WO2006098011A1 - 多入力システムにおける無線通信装置及びチャンネル推定及び分離方法 - Google Patents

多入力システムにおける無線通信装置及びチャンネル推定及び分離方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to MIMO (Multiple input
  • OFDM Orthogonal Frequency Division
  • the present invention relates to wireless LANs that use Multiplexing (orthogonal frequency division multiplexing), mobile communication, digital transmission, etc., and channel estimation and separation methods.
  • channel transfer functions can be estimated and separated with high accuracy.
  • the present invention relates to a wireless communication device capable of performing channel estimation and separation.
  • Multiple Output system is a general term for multiple input and multiple output systems. In the communication field, it refers to a system that uses an array antenna for both transmission and reception, and is currently used for wireless LAN and mobile communications. Therefore, application to broadband wireless communication is expected.
  • Orthogonal frequency division multiplexing which is strong in frequency selective fading and has high frequency utilization efficiency, in order to handle wideband information signals with MIMO
  • Non-Patent Document 1 Y. Li Simplined channel estimation for OFDM systems with
  • the filter can be used to improve channel estimation accuracy and at the same time separate channels.
  • the MMSE filter (Wiener filter) can also be obtained by force estimation that requires prior statistical characteristics of the channel.
  • the receiver generally does not know the known statistical characteristics of the channel. Estimating the statistical characteristics of a channel requires calculations such as correlation, which complicates computation and requires a large amount of computation. In addition, there is a problem of estimation accuracy when noise and interference are large.
  • Non-patent document 1 Y. Li Simplified channel estimation for OFDM systems with multiple transmit antennas "(IEEE Trans. Wireless Commun” vol. 1, pp. 67- 75, January.2002)
  • Non-Patent Document 2 "Channel Estimation for OFDM with Cyclic Delay Diversity” by G. Auer (Proc. IEEE PIMRC2004, Vol.3, pp. 1792-1796, Sept. 2004)
  • an object of the present invention is to provide a wireless communication apparatus capable of high-accuracy channel estimation and channel separation and a channel estimation and separation method for MIMO-OFDM wireless communication! It is to provide.
  • a wireless communication device of the present invention is a wireless communication device in a multi-input system that receives a plurality of signals transmitted by a plurality of transmitting antenna forces by a receiving antenna.
  • Channel estimation means for performing a Fourier transform on a signal received by a receiving antenna and estimating a transfer function in which a transfer function of each channel to and from each transmitting antenna is multiplexed based on a pilot signal given in advance; , The estimated transmission
  • a channel separation means for separating the impulse response into a channel impulse response of each signal using a window function having a low-pass filter characteristic, by performing inverse Fourier transform on the reaching function and converting it to a time domain impulse response.
  • the channel estimation means is characterized by performing a Fourier transform on the impulse response of each channel and estimating a transfer function of each channel.
  • the channel estimation and separation method of the present invention for achieving the above object is based on the channel estimation and separation method in a multi-input system, and a plurality of signals respectively transmitted from a plurality of transmission antennas. And a plurality of signals received by the receiving antenna are subjected to Fourier transform, and a transmission function in which the transfer function of each channel is multiplexed with each transmitting antenna based on a pilot signal given in advance.
  • the step of separating the response and the impulse response of each channel are Fourier-transformed to transmit the channel. Characterized in that it comprises a scan Tetsupu estimating function.
  • a plurality of signals transmitted from the transmitting antenna are modulated by orthogonal frequency division multiplexing (OFDM).
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • the wireless communication apparatus and the channel estimation and separation method of the present invention enable highly accurate channel estimation and channel separation by a simpler method. This can also reduce the cost and power consumption of the wireless communication device in the MIMO system.
  • FIG. 1 is a diagram showing a conceptual diagram of a MIMO system having two transmitting antennas Tl, ⁇ 2 and two receiving antennas Rl, R2.
  • FIG. 2 is a diagram showing a frame format in a MIMO-OFDM system having two transmission antennas.
  • FIG. 3 illustrates the first channel estimation and separation method in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating channel separation in the time domain.
  • FIG. 5 is a diagram showing a conceptual diagram of a MIMO system having four transmitting antennas Tl, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4 and two receiving antennas Rl, R2, R3, R4.
  • FIG. 6 is a diagram showing a frame format in a MIMO-OFDM system having four transmission antennas.
  • FIG. 7 is a block configuration diagram illustrating a second channel estimation and separation method in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a schematic block diagram of a receiving-side wireless communication device in a MIMO system
  • the present invention provides a Cyclic in a MIMO-OFDM system.
  • the calculation is simple and the statistical characteristic power of the channel This makes it possible to simultaneously achieve the separation of the channel impulse response of a multi-antenna, which is less affected by yours, and highly accurate channel estimation.
  • Figure 1 shows MIMO with two transmit antennas Tl, ⁇ 2 and two receive antennas Rl, R2. It is a figure which shows the conceptual diagram of a system.
  • channel Hll between transmit antenna T1 and receive antenna R1 channel H21 between transmit antenna T2 and receive antenna R1
  • channel H12 between transmit antenna T1 and receive antenna R2
  • transmit antenna There is a channel H22 between T2 and the receiving antenna R2.
  • FIG. 2 is a diagram showing a frame format in a MIMO-OFDM system having two transmission antennas. Short in each frame format
  • a guard interval is attached to Sequence, Signal, and Data.
  • One antenna transmitting antenna T2 in Fig. 2 force The preamble of the signal frame format to be transmitted is distinguished from the signal frame format transmitted from the other antenna (transmitting antenna T1 in Fig. 2). Then, it is cyclically shifted (CS) by a predetermined length with respect to the frame format of the transmitting antenna T1.
  • FIG. 3 is a block configuration diagram illustrating a first channel estimation and separation method in the embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 3 is received by any one receiving antenna (in this example, receiving antenna R1) of the receiving-side wireless communication apparatus in the MIMO-OFDM system having two transmitting antennas. It is a functional block diagram of channel estimation and separation for a signal.
  • the receiving antenna R1 receives a signal transmitted from the transmitting antenna Tl, ⁇ 2.
  • the receiving antenna R1 receives the signal in a state where the signals transmitted from the two transmitting antennas Tl and ⁇ 2 are mixed.
  • the fast Fourier transform unit (FFT) 10 in the receiving-side radio communication device performs fast Fourier transform on the long sequence of the received signal, and the LS channel estimation unit (LS Estimate) 12 is provided in advance.
  • LS Estimate LS channel estimation unit
  • the LS channel estimation unit (LS Estimate) 12 has a correct long signal as a known pilot signal.
  • LS channel estimator (LS Estimate) 12 is based on a known pilot signal and is included in the received signal. Performs least squares operation on sequence and performs channel estimation.
  • the frequency response (transfer function) obtained in this way is overlapped by the frequency responses of the channels Hll and H21 of the two transmitting antennas Tl and ⁇ 2 and the receiving antenna R1.
  • Estimate Converts the frequency response estimated in step 12 (transfer function with overlapping frequency responses of channels HI 1 and H21) to a time domain impulse response. Due to the characteristics of DFT or FFT, the impulse response of the two channels is separated in the time domain. However, in this stage of separation, each impulse response includes noise, etc., and the two impulse responses are completely separated.
  • the window function calculation unit (Window) 16 applies a low-pass filter (Low) to the separated impulse response.
  • the impulse response is separated into channels.
  • Window time domain multiplication
  • filter characteristic filter characteristic
  • a window function having a low-pass filter characteristic is, for example, Blackman well known in the signal processing field.
  • Window-vHamming Window For example, Window-vHamming Window.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating channel separation in the time domain.
  • the horizontal axis represents time and the vertical axis represents amplitude.
  • channels Hll and H12 are separated by a window function having a low-pass filter characteristic (for example, Blackman Window).
  • FIG. 5 is a diagram showing a conceptual diagram of a MIMO system having four transmitting antennas Tl, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4 and four receiving antennas Rl, R2, R3, R4.
  • Tl transmitting antennas
  • Rl receiving antennas
  • FIG. 6 is a diagram showing a frame format in a MIMO-OFDM system having four transmission antennas. Each frame is the same as in Figure 2
  • a guard interval is attached to Sequence, Signal, and Data.
  • two Long Sequences (LS) (Part 1, Part 2) are provided in the preamble, and the LS of the transmission antennas T2, T3, and ⁇ 4 is provided for the transmission antenna Tl.
  • Part 1 and Part 2 are provided in the preamble, and the LS of the transmission antennas T2, T3, and ⁇ 4 is provided for the transmission antenna Tl.
  • Both are cyclically shifted (CS) by 1600 ns, 100 ns, and 1700 ns, respectively, and the LS Part 2 of the transmitting antennas T3 and ⁇ 4 is added with a minus sign and is inverted.
  • FIG. 7 is a block configuration diagram illustrating a second channel estimation and separation method in the embodiment of the present invention. Specifically, Figure 7 has four transmit antennas
  • Fig. 3 is a functional block diagram of channel estimation and separation for a signal received by any one reception antenna (here, a reception antenna R1 as an example) of a reception-side wireless communication device in a MIMO-OFDM system.
  • a reception antenna R1 as an example
  • the receiving antenna R1 receives signals transmitted from the transmitting antennas Tl, ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4.
  • the receiving antenna R1 receives a signal in a state where signals transmitted from the four transmitting antennas Tl, ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 4 are mixed.
  • the fast Fourier transform unit (FFT) 10A in the receiving-side wireless communication device has been fast Fourier transform unit (FFT) 10A in the receiving-side wireless communication device
  • the LS channel estimator (LS Estimate) 12A is provided with a long sequence (LS). Based on Part 1, channel estimation is performed using the least square method (Least Square (LS)), and LS Channel Estimate (LS Estimate) 12B is based on Long Sequence (LS) Part 2 given in advance. Then, channel estimation is performed using the least square method (Least Square (LS)). Similar to the configuration in Fig. 3, each LS channel estimation unit (LS
  • LS Estimate 12 A and 12B are given the correct Long sequence (LS) Part 1 and Part 2 in advance as known pilot signals.
  • the LS channel estimators (LS Estimate) 12 A and 12B are known Based on the pilot signal, the least square method is applied to the Long sequence included in the received signal to perform channel estimation.
  • the frequency response (transfer function) obtained in this way overlaps the frequency responses of the channels HI 1, H21, H31, and H41 of the four transmitting antennas Tl, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4 and the receiving antenna R1.
  • IFFT inverse fast Fourier transform unit
  • S LS channel estimation unit
  • Estimate Converts the frequency response estimated by 12 A and 12B (transfer function with overlapping frequency responses of channels Hl, H21, H31, and H41) into an impulse response in the time domain. Due to the inverse Fourier transform, the impulse responses of the four channels are separated in the time domain. However, at this stage of separation, each impulse response includes noise and the four impulse responses can be completely separated.
  • Outputs from the inverse Fourier transform units 14A and 14B are input to an adder 20 and a subtractor 22, respectively. As shown in Fig. 5, the Long of the signal transmitted from the transmitting antenna T3, ⁇ 4
  • LS has the opposite sign in Part 1 and Part 2. Therefore, by adding the outputs from the inverse fast Fourier transform units (IFFT) 14A and 14B, the channel H31 and H41 components with the transmitting antenna T3 and ⁇ 4 are eliminated, and the adder (addition) 20 receives the transmitting antenna Tl.
  • the impulse response including channel components Hl l and H21 with ⁇ 2 is output. Since the two outputs from the inverse Fourier transform units 14A and 14B are added together, the added value by the adder 20 is divided by 2 and output.
  • the code of sequence (LS) is the same in Part 1 and Part 2. Therefore, the inverse fast Fourier transform By subtracting the output from the (IFFT) 14A and 14B, the channel Hll and H21 components with the transmitting antenna Tl and ⁇ 2 are eliminated, and the channel component with the transmitting antenna T3 and ⁇ 4 is subtracted from the subtractor (subtraction) 22. Impulse response including H31 and H41 is output. In addition, subtractor
  • the window function calculation units (Window) 16A and 16B perform low-pass filters (Low
  • the window function calculation unit (Windo W ) 16A is an adder.
  • the time domain multiplication is a frequency domain convolution (filter characteristic) due to the characteristics of the FFT.
  • the function is, for example, Blackman Window or Hamming Window.
  • FIG. 8 is a diagram showing a schematic block diagram of a receiving-side radio communication device in the MIMO system.
  • FIG. 8 shows a configuration of a wireless communication apparatus having two receiving antennas as an example.
  • the guard interval (GI) is first removed from the signals received by the receiving antennas by the guard interval removing units (GI Removal) 100A and 100B.
  • the switches (SW) 102A and 102B are Long
  • the sequence (LS) and other parts are identified, the long sequence (LS) is output to the channel estimation unit 108, and the other parts are switched to be output to the fast Fourier transform units (FFT) 104A and 104B.
  • FFT fast Fourier transform units
  • Estimation 108 has the configuration shown in FIG. 3 or FIG.
  • Detection 106A and 106B correspond to the received signal at each receiving antenna using the transfer function obtained by the channel estimation unit 108 for the output from the fast Fourier transform units (FFT) 104A and 104B, respectively. Find the original transmitted signal.
  • the output from the coherent detection units 106A and 106B is the maximum ratio combining unit (Maximum
  • Ratio Combining 110 is input, and weighted combining according to received power, that is, maximum ratio combining.
  • FEC Decoder performs error correction decoding and reproduces the data sequence of the transmission signal.
  • FEC decoder FEC
  • Viterbi decoding is used for decoding in (Decoder) 112.
  • the path metric in Viterbi decoding is weighted by the frequency response of each channel.
  • the preamble long sequence (LS) has been described as an example of the known information (pilot signal) given for channel estimation processing.
  • the pilot signal is
  • a pilot signal may be given as a subcarrier in DATA, not limited to Long Sequence (LS).
  • the window in the time domain is shifted to the right, and the impulse response of each channel is extracted.
  • the MIMO system of this embodiment has been described with respect to the MIMO-OFDM wireless communication system, the embodiment of the multiple input single output (MISO) -OFDM wireless communication system (Fig. 9) Is also applicable. Also, the modulation method is not limited to OFDM, but normal FDM
  • the wireless communication device of the present invention is used in a multi-input system applicable to a wireless LAN or mobile communication, and uses a window function having a low-pass filter characteristic, so that channel estimation and separation with high accuracy can be performed with relatively simple calculation. Is possible.

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Abstract

多入力システムの無線通信装置において、高速フーリエ変換により、受信信号の周波数応答を推定し、さらに時間領域のインパルス応答に変換して簡単なLow pass filter 特性を持つWindow 関数を用いて、Low pass filter 特性を持つwindow 関数は、演算が比較的簡単であり且つチャンネルの統計特性からの影響も小さく、マルチアンテナのチャンネルインパルス応答の分離と高精度のチャンネル推定を同時に実現することを可能にする。

Description

明 細 書
多入力システムにおける無線通信装置及びチャンネル推定及び分離方 法
技術分野
[0001] 本発明は、 MIMO (Multiple input
Multiple Output:多入力多出力)— OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing:直交周波数分割多重）を利用する無線 LAN、移動通信、デジタル放 送などにおける無線通信装置、及びチャンネル推定及び分離方法に関し、特に、チ ヤンネルの伝達関数を高精度に推定及び分離することができる無線通信装置、及び チャンネル推定及び分離方法に関する。
背景技術
[0002] MIMO (Multiple input
Multiple Output)システムは、多入力.多出力システムの総称であり、通信分野では、 送受信の双方にアレーアンテナを用いて情報伝送を行うシステムを指し、現状、無線 LANや移動通信に用いられ、将来的には広帯域ワイヤレス通信への応用が期待さ れている。
[0003] 広帯域な情報信号を MIMOで取り扱うために、周波数選択性フェージングに強ぐ 周波数利用効率の高い直交周波数分割多重（OFDM
： Orthogonal Frequency Division Multiplexing)を利用した MIMO- OFDM無線通信シ ステムの研究も進んで 、る。
[0004] MIMO- OFDM無線通信システムにおいて、伝送路によって生じるサブキャリア毎の 振幅及び位相の変動を推定するために、チャンネル伝達関数を推定する必要がある 。 MIMO- OFDMにおけるチャンネル推定は、送信されたパイロットシンボル（トレー- ングシンボル）と受信された信号を用いて、各アンテナからのパイロットシンボルの周 波数サブキャリア毎の振幅及び位相の理想状態からの乖離を測定することで求めら れる。高精度なチャンネル推定を行うことができない場合には、 MIMO- OFDMシステ ムで信頼性のあるデータを復調することが不可能である。 [0005] 従来技術では、 V、くつかのチャンネル推定方法が知られて 、る。非特許文献 1 (Y. Li Simplined channel estimation for OFDM systems with
multiple transmit antennas"(IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 1, pp. 67-75, January.2002))は、事前に多くの乗算と多くの IFFTが必要になり、演算量が膨大で ある。また、非特許文献 2 (G. Auer "Channel Estimation for OFDM
with Cyclic Delay Diversity" (Proc. IEEE PIMRC2004, Vol.3, pp. 1792—1796, Sept. 2004) )は、最小平均二乗誤差（MMSE)を求める時間領域での Wiener
filterを使って、チャンネル推定精度の改善を図ると同時にチャンネル分離もできる。 MMSE Filter (Wiener filter)はチャンネルの事前統計特性が必要である力 推定に より求めることもできる。しかし、受信側は一般的にチャンネルの既知統計特性を知ら ない。チャンネルの統計特性の推定は、相関などの計算が必要になり、演算が複雑 となり、演算量も多い。また、雑音と干渉などが大きい場合は、推定精度の問題もある 非特干文献 1： Y. Li Simplified channel estimationfor OFDM systems with multiple transmit antennas"(IEEE Trans. Wireless Commun" vol. 1, pp. 67-75, January.2002) 非特許文献 2 : G. Auerによる" Channel Estimation for OFDMwith Cyclic Delay Diversity" (Proc. IEEE PIMRC2004, Vol.3, pp. 1792-1796, Sept. 2004 )
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] そこで、本発明の目的は、 MIMO- OFDM無線通信にお!/、て、簡単な方法で高精 度のチャンネル推定とチャンネル分離が可能な無線通信装置、及びチャンネル推定 及び分離方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0007] 上記目的を達成するための本発明の無線通信装置は、複数の送信アンテナ力 そ れぞれ送信される複数の信号を受信アンテナで受信する多入力システムにおける無 線通信装置において、前記受信アンテナで受信された信号をフーリエ変換し、あらか じめ与えられたパイロット信号に基づいて各送信アンテナとの間の各チャンネルの伝 達関数が多重された伝達関数を推定するチャンネル推定手段と、前記推定された伝 達関数を逆フーリエ変換し、時間領域のインパルス応答に変換し、ローパスフィルタ 特性を有する窓関数を用いて、当該インパルス応答を各信号のチャンネルインパル ス応答に分離するチャンネル分離手段とを備え、前記チャンネル推定手段は、当該 各チャンネルのインパルス応答をフーリエ変換して、各チャンネルの伝達関数を推定 することを特徴とする。
[0008] また、上記目的を達成するための本発明のチャンネル推定及び分離方法は、多入 カシステムにおけるチャンネル推定及び分離方法にぉ ヽて、複数の送信アンテナか らそれぞれ送信される複数の信号を受信アンテナで受信するステップと、前記受信 アンテナで受信された複数の信号をフーリエ変換し、あらかじめ与えられたパイロット 信号に基づいて各送信アンテナとの間の各チャンネルの伝達関数が多重された伝 達関数を推定するステップと、前記推定された伝達関数を逆フーリエ変換して時間 領域のインパルス応答に変換し、ローノ スフィルタ特性を有する窓関数を用いて、当 該インパルス応答を各チャンネルのインパルス応答に分離するステップと、当該各チ ヤンネルのインパルス応答をフーリエ変換し、各チャンネルの伝達関数を推定するス テツプとを備えることを特徴とする。
[0009] 上記本発明の無線通信装置、及びチャンネル推定及び分離方法にお！ヽて、好まし くは、送信アンテナから送信される複数の信号は、直交周波数分割多重 (OFDM)変 調される。
発明の効果
[0010] 本発明の無線通信装置、及びチャンネル推定及び分離方法により、より簡単な方 法で高精度のチャンネル推定とチャンネル分離が可能となる。また、これにより、 MIMOシステムにおける無線通信装置のコストと消費電力の低減を図ることができる。 図面の簡単な説明
[0011] [図 1]2つの送信アンテナ Tl、 Τ2及び 2つの受信アンテナ Rl、 R2を有する MIMOシス テムの概念図を示す図である。
[図 2]2つ送信アンテナを有する MIMO- OFDMシステムにおけるフレームフォーマット を示す図である。
[図 3]本発明の実施の形態例における第一のチャンネル推定及び分離方法を説明 するブロック構成図である。
[図 4]時間領域におけるチャンネル分離を説明する図である。
[図 5]4つの送信アンテナ Tl、 Τ2、 Τ3、 Τ4及び 2つの受信アンテナ Rl、 R2、 R3、 R4を 有する MIMOシステムの概念図を示す図である。
[図 6]4つ送信アンテナを有する MIMO- OFDMシステムにおけるフレームフォーマット を示す図である。
[図 7]本発明の実施の形態例における第二のチャンネル推定及び分離方法を説明 するブロック構成図である。
[図 8]MIMOシステムにおける受信側無線通信装置の概略ブロック図を示す図である
[図 9]2つの送信アンテナ Tl、 Τ2及び 1つの受信アンテナ R1を有する MISO (
Multipleinput Single output :多入力単出力）システムの概念図を示す図である。 符号の説明
[0012] 10 :高速フーリエ変換部、 12 : LSチャンネル推定部、 14 :逆高速フーリエ変換部、 1 6 :窓関数、 18 :高速フーリエ変換部、 20 :加算器、 22 :減算器、 100 :ガードインター バル除去部、 102 :スィッチ、 104 :高速フーリエ変換部、 106 :コヒーレント検出部、 1 08 :チャンネル推定部、 110 :最大比合成部、 112 :FECデコーダ
発明を実施するための最良の形態
[0013] 以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かか る実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
[0014] 本発明は、 MIMO-OFDMシステムにおいて Cyclic
delay preambleを利用する場合、フーリエ変換（具体的には、 DFT (Discrete Fourier
Transform：離散フーリエ変換)若しくは FFT(Fast
Fourier Transform:高速フーリエ変換)）の特性を利用して、時間領域で簡単な Low pass filter特性を持つ window関数 (窓関数)を使用することにより、計算が簡単であ り且つチャンネルの統計特性力ゝらの影響も小さぐマルチアンテナのチャンネルイン パルス応答の分離と高精度のチャンネル推定を同時に実現することを可能にする。
[0015] 図 1は、 2つの送信アンテナ Tl、 Τ2及び 2つの受信アンテナ Rl、 R2を有する MIMO システムの概念図を示す図である。図 1の構成では、送信アンテナ T1と受信アンテナ R1との間のチャンネル Hll、送信アンテナ T2と受信アンテナ R1との間のチャンネル H21、送信アンテナ T1と受信アンテナ R2との間のチャンネル H12、送信アンテナ T2と 受信アンテナ R2との間のチャンネル H22が存在する。
[0016] 図 2は、 2つ送信アンテナを有する MIMO- OFDMシステムにおけるフレームフォー マットを示す図である。各フレームフォーマットにおける Short
Sequence(SS)、 Long Sequence(LS)、 Signalは、プリアンブルであり、プリアンブルの後 ろに、データ (Data)が続く。 Long
Sequence, Signal及び Dataには、ガードインターバル（GI)が付されている。一方のァ ンテナ（図 2における送信アンテナ T2)力 送信される信号フレームフォーマットのプリ アンブルは、他方のアンテナ（図 2における送信アンテナ T1)から送信される信号フレ ームフォーマットと識別されるために、送信アンテナ T1のフレームフォーマットに対し て所定長さ分サイクリックシフト (CS)されて 、る。
[0017] 図 3は、本発明の実施の形態例における第一のチャンネル推定及び分離方法を説 明するブロック構成図である。具体的には、図 3は、 2つ送信アンテナを有する MIMO- OFDMシステムにおける受信側無線通信装置のいずれか一つの受信アンテ ナ（ここでは、一例として、受信アンテナ R1とする）で受信される信号に対するチャン ネル推定及び分離の機能ブロック図である。
[0018] まず、受信アンテナ R1が送信アンテナ Tl、 Τ2から送信される信号を受信する。受信 アンテナ R1は、 2つの送信アンテナ Tl、 Τ2からそれぞれ送信される信号が混合され た状態で信号を受信する。
[0019] 受信側無線通信装置における高速フーリエ変換部 (FFT) 10は、受信信号の Long Sequenceを高速フーリエ変換し、 LSチャンネル推定部（LS Estimate) 12が、あらかじ め与えられている Long sequenceに ぃ "L、取/ J、二乗法 (Least
Square(LS))を用いてチャンネル推定を行う。すなわち、 LSチャンネル推定部（LS Estimate) 12には、既知のパイロット信号として、正しい Long
sequenceがあらかじめ与えられており、 LSチャンネル推定部（LS Estimate) 12は、既 知のパイロット信号に基づ 、て、受信した信号に含まれる Long sequenceに対する最小二乗法演算を施し、チャンネル推定を行う。これにより得られ る周波数応答 (伝達関数）は、 2つの送信アンテナ Tl、 Τ2と受信アンテナ R1とのそれ ぞれのチャンネル Hll、 H21の周波数応答が重なっている。
[0020] 続、て、逆高速フーリエ変換部 (IFFT 4力 チャンネル推定部（LS
Estimate) 12で推定された周波数応答 (チャンネル HI 1、 H21の周波数応答が重なつ た伝達関数)を時間領域のインパルス応答に変換する。 DFT若しくは FFT の特性により、 2つのチャンネルのインパルス応答は、時間領域で分離される。ただし 、この段階の分離は、各インパルス応答に雑音などが含まれ、 2つのインパルス応答 は完全に分離されて 、な 、。
[0021] そして、窓関数演算部 (Window)16は、分離されたインパルス応答に対して、ローバ スフイノレタ（Low
pass filter)特性を有する Window関数（窓関数）を用いて、チャンネルごとのインパル ス応答に分離する。
[0022] DFT若しくは FFTの特性により、時間領域の乗算 (Window)は周波数領域の畳込み (フィルタ特性)であるので、このローパスフィルタ特性を有する Window
関数を用いることにより、 2つの送信アンテナからのチャンネルインパルス応答の分離 と雑音などの低減を同時に実現できる。
[0023] ローパスフィルタ特性を有する Window関数は、例えば、信号処理分野でよく知ら れて ヽる Blackman
Window-vHamming Windowなどである。
[0024] 図 4は、時間領域におけるチャンネル分離を説明する図である。横軸は時間、縦軸 は振幅を表す。図 4に示されるように、ローパスフィルタ特性を有する Window関数（一 例として、 Blackman Window)により、チャンネル Hll、 H12が分離される。
[0025] そして、窓関数 (Window)16において完全に分離された時間領域の二つのチャンネ ルインパルス応答は、再度、高速フーリエ変換部 (FFT)18
により周波数応答に変換される。これにより、 2つのチャンネルそれぞれに分離された 周波数応答 (伝達関数)を推定及び分離することができる。得られたチャンネルの伝 達関数はチャンネルの等化などに用いられる。 [0026] 図 5は、 4つの送信アンテナ Tl、 Τ2、 Τ3、 Τ4及び 4つの受信アンテナ Rl、 R2、 R3、 R4を有する MIMOシステムの概念図を示す図である。図 5の構成においても、図 1の 構成と同様に、各送信アンテナと各受信アンテナ間に 16のチャンネル Hll、 H12、… 、 H43、 H44が存在する。なお、図示の都合上、 16のチャンネルすべてに参照符号が 付されていない。
[0027] 図 6は、 4つ送信アンテナを有する MIMO- OFDMシステムにおけるフレームフォー マットを示す図である。各フレームは、図 2と同様に、 Short
Sequence(SS)、 Long Sequence(LS)、 Signalを含むプリアンブルを有し、プリアンブルの 後ろに、データ (Data)が続く。 Long
Sequence, Signal及び Dataには、ガードインターバル（GI)が付されている。また、 4つ のフレームフォーマットをそれぞれ識別するために、プリアンブルに 2つの Long Sequence(LS)(Part 1, Part 2)が設けられ、送信アンテナ Tlに対して、送信アンテナ T2 、 T3、 Τ4の LSは、 Part 1及び Part
2共に、それぞれ 1600ns、 100ns, 1700nsサイクリックシフト (CS)され、さらに、送信アン テナ T3、 Τ4の LS Part 2は、マイナス符号が付され反転状態にされる。
[0028] 図 7は、本発明の実施の形態例における第二のチャンネル推定及び分離方法を説 明するブロック構成図である。具体的には、図 7は、 4つ送信アンテナを有する
MIMO- OFDMシステムにおける受信側無線通信装置のいずれか一つの受信アンテ ナ（ここでは、一例として、受信アンテナ R1とする）で受信される信号に対するチャン ネル推定及び分離の機能ブロック図である。
[0029] まず、受信アンテナ R1が送信アンテナ Tl、 Τ2、 Τ3、 Τ4から送信される信号を受信 する。受信アンテナ R1は、 4つの送信アンテナ Tl、 Τ2、 Τ3、 Τ4からそれぞれ送信され る信号が混合された状態で信号を受信する。
[0030] 受信側無線通信装置における高速フーリエ変換部 (FFT) 10Aは、受信信号の Long
Sequence (LS) Part 1を高速フーリエ変換し、高速フーリエ変換部（FFT) 10Bは、受信
1 号の Long sequence (LS) Part
2を高速フーリエ変換する。そして、 LSチャンネル推定部（LS Estimate) 12Aは、あらか じめ与えられている Long sequence (LS) Part 1に基づいて、最小二乗法（Least Square(LS))を用いてチャンネル推定を行い、 LSチャンネル推定部（LS Estimate) 12Bは、あらかじめ与えられている Long sequence (LS) Part 2に基づいて、最小二乗法（Least Square (LS))を用いてチャンネ ル推定を行う。図 3の構成と同様に、各 LSチャンネル推定部（LS
Estimate) 12 A、 12Bには、既知のパイロット信号として、それぞれ正しい Long sequence (LS) Part 1、 Part 2があらかじめ与えられており、 LSチャンネル推定部（LS Estimate) 12 A、 12Bは、既知のパイロット信号に基づいて、受信した信号に含まれる L ong sequenceに対する最小二乗法演算を施し、チャンネル推定を行う。これにより得 られる周波数応答 (伝達関数）は、 4つの送信アンテナ Tl、 Τ2、 Τ3、 Τ4と受信アンテ ナ R1とのそれぞれのチャンネル HI 1、 H21、 H31、 H41の周波数応答が重なっている。
[0031] 続、て、逆高速フーリエ変換部 (IFFT)14A、 14Bが、それぞれ LSチャンネル推定部（ し S
Estimate) 12 A、 12Bで推定された周波数応答（チャンネル Hl l、 H21、 H31、 H41の周 波数応答が重なった伝達関数)を時間領域のインパルス応答に変換する。逆フーリ ェ変換により、 4つのチャンネルのインパルス応答は、時間領域で分離される。ただし 、この段階の分離は、各インパルス応答に雑音などが含まれ、 4つのインパルス応答 を完全に分離しきれて 、な 、。
[0032] 逆フーリエ変換部 14A、 14Bからの出力は、それぞれ、加算器 (addition)20、減算器 (Subtraction)22に入力される。図 5に示したように、送信アンテナ T3、 Τ4から送信され る信号の Long
sequence (LS)は、 Part 1と Part 2で符号が反対である。従って、逆高速フーリエ変換 部 (IFFT)14A、 14Bからの出力を加算することで、送信アンテナ T3、 Τ4とのチャンネル H31、 H41成分は消去され、加算器 (addition)20からは、送信アンテナ Tl、 Τ2とのチヤ ンネル成分 Hl l、 H21を含むインパルス応答が出力される。なお、逆フーリエ変換部 14A、 14Bからの 2つの出力が合算されているため、加算器 (addition)20による合算値 は、 2で除算され、出力される。
[0033] 一方、図 6に示したように、送信アンテナ Tl、 Τ2から送信される信号の Long
sequence (LS)の符号は、 Part 1と Part 2で同一である。従って、逆高速フーリエ変換 部 (IFFT)14A、 14Bからの出力を減算することで、送信アンテナ Tl、 Τ2とのチャンネル Hll、 H21成分は消去され、減算器 (subtraction)22からは、送信アンテナ T3、 Τ4との チャンネル成分 H31、 H41を含むインパルス応答が出力される。なお、減算器
(subtraction)22においても、逆フーリエ変換部 14A、 14Bからの 2つの出力が合算され ているため、減算器 (addition)20による合算値は、 2で除算され、出力される。
[0034] そして、窓関数演算部 (Window) 16A、 16Bは、分離されたインパルス応答に対して、 ローパスフィルタ（Low
pass filter)特性を有する Window関数（窓関数）を用いて、チャンネルごとのインパル ス応答に分離する。具体的には、窓関数演算部 (WindoW)16Aは、加算器
(Addition)20からの出力に含まれるチャンネル HI 1、 H12のインパルス応答を分離し、 窓関数演算部 (Window)16Bは、減算器 (Subtraction)22からの出力に含まれるチャン ネル H31、 H41のインパルス応答を分離する。
[0035] 上記第一の実施の形態と同様に、 FFTの特性により、時間領域の乗算 (Window)は 周波数領域の畳込み (フィルタ特性)であるので、このローパスフィルタ特性を有する Window
関数を用いることにより、それぞれ 2つの送信アンテナ力ゝらのチャンネルインパルス応 答の分離と雑音などの低減を同時に実現できる。また、ローノ スフィルタ特性を有す る Window
関数は、例えば、 Blackman Windowや Hamming Windowなどである。
[0036] 窓関数 (Window)16A、 16Bにおいて完全に分離された時間領域の 4つのチャンネル インパルス応答は、それぞれ、高速フーリエ変換部 (FFT)18A、 18B
により再度周波数応答に変換される。これにより、 4つのチャンネルそれぞれに分離さ れた周波数応答 (伝達関数)を推定及び分離することができる。
[0037] 図 8は、 MIMOシステムにおける受信側無線通信装置の概略ブロック図を示す図で ある。図 8は、一例として 2つの受信アンテナを有する無線通信装置の構成が示され る。各受信アンテナで受信された信号は、まず、ガードインターバル除去部 (GI Removal) 100A, 100Bにより、ガードインターバル (GI)が除去される。スィッチ (SW)102A 、 102Bは、受信信号のうちの Long sequence (LS)とそれ以外の部分を識別し、 Long sequence (LS)をチャンネル推定部 108に出力し、それ以外の部分を高速フーリエ変換部 (FFT)104A、 104Bに出力するよ うに切り替わる。
[0038] チャンネル推定部 (Channel
Estimation) 108は、上述の図 3または図 7の構成を有し、受信した Long sequence
(LS)に対して、あらかじめ与えられている Long
sequence (LS)に基づいて、チャンネルの推定及び分離を実施する。
[0039] コヒーレント検出部 (Coherent
Detection) 106A、 106Bは、それぞれ高速フーリエ変換部 (FFT)104A、 104Bからの出 力に対して、チャンネル推定部 108で得られた伝達関数を用いて、各受信アンテナで の受信信号に対応する元の送信信号を求める。そして、コヒーレント検出部 106A、 106Bからの出力は、最大比合成部 (Maximum
Ratio Combining) 110に入力され、受信電力に応じた重み付き合成、すなわち最大比 合成される。
[0040] そして、 FEC(Forward Error
Correction)復号部 (FEC Decoder)112により、誤り訂正復号され、送信信号のデータ 系列が再生される。 FEC復号部 (FEC
Decoder)112における復号は、例えば、ビタビ復号が用いられる。ビタビ復号における パスメトリック (path metric)は各チャンネルの周波数応答による重み付けが行われて ちょい。
[0041] 上記本実施の形態例では、チャンネル推定処理のためにあら力じめ与えられる既 知情報 (パイロット信号）として、プリアンブルの Long Sequence (LS)を例に説明したが 、パイロット信号は、 Long Sequence (LS)に限られず、例えば、 DATA内のサブキヤリ ァとして、パイロット信号が与えられてもよい。また、 FFT
WINDOWのスタート位置が GI以内の場合、時間領域の Windowを右シフトして、各チ ヤンネルのインパルス応答を抽出する。
[0042] 上記本実施の形態例の MIMOシステムは、 MIMO- OFDM無線通信システムについ て説明したが、多入力単出力 (MISO)— OFDM無線通信システムの実施形態（図 9)に も適用可能である。また、変調方式は、 OFDMに限られず、通常の FDM
(Frequency Division Multiplexing:周波数分割多重）や他の適用可能な変調方式で あってもよい。
産業上の利用可能性
本発明の無線通信装置は、無線 LANや移動通信に適用可能な多入力システムに 利用され、ローパスフィルタ特性を有する窓関数を用いることで、比較的簡単な演算 で、高精度なチャンネル推定及び分離が可能となる。

Claims

請求の範囲
[1] 複数の送信アンテナからそれぞれ送信される複数の信号を受信アンテナで受信する 多入力システムにおける無線通信装置において、
前記受信アンテナで受信された複数の信号をフーリエ変換し、あらかじめ与えられた パイロット信号に基づいて各送信アンテナとの間の各チャンネルの伝達関数が多重 された伝達関数を推定するチャンネル推定手段と、
前記推定された伝達関数を逆フーリエ変換し、時間領域のインパルス応答に変換し
、ローパスフィルタ特性を有する窓関数を用いて、当該インパルス応答を各信号のチ ヤンネルインパルス応答に分離するチャンネル分離手段とを備え、
前記チャンネル推定手段は、当該各チャンネルのインノ ルス応答をフーリエ変換して
、各チャンネルの伝達関数を推定することを特徴とする無線通信装置。
[2] 請求項 1において、
前記送信される信号は、直交周波数分割多重変調されることを特徴とする無線通信 装置。
[3] 多入力システムにおけるチャンネル推定及び分離方法にぉ 、て、
複数の送信アンテナからそれぞれ送信される複数の信号を受信アンテナで受信し、 前記受信アンテナで受信された複数の信号をフーリエ変換し、あらかじめ与えられた パイロット信号に基づいて、各送信アンテナとの間の各チャンネルの伝達関数が多 重された伝達関数を推定し、
前記推定された伝達関数を逆フーリエ変換して時間領域のインパルス応答に変換し 、ローパスフィルタ特性を有する窓関数を用いて、当該インパルス応答を各チャンネ ルのインパルス応答に分離し、
当該各チャンネルのインパルス応答をフーリエ変換し、各チャンネルの伝達関数を推 定することを特徴とするチャンネル推定及び分離方法。
[4] 請求項 3において、
前記送信される複数の信号は、直交周波数分割多重変調されることを特徴とするチ ヤンネル推定及び分離方法。
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