JP4624389B2 - 無線受信装置、及び無線通信システム - Google Patents
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Description
津村 茂彦、原 嘉孝、原 晋介、「上り回線におけるMC-CDMA方式とCP-DS-CDMA方式の特性比較」、電子情報通信学会、信学技報、RCS2003-370、pp.101-106, 2004年3月.
これにより、ブロック間干渉の影響の少ない信号の部分を矩形窓フィルタにより抽出することが可能となる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態は、以下に説明する図1に示す無線送信装置1−1〜1−Uと、図2に示す無線受信装置2とを備えた無線通信システムである。
図1は、第1実施形態に係る第u番目の端末局装置に相当する無線送信装置1の内部構成を示す概略ブロック図である。なお、無線送信装置1−uと同じ構成を備えた無線送信装置がU個存在するもの(以下、このような無線送信装置を無線送信装置1−1〜1−Uという)として以下の説明を行う。無線送信装置1−uは、誤り訂正符号化器1101−u、インターリーバ回路1102−u、変調器1103−u、拡散器1104−u、波形整形回路1105−u、D/A変換器1106−u、無線部1107−u、送信アンテナ1108−uを備える。
図2は、第1実施形態に係る基地局装置に相当する無線受信装置2の内部構成を示す概略ブロック図である。
例えば、各無線送信装置1−1〜1−Uの送信信号内に予め定められたタイミング検出用トレーニング信号を挿入し、無線受信装置2では、受信信号と当該タイミング検出用トレーニング信号の相関を算出することによって、各無線送信装置1−1〜1−Uの到来タイミングを推定する方法などがある。
また、各無線送信装置1−1〜1−Uに、上記のタイミング検出用トレーニング信号として予め異なるタイミング検出用トレーニング信号を割り当てるようにしてもよく、その他、各無線送信装置1−1〜1−Uにおいて、予め定められた複数のタイミング検出用トレーニング信号のうち、ランダムに1つを選択して送信する方法もある。
次に、図3及び図4を参照しつつ、前述した読出部1212及び矩形フィルタ回路1208−1〜1208−Uにより行われる処理の原理について説明する。
無線受信装置2側では、図3に示すように遅延の異なる複数のパスから構成される伝搬路を通じて到来した全無線送信装置1−1、1−2からの信号の重ね合わせの形式で無線信号を受信する。この受信信号に対し、図3に示す範囲(図3の「直交変換器入力」と記載された矢印の範囲)の信号を入力値として、直交変換器1204にて直交変換を行うと、無線送信装置1−1については、「a」の部分、無線送信装置1−2については、「x」の部分の信号の周期性は保たれている。一方、「b」、「c」、「y」、「z」の部分は周期性が保たれていないのでブロック間干渉(IBI:Inter-Block Interference)となる。ここで、マルチユーザ検出器1205−1〜1205−U及び逆直交変換器1206−1〜1206−Uによる信号分離、及び逆拡散器1207−1〜1207−Uによる逆拡散が行われた後のIBI成分は、ブロック区間全体には広がらず、主にブロックの両端近辺の信号にのみ影響を与えることになる。そのため、図4の下図に示すように矩形フィルタ回路1208−1〜1208−UによりIBIの影響が少ないブロックの中央部分のNw個の信号のみを取り出して復調することで、IBIの影響を回避することができることになる。
まず、受信信号について説明する。以下では、U個の無線送信装置1−1〜1−Uが無線受信装置2に通信することを想定する。
受信アンテナ1200で受信されるベースバンドにおける受信信号で、m番目に直交変換器1204に入力されるN×1の入力信号ベクトルは、次式(1)のように示すことができる。
次に、図5を参照しつつマルチユーザ検出重み演算器1300の構成について説明する。図5は、マルチユーザ検出重み演算器1300の内部構成を示した概略ブロック図である。マルチユーザ検出重み演算器1300は、読出部1212に接続されるチャンネルインパルス応答推定部1401−1〜1401−U、チャンネルインパルス応答推定部1401−1〜1401−Uに接続される行列ハットH1(m)計算部1402−1〜行列ハットHU(m)計算部1402−U、行列ハットX1(m)計算部1403−1〜行列ハットXU(m)計算部1403−U、行列ハットY1(m)計算部1404−1〜行列ハットYU(m)計算部1404−Uとを備えている。ここで、行列ハットH、行列ハットX、行列ハットYは、図5に示すように、H、X、Yの上に「^」が記載される表記に対応し、行列H、行列X、行列Yは、H、X、Yがボールド体で表記されるものに対応する。
なお、雑音電力の推定は、例えば、受信信号電力と、推定した伝達関数の電力の和との差から求めることもできる。受信信号電力と、推定した伝達関数の電力の和との差から求める場合、伝達関数を推定することができなかった遅延成分の電力は、雑音電力に加算されることになる。また、その他、受信アンテナ1200で信号が受信されていない時間区間を検出し、検出した区間において測定した受信電力から雑音電力を測定することも可能である。
また、前述したチャネルインパルス応答推定部1401−1〜1401−Uによるチャネルインパルス応答の推定は、時間信号を入力信号として推定を行っているが、直交変換器1204による直交変換後の受信信号を入力信号としてチャネルインパルス応答の推定を行うことも可能である。また、上述したマルチユーザ検出重み演算器1300では、雑音電力推定部1409で雑音電力を推定しているが、前述した式(26)で示される(重み2)を用いる場合、この部分は不要となる。
次に、無線送信装置1−1〜1−Uと、無線受信装置2による信号処理について説明する。前提として、以下の説明では、信号送信を行う通信フレームの前に、各無線送信装置1−1〜1−Uからの受信タイミングは推定できているものとする。
まず、無線送信装置1−1〜1−Uによる送信処理について説明する。ここでは、第u番目の無線送信装置1−uの信号処理について説明する。まず、誤り訂正符号化器1101−uは、第u番目の無線送信装置1−uで送信されるバイナリデータ系列を入力信号として、誤り訂正符号化されたバイナリデータ系列を出力する。インターリーバ回路1102−uでは、該誤り訂正符号化器1101−uの出力を入力として、インターリーブしたデータ系列を出力する。その後、変調器1103−uは、インターリーブされたデータ系列を変調し、シンボル系列を出力する。拡散器1104−uは、該変調されたシンボル系列を入力として、各無線送信装置1−1〜1−Uにて予め割り当てられた拡散率Jの拡散符号系列によって拡散し、拡散した結果を出力する。
次に、無線受信装置2による受信処理について説明する。受信アンテナ1200で受信された信号は、その信号系列を入力信号として無線部1201に入力される。無線部1201は、入力される信号に対して周波数変換を行い周波数変換により得られたベースバンド信号を、A/D変換器202に出力する。A/D変換器1202は、入力されるベースバンド信号に対してアナログ/デジタル変換を行い、変換したデジタル信号をメモリ1203に記録する。読出部1212は、図4を参照して説明したように、Nw×J個ずつ先頭位置をシフトさせながら、N個ずつデータ系列を読み出し、読み出したN個のデータ系列を直交変換器1204に入力するとともに、マルチユーザ検出重み演算器1300に入力する。
次に、本発明の第2実施形態にかかる矩形窓フィルタのサイズを可変とする構成について説明する。第1実施形態における無線通信システムでは、無線送信装置1−1〜1−Uごとに伝搬路(チャネルインパルス応答)が異なるため、無線送信装置1−1〜1−UごとにIBIの影響を大きく受けているブロックの端の信号数も異なる。そこで、チャネル推定を行った結果に基づいて、IBIの影響を受けている信号が最も多い無線送信装置1−1〜1−Uに合わせて、除去する前半部の信号数Mh、及び後半部の信号数Mt、矩形フィルタにて抽出する信号数Nw(矩形窓フィルタの大きさに相当)を適用的に変化させることで伝送品質を改善することが可能となる。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。ブロックの端のIBIの影響を大きく受けている信号数は、直交変換器1204のサイズNによらず一定である。そこで、直交変換器1204が高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)を行う場合、入力信号数及び出力信号数をN=2n、逆拡散後に矩形フィルタ回路1208−1〜1208−Uにより抽出する信号数がNwであるとき、1つの信号あたりのFFT演算量が最も少なくすむnの値は次式(28)で与えられることになる。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。第1実施形態では、IBIによる影響がブロックの端の信号ほど大きくなるため、逆直交変換器1206−1〜1206−Uによる逆直交変換後の信号に対して、ブロックの中心の信号ほど信頼性が高く、すなわち誤り率が小さくなり、ブロックの端へ行くほど信頼性が低く、すなわち誤り率が大きくなる。
次に、本発明の第5実施形態について説明する。
第5実施形態は、第1から第4実施形態かかる無線受信装置2におけるマルチユーザ検出の代わりに、逐次干渉除去により信号を分離する無線受信装置3を備えた無線通信システムである。
1200 アンテナ
1201 無線部
1202 A/D変換器
1203 メモリ
1212 読出部
1204 直交変換器
1205−1〜1205−U マルチユーザ検出器
1206−1〜1206−U 逆直交変換器
1207−1〜1207−U 逆拡散器
1208−1〜1208−U 矩形フィルタ回路
1209−1〜1209−U 復調器
1210−1〜1210−U デ・インターリーバ回路
1211−1〜1211−U 誤り訂正復号器
1300 マルチユーザ検出重み演算器
Claims (9)
- 複数の無線送信装置から送信された無線信号を受信するアンテナと、
前記無線信号から抽出される拡散状態の信号系列から、逆拡散後の信号のフィルタリングに用いられる矩形窓フィルタの大きさと前記拡散状態に応じた拡散係数とに基づいて定められる個数ずつ先頭をずらして、信号のブロック単位であるN個ずつ信号を読み出す読出手段と、
前記読出手段が読み出したN個の信号を直交変換する直交変換部と、
前記複数の無線送信装置ごとに、前記無線送信装置の送信信号の検出に用いられる前記拡散状態を考慮したN個の重みを算出する重み演算部と、
前記重み演算部が算出した前記無線送信装置ごとのN個の重みと、前記直交変換部により直交変換された信号とに基づいて、前記複数の無線送信装置ごとの信号を検出する複数の検出部と、
前記複数の検出部が検出した信号ごとに逆直交変換を行う複数の逆直交変換部と、
前記複数の逆直交変換部から出力される信号ごとに前記拡散状態に応じて予め定められる拡散符号を用いて逆拡散を行う複数の逆拡散器と、
前記複数の逆拡散器から出力される信号ごとに前記矩形窓フィルタを用いてブロック間干渉の影響を受けている部分についてフィルタリングを行う複数の矩形フィルタ部と、
前記複数の矩形フィルタ部が出力するNw個の信号ごとに復調を行う複数の復調部と、
を備えた無線受信装置であって、
前記重み演算部は、
前記無線信号に基づいて前記複数の無線送信装置との間のチャネルのチャネルインパルス応答情報を推定するチャネルインパルス応答推定部と、
前記無線信号に基づいて前記複数の無線送信装置で用いられた拡散符号系列を出力する拡散符号系列計算部と、
前記チャネルインパルス応答推定部が推定したチャネルインパルス応答情報と、前記拡散符号系列計算部が出力する拡散符号系列とに基づいて、伝達関数と、ブロック間干渉成分のチャネル成分及び拡散符号系列とを推定する演算部と、
前記演算部が推定したチャネルごとの伝達関数と、ブロック間干渉成分のチャネル成分及び拡散符号系列とに基づいて前記複数の無線送信装置ごとにN個の重みを算出するマルチユーザ検出重み計算部と、
を備えたことを特徴とする無線受信装置。 - 前記演算部は、
前記チャネルインパルス応答推定部が推定したチャネルインパルス応答情報と、前記拡散符号系列計算部が出力する拡散符号系列とに基づいて伝達関数と、信号のブロックの前方からのブロック間干渉成分のチャネル成分及び拡散符号系列と、信号のブロックの後方からのブロック間干渉成分のチャネル成分及び拡散符号系列とを推定する
ことを特徴とする請求項1に記載の無線受信装置。 - 前記演算部は、
前記無線信号に基づいて雑音電力成分を推定する雑音電力推定部を備え、
前記マルチユーザ検出重み計算部は、
前記雑音電力推定部が推定した雑音電力成分を加えて前記複数の無線送信装置ごとにN個の重みを算出する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の無線受信装置。 - 前記複数の矩形フィルタ部から出力される信号に基づいて、前記無線送信装置ごとに逐次干渉成分の第1のレプリカ信号を生成する第1のレプリカ生成部を備え、
前記複数の検出部は、
前記重み演算部が算出したN個の重みと、前記第1のレプリカ生成部が逐次生成する前記第1のレプリカ信号により干渉成分が除去され前記直交変換部により直交変換された信号とに基づいて前記複数の無線送信装置ごとの信号を検出する
ことを特徴とする請求項1に記載の無線受信装置。 - いずれか1つの前記検出部により前記重み演算部が算出したN個の重みと、前記第1のレプリカ生成部が逐次生成する前記第1のレプリカ信号により干渉成分が除去され前記直交変換部により直交変換された信号とに基づいて当該検出部に対応する無線送信装置の信号が検出された場合、当該検出部に対応する前記矩形フィルタ部から出力される信号に基づいて、当該検出部以外のいずれか1つの検出部に対応する前記無線送信装置の逐次干渉成分の第2のレプリカ信号を生成する第2のレプリカ生成部を備え、
当該検出部以外のいずれか1つの検出部は、
前記重み演算部が算出したN個の重みと、前記第1のレプリカ生成部が逐次生成する前記第1のレプリカ信号により干渉成分が除去され前記第2のレプリカ生成部が逐次生成する前記第2のレプリカ信号により干渉成分が除去され前記直交変換部により直交変換された信号とに基づいて当該検出部以外のいずれか1つの検出部に対応する無線送信装置の信号を検出する
ことを特徴とする請求項4に記載の無線受信装置。 - 前記矩形フィルタ部は、
ブロック間干渉の影響を最も多く受けている無線送信装置に対応して、前記矩形窓フィルタの大きさNwサンプルを算出し、算出した大きさの前記矩形窓フィルタによりフィルタリングを行う
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の無線受信装置。 - 前記直交変換部は、
直交変換として高速フーリエ変換を行い、前記高速フーリエ変換の入出力信号数を、前記矩形窓フィルタの大きさに基づいて算出し、算出した入出力信号数に基づいて高速フーリエ変換を行う
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の無線受信装置。 - 前記矩形フィルタ部からの出力に対して、縦がNw/2で、横がNx(Nxは任意の正数)で構成されるブロック・デ・インターリーバを行うデ・インターリーブ部
を具備することを特徴とする請求項1から7のいずれか1つに記載の無線受信装置。 - 請求項1に記載の無線受信装置と、
アンテナを備え、該アンテナにより前記無線受信装置に対して無線信号を送信する無線送信装置であって、送信信号系列に対して、縦がNw/2で、横がNx(Nxは任意の正数)で構成されるブロック・インターリーバを行うシンボル・インターリーブ部を具備することを特徴とする無線送信装置と、
により構成されることを特徴とする無線通信システム。
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