KR20110084885A

KR20110084885A - 통신 장치

Info

Publication number: KR20110084885A
Application number: KR1020117009524A
Authority: KR
Inventors: 에이지 모치다; 미츠루 히라카와
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2011-07-26
Also published as: DE112009002687T5; CN102210108B; WO2010053019A1; JP2010136347A; CN102210108A; BRPI0921362A2; US20110286412A1; US8842655B2; JP5375520B2

Abstract

SC-FDMA 방식에 의해 복수 사용자로부터의 신호를 동시에 수신할 수 있는 통신 장치에서의 회로 규모를 삭감한다.
SC-FDMA 방식에 의해 복수 사용자로부터의 신호를 동시에 수신할 수 있는 통신 장치(BS1, BS2)이다. 복수의 안테나(1a, 1b)와, 상기 복수의 안테나(1a, 1b)에 의해 수신된 복수의 SC-FDMA 수신 신호에 대하여, 멀티안테나 신호 처리를 주파수 영역에서 행하는 처리부(6)와, 상기 멀티안테나 신호 처리가 실시된 신호를, SC-FDMA 방식에서의 사용자 할당 정보에 기초하여, 사용자별 신호로 분리하는 사용자 분리부(7)를 구비하고 있다.

Description

통신 장치{COMMUNICATION APPARATUS}

본 발명은, 단일 캐리어 주파수 분할 다원 접속(SC-FDMA; Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 방식의 통신 장치에 관한 것이다.

데이터 통신 속도의 향상에 대한 필요성에 따라, 휴대 전화 시스템 등에서의 액세스 방식은, HSDPA/HSUPA(High Speed Downlink/Uplink Packet Access)로 변해가고자 하지만, 한층 더한 고속·대용량화, 저지연화를 목표로, 차세대 방식으로서 LTE(Long-Term Evolution)의 규격 책정이 진행되고 있다.

LTE에서는, 하향 회선은 WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)와 같은 직교 주파수 분할 다원 접속(OFDMA; Orthogonal Frequency Division Multiple Access)이 채용되는 한편, 상향 회선은, 단말의 전력 절약화를 고려하여, 단일 캐리어 주파수 분할 다원 접속(SC-FDMA; Single Carrier-FDMA)이 채용되게 되어 있다.

도 11은 SC-FDMA 방식에 의한 처리의 예를 도시하고 있다. SC-FDMA 방식에 의해 송신을 행하는 사용자 단말(100a, 100b, 100c)은, 각각 DFT부(101), 제로 신호 삽입부(102), IFFT부(103), 병직렬 변환부(104), CP 삽입부(105), FE 처리부(106)를 구비하고 있다.

DFT부(101)는, 정보 비트가 QAM에 맵핑된 QAM 송신 신호(QAM 변조 신호)를, N₁ 포인트의 DFT(이산 푸리에 변환)에 의해 주파수 영역 신호로 변환한다. 또, N₁은 SC-FDMA 심볼로 보내지는 QAM 송신 신호의 수이며, 사용자 단말(100a, 100b, 100c) 마다 상이하다.

그 후, 제로 신호 삽입부(102)는, 주파수축 상에서, 그 사용자 단말이 데이터를 송신하지 않는 대역(다른 사용자 단말에 의해 사용되는 대역)에, 제로 신호를 삽입한다.

그리고, IFFT부(103)는, N 포인트의 IFFT(역고속 푸리에 변환)에 의해, 제로 신호가 삽입된 상기 주파수 영역 신호를, 시간 영역 신호로 변환한다.

IFFT부(103)에 의해 얻어진 시간 영역 신호는, 병직렬 변환부(104)에 의해 시리얼 신호로 변환된 후에, CP 삽입부(105)에 의해 CP(Cyclic Prefix)가 부가되고, 또한 FE(Front-End) 처리(D/A 변환, 주파수 변환 등)가 행해져, 사용자 단말의 안테나(107)로부터 송신된다.

SC-FDMA 방식에 의해 수신을 행하는 기지국 장치(200)는, 주파수 분할 다중에 의해, 복수의 사용자(단말)로부터의 신호를 동시에 수신할 수 있다. 기지국 장치(200)는, 복수의 사용자로부터의 동시 액세스에 대응할 수 있도록, 복수의 사용자에 대응한 복수의 수신 회로(200a, 200b, 200c)를 갖고 있다.

기지국 장치(200)에서의 각 수신 회로(200a, 200b, 200c)는, FE 처리부(202), CP 제거부(203), 직병렬 변환부(204), FFT부(205), 제로 신호 제거부(206), 전송로 추정부(207), 참조 신호 생성부(208), 웨이트 계산부(209), 등화부(210), IDFT부(211)를 구비하고 있다.

기지국 장치(200)에서는, FE 처리부(202)가, 안테나(201)로 수신한 신호에 대하여 FE 처리(주파수 변환, A/D 변환 등)를 행하고, 계속해서, CP 제거부(203)에 의해 CP 제거를 행한다.

CP가 제거된 수신 신호는, 직병렬 변환부(204)에 의해, 패러렐 신호로 변환된 후, FFT부(205)에 의해 N 포인트의 FFT가 행해져, 주파수 영역 신호로 변환된다.

또한, 제로 신호 제거부(206)는, 상기 주파수 영역 신호로부터, 송신측의 사용자 단말에서 삽입된 제로 신호를 제거한다. 또한 송신측에서 제로 신호가 삽입된 대역(서브 캐리어)은, 기지국 장치가 각 사용자 단말에 할당한 주파수 대역을 나타내는 사용자 정보에 기초하여 특정된다.

또한, 전송로 추정부(207)에서는, 상기 주파수 영역 신호에 포함되는 참조 신호(기지 신호)와, 참조 신호 생성부(208)에 의해 생성된 참조 신호로부터, 전송로 특성을 추정한다. 그렇게 하면, 웨이트 계산부(209)는, 추정된 전송로 특성에 기초하여 웨이트를 계산한다.

등화부(210)에서는, 제로 신호가 제거된 주파수 영역 신호(수신 신호)와, 상기 웨이트를 적산하여 등화한다. 그리고, IDFT부(211)가, 등화부(210)로부터 출력된 신호에 대하여 IDFT를 행하고, QAM 복조 신호를 출력한다.

SC-FDMA 방식에 의해 수신을 행하는 기지국 장치(200)에서는, 상기한 수신 회로 각각이 사용자별 QAM 복조 신호를 출력하기 때문에, 상기한 수신 회로는, 동시에 할당할 수 있는 사용자 수에 따른 수만큼 필요하게 된다. 따라서, SC-FDMA 방식에 의해 수신을 행하는 통신 장치는, 회로 규모가 커진다는 문제가 있다.

여기서, 특허문헌 1에서는, SC-FDMA 방식으로 수신을 행하는 기지국 장치의 처리량 삭감을 위해, 기지국 장치가 각 사용자로부터의 수신 신호 타이밍을 검출하고, 그 타이밍이 동시가 되도록 조정함으로써, 수신측인 기지국 장치에서의 FFT를 전체 사용자에 일괄하여 행하는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2007-96468호 공보

그러나, 특허문헌 1의 기지국 장치에서는, SC-FDMA 수신 신호를, 전체 사용자에 일괄한 FFT에 의해 주파수 영역 신호로 변환할 수 있지만, FFT의 후단은, 사용자별 회로가 필요하게 된다.

즉, 특허문헌 1의 기지국 장치는, FFT의 출력으로부터 사용자마다 일부 서브 캐리어를 선택하고, 사용자마다, 선택된 서브 캐리어에의 등화 처리 등을 행하도록 구성되어 있기 때문에, 등화 처리를 행하기 위해서는, 여전히 사용자별 회로가 필요하다.

그래서, 본 발명은 SC-FDMA 방식에 의해 복수 사용자로부터의 신호를 동시에 수신할 수 있는 통신 장치에서의 회로 규모를 삭감하기 위한 새로운 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1) 본 발명은, SC-FDMA 방식에 의해 복수 사용자로부터의 신호를 동시에 수신할 수 있는 통신 장치로서, 복수의 안테나와, 상기 복수의 안테나에 의해 수신된 복수의 SC-FDMA 수신 신호에 대하여, 멀티안테나 신호 처리를 주파수 영역에서 행하는 처리부와, 상기 멀티안테나 신호 처리가 실시된 신호를, 사용자별 신호로 분리하는 사용자 분리부를 포함하고, 상기 처리부는, 상기 복수의 안테나에 의해 수신된 상기 복수의 SC-FDMA 수신 신호 각각에 복수 사용자분의 신호를 포함시킨 채, 멀티안테나 신호 처리를 주파수 영역에서 행할 수 있도록 구성되며, 상기 사용자 분리부는, 상기 멀티안테나 신호 처리가 실시된 신호를, SC-FDMA 방식에서의 사용자 할당 정보에 기초하여 분리하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 통신 장치이다.

멀티안테나 신호 처리를 주파수 영역에서 행하는 경우, 주파수마다 처리가 행해지기 때문에, 전송로가 상이한 복수 사용자분의 신호를 포함한 채의 상태로 일괄하여 멀티안테나 신호 처리를 행하여도, 각 사용자에 대응하는 주파수 대역마다 적절하게 처리가 이루어진다.

상기 본 발명은 이것을 이용한 것이고, 상기 본 발명의 통신 장치에 의하면, 멀티안테나 신호 처리를, SC-FDMA 수신 신호가 복수 사용자분의 신호를 포함한 채의 상태로 일괄하여 행한 후, 그 후 사용자 할당 정보(리소스 할당 정보)에 기초하여 사용자별 신호로 분리할 수 있다.

따라서, 멀티안테나 신호 처리를 행하는 회로를, 사용자마다 설치할 필요가 없어, 회로 규모를 삭감할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, SC-FDMA 방식에 의한 주파수 분할 다중화가 도모되고 있지만, 주파수 분할 다중에 추가로, 공간 다중이 행해져도 좋다. 즉, 하나의 사용자 할당 영역에 공간 다중에 의해 복수의 사용자가 할당되어 있어도 좋다. 이 경우, 사용자 할당 정보에 기초하는 분리 처리는, 할당 정보에 따라, 사용자 할당 영역마다 행해지면 충분하다.

(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 처리부는, 어댑티브 어레이(adaptive array) 방식에 의한 멀티안테나 신호 처리를 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 간섭국이 되는 다른 셀에서의 사용자 단말 등으로부터의 간섭파를 제거하여, 수신 품질을 향상시킬 수 있다. 또한 어댑티브 어레이 방식으로서는, ZF(Zero-Forcing), MMSE(Minimum Mean Square Error), CMA(Constant Modulus Algorithm), MSN, CDMP 방식 등이 있다. 또한 어댑티브 어레이 방식으로서는, 간섭 신호에서의 전달 함수를 추정하여, 간섭 신호를 상쇄하도록 어레이 합성을 행하는 방식도 있다. 또한 MMSE에는, LMS, SMI, RLS, NLMS, 칼만 필터(Kalman filter), 아핀(affine) 사영법 등이 있다.

(3) 상기 (1)에 있어서, 상기 처리부는, 다이버시티 방식에 의한 멀티안테나 신호 처리를 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 다이버시티 이득을 확보할 수 있다. 또한 다이버시티 방식으로서는, 선택 다이버시티나 합성 다이버시티가 있고, 합성 다이버시티에는, 등이득 합성이나 최대비 합성이 있다.

(4) 상기 (1)∼(3)에 있어서, 상기 처리부는 SC-FDMA 방식에서의 사용자 할당 최소 단위로, 멀티안테나 신호 처리를 위한 웨이트를 산출하는 것이 바람직하다. SC-FDMA 방식에서는, 수신된 SC-FDMA 신호는 복수 사용자의 신호를 포함하게 된다. 그리고, 전송로 특성은 사용자마다 상이하기 때문에, 복수의 사용자로부터 수신된 신호에 기초하여 웨이트를 산출하면, 적절한 웨이트를 얻을 수 없다. 이것에 대하여, 사용자 할당 최소 단위로 상기 웨이트를 산출하면, 동일 사용자로부터 수신된 신호에 기초하여 웨이트를 산출하는 것이 보증되어, 적절한 웨이트를 얻을 수 있다.

또한, 동일 사용자에게 할당된 영역이어도, 상기 영역에서의 간섭파는, 복수의 간섭 단말로부터 도래하는 경우가 있을 수 있다. 그러나, 사용자 할당 최소 단위이면, 간섭 단말은 하나가 되기 때문에, 사용자 할당 최소 단위로 웨이트를 산출 함으로써, 적절하게 간섭 제거를 행할 수 있다.

또한, LTE에서는, 사용자 할당 최소 단위는 리소스 블록으로 불린다.

(5) 상기 (1)∼(4)에 있어서, 상기 처리부는 SC-FDMA 방식에서의 사용자 할당 최소 단위에서의 데이터 서브 캐리어의 웨이트를, 상기 사용자 할당 최소 단위에 포함되는 복수의 참조 신호 중, 웨이트 산출 대상의 데이터 서브 캐리어 근방에 있는 일부의 참조 신호를 이용하여, 산출하는 것이 바람직하다. 사용자 할당 최소 단위 내의 참조 신호 중, 웨이트 산출 대상의 데이터 서브 캐리어 근방의 것을 이용하여 웨이트를 산출함으로써, 동일 사용자에 대하여 주파수 및 시간이 가까운 참조 신호가 이용되기 때문에, 적절한 웨이트를 얻기 쉬워진다.

(6) 상기 (1)∼(5)에 있어서, 상기 처리부는, SC-FDMA 방식에서의 사용자 할당 최소 단위에서의 데이터 서브 캐리어의 웨이트를, 상기 사용자 할당 최소 단위에서의 참조 신호로부터 산출되는 웨이트와, 상기 사용자 할당 최소 단위에 대하여 시간 방향에 인접하는 다른 사용자 할당 최소 단위에서의 참조 신호로부터 산출되는 웨이트를 이용하여 산출하는 것이 바람직하다. LTE와 같이, 동일한 사용자에 대해서는, 동일한 주파수 대역이, 시간 방향에 연속하여 할당되는 방식의 경우, 시간 방향에 인접하는 다른 사용자 할당 최소 단위도 동일 사용자의 영역이 된다. 따라서, 시간 방향에 인접하는 다른 사용자 할당 최소 단위에서의 참조 신호로부터 산출되는 웨이트를 이용함으로써, 사용자 할당 최소 단위에서의 데이터 서브 캐리어의 웨이트를 적절하게 보간할 수 있다.

(7) 상기 (1)∼(6)에서, 수신 신호에 포함되는 참조 신호로부터 산출된 웨이트를 이용하여 어레이 합성된 신호를 복조한 복조 신호에 기초하여, 상기 복수의 안테나 각각이 수신한 신호의 송신 신호 레플리카를 생성하는 수단을 더 포함하고, 상기 처리부는, 상기 송신 신호 레플리카를 이용하여, 상기 웨이트를 재산출할 수 있다. 이 경우, 송신 신호 레플리카도 가상적인 참조 신호로서 이용할 수 있기 때문에, 실질적으로 참조 신호의 수가 증가하고, 웨이트 추정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

(8) 상기 (1)∼(7)에 있어서, 수신 신호에 포함되는 참조 신호로부터 산출된 웨이트를 이용하여 어레이 합성된 신호를 복조한 복조 신호에 대하여 오류 정정을 행한 후의 신호에 기초하여, 상기 복수의 안테나가 수신한 신호의 송신 신호 레플리카를 생성하는 수단을 더 포함하고, 상기 처리부는, 상기 송신 신호 레플리카를 이용하여, 상기 웨이트를 재산출할 수 있다. 이 경우도, 송신 신호 레플리카도 가상적인 참조 신호로서 이용할 수 있기 때문에, 실질적으로 참조 신호의 수가 증가하고, 웨이트 추정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한 오류 정정에 의해 오류가 정정된 후에, 송신 신호 레플리카가 생성되기 때문에, 송신 신호 레플리카의 정밀도가 향상하고, 웨이트 추정 정밀도도 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 웨이트를 이용한 멀티안테나 신호 처리를 행하는 회로를, 사용자마다 설치할 필요가 없어, 회로 규모를 삭감할 수 있다.

도 1은 무선 통신 시스템의 전체도이다.
도 2는 LTE 상향 회선의 프레임 구성도이다.
도 3은 시간(심볼)축-주파수(서브 캐리어)축의 2차원 배치에서의 리소스 블록을 도시하는 도면이다.
도 4는 실시형태에 따른 기지국 장치의 블록도이다.
도 5의 (a)는, 등화 후의 주파수 영역 신호(사용자 분리 전)를 도시하고, (b)는 사용자 1(MS1)의 신호를 도시하며, (c)는 사용자 2(MS2)의 신호를 도시하고, (d)는 사용자 3(MS3)의 신호를 도시한다.
도 6은 웨이트 보간의 방법을 도시하는 도면이다.
도 7은 희망파 및 간섭파의 도래 방법을 도시하는 도면이다.
도 8은 희망파 및 간섭파의 대역을 도시하는 도면이다.
도 9는 판정 귀환형 MMSE 합성을 위한 블록도이다.
도 10은 판정 귀환형 MMSE 합성의 처리 절차를 도시하는 흐름도이다.
도 11은 일반적인 SC-FDMA의 송수신계를 도시하는 블록도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 첨부 도면을 참조하면서 설명한다. 또한 본 실시형태에서는 통신 방식으로서 LTE(Long-Term Evolution)를 예로서 설명하지만, 이것에 한정되는 것이 아니다.

도 1은 LTE 방식에서의 무선 통신 시스템(예컨대 휴대 전화용 통신 시스템)을 도시하고 있다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 이 통신 시스템에서는, 셀 구성이 채용되어 있고, 각 셀에 각각 기지국 장치(BS1, BS2)가 설치되어 있다.

각 기지국 장치(BS1, BS2)는, 셀 내의 이동국(사용자 단말)(MS1, MS2, MS3) 사이에서 통신을 행한다. 또한 각 기지국 장치(BS1)는, 자기 셀 내의 복수의 이동국(MS1, MS2) 사이에서의 통신을 동시에 행할 수 있다.

이 통신 시스템에서는, 하향 회선은 직교 주파수 분할 다원 접속(OFDMA)이 채용되고, 상향 회선은 단일 캐리어 주파수 분할 다원 접속(SC-FDMA)이 채용되어 있다. 이 때문에, 기지국 장치(BS1, BS2)는 OFDMA 방식에 대응한 송신 회로와, SC-FDMA 방식에 대응한 수신 회로를 갖고 있다. 또한, 이동국(MS1, MS2, MS3)은 SC-FDMA 방식에 대응한 송신 회로(도 11의 사용자 단말의 송신 회로와 같음)와, OFDMA 방식에 대응한 수신 회로를 갖고 있다.

도 2는, LTE의 상향 회선의 프레임 구성을 도시하고 있다. 이 프레임은, 주파수 분할 다중에 의해 복수의 이동국에 의해 공용되고, 기지국 장치에의 다원 접속이 가능하게 되어 있다. 또한 주파수 다중에 추가로, 공간 다중도 행하여도 좋다. 또한 각 이동국은, 기지국 장치에 의한 랜덤 액세스에 의해 프레임 동기가 취해져 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이 LTE 상향 회선의 1 프레임(frame)은, 10개의 서브 프레임(sub frame)을 시간축 방향으로 나열하여 구성되어 있고, 시간 길이는 10 [ms]이다.

또한 1 서브 프레임은 2개의 슬롯(slot)을 시간축 방향으로 나열하여 구성되어 있고, 시간 길이는 1 [ms]이다. 1 슬롯은, 7개(또는 6개)의 심볼(SC-FDMA 심볼)을 시간축 방향으로 나열하여 구성되어 있고, 시간 길이는 0.5 [ms]이다.

각 SC-FDMA 심볼의 선두에는, 각 심볼의 최후 부분의 복사가 CP(Cyclic Prefix)로서 부가되어 있다. 또한 SC-FDMA 심볼은, 각각이 변조 데이터 심볼(QPSK 변조 데이터 심볼이나 QAM 변조 데이터 심볼 등)인 N개(N은 2 이상의 정수)의 서브 심볼로 구성되어 있다.

LTE의 데이터 채널에서는, 1 슬롯 중 4 심볼째(심볼 번호 3)가, 기지 신호인 참조 신호(Reference Signal)가 되고, 다른 심볼은 데이터 신호(Data Signal)로 되어 있다. 도 3에도 도시하는 바와 같이, 1 슬롯중의 4 심볼째(심볼 번호 3)에는, 전체 서브 캐리어가 참조 신호로 되어 있다.

또한, LTE에서는, 리소스 블록(Resource Block)으로 불리는 사용자 할당의 최소 단위가 설정되어 있고, 1 리소스 블록은 7 또는 6 심볼×12 서브 캐리어이다. LTE에서는, 시간축 방향(심볼 방향)으로 본 경우, 동일한 사용자에게는 동일한 서브 캐리어(주파수 대역)가 할당된다. 즉, 시간축 방향으로 연속하여 나열된 복수의 리소스 블록이 동일 사용자에게 할당된다.

또한, 하나의 리소스 블록은, 심볼 방향(시간축 방향)으로 보면, 1 슬롯에 대응한다.

또한, 사용자에의 할당(주파수 할당)은, 기지국 장치(BS1, BS2, BS3)가 결정하고, 결정된 사용자 할당 정보(사용자 정보; MAP 정보)는, 하향 회선의 프레임으로써 각 이동국(MS1, MS2, MS3)에 통지된다. 각 이동국(MS1, MS2, MS3)은 기지국 장치에 의해 할당된 주파수(서브 캐리어)를 이용하여, 상향 회선의 통신을 행한다.

도 4는, 본 실시형태에 따른 기지국 장치(BS1, BS2)에서의 수신 회로를 도시하고 있다. 이 수신 회로는, 복수 사용자에게 대응한 것이지만, 1 사용자 1 수신 회로이던 도 11의 기지국 장치와는 달리, 하나의 수신 회로에 의해, 복수 사용자분의 복조 신호(QAM 복조 신호; QAM 복조 데이터 심볼)를 출력할 수 있다.

이 기지국 장치는, 어댑티브 어레이나 다이버시티 등의 멀티안테나 신호 처리를 행하기 때문에 복수의 안테나(도 4에서는 2개)(1a, 1b)를 갖고 있다.

또한 기지국 장치는, 안테나(1a, 1b)의 수에 대응한 수의 처리 계열(A, B)을 갖고 있고, 각 안테나(1a, 1b)에 의해 수신한 수신 신호를, 각 안테나에 대응한 처리 계열(A, B)별로, 주파수 영역 신호로 변환할 수 있다.

각 처리 계열(A, B)은, 각각 FE 처리부(2a, 2b), CP 제거부(3a, 3b), 직병렬 변환부(4a, 4b), FFT부(5a, 5b)를 구비하고 있다.

각 FE 처리부(2a, 2b)는, 각각 각 안테나(1a, 1b)로 수신한 신호(SC-FDMA 신호)에 대하여 FE 처리(주파수 변환, A/D 변환 등)를 행한다.

계속해서, 각 CP 제거부(3a, 3b)가, 각각 CP 제거를 행한다.

CP가 제거된 각 수신 신호는, 각각의 직병렬 변환부(4a, 4b)에 의해, 패러렐 신호로 변환된 후, 각 FFT부(5a, 5b)에 의해, 각각, N 포인트의 FFT(고속 푸리에 변환)가 행해져, 주파수 영역 신호로 변환된다.

각 처리 계열 A, B의 FFT부(5a, 5b)는, 각각 기지국 장치의 통신 전체 주파수 대역(상향 통신 전체 주파수 대역)에 대한 주파수 영역 신호를 출력한다. 즉, 각 처리 계열 A, B로부터 출력된 주파수 영역 신호는, 각각 복수 사용자의 SC-FDMA 신호가 분리되어 있지 않아, 복수 사용자분의 신호를 포함한 채의 상태에 있다.

복수의 처리 계열(A, B)로부터 출력된 복수의 주파수 영역의 SC-FDMA 신호는, 복수 사용자분의 신호를 포함한 채, 각각 단일 멀티안테나 신호 처리부(6)에 부여된다. 따라서, 본 실시형태의 기지국 장치에서는, 각 사용자 대역 이외에 삽입된 제로 신호를, FFT 후에 제거하는 처리가 필요없게 되어 있다.

멀티안테나 신호 처리부(6)는, 복수의 안테나(1a, 1b)로 수신한 복수의 주파수 영역 신호에 대하여, 어댑티브 어레이나 다이버시티 등의 멀티안테나 신호 처리를 주파수 영역에서 행하여 합성하고, 처리 결과로서 단일 신호를 출력한다.

멀티안테나 신호 처리부(6)로써, 어댑티브 어레이 방식에 의한 멀티안테나 신호 처리를 행하는 경우, 간섭국이 되는 다른 셀에서의 이동국 MS3으로부터의 간섭파를 제거하여, 수신 품질을 향상시킬 수 있다. 또한 어댑티브 어레이 방식으로서는, ZF 방식, MMSE 방식이 있고, 이들 방식에서는, 수신측에서 기지의 신호(참조 신호)를 이용하여 웨이트를 계산한다.

또한, 어댑티브 어레이 방식으로서는, CMA 방식, MSN, DCMP 방식 등도 있다. CMA에서는 참조 신호의 정포락선성을 이용하여 웨이트를 계산하고, MSN, DCMP에서는 희망 신호의 도래 방향을 기지로서 웨이트를 계산한다. 또한 어댑티브 어레이 방식으로서는, 간섭 신호에서의 전달 함수를 추정하여, 간섭 신호를 상쇄하도록 어레이 합성을 행하는 방식도 있다.

여기서, ZF 방식은, 잡음을 무시하여, 합성 출력 신호=송신 신호로 한 경우 에 구해지는 웨이트를 적용하는 방식이다.

한편, MMSE 방식은, 합성 출력 신호의 참조 신호에 대한 오차 전력(평균 제곱 오차)이 최소가 되는 웨이트(w)를 적용하는 방식이다. 참조 신호(파일럿 신호)를 s(i), 수신 신호를 x(i)로 하면, MMSE 방식은, 하기 식과 같이 나타난다.

[수학식 1]

MMSE 방식은, 간섭파 제거 능력을 갖기 때문에, 수신 신호의 간섭파 성분이 큰 경우라도 수신 품질을 개선할 수 있다. 즉, 도 1과 같이 셀 구성의 통신 시스템으로 한 경우, 기지국 장치(BS1)가 다른 셀의 이동국 MS3으로부터의 간섭파를 수신할 우려가 있지만, MMSE 방식이면, 다른 셀로부터의 간섭파를 제거할 수 있다.

MMSE 방식에는, 최급강하법에 기초하는 LMS(Least Mean Square), RLS(Recursive Least Square), 샘플값을 이용한 직접 해법인 SMI(Sample Matrix Inversion), NLMS(Normalized LMS), 칼만 필터, 아핀 사영법 등이 있다.

MSN, DCMP 방식에서의 도래 방향 추정법으로서는, MUSIC, ESPRIT, MODE, Capon법, 선형 예측법, 푸리에법 등이 있다.

상기 각 방식에서의 웨이트는, 상기 각 방식에 기초하는 알고리즘에 따라 웨이트 계산부(62)에 의해 산출된다. 구체적으로는, 웨이트 계산부(62)는 복수의 안테나(1a, 1b)로 수신한 복수의 주파수 영역 신호(SC-FDMA 신호)에 포함되는 참조 신호와, 참조 신호 생성부(63)로 생성한 참조 신호(기지 신호)를 이용하여, 주파수별(서브 캐리어별) 전송로 특성을 추정하는 등으로, 웨이트를 산출한다. 또한 SMI를 이용하여 웨이트를 산출하는 예에 대해서는 후술한다.

이 웨이트 계산부(62)에서는, 기지국 장치의 통신 전체 주파수 대역(상향 통신 전체 주파수 대역)에 대한 웨이트가 산출된다. 웨이트는 주파수(서브 캐리어)마다 산출되기 때문에, 주파수(서브 캐리어)마다 사용자가 상이하기 때문에, 주파수(서브 캐리어)마다 전송로 특성이 크게 상이하여도 적절하게 산출된다.

또한, 웨이트 계산부(62)에서는, 동일 사용자인 것이 보증된 영역(시간축과 주파수축으로 나타나는 2차원 영역; 도 3 참조)마다 웨이트를 계산한다. 이 때문에, 웨이트 계산부(62)에서는, 사용자 할당 최소 단위인 리소스 블록마다 웨이트를, ZF나 SMI 등으로 계산한다. 사용자 할당 최소 단위인 리소스 블록마다 웨이트를 결정함으로써, 동일 사용자로부터 송신된 참조 신호만을 이용하여 웨이트를 계산할 수 있어, 상이한 사용자로부터 송신된 참조 신호에 의해 웨이트가 부적절하게 산출되는 것을 방지할 수 있다. 또한 이 점에 대해서는 후술한다.

복수의 주파수 영역의 SC-FDMA 신호는, 각각 처리부(6)의 등화부(61)에 부여된다. 등화부(61)에서는, 각각이 복수 사용자의 신호를 포함한 채의 복수의 SC-FDMA 신호가, 각각 기지국 장치의 통신 전체 주파수 대역(상향 통신 전체 주파수 대역)에 대해서 산출된 웨이트와 적산되어, 합성된다.

또한, 멀티안테나 신호 처리부(6)에서는, 어댑티브 어레이 방식에 의한 멀티안테나 신호 처리가 아니라, 다이버시티(안테나 다이버시티) 방식에 의한 멀티안테나 신호 처리를 주파수 영역에서 행할 수도 있다. 다이버시티 방식으로서는, 선택 다이버시티나 합성 다이버시티가 있다. 선택 다이버시티는 복수의 안테나로 수신한 신호 중 품질이 좋은 신호를 선택하는 방식이며, 이 경우, 신호의 선택은, 선택되지 않는 신호에 적산되는 웨이트를 0으로 하는 것과 등가이다. 또한 합성 다이버시티에서는, 복수의 신호에 웨이트를 곱해 합성함으로써, 신호 품질을 개선할 수 있다. 또한 합성 다이버시티에는, 등 이득 합성이나 최대비 합성이 있다.

또한, 처리부(6)가 다이버시티 방식에 의한 처리를 행하는 경우에도, 각각이 복수 사용자의 신호를 포함한 채의 복수의 SC-FDMA 신호가 처리 대상이 되어, 복수 사용자의 신호를 포함한 채의 신호가 출력된다.

도 5의 (a)는, 등화부(61)로부터 출력된 주파수 영역 신호를 도시하고 있다. 이 신호는, 사용자 분리부(7)에 의해, 사용자별 신호[도 5의 (b)∼(d)]로 분리된다. 사용자 분리부(7)는, 각 사용자에의 주파수 할당을 나타내는 사용자 정보(SC-FDMA 방식에서의 사용자 할당 정보)에 기초하여, 주파수 영역 신호의 사용자 분리를 행한다.

예컨대 통신 주파수 대역에 있어서, 제1 사용자 단말(MS1), 제2 사용자 단말(MS2), 제3 사용자 단말(MS3)에의 주파수 할당이, 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같았던 것으로 한다. 또한 도 5의 (a)에서, 제1 사용자 단말(MS1)에는, N₁ 서브 캐리어분의 대역이 할당되고, 제2 사용자 단말(MS2)에는, N₂ 서브 캐리어분의 대역이 할당되며, 제3 사용자 단말(MS3)에는 N₃ 서브 캐리어분의 대역이 할당되어 있다.

사용자 분리부(7)는, 이 주파수 할당을 나타내는 사용자 정보에 기초하여, 도 5의 (a)의 주파수 영역 신호를, 도 5의 (b)∼도 5의 (d)에 도시하는 바와 같이 사용자별 신호로 분리한다.

사용자 분리부(7)로부터 출력된 사용자별 신호(주파수 영역 신호)는, 각 사용자에게 대응하는 IDFT부(8a, 8b, 8c)에 의해, 역이산 푸리에 변환(IDFT)된다. IDFT부(8a, 8b, 8c)는 사용자별 주파수 영역 신호를, 시간 영역의 QAM 복조 신호로 변환한다. 또한 복조시의 IDFT 포인트 수는, 각 사용자에의 할당 대역의 크기(N₁, N₂, N₃)에 의한다.

그런데, 상기 웨이트 계산부(62)로 웨이트를 계산할 때에 있어서, 본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이 리소스 블록 단위로 웨이트를 결정한다.

[웨이트 계산 방법 1]

구체적으로는, 예컨대 SMI로 웨이트를 계산하는 경우, 웨이트 계산부(62)는, 각 리소스 블록에 포함되는 12개의 참조 신호에 대한 수신 신호 벡터로부터 SMI 웨이트를 계산하고, 이 SMI 웨이트를, 그 리소스 블록에 포함되는 모든 데이터 서브 캐리어에 적용할 수 있다.

SMI 알고리즘은, 샘플링된 수신 신호와 참조 신호로부터 상관 행렬(R)과 상관 벡터(p)를 연산하고, 이들 상관 행렬(R)과 상관 벡터(p)로부터, SMI 웨이트(w)를 직접 연산하는 방법이다. SMI 알고리즘을, 식으로 나타내면 하기와 같다.

[수학식 2]

x(i)^H는 x(i)의 복소 공역 전치를 나타낸다.

s(i)^*는 s(i)의 복소 공역을 나타낸다.

하나의 리소스 블록에 포함되는 복수의 참조 신호에 대한 수신 신호 벡터는, 모두 동일한 사용자(이동국)로부터 송신된 것이며, 상기 리소스 블록에 포함되는 데이터 서브 캐리어도, 동일한 사용자로부터 송신된 것인 것이 보증되기 때문에, 상기한 바와 같이 웨이트를 결정함으로써, 다른 사용자로부터 송신된 참조 신호를 이용하여 웨이트를 산출할 우려가 없어, 적절한 웨이트 산출을 할 수 있다.

[웨이트 계산 방법 2]

또한, 리소스 블록 단위로 웨이트를 결정하는 경우라도, 그 리소스 블록 내의 모든 참조 신호에 대한 수신 신호 벡터를 이용할 필요는 없고, 리소스 블록 내의 12개의 참조 신호 중, 웨이트 산출 대상의 데이터 서브 캐리어 근방에 있는 일부의 참조 신호에 대한 수신 신호 벡터로부터, 웨이트를 계산하고, 웨이트 산출 대상의 데이터 서브 캐리어로부터 떨어진 위치에 있는 참조 신호는 고려하지 않을 수도 있다.

보다 구체적으로는, 도 3에서, 서브 캐리어 번호 0의 서브 캐리어에 대한 웨이트는, 예컨대 서브 캐리어 번호 0 근방인 서브 캐리어 번호 0∼2까지의 참조 신호에 대한 수신 신호 벡터만으로부터 웨이트를 계산할 수 있다. 또한 서브 캐리어 번호 5의 웨이트는, 예컨대 서브 캐리어 번호 5 근방인 서브 캐리어 번호 3∼7까지의 참조 신호에 대한 수신 신호 벡터만으로부터 웨이트를 계산할 수 있다.

[웨이트 계산 방법 3]

또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 웨이트 계산 방법 1 또는 2로 계산된 SMI 웨이트를 이용하여, 데이터 서브 캐리어에 대한 웨이트를 보간하여도 좋다. 예컨대 도 6에 도시하는 슬롯 m에 대응하는 리소스 블록에 대해서 산출된 웨이트와, 슬롯 m+1에 대응하는 리소스 블록에 대해서 산출된 웨이트를, 각각 w(m), w(m+1)로 하면, 도 6의 슬롯 m의 심볼 4의 웨이트(w)(m, 4)를, 하기와 같이 산출할 수 있다.

w(m, 4)=(6/7)×w(m)+(1/7)×w(m+1)

여기서, (6/7)과 (1/7)은, w(m)과 w(m+1)에 곱해지는 계수이고, 참조 신호로부터의 거리(심볼 수)가 가까울수록 크며, 참조 신호로부터의 거리가 멀수록 작아지는 값으로 설정된다. 상기 식에서는, 웨이트(w)(m, 4)에서는, 슬롯 m의 웨이트 w(m)가 보다 많이 고려되고, 슬롯 m+1의 웨이트 w(m+1)가 적게 고려된다.

웨이트를 슬롯 사이에서 보간하는 경우, 상기한 선형 보간 외에, 최소 평균 제곱 오차(MMSE) 보간법을 이용하여도 좋다.

최소 평균 제곱 오차 보간법을 수식으로 나타내면 다음과 같다.

[수학식 3]

w(m,4) = v1 x w(m) + v2 x w(m+1)

v≡[v1 v2]^H로 하면

v=R^-1×p

R^-1: 웨이터의 자기 상관 행렬

p: 웨이트와 보간점의 상호 상관 벡터

또한, 웨이트 사이의 상관값은, 적당한 추정 방법을 이용하여 추정하거나, 적당히 결정함으로써 얻어진다.

LTE 방식에서는, 동일 사용자는, 동일 주파수의 리소스 블록이 시간축 방향으로 연속하여 할당되기 때문에, 시간축 방향에 인접하는 리소스 블록 사이에서는, 웨이트의 상관이 높다. 이것을 이용하여, 시간축 방향에 인접하는 리소스 블록의 웨이트를 이용하여, 데이터 서브 캐리어의 웨이트를 보간함으로써, 보다 적절한 웨이트가 얻어진다.

또한, 상기 처리부(6)로써, 어댑티브 어레이 처리를 행하는 경우, 웨이트 계산 알고리즘으로서는, 전술한 바와 같이 SMI 방식을 하는 것이, 가장 바람직하다. SMI방식에서는, 복수의 샘플값으로부터 직접 웨이트를 도출하기 때문에, LMS 방식 등과 같이 다수의 축차 갱신 처리를 행함으로써 적절한 웨이트를 얻는 방식에 비해, 사용자 할당 영역(리소스 블록)과 같이 비교적 좁은 영역 내에서 웨이트를 도출하여도, 적절한 웨이트를 얻을 수 있다.

도 7 및 도 8은, 사용자 할당의 최소 단위인 리소스 블록마다 웨이트를 산출하는 것의 메리트를 도시하고 있다. 도 7에서는, 기지국 장치 BS1은, 자기 셀(셀 1) 내에 있는 희망 단말(MS1, MS2)로부터의 신호(희망 신호) 외, 다른 셀(셀 2)에 있는 간섭 단말(MS3, MS4)로부터의 간섭 신호(제1 간섭 신호 및 제2 간섭 신호)를 수신하는 상태에 있다.

여기서, 도 8에 도시하는 바와 같이, 기지국 장치 BS1은, 7개의 리소스 블록(RB1∼RB7) 중, RB1∼RB4를 자기 셀 내의 희망 단말 MS1에 할당하고, RB5∼RB7를 희망 단말 MS2에 할당하고 있는 것으로 한다.

또한, 간섭 단말 MS3에는 RB1∼RB2이 할당되고, 간섭 단말 MS4에는 RB3∼RB5가 할당되어 있는 것으로 한다.

이 경우, 사용자(희망 단말) 단위로 웨이트를 산출하고자 하면, 복수의 간섭파가 포함되어, 적절하게 간섭 제거를 할 수 없을 우려가 있다. 예컨대 희망 단말 MS1에 할당된 4개의 리소스 블록(RB1∼RB4) 중, RB1 및 RB2에는, 간섭 단말 MS3로부터의 제1 간섭파가 존재하고, RB3 및 RB4에는 간섭 단말 MS4로부터의 제2 간섭파가 존재하게 된다. 제1 간섭파 및 제2 간섭파는 각각 상이한 방향으로부터 도래하기 때문에, 적절하게 간섭 제거하기 위해서는, 간섭파의 대역마다 상이한 웨이트를 이용해야 하여, 사용자 단위로 산출된 웨이트에서는 적절하게 간섭 제거를 할 수 없다.

또한 간섭파의 대역, 즉 다른 셀(셀 2)에서의 사용자 할당 정보를, 기지국 장치 BS1에서 파악하는 것이 필요하게 된다.

이것에 대하여, 본 실시형태에서는, 하기와 같이 사용자 단위가 아니라, 사용자 할당 최소 단위(리소스 블록)로 웨이트를 산출한다.

[수학식 4]

사용자 단위 웨이트 (w₁ ^사용자1, w₂ ^사용자1), (w₁ ^사용자2, w₂ ^사용자2)

↓

RB 단위 웨이트 (w₁ ^RB1, w₂ ^RB1)... (w₁ ^RB7, w₂ ^RB7)

사용자 할당 최소 단위(리소스 블록)로 웨이트를 산출하는 경우에는, 간섭파의 대역을 몰라도, 적절하게 간섭 제거를 행할 수 있다.

또한, 웨이트 계산부(62)는, 사용자 할당을 나타내는 사용자 정보를 이용하여, 동일 사용자로부터 송신된 영역을 판별하고, 동일 사용자로부터 송신된 영역에서의 참조 신호만을 이용하여 웨이트를 계산할 수도 있다.

[판정 귀환형 MMSE 합성]

도 9 및 도 10은, 상기와 같은 웨이트의 계산에, 판정 귀환형 MMSE 합성을 이용하는 방법을 도시하고 있다. 판정 귀환형 MMSE 합성에서는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 도 4의 회로로 얻어진 복조 신호(QAM 복조)를 재차 변조하고, DFT(FFT)부에 의해 주파수 영역 신호로 더 변환하여, 각 안테나(1a, 1b)에 의해 수신된 신호가, 사용자 단말로부터 송신되었을 때의 송신 신호 레플리카(Sr1, Sr2)를 생성한다. 송신 신호 레플리카(Sr1, Sr2)는, 데이터 신호에 대해서 생성된다. 또한 송신 신호 레플리카(Sr1, Sr2)는, 리소스 블록 단위로 생성된다.

데이터 신호에 대한 송신 신호 레플리카(Sr1, Sr2)는, 참조 신호와 마찬가지로, 기지 신호로서 취급할 수 있다. 도 4의 웨이트 계산부(62)에서는, 리소스 블록에 포함되는 참조 신호뿐만 아니라, 데이터 신호에 대한 송신 신호 레플리카(Sr1, Sr2)도 가상적인 참조 신호(기지 신호)로서 이용하여, 웨이트의 계산을 행한다. 등화부(61)는, 그 웨이트를 이용하여, 어레이 합성을 행한다. 이와 같이, 레플리카(Sr1, Sr2)를 이용하여 웨이트를 계산함으로써, 실질적으로 참조 신호가 증가하고, 웨이트 추정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, QAM 복조 후뿐만 아니라, 오류 정정 복호부(14)에 의해 오류 정정 복호한 후의 신호를, 오류 정정 부호부(15)로 재차 부호화하고, 변조부(11)에 의해 재차 변조하여, 레플리카(Sr1, Sr2)를 생성하여도 좋다. 오류 정정을 행함으로써, 레플리카(Sr1, Sr2)의 정밀도가 향상하여, 웨이트 추정 정밀도가 더 향상한다.

도 10은, 판정 귀환형 MMSE 합성의 처리 절차를 도시하고 있다. 우선, 웨이트 계산부(62)에서, 참조 신호와 수신 신호를 이용하여, 웨이트 계산(MMSE 웨이트 계산)을 행한다(단계 S1). 그리고, 그 웨이트를 이용하여, 등화부(61)로 어레이 합성을 행하고, 복조를 위한 판정 및/또는 오류 정정을 더 행한다. 단계 S1∼S3의 반복 횟수가 상한에 달하지 않으면(단계 S4), 복조 후의 신호 또는 오류 정정 후의 신호에 대하여, 필요하면 재부호화를 행하고, 또한 재변조하여, 송신 신호 레플리카(Sr1, Sr2)를 생성한다.

단계 S1∼S3까지의 2번째 이후의 루프에서는, 참조 신호와 송신 신호 레플리카(Sr1, Sr2)를 이용하여, 웨이트의 계산이 행해진다. 단계 S1∼S3까지의 루프를 몇 번이나 반복함으로써, 레플리카의 정밀도가 향상하여, 웨이트 추정 정밀도도 향상시킬 수 있다.

또한, 이번 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아닌 것으로 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 의미가 아니라, 특허청구범위에 의해 나타내고, 특허청구범위와 균등한 의미, 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

예컨대 통신 방식은 SC-FDMA 방식이 채용되는 것이면 좋고, LTE에 한정되는 것이 아니다.

또한 신호 합성은, 최대비 합성에 한정되는 것이 아니라, 등 이득 합성이어도 좋다. 또한 안테나 소자의 수는 2개에 한정되지 않고, 복수이면 좋다.

BS1, BS2: 기지국 장치, MS1, MS2, MS3: 이동국(사용자 단말), 1a, 1b: 안테나, 2a, 2b: FE 처리부, 3a, 3b: CP 제거부, 4a, 4b: 직병렬 변환부, 5a, 5b: FFT부, 6: 처리부, 61: 등화부, 62: 웨이트 계산부, 63: 참조 신호 생성부, 7: 사용자 분리부, 8a, 8b, 8c: IDFT부

Claims

SC-FDMA 방식에 의해 복수 사용자로부터의 신호를 동시에 수신할 수 있는 통신 장치로서,
복수의 안테나와,
상기 복수의 안테나에 의해 수신된 복수의 SC-FDMA 수신 신호에 대하여, 멀티안테나 신호 처리를 주파수 영역에서 행하는 처리부와,
상기 멀티안테나 신호 처리가 실시된 신호를 분리하는 분리부
를 포함하고,
상기 처리부는, 상기 복수의 안테나에 의해 수신된 상기 복수의 SC-FDMA 수신 신호 각각에 복수 사용자분의 신호를 포함시킨 채, 멀티안테나 신호 처리를 주파수 영역에서 행할 수 있도록 구성되며,
상기 사용자 분리부는, 상기 멀티안테나 신호 처리가 실시된 신호를, SC-FDMA 방식에서의 사용자 할당 정보에 기초하여 분리하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
제1항에 있어서, 상기 처리부는, 어댑티브 어레이 방식에 의한 멀티안테나 신호 처리를 행하는 것인 통신 장치.
제1항에 있어서, 상기 처리부는, 다이버시티 방식에 의한 멀티안테나 신호 처리를 행하는 것인 통신 장치.
제1항에 있어서, 상기 처리부는 SC-FDMA 방식에서의 사용자 할당 최소 단위로, 멀티안테나 신호 처리를 위한 웨이트를 산출하는 것인 통신 장치.
제1항에 있어서, 상기 처리부는, SC-FDMA 방식에서의 사용자 할당 최소 단위에서의 데이터 서브 캐리어의 웨이트를, 상기 사용자 할당 최소 단위에 포함되는 복수의 참조 신호 중, 웨이트 산출 대상의 데이터 서브 캐리어 근방에 있는 일부의 참조 신호를 이용하여, 산출하는 것인 통신 장치.
제1항에 있어서, 상기 처리부는, SC-FDMA 방식에서의 사용자 할당 최소 단위에서의 데이터 서브 캐리어의 웨이트를, 상기 사용자 할당 최소 단위에서의 참조 신호로부터 산출되는 웨이트와, 상기 사용자 할당 최소 단위에 대하여 시간 방향에 인접하는 다른 사용자 할당 최소 단위에서의 참조 신호로부터 산출되는 웨이트를 이용하여 산출하는 것인 통신 장치.
제1항에 있어서, 수신 신호에 포함되는 참조 신호로부터 산출된 웨이트를 이용하여 어레이 합성된 신호를 복조한 복조 신호에 기초하여, 상기 복수의 안테나 각각이 수신한 신호의 송신 신호 레플리카를 생성하는 수단을 더 포함하고,
상기 처리부는, 상기 송신 신호 레플리카를 이용하여, 상기 웨이트를 재산출하는 것인 통신 장치.
제1항에 있어서, 수신 신호에 포함되는 참조 신호로부터 산출된 웨이트를 이용하여 어레이 합성된 신호를 복조한 복조 신호에 대하여 오류 정정을 행한 후의 신호에 기초하여, 상기 복수의 안테나가 수신한 신호의 송신 신호 레플리카를 생성하는 수단을 더 포함하고,
상기 처리부는, 상기 송신 신호 레플리카를 이용하여, 상기 웨이트를 재산출하는 것인 통신 장치.