JP4680107B2

JP4680107B2 - 受信装置及び受信方法

Info

Publication number: JP4680107B2
Application number: JP2006082414A
Authority: JP
Inventors: 武雄大関; 博康石川
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2026-03-24
Also published as: JP2007259210A

Description

本発明は、MIMO（Multiple Input Multiple Output）方式等に用いて好適な受信装置及び受信方法に関する。

従来、移動通信システムや無線ローカルエリアネットワーク（無線LAN）システムなどに適用する無線伝送方式として、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：OFDM）方式とMIMO方式を組み合わせたMIMO-OFDM方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、OFDM方式の特徴を利用し、複数のユーザ（端末局）が１OFDMシンボル内の異なるサブキャリアを使い分けることによって複数のユーザと基地局との多元接続を実現する直交周波数分割多元接続（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：OFDMA）方式が知られている。OFDM方式では一般的に広帯域の周波数帯を用いるが、ユーザによって環境のよい周波数は異なるため、OFDMA方式では、ユーザ毎に１OFDMシンボル内で環境のよい周波数（サブキャリア）を選択して通信する。そのOFDMA方式とMIMO方式とを組み合わせたMIMO-OFDMA方式が検討されている。
特開２００５−６５１９７号公報

しかし、上述した従来のMIMO-OFDM方式では、送信側のアンテナと受信側のアンテナの間の各伝送路の変化に対して、安定した受信品質の維持を図ることが難しいという問題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、送信側のアンテナと受信側のアンテナの間の各伝送路の変化に対して、安定した受信品質の維持を図ることのできる受信装置及び受信方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る受信装置は、送信装置から複数の送信アンテナで各々送信された送信信号を少なくとも１つの受信アンテナで受信する受信装置において、前記送信アンテナと前記受信アンテナの間の各伝送路の伝達関数を推定する伝達関数推定手段と、前記送信信号の候補に前記伝達関数を反映させた参照信号を生成し、前記参照信号と前記受信アンテナの受信信号との尤度を計算する尤度算出手段と、前記送信信号の候補の出現確率を前記伝達関数で重み付けする重み演算手段と、前記重み付け後の出現確率に基づき、前記尤度を重み付けする尤度重み付け手段と、前記重み付け後の尤度に基づき、前記送信アンテナから各々送信された送信信号を判定する信号検出手段とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る受信装置においては、ＯＦＤＭ方式であることを特徴とする。

本発明に係る受信装置においては、ＯＦＤＭＡ方式であることを特徴とする。

本発明に係る受信装置においては、前記信号検出手段の判定結果に対し、誤り訂正復号を行う復号手段を備え、前記重み演算手段は、該復号の過程から得られる復号結果の確からしさを前記出現確率に用いることを特徴とする。

本発明に係る受信方法は、送信装置から複数の送信アンテナで各々送信された送信信号を少なくとも１つの受信アンテナで受信する受信方法であって、前記送信アンテナと前記受信アンテナの間の各伝送路の伝達関数を推定する第１の過程と、前記送信信号の候補に前記伝達関数を反映させた参照信号を生成し、前記参照信号と前記受信アンテナの受信信号との尤度を計算する第２の過程と、前記送信信号の候補の出現確率を前記伝達関数で重み付けする第３の過程と、前記重み付け後の出現確率に基づき、前記尤度を重み付けする第４の過程と、前記重み付け後の尤度に基づき、前記送信アンテナから各々送信された送信信号を判定する第５の過程とを含むことを特徴とする。

本発明に係る受信方法においては、前記送信信号の判定結果に対し、誤り訂正復号を行う第６の過程をさらに含み、前記第３の過程において、該復号の過程から得られる復号結果の確からしさを前記出現確率に用いることを特徴とする。

本発明によれば、送信側のアンテナと受信側のアンテナの間の各伝送路の変化に対して、安定した受信品質の維持を図ることができる。これにより、MIMO方式、MIMO-OFDM方式、MIMO-OFDMA方式等における受信性能の向上に寄与することができる。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態ではMIMO-OFDMA方式の無線通信システムを例に挙げて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るMIMO-OFDMA方式の無線通信システムの構成を示すブロック図である。図１に示す無線通信システムおいて、送信機１００は、Ｎ_Ｔ本の送信アンテナ１１０（＃１〜＃Ｎ_Ｔ）を用いて複数のOFDMA信号を空間多重送信する。各送信アンテナ１１０（＃１〜＃Ｎ_Ｔ）からは異なったOFDMA信号が送信される。

受信機２００は、Ｎ_Ｒ本の受信アンテナ２１０（＃１〜＃Ｎ_Ｒ）を用いて、送信機１００からＮ_Ｔ本の送信アンテナ１１０（＃１〜＃Ｎ_Ｔ）で各々送信されたOFDMA信号を受信する。受信機２００は、受信アンテナ２１０（＃１〜＃Ｎ_Ｒ）でそれぞれ受信した受信信号（Ｎ_Ｒ個）から、送信機１００のＮ_Ｔ本の送信アンテナ１１０（＃１〜＃Ｎ_Ｔ）からそれぞれ送信された送信信号（Ｎ_Ｔ個）を得るための信号分離・検出処理を行う。受信機２００は、信号分離・検出処理により得られた送信信号から、自受信機宛のデータのみを取り出す。

このように、送信側と受信側のそれぞれで複数のアンテナを用いて信号を空間多重するMIMO方式をOFDMA方式に適用することで、OFDMA方式の高速化を図っている。なお、受信側の受信アンテナ２１０については、複数備えることは必須ではなく、少なくとも１つあればよい。

図２、図３は、図１に示す無線通信システムの受信機２００、送信機１００の構成を示すブロック図である。図２には、本発明の一実施形態に係る受信機２００の構成が示されている。図３には、受信機２００に対応する送信機１００の構成が示されている。

初めに、図３を参照して、送信機１００を説明する。
送信機１００において、スケジューラ１０１は、複数のユーザ（受信機２００）に対して、各ユーザが要求するQoS（Quality of Service）又は受信機２００から送られた伝達関数に応じた無線送信スケジューリングを行い、各ユーザ宛の情報ビット系列を並び替える。無線送信スケジューリングでは、ユーザ毎に、そのユーザ宛の情報ビットを、どの送信アンテナ１１０から、どのOFDMAシンボルのどのサブキャリアで送信するのかを決定する。受信機２００から送られた伝達関数は、当該ユーザ（受信機２００）と送信機１００のアンテナ間の各伝送路の伝達関数である。

Ｓ／Ｐ変換器１０２は、スケジューラ１０１出力後の情報ビット系列を送信アンテナ１１０の数分のＮ_Ｔ個のビット系列に分割する。これ以降は、分割後のビット系列毎に処理される。その各ビット系列の処理は、Ｎ_Ｔ本の送信アンテナ１１０（＃１〜＃Ｎ_Ｔ）にそれぞれ接続される送信系統に分けて行われる。

符号化器１０３は、Ｓ／Ｐ変換器１０２による分割後のビット系列を誤り訂正符号化する。その符号化ビット系列は、インタリーバ１０４でインタリーブされる。

OFDMA変調器１０５において、Ｓ／Ｐ変換器１０５１は、インタリーブ後の符号化ビット系列をサブキャリア数（Ｎ個）分に分割する。Ｎ個のサブキャリア変調器１０５２は、そ分割後のビット系列から、それぞれのサブキャリアの変調シンボルを生成する。これにより、Ｎ個のサブキャリアの変調シンボルが生成される。そのＮ個のサブキャリアの変調シンボルは、ＩＦＦＴ１０５３で逆フーリエ変換処理が施され、周波数領域の信号から時間領域の信号に変換される。次いで、その時間領域の信号に対して、ガードインターバル（GI）挿入部１０５４により、その時間信号の後半の一部がGIとして時間信号の前半に付加されて、OFDMAシンボルが生成される。OFDMAシンボルから構成されるOFDMA信号は、波形整形フィルタ１０６で帯域制限のために波形整形され、さらにRF周波数帯に周波数変換された後に、送信アンテナ１１０から送信される。

次に、図２を参照して、受信機２００を説明する。
受信機２００において、Ｎ_Ｒ本の受信アンテナ２１０（＃１〜＃Ｎ_Ｒ）で各々受信されたOFDMA信号は、各受信アンテナ２１０に接続されるブランチメトリック生成器２０１（＃１〜＃Ｎ_Ｒ）で処理される。

受信アンテナ２１０で受信されたOFDMA信号は、ブランチメトリック生成器２０１において、先ず波形整形フィルタ２０１１で波形整形され、さらにGI除去部２０１２でGIが除去される。このGI除去後の信号はＦＦＴ２０１３でフーリエ変換処理が施され、時間領域の信号から周波数領域の信号に変換される。これにより、Ｎ個のサブキャリアの信号が生成される。次いで、サブキャリアの信号は、加算器２０１４により、参照信号生成器２０１６で生成された参照信号が負の信号として加算される（つまり、サブキャリアの信号から参照信号が減算される）。次いで、メトリック計算器２０１５は、加算器２０１４出力後の信号（つまり、サブキャリアの信号と参照信号の差）から、メトリックを計算する。なお、本実施形態では、尤度の一例としてメトリックを用いている。

参照信号生成器２０１６は、最尤検出器２０５から入力される信号候補に対して伝達関数推定器２２１で推定された伝達関数を反映させたものを、参照信号とする。最尤検出器２０５から入力される信号候補は、送信機１００から送信される送信信号の候補である。

上述のブランチメトリック生成器２０１により、Ｎ個のサブキャリア毎に、メトリックが生成される。これにより、各受信アンテナ２１０（＃１〜＃Ｎ_Ｒ）に接続されるブランチメトリック生成器２０１（＃１〜＃Ｎ_Ｒ）の各々から、Ｎ個のサブキャリア毎のメトリックが生成される。各メトリックは、乗算器２０２により、重み演算器２０３で生成された重みが乗算され、重み付けされる。その重み付け後のメトリックは、線形合成器２０４により、同じサブキャリア毎に線形合成される。その線形合成後のＮ個のサブキャリアのメトリック信号は、最尤検出器２０５に入力される。

重み演算器２０３は、最尤検出器２０５から入力される信号候補に関し、その出現確率に対して伝達関数推定器２２１で推定された伝達関数を反映させたものを、重みとする。この重み演算器２０３の重み生成動作と、上述のブランチメトリック生成器２０１のメトリック生成動作とは、最尤検出器２０５から入力される同じ信号候補を対象に同期して行われる。なお、最尤検出器２０５から入力される信号候補に関する出現確率としては、ビット単位の値の確からしさであってもよく、或いは、シンボル単位の値の確からしさであってもよい。

最尤検出器２０５は、線形合成後の各サブキャリアのメトリック信号から、サブキャリア毎に最尤推定処理を行う。その最尤推定処理では、送信機１００から送信された各サブキャリアの最も確からしい変調シンボルが、送信候補の各変調シンボルの中から、Ｎ_Ｔ本の送信アンテナ１１０（＃１〜＃Ｎ_Ｔ）毎に判定される。その判定結果として得られた、Ｎ個のサブキャリア毎にＮ_Ｔ個の変調シンボルは、送信機１００のＮ_Ｔ本の送信アンテナ１１０（＃１〜＃Ｎ_Ｔ）の各々から送信された送信信号として検出される。

また、最尤検出器２０５は、送信候補の各変調シンボルを送信信号候補として出力する。その送信信号候補は、ブランチメトリック生成器２０１の参照信号生成器２０１６及び重み演算器２０３で使用される。

最尤検出器２０５から出力された、Ｎ個のサブキャリア毎にＮ_Ｔ個の検出信号は、送信アンテナ１１０（＃１〜＃Ｎ_Ｔ）別に、Ｎ個のサブキャリアの信号に組み分けされて各Ｐ／Ｓ変換器２０６に入力される。Ｐ／Ｓ変換器２０６は、Ｎ個のサブキャリアの信号を一つのビット系列に変換する。次いで、そのビット系列は、デインタリーバ２０７でデインタリーブされてから、復号器２０８で誤り訂正復号化される。これにより、Ｎ_Ｔ個の復号ビット系列が生成される。

Ｐ／Ｓ変換器２０９は、そのＮ_Ｔ個の復号ビット系列を一つのビット系列に変換する。次いで、セレクタ２２０は、Ｐ／Ｓ変換器２０９出力後のビット系列から、自受信機宛のビットを受信ビットとして出力する。

伝達関数推定器２２１は、各受信アンテナ２１０（＃１〜＃Ｎ_Ｒ）で各々受信されたOFDMA信号と、プリアンブル信号生成器２２２で生成されたプリアンブル信号とに基づき、各受信アンテナ２１０（＃１〜＃Ｎ_Ｒ）と送信機１００の各送信アンテナ１１０（＃１〜＃Ｎ_Ｔ）との間の各伝送路の伝達関数を推定する。プリアンブル信号は、送信アンテナ１１０（＃１〜＃Ｎ_Ｔ）毎に、その送信信号に含まれる既知の信号である。

また、伝達関数推定器２２１によって推定された伝達関数は、送信機１００に送られる。

次に、上述の受信機２００における尤度重み付け処理について詳細に説明する。なお、上述の受信機２００では、メトリックを尤度として用いている。

図２に示す受信機２００において、最尤検出器２０５は、送信機１００の各送信アンテナ１１０（＃１〜＃Ｎ_Ｔ）のサブキャリア毎の送信信号候補を生成する。その送信信号候補は数１及び数２で表される。

参照信号生成器２０１６は、数１及び数２で表される送信信号候補と、伝達関数推定器２２１で推定された伝達関数とから、参照信号を生成する。その伝達関数は数３及び数４で表される。

参照信号生成器２０１６は、送信信号候補と伝達関数とを乗算し、参照信号として出力する。その参照信号の各要素はＦＦＴ２０１３の出力信号から減算される。そして、その減算結果からメトリックが計算される。メトリックは、Ｎ_Ｒ本の受信アンテナ２１０（＃１〜＃Ｎ_Ｒ）毎に、Ｎ個のサブキャリア分が生成される。

Ｎ_Ｒ本の受信アンテナ２１０（＃１〜＃Ｎ_Ｒ）毎のメトリックは、サブキャリア単位で、重み付け線形合成される。この重み付け線形合成に用いられる、各受信アンテナ２１０のサブキャリア毎の重みは、重み演算器２０３で、数５〜数９により計算される。

上述の実施形態によれば、送信信号候補に関する尤度が、送信信号候補の出現確率によって重み付けされる。さらに、その重み付けは、出現確率に対して伝達関数が反映される。つまり、伝送路毎に異なる伝達関数が送信信号候補の出現確率に反映された結果によって、送信信号候補に関する尤度が重み付けされる。これにより、重み付け後の尤度は送信信号候補の出現確率及び伝送路の状態が反映されたものとなるので、その重み付け後の尤度を用いる最尤推定処理の精度が格段に向上する。この結果、送信側のアンテナと受信側のアンテナの間の各伝送路の変化に対して、安定した受信品質の維持を図ることが可能になる。

なお、送信される情報シンボルの出現確率が直接的に分かっていない場合であっても、変調方式が既知であれば、情報ビットの出現確率として得ることができる。また、その情報ビットの出現確率から情報シンボルの出現確率を得るようにしてもよい。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。

図４、図５は、図１に示す無線通信システムの受信機２００、送信機１００として適用可能な受信機２００ａ、送信機１００ａの構成を示すブロック図である。図４には、本発明の他の実施形態に係る受信機２００ａの構成が示されている。図５には、受信機２００ａに対応する送信機１００ａの構成が示されている。

送信機１００ａ及び受信機２００ａでは、誤り訂正符号としてターボ符号を用いる。図５に示されるように、送信機１００ａはターボ符号化器１０３ａを備える。送信機１００ａにおいて、ターボ符号化器１０３ａ以外の構成は、図３の送信機１００と同じである。

また、図４に示されるように、受信機２００ａはターボ復号器２０８ａを備える。そのターボ復号器２０８ａの復号結果である事後値が、送信信号候補の出現確率として重み演算器２０３に入力される。事後値は、復号結果の確からしさを表している。なお、受信機２００ａにおいて、ターボ復号器２０８ａに係る部分以外の構成は、図２の受信機２００と同じである。

なお、送信信号候補の出現確率としては、上述の事後値の他、外部値、或いは事後値及び外部値の両方を加味した値を用いるようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、誤り訂正符号としては、例えば、低密度パリティ検査符号（Low-Density Parity-Check Codes；ＬＤＰＣ符号）を利用するようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、MIMO-OFDMA方式を例に挙げて説明したが、本発明はMIMO方式及びMIMO-OFDM方式にも同様に適用することができる。

また、本発明は、移動通信システム、無線ＬＡＮシステム、地上波ディジタルテレビジョン放送システム等、各種の無線伝送システムに適用することができる。さらには、光ファイバケーブル等の通信ケーブルを用いた有線の伝送システムにも同様に適用可能である。なお、有線の伝送システムにおいては、送信アンテナは通信ケーブルに信号を送信するものを指し、また、受信アンテナは通信ケーブルから信号を受信するものを指す。

本発明の一実施形態に係るMIMO-OFDMA方式の無線通信システムの構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る受信機２００の構成を示すブロック図である。同実施形態に係る送信機１００の構成を示すブロック図である。本発明の他の実施形態に係る受信機２００ａの構成を示すブロック図である。同実施形態に係る送信機１００ａの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００…送信機、１１０…送信アンテナ、２００…受信機、２０１…ブランチメトリック生成器、２０２…乗算器、２０３…重み演算器、２０４…線形合成器、２０５…最尤検出器、２０６…Ｐ／Ｓ変換器、２０７…デインタリーバ、２０８…復号器、２０８ａ…ターボ復号器、２０９…Ｐ／Ｓ変換器、２１０…受信アンテナ、２２０…セレクタ、２２１…伝達関数推定器、２２２…プリアンブル信号生成器、２０１３…ＦＦＴ、２０１４…加算器、２０１５…メトリック計算器、２０１６…参照信号生成器

Claims

送信装置から複数の送信アンテナで各々送信された送信信号を少なくとも１つの受信アンテナで受信する受信装置において、
前記送信アンテナと前記受信アンテナの間の各伝送路の伝達関数を推定する伝達関数推定手段と、
前記送信信号の候補に前記伝達関数を反映させた参照信号を生成し、前記参照信号と前記受信アンテナの受信信号との尤度を計算する尤度算出手段と、
前記送信信号の候補の出現確率を前記伝達関数で重み付けする重み演算手段と、
前記重み付け後の出現確率に基づき、前記尤度を重み付けする尤度重み付け手段と、
前記重み付け後の尤度に基づき、前記送信アンテナから各々送信された送信信号を判定する信号検出手段と、
を備えたことを特徴とする受信装置。
ＯＦＤＭ方式であることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
ＯＦＤＭＡ方式であることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
前記信号検出手段の判定結果に対し、誤り訂正復号を行う復号手段を備え、
前記重み演算手段は、該復号の過程から得られる復号結果の確からしさを前記出現確率に用いる、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の受信装置。
送信装置から複数の送信アンテナで各々送信された送信信号を少なくとも１つの受信アンテナで受信する受信方法であって、
前記送信アンテナと前記受信アンテナの間の各伝送路の伝達関数を推定する第１の過程と、
前記送信信号の候補に前記伝達関数を反映させた参照信号を生成し、前記参照信号と前記受信アンテナの受信信号との尤度を計算する第２の過程と、
前記送信信号の候補の出現確率を前記伝達関数で重み付けする第３の過程と、
前記重み付け後の出現確率に基づき、前記尤度を重み付けする第４の過程と、
前記重み付け後の尤度に基づき、前記送信アンテナから各々送信された送信信号を判定する第５の過程と、
を含むことを特徴とする受信方法。
前記送信信号の判定結果に対し、誤り訂正復号を行う第６の過程をさらに含み、
前記第３の過程において、該復号の過程から得られる復号結果の確からしさを前記出現確率に用いる、
ことを特徴とする請求項５に記載の受信方法。