JP6151905B2 - 受信装置 - Google Patents
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Description
MIMO(Multiple Input Multiple Output)通信システムにおいて用いられる従来の送受信装置について図5を用いて説明する。図5は、従来の送受信装置の構成ブロック図である。図5では、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調を用い、送信アンテナ2本、受信アンテナ2本を備えた例を示している。
図5に示すように、従来の送受信装置は、送信用の構成として、符号化部501と、インターリーブ部502と、パイロット生成部503と、マッピング部504と、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform:逆高速フーリエ変換)部505と、D/A(Digital/Analog)部506と、送信RF(Radio Frequency)部507と、送信アンテナ508とを備え、受信用の構成として、受信アンテナ509と、受信RF部510と、A/D(Analog/Digital)部511と、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)部512と、内挿補間伝搬路推定部513と、デインターリーブ部514と、受信MIMO処理部515と、誤り訂正部516と、IFFT部517とを備えている。
送信側では、送信系列毎に、符号化部501が、入力された伝送データを符号化し、インターリーブ部502でインターリーブ処理を行う。このインターリーブ処理は、データをランダムに並び替えるもので、周波数および時間方向のどちらか一方、もしくは両方向で並び替えを行う。また、これらの他にも、ビット単位で並び替えるビットインターリーブ、バイト単位で並び替えるバイトインターリーブなどが考えられる。
ここで、パイロットは既知の信号であり、例えばARIB STD-B33ではサブキャリア8本毎にパイロットキャリアが配置されている。
変換された時間領域の信号は、D/A変換部506においてアナログ信号に変換され、送信RF部507において無線周波数に周波数変換された後、2つの送信アンテナ508からそれぞれ送信される。
そして、ベースバンド信号は、A/D変換部511によりデジタル信号に変換され、さらにFFT部512によって、時間領域の信号から周波数領域の信号に変換され、内挿補間伝搬路推定部513とデインターリーブ部514に入力される。
補間方法としては、パイロットキャリア近傍のサブキャリアの伝搬路特性を、パイロットキャリア特性で置き換える0次補間方式、隣接するパイロットキャリア間を直線補間する1次補間方式、FIRフィルタなどを用いて補間するフィルタ補間方式などがある。
IFFT部517では、推定した伝搬路特性をIFFT処理し、遅延プロファイルを生成する。この遅延プロファイルを用いて、伝搬路に含まれるマルチパス成分を観測することができる。
ここでのデインターリーブ処理は、送信側インターリーブ部502によって並び替えられたデータを元に戻すように、再度並び替え処理を行うものである。
また、これら誤り訂正方式と連接した2重の誤り訂正を採用してもよく、RS(Reed Solomon)符号やBCH(Bose-Chaudhuri-Hocquenghem code)符号などが用いられることが多い。これらの誤り訂正方式によってデータに含まれる誤りが訂正され、復号結果として後段に出力される。
全サブキャリアが既知信号であるプリアンブルシンボルが存在しないシステムの場合、受信信号における伝搬路特性を推定を行うために、一般的には一定のサブキャリア間隔でパイロットキャリアが配置される。
例えば、パイロットキャリアがサブキャリア8本毎の一定間隔で配置されているとすると、パイロットキャリアから推定可能なマルチパスの遅延時間は、OFDMシンボルの有効シンボル長の1/8以下となる。
尚、MIMO通信システムに関する技術としては、特開2008−205801号公報「受信装置及び受信方法」(松下電器産業株式会社、特許文献1)、特開2010−41517号公報「MIMO受信装置」(日本放送協会、特許文献2)がある。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る受信装置は、MIMO通信システムにおける受信装置であって、受信信号の復号処理を行うと共に、パイロットキャリアによる内挿補間伝搬路推定値を時間平均し、復号結果を再変調して推定送信信号を生成し、伝搬路反復推定部が、1回目の処理では、受信信号と、パイロットキャリアによる伝搬路推定値の時間平均値と、推定送信信号とに基づいて伝搬路推定を行って第1の受信経路における伝搬路推定値(h1)を求め、更に、h1の時間平均値と、受信信号と、推定送信信号とに基づいて伝搬路推定を行って第2の受信経路における伝搬路推定値(h2)を求めるものであり、パイロットキャリアだけでなくデータキャリアについても伝搬路推定を行うことで、従来に比べて伝搬路推定の精度を向上させて、遅延プロファイル上での長遅延マルチパスの観測を可能とし、更に、2回目以降は、h1を求める際に、パイロットキャリアによる伝搬路推定値の時間平均値の代わりに、前回の処理で求められたh2の時間平均値を用いてh1を算出し、h1とh2を求める処理を交互に反復して行うことにより、伝搬路推定の精度を一層向上させることができるものである。
本発明の第1の実施の形態に係る受信装置について図1を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係る受信装置の構成ブロック図である。
図1では、送信アンテナ2本、受信アンテナ2本のMIMO通信の場合を示している。
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る受信装置(第1の受信装置)は、受信アンテナ101a,101bと、受信RF部102a,102bと、A/D部103a,103bと、FFT部104a,104bと、内挿補間伝搬路推定部105a,105bと、時間平均部106a,106bと、遅延調整部107a,107bと、デインターリーブ部108a,108bと、受信MIMO処理部109と、誤り訂正部110と、符号化部111と、インターリーブ部112と、マッピング部113と、伝搬路反復推定部114a,114bと、IFFT部115とを備えている。
受信アンテナ101a,101bは、送信側から送信された無線信号を受信する。
受信RF部102a,102bは、受信信号をベースバンド帯域に変換する。
A/D部103a,103bは、ベースバンド信号をA/D変換する。
FFT部104a,104bは、A/D変換された信号をFFTにより周波数領域に変換する。
受信MIMO処理部109は、誤り訂正部において必要となる情報を算出する。
必要な情報を算出する例としては、MLD(Maximum Likelihood Detection)方式やMMSE(Minimum Mean Square Error)方式によって、送信1系(第1のアンテナからの送信信号)、送信2系(第2のアンテナからの送信信号)の信号を分離・復調する、または、分離した信号のビットやシンボル単位の尤度を算出する、などが挙げられる。
誤り訂正方式としては、従来と同様のビタビ復号や、ターボ復号、LDPC復号などが用いられている。また、MIMO方式に適する誤り訂正方式として、STTC(Space Time Trellis Code)方式や、STBC(Space Time Block Code)なども用いられている。
更に、RS符号やBCH符号などを、これらの誤り訂正方式と連接した2重の誤り訂正方式として用いてもよい。
デインターリーブ部108a,108b、受信MIMO処理部109、誤り訂正部110を合わせた構成は、請求項に記載した復号処理部に相当する。
フィードバック系の構成について説明する。
符号化部111は、分岐された復号データを入力して、送信側と同じ符号化を行う。
インターリーブ部112は、送信側と同様のインターリーブ処理を行う。
マッピング部113は、インターリーブが施されたデータをマッピングして、2系統(第1の送信アンテナから送信された信号と第2の送信アンテナから送信された信号)の推定送信信号を生成する。
符号化部111、インターリーブ部112、マッピング部113を合わせた構成は、請求項に記載した推定送信信号生成処理部に相当する。
伝搬路反復推定部114aは、受信アンテナ101aにおける受信信号に基づいて、伝搬路特性の反復推定演算を行う。
同様に、伝搬路反復推定部114bは、受信アンテナ101bにおける受信信号に基づいて伝搬路特性の反復推定演算を行う。
伝搬路反復推定部114a,114bの構成及び動作については後で詳細に説明する。
次に、第1の受信装置における伝搬路推定の概略について説明する。
送信アンテナ2本、受信アンテナ2本を用いたMIMO方式の受信信号yk(ω,t)は、式(1)で表される。
ここで、kは受信アンテナ番号、ωはサブキャリア番号、tはOFDMシンボル番号を表している。
そこで、第1の受信装置では、アンテナ101aの受信信号について、h11(ω,t)とh12(ω,t)を交互に推定する。
具体的には、一方の伝搬路特性について推定結果を算出し、次に、当該算出された推定結果を用いて他方の伝搬路特性を算出する処理を行い、2つの処理を巡回させて複数回反復演算する。反復演算を行なうことで徐々にその推定精度を向上させるようにしている。
また、同様に、アンテナ101bの受信信号についても、h21(ω,t)とh22(ω,t)を交互に推定して推定精度を向上させる。
まず、内挿補間伝搬路推定部105a,105bは、受信信号に含まれるパイロットキャリア信号を周波数方向に内挿補間して、伝搬路特性hkj (0)(ω,t)を推定する。
ここで、パイロットキャリアの内挿補間により推定した伝搬路特性の反復回数インデックスを0としており、上付き(0)で示している。
また、時間方向平均化処理の異なる構成例としては、式(4)に示すように、最大ドップラー周波数を通過域とするようなFIRフィルタ構成としてもよい。
復号結果は、符号化部111に入力され、送信側で用いている符号化と同様の符号化処理が施され、再度符号化される。
その後、インターリーブ後の符号は、マッピング部113により、複素平面上にマッピングされ、送信信号の推定結果が得られる。
誤り訂正により符号誤りが完全に訂正されたとすると、推定送信信号x1′(ω,t)、x2′(ω,t)は、送信信号x1(ω,t)、x2(ω,t)と完全に一致する。
尚、推定送信信号は、数式上では「^」付きで示しているが、本明細書中では、「′」を付して記載するものとする。
これにより、推定伝搬路特性の時間平均結果[hkj (0)(ω,t)]及び受信信号yk(ω,t)と、推定送信信号xj′(ω,t)とのタイミングを一致させる。
ここで、伝搬路反復推定部114の構成について図2を用いて説明する。図2は、伝搬路反復推定部114aの構成ブロック図である。
上述したように、第1の受信装置では、h11(ω,t)とh12(ω,t)を交互に推定し、一方の推定結果を用いて他方を演算するものであり、更にその処理を反復することにより推定精度を向上させるようにしている。
h1時間平均部202は、h1反復演算部201から出力される伝搬路特性h11の時間平均を算出する。
h2反復演算部203は、第2の受信経路(第2の送信アンテナから送信され、受信アンテナ101aで受信された信号の経路)における伝搬路特性h12を推定する。
h2時間平均部204は、h2反復演算部203から出力される伝搬路特性h12の時間平均を算出する。
尚、伝搬路反復推定部104bも同様の構成及び動作であり、説明を省略するが、アンテナ101bの受信信号y2について同様の処理を行って、伝搬路特性h21及びh22を推定して出力するものである。
次に、伝搬路反復推定部114aの動作について図2を用いて説明する。
[1回目の反復演算処理]
まず、1回目の反復演算処理について説明する。
h1反復演算部201は、遅延調整部107aから時間調整された受信信号y1(ω,t)と、第2の受信経路の推定伝搬路特性の時間平均結果[h12 (0)(ω,t)]とを入力すると共に、マッピング部113から推定送信信号x1′(ω,t)及びx2′(ω,t)を入力し、伝搬路特性h11(ω,t)を算出する。この演算結果は1回目の反復演算結果となる。
ここで得られた伝搬路特性の時間平均結果[h11(ω,t)]は、h12(ω,t)の推定に用いられる。
従って、h1反復演算部201の演算結果h11 (1)(ω,t)よりも、h2反復演算部203の演算結果h12 (1)(ω,t)の方が推定精度を向上させることができるものである。
以上の処理が、1回目の反復演算処理となる。
2回目の反復演算処理について説明する。
h2時間平均部204から出力された伝搬路特性の時間平均結果[h12 (1)(ω,t)]は、h1反復演算部202に入力され、式(7)に従って2回目の反復演算が行われ、伝搬路特性h11 (2)(ω,t)が求められる。
h2反復演算部203では、式(8)に従って2回目の反復演算が行われ、伝搬路特性h12 (2)(ω,t)が求められる。
そして、伝搬路特性h12 (2)(ω,t)は、h2時間平均部204において時間平均結果[h12 (2)(ω,t)]が求められる。
このようにして2回目の反復演算処理が行われる。
そして、第1の受信装置では、複数の受信系統について順次巡回して伝搬路特性を推定する一連の処理(伝搬路推定演算処理)をn回反復演算することにより、伝搬路特性の推定精度を更に向上させるようにしている。
本発明の第1の実施の形態に係る受信装置によれば、MIMO通信システムで用いられる受信装置であって、パイロットキャリアに基づいて伝搬路特性を推定して復号を行い、復号データから推定送信信号を生成し、伝搬路反復推定部104が、まず、パイロットキャリアに基づく第2の受信経路の伝搬路特性推定値を用いて第1の受信経路の伝搬路特性推定値(h1)を算出し、次に、算出された第1の受信経路の伝搬路特性推定値を用いて第2の受信経路の伝搬路特性推定値(h2)を算出し、更に、算出された第2の受信経路の伝搬路特性推定値を用いて再び第1の受信経路の伝搬路特性推定値を算出する、というように、一方の算出結果を用いて他方を算出する一連の処理を反復して行う受信装置としているので、パイロットキャリア以外のデータキャリアも用いて、伝搬路特性推定の演算を複数回反復することにより、伝搬路特性を高精度で求めることができ、長遅延マルチパスの観測を遅延プロファイル上で精度良く行うことができるという効果がある。
次に、本発明の第2の実施の形態に係る受信装置について図3を用いて説明する。図3は、本発明の第2の実施の形態に係る受信装置の構成ブロック図である。
上述した第1の受信装置では、復号結果を用いて推定送信信号x1′(ω,t)、x2′(ω,t)を再生成するので、遅延調整部107は、デインターリーブ部108からマッピング部113までの処理時間に応じた遅延調整が必要であり、そのためには容量の大きなメモリが必要となる。特に、インターリーブ、デインターリーブの範囲が広くなるにつれ、ハード実装が困難になる。
更に、図3では省略しているが、受信MIMO処理部の後段には、デインタリーブ部、誤り訂正部が設けられており、誤り訂正部から復号結果が出力される。
図3に示すように、第2の受信装置では、受信MIMO処理部308を、デインタリーブ部よりも前段に設け、受信MIMO処理部308において、送信信号の推定を行う。
例えば、受信MIMO処理部308では、例えばMLD方式や、MMSE方式などにより、MIMO復調によって推定送信信号x1′(ω,t)、x2′(ω,t)を生成し、これを伝搬路反復推定部309a、309bに入力する。
伝搬路反復推定部309a,309bの構成及び動作は、図2に示した第1の受信装置における伝搬路反復推定部114a,114bと同様である。
したがって、伝搬路特性が安定している、受信信号電力を十分に確保できる、などの条件が必要となるものの、それを満足できる環境であれば、回路規模を抑えながら伝搬路特性を高精度に推定する受信装置を低コストで実現できるものである。
これにより、第2の受信装置においても、長い遅延時間のマルチパスを遅延プロファイル上で観測することができるものである。
本発明の第2の実施の形態に係る受信装置によれば、受信MIMO処理部308をでインターリーブ部の前段に設け、受信MIMO処理部308において推定送信信号x1′(ω,t)、x2′(ω,t)を生成して、伝搬路反復推定部309a,309bに入力する構成としているので、回路規模を大幅に縮小することができ、通信環境が比較的良好な場合には、低コストで伝搬路特性を精度良く推定し、長遅延マルチパスを観測可能とすることができる効果がある。
次に、本発明の第3の実施の形態に係る受信装置について図4を用いて説明する。図4は、本発明の第3の実施の形態に係る受信装置の構成ブロック図である。
図4に示すように、本発明の第3の実施の形態に係る受信装置(第3の受信装置)は、図1に示した第1の受信装置において高精度に求められた伝搬路特性を反映させて復号を行うものである。
尚、図4では、第1の受信装置と同様の構成部分におけるFFT処理部404より前段の部分は省略している。
但し、誤り訂正部410からの復号結果は受信データとしては出力されず、符号化部411に入力される。
デインタリーブ部417a,417bと、受信MIMO処理部418と、誤り訂正部419は、請求項に記載した別の復調処理部に相当している。
第3の受信装置は、第1の装置と同様に、誤り訂正部410空出力される復号データから、符号化部411、インターリーブ部412、マッピング部413によって推定送信信号x1′(ω,t)、x2′(ω,t)を生成する。
本発明の第3の実施の形態に係る受信装置によれば、第1の受信装置の構成に、更に、遅延調整部416a,416bと、デインタリーブ部417a,417bと、受信MIMO処理部418と、誤り訂正部419とを備え、伝搬路反復推定部414a,414bから出力される精度の高い伝搬路特性を反映させて受信データの復号MIMO処理を行う構成としているので、長遅延パスを遅延プロファイル上で観測することができると共に、復号特性を向上させることができる効果がある。
Claims (3)
- 複数の受信アンテナを備え、前記各受信アンテナにおいて、複数の送信アンテナからの送信信号を複数の受信経路で受信し受信信号とするMIMO受信装置であって、
受信信号中のパイロットキャリアから周波数方向の内挿補間により内挿補間伝搬路特性を出力する内挿補間伝搬路推定部と、
前記内挿補間伝搬路特性に基づいて受信信号をMIMO復調し、前記複数の受信経路の信号が分離された復調信号を出力する受信MIMO処理部と、
前記復調信号に対し誤り訂正復号する復号処理部と、
前記複数の受信アンテナのそれぞれに対応し、前記複数の受信経路における伝搬路特性を推定して出力する、前記複数の受信アンテナと同数の伝搬路反復推定部とを有し、
前記伝搬路反復推定部のぞれぞれは、対応する前記受信アンテナにおける受信信号の前記復調信号若しくは前記復号処理部での復号結果を符号化し直して生成された推定送信信号と、前記受信信号と、入力された伝搬路特性とを用いて、前記複数の受信経路における伝搬路特性を各々推定する、前記複数の送信アンテナと同数の反復演算部を備え、
前記複数の反復演算部は、推定すべき受信経路以外の受信経路に対応する前記復調信号若しくは前記推定送信信号と前記推定された伝搬路特性との積を、前記受信信号から減算し、前記減算した結果を、前記推定すべき受信経路に対応する前記復調信号若しくは前記推定送信信号で除算し、前記除算した結果を前記推定すべき受信経路における伝搬路特性として推定し、前記推定された伝搬路特性が利用できない1回目の処理では、前記推定された伝搬路特性の代わりに前記内挿補間伝搬路特性を用いて伝搬路特性を推定し、前記複数の反復演算部の間で、処理を巡回させながら、複数回反復して前記伝搬路特性を推定することを特徴とする受信装置。 - 前記複数の送信アンテナからの送信信号はプリアンブルシンボルを用いずに送信されるOFDM信号であり、前記伝搬路反復推定部のそれぞれは、前記推定送信信号を用いて前記伝搬路特性を推定するものであり、
前記複数の受信アンテナのそれぞれの受信信号をフーリエ変換し、前記内挿補間伝搬路推定部及び前記伝搬路反復推定部に出力するFFT部と、
前記フーリエ変換された受信信号及び前記内挿補間伝搬路特性を、周波数および時間方向の少なくとも一方で並び替えをして前記受信MIMO処理部に出力するデインターリーブ部と、
前記復号処理部の復号結果を、前記送信信号に為された符号化と同じ方式で符号化する符号化部と、
前記符号化部からの符号を、前記送信信号に為されたインターリーブと同じ方式でインターリーブするインターリーブ部と、
前記インターリーブされた符号を複素平面上にマッピングし、前記推定送信信号として出力するマッピング部と、
前記伝搬路反復推定部から出力された伝搬路特性を用いて、遅延された受信信号をMIMO復調する別の受信MIMO処理部及び復号する別の復号処理部とを設けたことを特徴とする請求項1記載の受信装置。 - 複数の受信アンテナを備え、前記各受信アンテナにおいて、複数の送信アンテナからの送信信号を複数の受信経路で受信し受信信号とするMIMO受信装置における遅延プロファイル観測方法であって、
内挿補間伝搬路推定部が、受信信号中のパイロットキャリアから周波数方向の内挿補間により内挿補間伝搬路特性を出力し、
受信MIMO処理部が、前記内挿補間伝搬路特性に基づいて受信信号をMIMO復調し、復号処理部が、前記複数の受信経路の信号が分離された復調信号を出力し、前記復調信号に対し誤り訂正復号を施して復号処理を行うと共に、
前記複数の受信アンテナのそれぞれに対応した伝搬路反復推定部が、前記複数の受信経路における伝搬路特性を各々推定し、
IFFT処理部が、前記各受信経路における伝搬路特性をIFFT処理によって時間領域に変換して遅延プロファイルを出力し、
前記伝搬路反復推定部において、前記複数の受信経路に対応した反復演算部が、対応する前記受信アンテナにおける受信信号の前記復調信号若しくは前記復号処理部での復号結果を符号化し直して生成された推定送信信号と、前記受信信号と、入力された伝搬路特性とを用いて、1回目の処理では、推定すべき受信経路以外の受信経路に対応する前記復調信号若しくは前記推定送信信号と前記内挿補間伝搬路特性との積を、前記受信信号から減算し、前記減算した結果を、前記推定すべき受信経路に対応する前記復調信号若しくは前記推定送信信号で除算し、前記除算した結果を前記推定すべき受信経路における伝搬路特性として推定し、2回目以降の処理では、前記内挿補間伝搬路特性の代わりに前記推定された伝搬路特性を用いて前記推定すべき受信経路における伝搬路特性を推定し、前記複数の反復演算部の間で、処理を巡回させながら、複数回反復して前記伝搬路特性を推定することを特徴とする遅延プロファイル観測方法。
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