の受信信号をレイヤー毎の既知のDRS(DL Cell specific Reference Signal)で割ることにより、レイヤー毎のチャネル推定値H’(第1チャネル推定値)を求める(図4のステップS21)。
レイヤー毎に、直交する参照信号(ORS:Orthogonal Reference Signal)である直交シーケンス(以下の数13の式)が図示しない記憶部に用意されており、
直交信号列乗算部3は、以下の数14の式で表されるように、ステップS21で第1チャネル推定値算出部2が求めたレイヤー毎のチャネル推定値H’にレイヤー毎の直交シーケンス(ORS)を掛ける(図4のステップS22)。
信号合成部4は、以下の数15の式で表されるように、レイヤー毎の参照信号部の受信信号を合成(加算)する(図4のステップS23)。この時、信号合成部4は、少なくとも、各レイヤーにおける同一送信周波数かつ時間軸方向に直近の参照信号を合成することが好ましい。tは時間シンボルを表し、fはサブキャリア番号を表している。αは異なるアンテナポートの参照信号位置までのオフセット(図2参照)を表している。
ウェイト計算部5は、異なるレイヤーに対してヌルが向くように、それぞれアダプティブアレイアンテナの受信ウェイトを計算する(図4のステップS24)。以下の式はSMI(Sample Matrix Inversion)方式の例を示している。数16の式のWst(k)はk受信アンテナで出力される。添え字のstはレイヤーを表している。
ウェイト合成部6は、以下の数17の式で表されるように、2本受信した信号Yに対しアダプティブアレイアンテナのウェイトでアンテナ合成(ヌルステアリング)を行う(図4のステップS25)。ここで、UEANTは受信装置のアンテナ数を表しており、*は共役複素数であることを表している。
第2チャネル推定値算出部7は、以下の数18の式で表されるように、ウェイト合成後の受信信号とアンテナポート毎の参照信号からチャネル推定値WHst(第2チャネル推定値)を求める(図4のステップS26)。参照信号が無い部分は補完する。
次に、MIMO復調部8は、チャネル等化を行う。以下の式は、ZF(Zero-Forcing)法によるチャネル等化の例を示している。
ここで、アダプティブアンテナシステム(AAS)におけるヌルステアリングにより、多重波は抑圧されているとする。また、雑音部分は無視する。
なお、上述した実施の形態では、信号合成部4は、少なくとも、第1データストリームのおける第1参照信号に関する値と、第2データストリームにおける同一送信周波数かつ第1参照信号から時間軸方向に直近の第2参照信号に関する値とを合成することが好ましいとしたが、信号合成部4は、少なくとも、第1データストリームにおける第1参照信号に関する値と、第2データストリームにおける同一送信タイミングかつ第1参照信号から周波数軸方向に直近の第2参照信号に関する値とを合成するようにしてもよい。
上述したように、本発明は、受信した各レイヤーの参照信号と既知の参照信号から第1チャネル推定値を求め、レイヤー毎に直交した信号列を上記第1チャネル推定値に乗算した後に、レイヤー毎の信号を合成し、該直交信号列と合成した信号とから、アダプティブアレイアンテナウェイトを計算し、受信したデータ信号と参照信号をレイヤー毎の上記ウェイトでアンテナ合成を行い、合成後の参照信号から第2チャネル推定値を求め、レイヤー毎の上記チャネル推定結果からMIMO復調を行うようにしているので、異なるレイヤーに対して、適切なヌルステアリングを行うことができ、通信品質を向上させることができる。
1 受信部
2 第1チャネル推定値算出部
3 直交信号列乗算部
4 信号合成部
5 ウェイト計算部
6 ウェイト合成部
7 第2チャネル推定値算出部
8 MIMO復調部
2 第1チャネル推定値算出部
3 直交信号列乗算部
4 信号合成部
5 ウェイト計算部
6 ウェイト合成部
7 第2チャネル推定値算出部
8 MIMO復調部
Claims (6)
- MIMO通信が可能な無線通信システムにおける、複数の受信アンテナを有する受信装置であって、
複数の送信アンテナを有する送信装置の各送信アンテナから送信された、参照信号を含み、かつ、当該参照信号の送信タイミングおよび送信周波数が異なる複数のデータストリームの無線信号を、各受信アンテナで受信する手段と、
受信した各参照信号と、既知の参照信号とに基づいて各データストリームの第1チャネル推定値を算出する手段と、
算出した各第1チャネル推定値と、所定の値と、に基づき各データストリームの参照信号に関する値を算出する手段と、
算出した各データストリームの参照信号に関する値を合成する手段と、
合成結果に基づき各受信アンテナの各データストリームに対する受信ウェイトを算出する手段と、
受信した各データストリームの無線信号を、算出した受信ウェイトを用いてアンテナ合成する手段と、
合成後の参照信号から各データストリームの第2チャネル推定値を算出する手段と、
算出した各データストリームの第2チャネル推定値を用いて、MIMO復調を行い、受信データを取得する手段と、
を備える受信装置。 - 前記参照信号に関する値を合成する手段は、少なくとも、第1データストリームにおける第1参照信号に関する値と、第2データストリームにおける同一送信周波数かつ当該第1参照信号から時間軸方向に直近の第2参照信号に関する値と、を合成することを特徴とする請求項1に記載の受信装置。
- 前記参照信号に関する値を合成する手段は、少なくとも、第1データストリームにおける第1参照信号に関する値と、第2データストリームにおける同一送信タイミングかつ当該第1参照信号から周波数軸方向に直近の第2参照信号に関する値と、を合成することを特徴とする請求項1に記載の受信装置。
- 前記MIMO通信は、SFBC方式または空間多重方式を採用することを特徴とする請求項1に記載の受信装置。
- 前記所定の値とは、各データストリームに対応する、直交する参照信号である直交シーケンスを示す値であることを特徴とする請求項1に記載の受信装置。
- MIMO通信が可能な無線通信システムにおける、複数の受信アンテナを有する受信装置の受信方法であって、
複数の送信アンテナを有する送信装置の各送信アンテナから送信された、参照信号を含み、かつ、当該参照信号の送信タイミングおよび送信周波数が異なる複数のデータストリームの無線信号を、各受信アンテナで受信するステップと、
受信した各参照信号と、既知の参照信号とに基づいて各データストリームの第1チャネル推定値を算出するステップと、
算出した各第1チャネル推定値と、所定の値と、に基づき各データストリームの参照信号に関する値を算出するステップと、
算出した各データストリームの参照信号に関する値を合成するステップと、
合成結果に基づき各受信アンテナの各データストリームに対する受信ウェイトを算出するステップと、
受信した各データストリームの無線信号を、算出した受信ウェイトを用いてアンテナ合成するステップと、
合成後の参照信号から各データストリームの第2チャネル推定値を算出するステップと、
算出した各データストリームの第2チャネル推定値を用いて、MIMO復調を行い、受信データを取得するステップと、
を含む受信方法。
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