JP3704565B2 - Receiving apparatus and receiving method - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誤りの少ない無線伝送を行うのに好適な受信装置、受信方法、ならびに、これらをコンピュータにより実現するプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル無線伝送の分野では、従来から、周波数ホッピング通信方式による情報伝送が提案されている。この方式においては、各ユーザに伝送すべき情報の値（典型的には「０」と「１」）のそれぞれに対して、異なる周波数ホッピングパターンを割り当てる。そして、受信装置では、各ユーザに割り当てられた周波数ホッピングパターンを用いて、当該受信装置のユーザ宛の信号を、受信信号から抽出する。このようなディジタル無線伝送の分野については、以下の文献において、種々の技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３６８６５０号
【特許文献２】
特開２００２−３５９５８６号
【特許文献３】
特開２０００−３１８７３号
【非特許文献１】
Mabuchi T.，Kohno R.，and Imai H., "Multi-User Detection Scheme based on Canceling Co-Channel Interference for MFSK/FH-SSMA System," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol.JSAC-12, No.4, pp.593-604, １９９４年５月
【非特許文献２】
Halford K.W.and Brandt-Pearce M., "Multi-State Multi-User Detection for FHMA," IEEE Transactions on Communications, Vol.48, No.9, pp.1550-1562, ２０００年９月
【非特許文献３】
Einarsson G., "Address Assignment for a Time-Frequency-Coded，Spread Spectrum System," The Bell System Technical Journal, Vol.59, No.7, pp.1241-1255, １９８０年９月
【０００４】
ここで、[特許文献１]には、ＣＤＭＡ方式を採用した無線端末装置に設けられるＣＤＭＡ復調モジュールの技術が開示されている。本技術では、適応等化手段を設けて誤り訂正部により符号誤差を検出し、検出された符号誤差をもとに適応等化手段のタップ係数を更新し、ＲＡＫＥ合成された受信符号に対して更新されたタップ係数をもとに等化処理を施して、等化処理後の受信信号を誤り訂正処理に供することにより、周波数歪み成分を補正して受信符号の誤り率を低下させる。
【０００５】
一方、[特許文献２]には、ディジタル無線通信システムにおいてアンテナ指向性のビームを生成してパスダイバーシチ受信を行う送信装置と受信装置の技術が開示されている。本技術では、送信ビーム形成手段で送信タイミングベクトル制御手段出力を適応制御プロセッサから出力される重み付け係数ベクトルで重み付けし、各要素毎の合成を行って出力することにより、同一チャネル干渉波が存在する環境下やマルチパス伝搬環境下で、通信相手側の受信特性を改善する。
【０００６】
さらに、[特許文献３]には、複数の受信系を有するダイバーシティ受信機、特に合成ダイバーシティ方式を用いたダイバーシティ受信機の技術が開示されている。本技術では、受信部と、入力された受信レベルに応じた信号を重み付け信号としてしている重み付け部とから構成される複数の受信系を有する。そして、ある条件により定められた閾値は、各受信系から出力されたそれぞれの重み付け信号が示す値のうちの最大値に０以上１以下の値を乗算した値である。
【０００７】
そして、[非特許文献１]や[非特許文献２]には、には、周波数ホッピング通信方式において、各受信側で、当該受信装置（希望局）ならびにそれ以外の受信装置（干渉局）に割り当てられた周波数ホッピングパターンがすべて既知である場合に、マルチユーザディテクションを行って伝送品質を改善する技術が提案されている。ここで、マルチユーザディテクション受信機とは、干渉局に対する信号も同時に検出を行って、受信信号から干渉局検出信号を取り除いて、希望局信号の検出の誤りを少なくするものである。この点で、希望局のみに対する信号検出を行うシングルユーザディテクション受信機とは異なる。
【０００８】
さらに、[非特許文献３]には、周波数ホッピングパターンを行列によって表現し、当該パターンと受信信号の各周波数における受信強度を各要素に配置した行列とを照合して、希望局の信号を得る技術が開示されている。特に、本文献には、受信特性を最良とするための、各ユーザ、各値に割り当てるための効率的な周波数ホッピングパターンの割り当て技術が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、周波数ホッピング通信方式を含む各種のディジタル信号通信の分野では、マルチユーザディテクションにおける受信特性をさらに向上させるための技術が強く望まれている。
【００１０】
本発明は、誤りの少ない無線伝送を行うのに好適な受信装置、受信方法、ならびに、これらをコンピュータにより実現するプログラムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明の原理にしたがって、下記の発明を開示する。
【００１２】
本発明の第１の観点に係る受信装置は、記憶部と、受信部と、生成部と、更新部と、照合部と、を備え、以下のように構成する。
【００１３】
すなわち、記憶部は、行列Aと、行列Bと、を記憶する。
【００１４】
一方、受信部は、信号を受信して、その強度を当該行列Aの各要素に記憶させる。
【００１５】
さらに、生成部は、当該行列Aに記憶された強度が所定の閾値以上か否かを判定して、その結果を当該行列Bの各要素に記憶させる。
【００１６】
そして、更新部は、他の受信装置に割り当てられたパターンが当該行列Bにマッチするか否かを判定し、マッチする場合、当該行列Aの当該パターンに対応する要素に所定の係数を乗じて、当該行列Aを更新する。
【００１７】
一方、照合部は、前記生成部と前記更新部による処理を所定の回数繰り返した後、当該受信装置に割り当てられたパターンが当該行列Bにマッチするか否かを判定し、マッチする場合、当該パターンに割り当てられた値を出力する。
【００１８】
また、本発明の受信装置において、受信部は、「伝送すべき値に割り当てられた周波数ホッピングパターン（当該周波数ホッピングパターンは、各受信装置ごとに異なる。）に対応したトーン信号を送信する送信装置」から送信される信号を受信し、当該行列Aの各要素は、当該周波数ホッピングパターンに含まれる各周波数に対応付けられ、受信部は、信号の各周波数における強度を当該行列Aのこれに対応付けられた要素に記憶させ、当該所定の係数は、０.３以上０.５以下であるように構成することができる。
【００１９】
また、本発明の受信装置において、受信部は、「伝送すべき値に割り当てられた周波数ホッピングパターン（当該周波数ホッピングパターンは、各受信装置ごとに異なる。）に対応したトーン信号を送信する送信装置」から送信される信号を受信し、当該行列Aの各要素は、当該周波数ホッピングパターンに含まれる各周波数に対応付けられ、受信部は、信号の各周波数における強度を当該行列Aのこれに対応付けられた要素に記憶させ、当該所定の回数は、１回または２回であるように構成することができる。
【００２０】
本発明の第２の観点に係る受信方法は、行列Aと、行列Bと、を記憶する記憶部を用い、受信工程と、生成工程と、更新工程と、照合工程と、を備え、以下のように構成する。
【００２１】
すなわち、受信工程では、信号を受信して、その強度を当該行列Aの各要素に記憶させる。
【００２２】
一方、生成工程では、当該行列Aに記憶された強度が所定の閾値以上か否かを判定して、その結果を当該行列Bの各要素に記憶させる。
【００２３】
さらに、更新工程は、他の受信装置に割り当てられたパターンが当該行列Bにマッチするか否かを判定し、マッチする場合、当該行列Aの当該パターンに対応する要素に所定の係数を乗じて、当該行列Aを更新する。
【００２４】
そして、照合工程では、生成工程と更新工程による処理を所定の回数繰り返した後、当該受信装置に割り当てられたパターンが当該行列Bにマッチするか否かを判定し、マッチする場合、当該パターンに割り当てられた値を出力する。
【００２５】
また、本発明の受信方法において、受信工程では、「伝送すべき値に割り当てられた周波数ホッピングパターン（当該周波数ホッピングパターンは、各受信装置ごとに異なる。）に対応したトーン信号を送信する送信装置」から送信される信号を受信し、当該行列Aの各要素は、当該周波数ホッピングパターンに含まれる各周波数に対応付けられ、受信工程では、信号の各周波数における強度を当該行列Aのこれに対応付けられた要素に記憶させ、当該所定の係数は、０.３以上０.５以下であるように構成することができる。
【００２６】
また、本発明の受信方法において、受信工程では、「伝送すべき値に割り当てられた周波数ホッピングパターン（当該周波数ホッピングパターンは、各受信装置ごとに異なる。）に対応したトーン信号を送信する送信装置」から送信される信号を受信し、当該行列Aの各要素は、当該周波数ホッピングパターンに含まれる各周波数に対応付けられ、受信工程では、信号の各周波数における強度を当該行列Aのこれに対応付けられた要素に記憶させ、当該所定の回数は、１回または２回であるように構成することができる。ことを特徴とする方法。
【００２７】
本発明の他の観点に係るプログラムは、コンピュータ（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit、ソフトウェアラジオ）を含む。）を、上記の受信装置として機能させ、もしくは、コンピュータに上記の受信方法を実行させるように構成する。
【００２８】
当該プログラムは、コンパクトディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ディジタルビデオディスク、磁気テープ、半導体メモリ等のコンピュータ読取可能な情報記録媒体に記録することができる。
【００２９】
上記プログラムは、当該プログラムが実行される無線通信端末とは独立して、コンピュータ通信網を介して配布・販売することができる。また、上記情報記録媒体は、当該無線通信端末とは独立して配布・販売することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本願発明の範囲に含まれる。
【００３１】
（発明の実施の形態）
本実施形態では、周波数ホッピングパターンの割り当てについて、[非特許文献３]に開示されている手法を利用する。図１は、本実施形態に係る受信装置と、これに対応する送信装置と、の間で利用される周波数ホッピングパターンの様子を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
【００３２】
図１には、３人のユーザUser 1、User 2、User 3に送信されるディジタル情報の値0（図中の「Bit 0」）、1（図中の「Bit 1」）に対して割り当てられる周波数ホッピングパターンがそれぞれ示されている。本図に示す例では、ホッピング用の周波数として９種類を用意している（図の縦軸に相当する）。そして、この周波数のトーンを時間順に５つ割り当てている。このように、ホッピングパターンは、９×５の行列に対応付けることができる。これらの周波数の数、時間順の数は、任意の数とすることができる。以下、適宜Q×Kと表記する。また、行列Xの(q,k)要素を適宜X_q,kと表記する。
【００３３】
本図には、ホッピング用の周波数を順にf₁〜f₉と書き、時刻t₁，t₂，t₃，t₄，t₅（等間隔）に、トーン信号を送信する例を示している。
【００３４】
本図によれば、User 1に対して値０を送信したい場合には、周波数f₁，f₃，f₅，f₇，f₉の順にトーン信号を送信する。User 2に対して値１を送信したい場合は、周波数f₂，f₄，f₉，f₈，f₃の順にトーン信号を送信する。
【００３５】
これらのパターンは、それぞれ、以下のような行列X^1,0やX^2,1に対応する。
X^1,0 _1,1 = 1；
X^1,0 _3,2 = 1；
X^1,0 _5,3 = 1；
X^1,0 _7,4 = 1；
X^1,0 _9,5 = 1；
X^1,0 _q,k = 0 （上記以外）
X^2,1 _2,1 = 1；
X^2,1 _4,2 = 1；
X^2,1 _9,3 = 1；
X^2,1 _8,4 = 1；
X^2,1 _3,5 = 1；
X^2,1 _q,k = 0 （上記以外）
【００３６】
以下、あるユーザu (1≦u≦U)の値vに対するパターン行列をX^u,vと表記することとする。
【００３７】
さて、ある受信装置向けの信号の電力レベルを考えると、行列中で色塗りがされている部分では、電力が高くなり、そうでない部分では、電力が低くなる（典型的には０となる）。図２は、複数のユーザにトーン信号を同時に送信した場合に、受信装置で得られる受信信号の様子を示す説明図である。本図では、User 1に対して値０を、User 2に対して値０を、User 3に対して値１を、それぞれ送信した場合を示している。
【００３８】
図２に示す９×５の行列は、それぞれのユーザの値に割り当てられた行列を重ね合わせたもので、色塗りされている部分が電力レベルが高くそうでない部分では、電力レベルが低くなっている。
【００３９】
また、上記のようにパターンを行列で表現した場合には、図２に示す９×５の行列は、それぞれのユーザに対するそれぞれの値に割り当てられた行列の線形和（各項の係数は、たとえば、伝搬路の状況によって決まる）に、各種のノイズを加算したものに相当する。
【００４０】
このようにして得られた受信信号は、信号伝搬路における雑音等の影響や、受信装置や送信装置における熱雑音等の影響を受けているので、受信信号から適切に、各ユーザ宛の伝送情報を得る必要がある。以下、詳細に説明する。
【００４１】
図３は、本実施形態に係る受信装置の概要構成を示す模式図である。図４は、当該受信装置において実行される受信方法の制御の流れを示すフローチャートである。以下、これらの図を参照して説明する。
【００４２】
本実施形態に係る受信装置１０１は、記憶部１０２と、受信部１０３と、生成部１０４と、更新部１０５と、照合部１０６と、を備える。
【００４３】
ここで、記憶部１０２には、Ｑ×Ｋの行列A、B、Cを記憶するための領域が確保されている。行列Aの(q,k)要素には、受信信号の時刻t_kにおける周波数f_qの電力レベルが初期値として記憶される。行列Bと行列Cは、本処理において、一時的に利用される。
【００４４】
まず、受信部１０３は、信号を受信して（ステップＳ２０１）、その強度を当該行列Aの各要素に記憶させる（ステップＳ２０２）。
【００４５】
具体的には、単位時間ごとに、以下の処理をK回繰り返す。すなわち、アンテナを介して受信した受信信号を、バンドパスフィルタ等を用いてf₁,…,f_Qの周波数成分に分解し、それぞれの電力レベルを得る。そして、現在の繰り返し回数がk回目である場合、得られたf_qの電力レベルをを行列Aの(q,k)要素に格納する。以下、この要素の値を適宜A_q,kと表記する。
【００４６】
行列Aの要素が埋まったら、生成部１０４は、1≦q≦Q，1≦k≦Kのそれぞれについて（ステップＳ２０３）、所定の閾値Thと、A_q,kとを比較し（ステップＳ２０４）、Th ≦ A_q,kである場合（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）、B_q,kに１を代入する（ステップＳ２０５）。そうでない場合（ステップＳ２０４；Ｎｏ）、B_q,kに０を代入する（ステップＳ２０６）。ここで、閾値Thは、受信装置１０１の熱雑音を信号として検出しない程度の値とする。
【００４７】
ついで、ステップＳ２０３〜ステップＳ２１２を所定の回数繰り返すため、ここで繰返し回数の判断を行う（ステップＳ２０７）。以下、ステップＳ２０３〜ステップＳ２１２の各繰返しを、ステージと呼ぶ。
【００４８】
次に、更新部１０５は、行列Cをすべての要素を０にクリアして（ステップＳ２０８）、当該受信装置以外（干渉局）のユーザ、各値に割り当てられたホッピングパターンのそれぞれについて、以下の処理ステップＳ２０８〜Ｓ２０９を繰り返す（ステップＳ２０９）。すなわち、ユーザu、値vについて、当該受信機を利用しているユーザ（希望局）がi番目のユーザである場合には、u≠i（u = 1，…，i-1，i+1，…，U）なるuのそれぞれと、値v = 0，1のそれぞれと、について、以下の処理を繰り返す。
【００４９】
まず、当該パターンX^u,v（これは、干渉局のパターンに相当する。）と行列Bとがマッチするか否かを判定する（ステップＳ２１０）。あるユーザuのある値vに対するパターンX^u,vと、行列Bとは、条件「X^u,v _q,k = 1を満たす任意のq,kについて、B_q,k = 1」が満たされる場合にマッチする。
【００５０】
マッチする場合（ステップＳ２１０；Ｙｅｓ）、X^u,v _q,k = 1を満たす任意のq,kについて、C_q,kの値を１増やして（ステップＳ２１１）、ステップＳ２０９に戻る。なお、１増やすのではなく、１とビット和をとるなど、C_q,kの値が非０となるようにする演算であって、いったんC_q,kの値が非０となった場合には、それが維持されるような演算を利用してもよい。一方、マッチしない場合（ステップＳ２１０；Ｎｏ）、ステップＳ２０９に戻る。ここで得られる行列Cを干渉行列と呼ぶ。
【００５１】
干渉行列Cが得られたら（ステップＳ２０９；Ｎｏ）、C_q,k ≠ 0を満たす任意のq,kについて、A_q,kの値を所定の係数ρ倍して（ステップＳ２１２）、更新する。所定の係数ρとしては、０より大きく１より小さい値をあらかじめ選択する。なお、後述する実験によれば、０.３〜０.５程度が好適である。更新した後は、ステップＳ２０３に戻る。
【００５２】
そして、照合部１０６は、所定のステージ回数だけ上記の処理を繰り返した後（ステップＳ２０７；Ｙｅｓ）、ステップＳ２１３以降の処理を実行する。なお、後述する実験によれば、適切な係数ρを選択すれば、繰り返すステージ回数は、１〜３回程度で十分であり、２回でも十分な場合が多い。
【００５３】
すなわち、ユーザi（希望局）に割り当てられたパターンX^i,vに、当該行列Bにマッチするものがあるか否かを判定する（ステップＳ２１３）。マッチの手法は、上記の手法と同様である。
【００５４】
マッチするものがある場合（ステップＳ２１３；Ｙｅｓ）、当該パターンX^i,vに割り当てられた値vを出力して（ステップＳ２１４）、次の受信フェーズを開始するため、ステップＳ２０１に戻る。
【００５５】
一方、マッチしない場合（ステップＳ２１３；Ｎｏ）、ユーザi宛の信号は検出できなかった旨を報告して（ステップＳ２１５）、ステップＳ２０１に戻る。
【００５６】
このように、１ステージごとに検出された干渉局宛のパターン成分が、ρ倍に小さくなる。したがって、希望局宛のパターン成分が相対的に大きくなっていく。本実施形態では、これによって、希望局宛の信号を低いビット誤り率（ＢＥＲ；Bit Error Rate）で検出するのである。
【００５７】
なお、[非特許文献２]に開示される手法は、本実施形態にかかる定数ρを０としたものに相当する。同手法では、行列Aから行列Bを生成する際に、受信装置の熱雑音や干渉信号の影響により、行列Bの要素が反転してしまう、という問題があったが、本実施形態では、０より大きく１より小さい定数ρを導入して、このような現象が生じることを防止している。
【００５８】
（実験の結果）
図５は、所定の係数ρ、ステージ数（繰返しの回数）、ＢＥＲの実験結果を示すグラフである。本実験の諸元は、以下の通りである。
・高速ＦＨ／ＭＦＳＫシステムにおいて、上記実施形態に係る受信装置１０１を利用。
・ホッピング周波数の種類数Q = 16
・ユーザ数U = 12
・Ｃ／Ｎ＝１６ｄｂにおけるＡＷＧＮチャネル転送
・縦軸はＢＥＲ、横軸は係数ρ
【００５９】
本実験では、ρの値としては０.３が最適であり、０.３〜０.５程度が好適であることがわかる。また、０.３〜０.５程度を選択した場合のステージ数（Stage #）は、１〜２が好適であり、３以上とする必要性は低い。
【００６０】
図６は、本実施形態に係る受信装置１０１（Proposed ＭＵＤ、ρ = 0.3）と、[非特許文献２]による手法に係る受信装置（ＭＳ−ＭＵＤ）と、ＳＵＤ受信装置と、のＢＥＲを比較する実験の結果を示すグラフである。グラフ横軸はユーザ数U、縦軸はＢＥＲである。
【００６１】
本図を見れば明らかな通り、従来の受信装置ＭＳ−ＭＵＤ、ＳＵＤに比べて、本手法による受信装置１０１のＢＥＲは極めて低いことがわかる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、誤りの少ない無線伝送を行うのに好適な受信装置、受信方法、ならびに、これらをコンピュータにより実現するプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 各ユーザ、各値に対する周波数ホッピングパターンの様子を示す説明図である。
【図２】 複数のユーザに同時に信号を伝送した場合に、受信側で得られるパターンの様子を示す説明図である。
【図３】 本発明の実施形態の１つに係る受信装置の概要構成を示す説明図である。
【図４】 本発明の実施形態の１つに係る受信装置の受信装置において実行される受信方法の処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】 本発明の実施形態の１つに係る受信装置における実験において、定数ρ、ステージ数、ＢＥＲの関係を示すグラフである。
【図６】 各種の受信装置における実験において、ユーザ数UとＢＥＲの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０１ 受信装置
１０２ 記憶部
１０３ 受信部
１０４ 生成部
１０５ 更新部
１０６ 照合部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a receiving apparatus, a receiving method, and a program for realizing these by a computer suitable for performing wireless transmission with few errors.
[0002]
[Prior art]
In the field of digital radio transmission, information transmission by a frequency hopping communication method has been proposed. In this method, a different frequency hopping pattern is assigned to each value of information to be transmitted to each user (typically “0” and “1”). Then, the receiving apparatus extracts a signal addressed to the user of the receiving apparatus from the received signal using the frequency hopping pattern assigned to each user. In the field of digital radio transmission, various techniques are disclosed in the following documents.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-368650 A [Patent Document 2]
JP 2002-359586 [Patent Document 3]
JP 2000-31873 [Non-Patent Document 1]
Mabuchi T., Kohno R., and Imai H., "Multi-User Detection Scheme based on Canceling Co-Channel Interference for MFSK / FH-SSMA System," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. JSAC-12, No .4, pp.593-604, May 1994 [Non-Patent Document 2]
Halford KWand Brandt-Pearce M., "Multi-State Multi-User Detection for FHMA," IEEE Transactions on Communications, Vol. 48, No. 9, pp. 1550-1562, September 2000 [Non-patent Document 3]
Einarsson G., "Address Assignment for a Time-Frequency-Coded, Spread Spectrum System," The Bell System Technical Journal, Vol.59, No.7, pp.1241-1255, September 1980 [0004]
[Patent Document 1] discloses a technique of a CDMA demodulation module provided in a wireless terminal device adopting the CDMA method. In the present technology, an adaptive equalization unit is provided, a code error is detected by an error correction unit, a tap coefficient of the adaptive equalization unit is updated based on the detected code error, and a received code subjected to RAKE synthesis is detected. Equalization processing is performed based on the updated tap coefficient, and the received signal after equalization processing is subjected to error correction processing, thereby correcting the frequency distortion component and reducing the error rate of the received code.
[0005]
On the other hand, [Patent Document 2] discloses a technique of a transmitting apparatus and a receiving apparatus that perform path diversity reception by generating an antenna-directional beam in a digital wireless communication system. In the present technology, the transmission timing vector control means output is weighted with the weighting coefficient vector output from the adaptive control processor by the transmission beam forming means, and the respective channel elements are combined and output, whereby the co-channel interference wave exists. Improve the reception characteristics of the communication partner in an environment or multipath propagation environment.
[0006]
Furthermore, [Patent Document 3] discloses a technique of a diversity receiver having a plurality of reception systems, particularly a diversity receiver using a combined diversity scheme. The present technology includes a plurality of reception systems including a reception unit and a weighting unit that uses a signal corresponding to an input reception level as a weighting signal. The threshold value determined by a certain condition is a value obtained by multiplying the maximum value among the values indicated by the respective weighting signals output from the respective receiving systems by a value of 0 or more and 1 or less.
[0007]
In [Non-Patent Document 1] and [Non-Patent Document 2], in the frequency hopping communication method, each receiving side has the receiving apparatus (desired station) and other receiving apparatuses (interference stations). A technique has been proposed for improving transmission quality by performing multi-user detection when all assigned frequency hopping patterns are known. Here, the multi-user detection receiver simultaneously detects a signal for an interfering station, removes the interfering station detection signal from the received signal, and reduces the detection error of the desired station signal. In this respect, it differs from a single user detection receiver that performs signal detection only for a desired station.
[0008]
Furthermore, [Non-Patent Document 3] obtains a signal of a desired station by expressing a frequency hopping pattern by a matrix and collating the pattern with a matrix in which received intensity at each frequency of the received signal is arranged in each element. Technology is disclosed. In particular, this document discloses an efficient frequency hopping pattern allocation technique for allocating to each user and each value in order to optimize reception characteristics.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the field of various digital signal communications including frequency hopping communications, a technique for further improving reception characteristics in multiuser detection is strongly desired.
[0010]
An object of the present invention is to provide a receiving apparatus, a receiving method, and a program for realizing these by a computer, which are suitable for performing wireless transmission with few errors.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the following invention is disclosed in accordance with the principle of the present invention.
[0012]
The receiving device according to the first aspect of the present invention includes a storage unit, a receiving unit, a generating unit, an updating unit, and a collating unit, and is configured as follows.
[0013]
That is, the storage unit stores matrix A and matrix B.
[0014]
On the other hand, the receiving unit receives a signal and stores the intensity in each element of the matrix A.
[0015]
Further, the generation unit determines whether or not the intensity stored in the matrix A is equal to or greater than a predetermined threshold value, and stores the result in each element of the matrix B.
[0016]
Then, the update unit determines whether or not the pattern assigned to the other receiving device matches the matrix B. If the pattern matches, the updating unit multiplies an element corresponding to the pattern of the matrix A by a predetermined coefficient. The matrix A is updated.
[0017]
On the other hand, the matching unit determines whether the pattern assigned to the receiving device matches the matrix B after repeating the processing by the generating unit and the updating unit a predetermined number of times. Outputs the value assigned to the pattern.
[0018]
Further, in the receiving apparatus of the present invention, the receiving unit transmits a tone signal corresponding to a frequency hopping pattern assigned to a value to be transmitted (the frequency hopping pattern is different for each receiving apparatus). , And each element of the matrix A is associated with each frequency included in the frequency hopping pattern, and the receiving unit corresponds to the intensity of each frequency of the signal corresponding to that of the matrix A. The predetermined coefficient is stored in the attached element, and the predetermined coefficient can be configured to be 0.3 or more and 0.5 or less.
[0019]
Further, in the receiving apparatus of the present invention, the receiving unit transmits a tone signal corresponding to a frequency hopping pattern assigned to a value to be transmitted (the frequency hopping pattern is different for each receiving apparatus). , And each element of the matrix A is associated with each frequency included in the frequency hopping pattern, and the receiving unit corresponds to the intensity of each frequency of the signal corresponding to that of the matrix A. The predetermined number of times can be stored once or twice, and can be configured to be once or twice.
[0020]
A reception method according to a second aspect of the present invention uses a storage unit that stores a matrix A and a matrix B, and includes a reception process, a generation process, an update process, and a collation process. Configure as follows.
[0021]
That is, in the receiving step, a signal is received and the intensity is stored in each element of the matrix A.
[0022]
On the other hand, in the generation step, it is determined whether or not the intensity stored in the matrix A is greater than or equal to a predetermined threshold value, and the result is stored in each element of the matrix B.
[0023]
Further, the update step determines whether or not the pattern assigned to the other receiving device matches the matrix B. If there is a match, the element corresponding to the pattern of the matrix A is multiplied by a predetermined coefficient. The matrix A is updated.
[0024]
Then, in the collation process, after repeating the processing by the generation process and the update process a predetermined number of times, it is determined whether or not the pattern assigned to the receiving device matches the matrix B. Output the assigned value.
[0025]
In the receiving method of the present invention, in the receiving step, “a transmitting device that transmits a tone signal corresponding to a frequency hopping pattern assigned to a value to be transmitted (the frequency hopping pattern differs for each receiving device). , And each element of the matrix A is associated with each frequency included in the frequency hopping pattern. In the receiving process, the intensity of each frequency of the signal corresponds to that of the matrix A. The predetermined coefficient is stored in the attached element, and the predetermined coefficient can be configured to be 0.3 or more and 0.5 or less.
[0026]
In the receiving method of the present invention, in the receiving step, “a transmitting device that transmits a tone signal corresponding to a frequency hopping pattern assigned to a value to be transmitted (the frequency hopping pattern differs for each receiving device). , And each element of the matrix A is associated with each frequency included in the frequency hopping pattern. In the receiving process, the intensity of each frequency of the signal corresponds to that of the matrix A. The predetermined number of times can be stored once or twice, and can be configured to be once or twice. A method characterized by that.
[0027]
A program according to another aspect of the present invention functions as a receiving device using a computer (including an FPGA (Field Programmable Gate Array), a DSP (Digital Signal Processor), and an ASIC (Application Specific Integrated Circuit, software radio)). Alternatively, the computer may be configured to execute the above reception method.
[0028]
The program can be recorded on a computer-readable information recording medium such as a compact disk, flexible disk, hard disk, magneto-optical disk, digital video disk, magnetic tape, and semiconductor memory.
[0029]
The above program can be distributed and sold via a computer communication network independently of the wireless communication terminal on which the program is executed. The information recording medium can be distributed and sold independently of the wireless communication terminal.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below. The embodiments described below are for explanation, and do not limit the scope of the present invention. Therefore, those skilled in the art can employ embodiments in which each of these elements or all of the elements are replaced with equivalent ones, and these embodiments are also included in the scope of the present invention.
[0031]
(Embodiment of the Invention)
In the present embodiment, the method disclosed in [Non-Patent Document 3] is used for frequency hopping pattern allocation. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a state of a frequency hopping pattern used between a receiving apparatus according to the present embodiment and a transmitting apparatus corresponding to the receiving apparatus. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
[0032]
In FIG. 1, assignment is made to the digital information values 0 (“Bit 0” in the figure) and 1 (“Bit 1” in the figure) transmitted to the three users User 1, User 2, and User 3. The resulting frequency hopping patterns are shown respectively. In the example shown in this figure, nine types of hopping frequencies are prepared (corresponding to the vertical axis in the figure). Five tones of this frequency are assigned in time order. Thus, a hopping pattern can be associated with a 9 × 5 matrix. The number of these frequencies and the number of time order can be made into arbitrary numbers. Hereinafter, it is written as Q × K as appropriate. In addition, the (q, k) element of the matrix X is appropriately expressed as X _{q, k} .
[0033]
This figure shows an example in which hopping frequencies are sequentially written as f _{1 to} f ₉ and tone signals are transmitted at times t ₁ , t ₂ , t ₃ , t ₄ , and t ₅ (equal intervals). .
[0034]
According to this figure, when a value 0 is transmitted to User 1, tone signals are transmitted in the order of frequencies f ₁ , f ₃ , f ₅ , f ₇ and f ₉ . When it is desired to transmit value 1 to User 2, tone signals are transmitted in the order of frequencies f ₂ , f ₄ , f ₉ , f ₈ , and f ₃ .
[0035]
These patterns correspond to the following matrices X ^1,0 and X ^2,1 , respectively.
X ^1,0 _1,1 = 1;
X ^1,0 _3,2 = 1;
X ^1,0 _5,3 = 1;
X ^1,0 _7,4 = 1;
X ^1,0 _9,5 = 1;
X ^1,0 _{q, k} = 0 (other than above)
X ^2,1 _2,1 = 1;
X ^2,1 _4,2 = 1;
X ^2,1 _9,3 = 1;
X ^2,1 _8,4 = 1;
X ^2,1 _3,5 = 1;
X ^2,1 _{q, k} = 0 (other than above)
[0036]
Hereinafter, a pattern matrix for a value v of a certain user u (1 ≦ u ≦ U) is expressed as X ^{u, v} .
[0037]
Now, considering the power level of a signal for a certain receiving device, the power is high in the colored portion in the matrix, and the power is low (typically 0) in the other portions. . FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state of a received signal obtained by the receiving apparatus when tone signals are simultaneously transmitted to a plurality of users. This figure shows a case where a value 0 is transmitted to User 1, a value 0 is transmitted to User 2, and a value 1 is transmitted to User 3.
[0038]
The 9 × 5 matrix shown in FIG. 2 is a superposition of the matrix assigned to each user's value, and the power level is low in the part where the power level is not high in the colored part. Yes.
[0039]
When the pattern is expressed as a matrix as described above, the 9 × 5 matrix shown in FIG. 2 is a linear sum of the matrices assigned to the respective values for the respective users (the coefficient of each term is, for example, , Which is determined by the state of the propagation path) and various noises.
[0040]
The reception signal obtained in this way is affected by noise and the like in the signal propagation path, and thermal noise and the like in the reception device and transmission device. Need to get. This will be described in detail below.
[0041]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the receiving apparatus according to the present embodiment. FIG. 4 is a flowchart showing a flow of control of a receiving method executed in the receiving apparatus. Hereinafter, description will be given with reference to these drawings.
[0042]
The receiving apparatus 101 according to the present embodiment includes a storage unit 102, a receiving unit 103, a generating unit 104, an updating unit 105, and a matching unit 106.
[0043]
Here, an area for storing the Q × K matrices A, B, and C is secured in the storage unit 102. In the (q, k) element of the matrix A, the power level of the frequency f _q at time t _k of the received signal is stored as an initial value. The matrix B and the matrix C are temporarily used in this process.
[0044]
First, the receiving unit 103 receives a signal (step S201), and stores the intensity in each element of the matrix A (step S202).
[0045]
Specifically, the following processing is repeated K times for each unit time. That is, the received signal received via the antenna is decomposed into frequency components of f ₁ ,..., F _Q using a bandpass filter or the like, and the respective power levels are obtained. If the current number of repetitions is the kth, the obtained power level of f _q is stored in the (q, k) element of matrix A. Hereinafter, the value of this element will be denoted as A _{q, k} as appropriate.
[0046]
When the elements of the matrix A are filled, the generation unit 104 compares the predetermined threshold value Th with A _{q, k} for each of 1 ≦ q ≦ Q and 1 ≦ k ≦ K (step S204). When Th ≦ A _{q, k} (step S204; Yes), 1 is substituted into B _{q, k} (step S205). Otherwise (step S204; No), 0 is substituted for B _{q, k} (step S206). Here, the threshold value Th is a value that does not detect the thermal noise of the receiving apparatus 101 as a signal.
[0047]
Next, since the steps S203 to S212 are repeated a predetermined number of times, the number of repetitions is determined here (step S207). Hereinafter, each repetition of step S203 to step S212 is referred to as a stage.
[0048]
Next, the updating unit 105 clears all elements of the matrix C to 0 (step S208), and for each user other than the receiving apparatus (interfering station) and each hopping pattern assigned to each value, Processing steps S208 to S209 are repeated (step S209). That is, for user u and value v, if the user (desired station) using the receiver is the i-th user, u ≠ i (u = 1,..., I−1, i + 1). ,..., U) and the following processes are repeated for each of u and the values v = 0 and 1.
[0049]
First, it is determined whether or not the pattern X ^{u, v} (which corresponds to the pattern of an interference station) matches the matrix B (step S210). The pattern X ^u, v for a certain value v of a user u and the matrix B satisfy B _{q, k} = 1 for any q, k that satisfies the condition X ^{u, v} _{q, k} = 1 Matches the case.
[0050]
If there is a match (step S210; Yes), the value of C _{q, k} is incremented by 1 for any q, k that satisfies X ^{u, v} _{q, k} = 1 (step S211), and the process returns to step S209. Note that this is an operation that makes the value of C _{q, k} non-zero _, such as taking the bit sum with 1 instead of increasing 1, and if the value of C _{q, k} once becomes non-zero May use operations such that it is maintained. On the other hand, when it does not match (step S210; No), it returns to step S209. The matrix C obtained here is called an interference matrix.
[0051]
If the interference matrix C is obtained (step S209; No), the value of A _{q, k} is multiplied by a predetermined coefficient ρ for any q, k satisfying C _{q, k} ≠ 0 (step S212) and updated. . As the predetermined coefficient ρ, a value larger than 0 and smaller than 1 is selected in advance. In addition, according to the experiment mentioned later, about 0.3-0.5 is suitable. After updating, the process returns to step S203.
[0052]
And the collation part 106 performs the process after step S213, after repeating said process as many times of predetermined stage (step S207; Yes). In addition, according to the experiment described later, if an appropriate coefficient ρ is selected, the number of stages to be repeated is about 1 to 3 times, and even twice is often sufficient.
[0053]
That is, it is determined whether or not there is a pattern that matches the matrix B in the pattern X ^{i, v} assigned to the user i (desired station) (step S213). The matching method is the same as the above method.
[0054]
If there is a match (step S213; Yes), the value v assigned to the pattern X ^i, v is output (step S214), and the process returns to step S201 to start the next reception phase.
[0055]
On the other hand, if they do not match (step S213; No), it reports that the signal addressed to user i could not be detected (step S215), and returns to step S201.
[0056]
Thus, the pattern component addressed to the interference station detected for each stage is reduced by ρ times. Therefore, the pattern component addressed to the desired station becomes relatively large. In this embodiment, the signal addressed to the desired station is detected with a low bit error rate (BER).
[0057]
Note that the method disclosed in [Non-Patent Document 2] corresponds to a method in which the constant ρ according to the present embodiment is set to zero. In this method, when generating the matrix B from the matrix A, there is a problem that the elements of the matrix B are inverted due to the influence of the thermal noise of the receiving device or the interference signal. A constant ρ larger than 1 is introduced to prevent such a phenomenon from occurring.
[0058]
(results of the experiment)
FIG. 5 is a graph showing experimental results of the predetermined coefficient ρ, the number of stages (the number of repetitions), and the BER. The specifications of this experiment are as follows.
In the high-speed FH / MFSK system, the receiving apparatus 101 according to the above embodiment is used.
・ Number of types of hopping frequency Q = 16
・ Number of users U = 12
-AWGN channel transfer at C / N = 16db-Vertical axis is BER, horizontal axis is coefficient ρ
[0059]
In this experiment, it is understood that 0.3 is optimal as the value of ρ, and about 0.3 to 0.5 is preferable. Further, the number of stages (Stage #) when about 0.3 to 0.5 is selected is preferably 1 to 2, and the necessity of setting to 3 or more is low.
[0060]
FIG. 6 compares the BERs of the receiving apparatus 101 (Proposed MUD, ρ = 0.3) according to the present embodiment, the receiving apparatus (MS-MUD) according to the technique of [Non-Patent Document 2], and the SUD receiving apparatus. It is a graph which shows the result of the experiment to do. The horizontal axis of the graph is the number of users U, and the vertical axis is the BER.
[0061]
As is clear from this figure, it can be seen that the BER of the receiving apparatus 101 according to the present technique is extremely low compared to the conventional receiving apparatuses MS-MUD and SUD.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a receiving apparatus, a receiving method, and a program that realizes these by a computer, which are suitable for performing wireless transmission with few errors.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a state of a frequency hopping pattern for each user and each value.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a pattern obtained on the receiving side when signals are transmitted to a plurality of users at the same time.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a receiving apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a flow of processing of a reception method executed in the reception device of the reception device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a relationship among a constant ρ, the number of stages, and a BER in an experiment in a receiving apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the number of users U and BER in experiments with various receiving apparatuses.
[Explanation of symbols]
101 receiving device 102 storage unit 103 receiving unit 104 generating unit 105 updating unit 106 collating unit

Claims (6)

記憶部と、受信部と、生成部と、更新部と、照合部と、を備える受信装置であって、
前記記憶部は、行列Aと、行列Bと、を記憶し、
前記受信部は、信号を受信して、その強度を当該行列Aの各要素に記憶させ、
前記生成部は、当該行列Aに記憶された強度が所定の閾値以上か否かを判定して、その結果を当該行列Bの各要素に記憶させ、
前記更新部は、他の受信装置に割り当てられたパターンが当該行列Bにマッチするか否かを判定し、マッチする場合、当該行列Aの当該パターンに対応する要素に０より大きく１より小さい所定の係数を乗じて、当該行列Aを更新し、
前記照合部は、前記生成部と前記更新部による処理を所定の回数繰り返した後、当該受信装置に割り当てられたパターンが当該行列Bにマッチするか否かを判定し、マッチする場合、当該パターンに割り当てられた値を出力する
ことを特徴とする受信装置。A receiving device comprising a storage unit, a receiving unit, a generating unit, an updating unit, and a collating unit,
The storage unit stores a matrix A and a matrix B,
The receiving unit receives a signal, stores the intensity in each element of the matrix A,
The generation unit determines whether the intensity stored in the matrix A is equal to or greater than a predetermined threshold, and stores the result in each element of the matrix B,
The updating unit determines whether or not a pattern assigned to another receiving apparatus matches the matrix B. If there is a match, a predetermined value greater than 0 and less than 1 is set to an element corresponding to the pattern of the matrix A. The matrix A is updated by multiplying by the coefficient of
The collation unit, after repeating the processing by the generation unit and the update unit a predetermined number of times, determines whether the pattern assigned to the receiving device matches the matrix B, and if it matches, the pattern A receiving apparatus characterized by outputting a value assigned to. 請求項１に記載の受信装置であって、
前記受信部は、伝送すべき値に割り当てられた周波数ホッピングパターンであって、ユーザごとに異なる周波数ホッピングパターンに対応したトーン信号を送信する送信装置から送信される信号を受信し、
当該行列Aの各要素は、当該周波数ホッピングパターンに含まれる各周波数に対応付けられ、
前記受信部は、信号の各周波数における強度を当該行列Aのこれに対応付けられた要素に記憶させ、
当該所定の係数は、０.３以上０.５以下である
ことを特徴とする受信装置。The receiving device according to claim 1,
The reception unit is a frequency hopping pattern assigned to a value to be transmitted, and receives a signal transmitted from a transmission device that transmits a tone signal corresponding to a frequency hopping pattern different for each user ,
Each element of the matrix A is associated with each frequency included in the frequency hopping pattern,
The receiving unit stores the intensity at each frequency of the signal in an element associated with this of the matrix A,
The predetermined coefficient to a receiving apparatus, characterized in that 0.3 to 0.5. 請求項１に記載の受信装置であって、
前記受信部は、伝送すべき値に割り当てられた周波数ホッピングパターンであって、ユーザごとに異なる周波数ホッピングパターンに対応したトーン信号を送信する送信装置から送信される信号を受信し、
当該行列Aの各要素は、当該周波数ホッピングパターンに含まれる各周波数に対応付けられ、
前記受信部は、信号の各周波数における強度を当該行列Aのこれに対応付けられた要素に記憶させ、
当該所定の回数は、１回または２回である
ことを特徴とする受信装置。The receiving device according to claim 1,
The reception unit is a frequency hopping pattern assigned to a value to be transmitted, and receives a signal transmitted from a transmission device that transmits a tone signal corresponding to a frequency hopping pattern different for each user ,
Each element of the matrix A is associated with each frequency included in the frequency hopping pattern,
The receiving unit stores the intensity at each frequency of the signal in an element associated with this of the matrix A,
The predetermined number of times, the reception apparatus which is a once or twice. 行列Aと、行列Bと、を記憶する記憶部を用い、受信工程と、生成工程と、更新工程と、照合工程と、を備える受信方法であって、
前記受信工程では、信号を受信して、その強度を当該行列Aの各要素に記憶させ、
前記生成工程では、当該行列Aに記憶された強度が所定の閾値以上か否かを判定して、その結果を当該行列Bの各要素に記憶させ、
前記更新工程は、他の受信装置に割り当てられたパターンが当該行列Bにマッチするか否かを判定し、マッチする場合、当該行列Aの当該パターンに対応する要素に０より大きく１より小さい所定の係数を乗じて、当該行列Aを更新し、
前記照合工程では、前記生成工程と前記更新工程による処理を所定の回数繰り返した後、当該受信装置に割り当てられたパターンが当該行列Bにマッチするか否かを判定し、マッチする場合、当該パターンに割り当てられた値を出力する
ことを特徴とする方法。A receiving method using a storage unit that stores a matrix A and a matrix B, and including a receiving process, a generating process, an updating process, and a matching process,
In the receiving step, a signal is received and the intensity is stored in each element of the matrix A,
In the generation step, it is determined whether or not the intensity stored in the matrix A is equal to or greater than a predetermined threshold, and the result is stored in each element of the matrix B.
The updating step determines whether or not a pattern assigned to another receiving apparatus matches the matrix B. If there is a match, the element corresponding to the pattern of the matrix A is greater than 0 and less than 1 The matrix A is updated by multiplying by the coefficient of
In the matching step, after repeating the processing by the generation step and the update step a predetermined number of times, it is determined whether or not the pattern assigned to the receiving device matches the matrix B. A method characterized by outputting the value assigned to. 請求項４に記載の受信方法であって、
前記受信工程では、伝送すべき値に割り当てられた周波数ホッピングパターンであって、ユーザごとに異なる周波数ホッピングパターンに対応したトーン信号を送信する送信装置から送信される信号を受信し、
当該行列Aの各要素は、当該周波数ホッピングパターンに含まれる各周波数に対応付けられ、
前記受信工程では、信号の各周波数における強度を当該行列Aのこれに対応付けられた要素に記憶させ、
当該所定の係数は、０.３以上０.５以下である
ことを特徴とする方法。The reception method according to claim 4, wherein
In the receiving step, a frequency hopping pattern assigned to a value to be transmitted, which is a signal transmitted from a transmission device that transmits a tone signal corresponding to a frequency hopping pattern different for each user ,
Each element of the matrix A is associated with each frequency included in the frequency hopping pattern,
In the receiving step, the intensity at each frequency of the signal is stored in an element associated with this of the matrix A,
The predetermined coefficient is 0.3 or more and 0.5 or less. 請求項４に記載の受信方法であって、
前記受信工程では、伝送すべき値に割り当てられた周波数ホッピングパターンであって、ユーザごとに異なる周波数ホッピングパターンに対応したトーン信号を送信する送信装置から送信される信号を受信し、
当該行列Aの各要素は、当該周波数ホッピングパターンに含まれる各周波数に対応付けられ、
前記受信工程では、信号の各周波数における強度を当該行列Aのこれに対応付けられた要素に記憶させ、
当該所定の回数は、１回または２回である
ことを特徴とする方法。The reception method according to claim 4, wherein
In the receiving step, a frequency hopping pattern assigned to a value to be transmitted, which is a signal transmitted from a transmission device that transmits a tone signal corresponding to a frequency hopping pattern different for each user ,
Each element of the matrix A is associated with each frequency included in the frequency hopping pattern,
In the receiving step, the intensity at each frequency of the signal is stored in an element associated with this of the matrix A,
The predetermined number of times is once or twice.

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