JP5775639B2 - Ofdm通信システムの受信装置およびその位相雑音緩和方法 - Google Patents
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Description
しかし、OFDM受信機のエラー率(error rate)性能は、周波数オフセット(offset)と、位相雑音によって発生する副搬送波間干渉(Intercarrier Interference、以下、「ICI」という)、および共通位相雑音(Common Phase Error、以下、「CPE」という)によって劣化しやすいため、このような歪み成分を効果的に補償することが必要である。
しかし、このようなパイロットシンボルの伝送は、OFDMシステムの伝送効率を低下させる問題を有する。このような問題を解決するために、最近は、パイロットシンボルの伝送を要求しない、つまり、ブラインド方式を利用した位相雑音緩和方式に対する研究が盛んに行われている。
C−MMSPEアルゴリズムは、ICIが全く緩和されていない受信シンボルを用いて伝送シンボルを推定し、このシンボル推定値をもって位相雑音を推定する。
また、前記ICI緩和部が、部分ブロック別離散フーリエ(Fourier)係数、チャネル係数の大きさおよび伝送成分の大きさのうちの少なくとも1つを用いて、前記部分ブロック別位相雑音の平均差を推定することができる。この時、前記ICI緩和部が、前記部分ブロック別離散フーリエ(Fourier)係数、チャネル係数の大きさおよび伝送成分の大きさに最小二乗アルゴリズム(Least−squares algorithm)を適用して、前記部分ブロック別位相雑音の平均差を推定することができる。
上記のようなICI緩和部が、受信された前記シンボルを部分ブロックに分割する受信シンボル分割器と、分割された前記部分ブロックの位相雑音の平均をそれぞれ計算し、計算されたそれぞれの該位相雑音の平均に基づいて、前記部分ブロック別位相雑音の平均差を推定する推定器と、該推定器によって推定された前記平均差に相当する値を前記部分ブロックにそれぞれ乗算して、前記ICIを緩和させる演算器とを備えている。
図1は、本実施形態に係るOFDM通信システムを示す図である。
図1を参照すれば、OFDM通信システムは、情報を含むOFDMシンボルを伝送する送信装置100と、該送信装置100から伝送されたOFDMシンボルを受信する受信装置200とを備えている。
また、携帯端末には、携帯電話、スマートフォン(smart phone)、ノートパソコンコンピュータ(laptop computer)、デジタル放送用端末、PDA(Personal Digital Assistants)、PMP(Portable Multimedia Player)、ナビゲーションなどが含まれる。
一方、送信装置100は、離散フーリエ逆変換部(Inverse Discrete Fourier Transform unit、以下、「IDFT」という)110と、循環前置挿入部(Cycle Prefix unit、以下、「CP」という)120と、通信部130とを備えている。
つまり、1つのOFDM通信システムに含まれる副搬送波の個数はNである。この時、k番目の副搬送波を介して伝送される成分をXkとすれば、伝送する情報語シンボルベクトルXは、以下の数式1の通りである。
そして、IDFT110は、逆変換された情報語シンボルベクトルxをCP120に出力する。
通信部130は、CP120から入力された情報語シンボルベクトルxを、受信装置200と約束された伝送チャネルを介して受信装置200に伝送する。
以下、図2を参照して、本実施形態に係る受信装置200の構成について詳細に説明する。
図2は、本実施形態に係るOFDM通信システムの受信装置を示す図である。
以下、本実施形態に係る受信装置200の構成要素について詳細に説明する。
通信部210は、送信装置100と約束されたチャネルを介して、送信装置100から伝送されるシンボルを受信する。
また、係数wiは、平均が0で、分散が
さらに、係数
は、長さがLの等価離散時間領域のチャネルインパルス応答(equivalent discrete−time channel impulse response)である。
第1離散フーリエ変換部230は、正規化されたN−point離散フーリエ変換(Discrete Fourier Transform、以下、「DFT」という)により、CPが削除されたシンボルベクトルyの周波数領域シンボルベクトル
このとき、数式3の1番目の項にある因数J0が、受信されたシンボルで発生したCPEに相当し、数式3の2番目の項が、受信されたシンボルで発生したICIに相当する。
これにより、ICI緩和部240は、受信されたシンボルを、大きさがSの多数の部分ブロックに分割する。つまり、分割された部分ブロックの個数NB(=N/S)として定義することができる。
このとき、q番目の部分ブロックで発生した位相雑音の平均
また、直交振幅変調(Quadrature Amplitude Modulation)のようにすべての成分のエネルギが同一でない場合には、等化器およびエネルギ推定器などを用いて伝送成分のエネルギを推定することができる。
図4を参照すれば、ICI緩和部240は、上述のように、受信されたシンボルを大きさがSの多数の部分ブロックに分割する受信シンボル分割器241と、分割された部分ブロック別位相雑音の平均をそれぞれ計算し、計算されたそれぞれの位相雑音の平均に基づいて、部分ブロック別位相雑音の平均差を推定する推定器242と、推定器242によって推定された平均差に相当する値を部分ブロックの成分にそれぞれ乗算して、ICIを緩和させる演算器243と、ICIが緩和された部分ブロックを並列から直列に変換して出力する並列−直列変換器244とを備えている。
この位相雑音を残留(residual)位相雑音
図5は、受信装置200で受信したシンボルに位相雑音が図3のように与えられた時、シンボル内の部分ブロック別位相雑音の平均差ベクトルdを正確に推定し、数式14にある過程を適用した時に、ziが有する残留位相雑音を例として示したものである。
この時、ICIの強度は、位相雑音の変化の程度に比例することが知られている。
したがって、数式14の過程を行った後に、位相雑音の変化の減少はICIが大きく緩和できることを示している。
しかし、残留位相雑音の変化が非常に小さくなってICIが多く緩和されたが、残留位相雑音の平均によってCPE歪みが発生して性能を劣化させることがあるため、これを補償することが追加的に必要である。
上述した、数式1〜14の過程およびICI緩和部240によってICIが緩和されたシンボルは、第2離散フーリエ変換部250に入力され、第2離散フーリエ変換部250によって正規化されたN−point DFT変換され、CPE補償部260に出力される。
この時、残留位相雑音の変化が非常に小さい場合、ICIを無視することもできる。
受信装置200が優れた性能を発揮するためには、
ここで、
図6を参照すれば、受信装置200は、送信装置100からOFDMシンボルを受信する[S110]。
そして、受信装置200は、上述した数式14の過程のように、推定された平均差を用いて、シンボルで発生するICIを緩和させる[S130]。
そして、受信装置200は、上述した数式15〜20を用いて、ICIが先に緩和されたシンボルで追加的に発生するCPEを推定して補償する[S140]。
したがって、本実施形態に係る位相雑音緩和アルゴリズムを採用したOFDM通信システムは、パイロットシンボルを用いる既存のOFDM通信システムに比べて高い伝送効率を有する。
したがって、上記の詳細な説明は、すべての面で制限的に解釈されるものではなく、例示的なものとして考慮されるべきである。
本発明の範囲は、本発明の等価的な範囲内におけるすべての変更が本発明の範囲に属するように、添付した請求項の合理的な解釈によって決定されるべきである。
Claims (9)
- 直交周波数分割多重化(Orthogonal Frequency Division Multiplexing、以下、「OFDM」という)通信システムの受信装置において、
前記OFDM通信システムの送信装置からOFDMシンボルを受信する通信部と、
受信される前記シンボルの部分ブロック別位相雑音の平均差をブラインド方式により推定し、推定された該平均差を用いて、前記シンボルで発生する副搬送波間干渉(Intercarrier Interface、以下、「ICI」という)を緩和させるICI緩和部と、
該ICI緩和部によって前記ICIが緩和された後に、前記シンボルで発生する共通位相雑音(Common Phase Error、以下、「CPE」という)を推定して補償するCPE補償部とを備えるOFDM通信システムの受信装置。 - 前記ICI緩和部が、部分ブロック別離散フーリエ(Fourier)係数、チャネル係数の大きさおよび伝送成分の大きさのうちの少なくとも1つを用いて、前記部分ブロック別位相雑音の平均差を推定する請求項1に記載のOFDM通信システムの受信装置。
- 前記ICI緩和部が、前記部分ブロック別離散フーリエ(Fourier)係数、チャネル係数の大きさおよび伝送成分の大きさに最小二乗アルゴリズム (Least−squares algorithm)を適用して、前記部分ブロック別位相雑音の平均差を推定する請求項2に記載のOFDM通信システムの受信装置。
- 前記ICI緩和部が、推定された前記平均差に相当する値を前記シンボルの部分ブロックにそれぞれ乗算して、前記ICIを緩和させる請求項1に記載のOFDM通信システムの受信装置。
- 前記ICI緩和部が、
受信された前記シンボルを部分ブロックに分割する受信シンボル分割器と、
分割された前記部分ブロックの位相雑音の平均をそれぞれ計算し、計算されたそれぞれの該位相雑音の平均に基づいて、前記部分ブロック別位相雑音の平均差を推定する推定器と、
該推定器によって推定された前記平均差に相当する値を前記部分ブロックにそれぞれ乗算して、前記ICIを緩和させる演算器とを備える請求項1に記載のOFDM通信システムの受信装置。 - 直交周波数分割多重化(Orthogonal Frequency Division Multiplexing、以下、「OFDM」という)通信システムの受信装置の位相雑音緩和方法において、
前記OFDM通信システムの送信装置からOFDMシンボルを受信するステップと、
受信される前記シンボルの部分ブロック別位相雑音の平均差をブラインド方式により推定するステップと、
推定された前記平均差を用いて、前記シンボルで発生する副搬送波間干渉(Intercarrier Interface、以下、「ICI」という)を緩和させるステップと、
前記シンボルに前記ICIが緩和された後に、前記シンボルで発生する共通位相雑音(Common Phase Error、以下、「CPE」という)を推定して補償するステップとを含むOFDM通信システムの受信装置の位相雑音緩和方法。 - 前記平均差推定ステップが、部分ブロック別離散フーリエ(Fourier)係数、チャネル係数の大きさおよび伝送成分の大きさのうちの少なくとも1つを用いて、前記部分ブロック別位相雑音の平均差を推定する請求項6に記載のOFDM通信システムの受信装置の位相雑音緩和方法。
- 前記平均差推定ステップが、前記部分ブロック別離散フーリエ(Fourier)係数、チャネル係数の大きさおよび伝送成分の大きさに最小二乗アルゴリズム(Least−squares algorithm)を適用して、前記部分ブロック別位相雑音の平均差を推定する請求項7に記載のOFDM通信システムの受信装置の位相雑音緩和方法。
- 前記ICI緩和ステップが、推定された前記平均差に相当する値を前記シンボルの部分ブロックにそれぞれ乗算して、前記ICIを緩和させる請求項6に記載のOFDM通信システムの受信装置の位相雑音緩和方法。
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