JP4691119B2 - ウェイト演算装置、及び、ウェイト演算方法 - Google Patents
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Description
このウェイトの推定値の算出方法の一つにSMI(Sample Matrix Inversion)がある。以下、SMIによるウェイトの推定値の算出手順について、図面を用いて説明する。
パイロット信号xの処理において、直/並列変換部114−1が、デジタル信号化されたパイロット信号xをN個ずつ直並列変換したのち、離散フーリエ変換部115−1が、Nポイントの離散フーリエ変換を施すことにより、処理対象のパイロット信号部分は、N個の周波数成分に変換される。そして、離散フーリエ変換部115−1は、周波数成分に変換したパイロット信号部分を、周波数成分ごとにウェイト演算部120−1−1〜120−N−Uに出力する。
上述したウェイトベクトル算出部125−k−uが算出するウェイトベクトルw(u,k)は、第u番目の送信端末の信号を検出するための等化処理に用いるウェイトの推定値である。
石原、他2名、「マルチユーザ ディテクション メソッド フォア シングルキャリア トランスミッション イン アップリンク マルチユーザ MIMO アクセス(Multiuser Detection Method for Single-Carrier Transmission in Uplink Multiuser MIMO Access)」、第66回 アイトリプルイー(IEEE) VTC−2007 秋 抄録集(Vehicular Technology Conference, 2007. VTC-2007 Fall. 2007 IEEE 66th)、(米国)、IEEE、2007年9月30日、p.566−570 ジェイ ケイ ケイヴァーズ(J. K. Cavers)、「アン アナリシス オブ パイロット シンボル アシステッド モデュレーション フォア リレー フェイディング チャンネルズ(An analysis of pilot symbol assisted modulation for Rayleigh fading channels)」、アイトリプルイー トランスアクションズ(IEEE Transactions)、(米国)、IEEE、1991年11月、第40巻、第4号、p.686−693 留場 宏道、他2名、「非整数倍の遅延時間を有するチャネルにおけるシングルキャリア伝送の誤り率特性」、信学技報、電子情報通信学会、2006年1月、RCS2005−146、p.131−136 菊間 信良、「アレーアンテナによる適応信号処理」、刊行物名、科学技術出版、1998年11月、p.42−43
これにより、真のウェイトのインパルス応答の時間領域において中央部分の値がゼロとなる特性を、ウェイト値の第2の推定値のインパルス応答に反映することができ、ウェイト値の第1の推定値の算出精度を向上させることが可能になるという効果がある。
これにより、ウェイト値の第2の推定値の算出に用いるパイロット信号部分におけるNポイントずつのサンプル数が増加することにより、所定のパイロット信号長に対するウェイトの推定値の算出精度を向上させることが可能になるという効果がある。
これにより、受信装置が並直列変換手段と、フーリエ変換手段とをさらに備えることによる回路数の増大を抑制することと、ウェイト値の第2の推定値の算出に用いるパイロット信号部分におけるNポイントずつのサンプル数を増加させ、所定のパイロット信号長に対するウェイトの推定値の算出精度を向上させることとを両立することが可能になるという効果がある。
これにより、ウェイト値の第2の推定値のインパルス応答の電力値に応じて、真のウェイト値のインパルス応答の特性を、ウェイト値の第2の推定値のインパルス応答に反映することができ、ウェイト値の第1の推定値の算出精度を向上させることが可能になるという効果がある。
これにより、雑音成分、及び、干渉を低減しつつ、ウェイト値の推定値のインパルス応答の打切りを抑制することが可能になるという効果がある。
以下、本発明による広帯域シングルキャリア伝送における無線通信システム100の第1実施形態を図面を参照して説明する。図1は、本実施形態における無線通信システム100を示す概略ブロック図である。無線通信システム100は、無線信号の受信機としての受信装置1、無線信号のU個(ただし、1≦U)の送信機としての送信端末2−1〜2−Uを備える。なお、本実施形態においては、受信装置1に同時に同一周波数で送信端末2−1〜2−Uが無線信号を送信する場合を例に説明する。
ここで、第一直/並列変換部14−1は、第一記憶部13−1から入力された信号を直並列変換したデータ信号部分にフラグ「1」を付与し、切換部12−1から入力された信号を直並列変換したパイロット信号xにフラグ「0」を付与して、変換した信号を第一離散フーリエ変換部15−1に出力する。
第一逆離散フーリエ変換部17−uは、入力された送信端末2−uの信号に、Nポイントの逆離散フーリエ変換処理を施し、第一並/直列変換部18−uに出力する。第一並/直列変換部18−uは、入力された送信端末2−uの逆フーリエ変換後の信号に並直列変換処理を行い、シンボル抽出部19−uに出力する。シンボル抽出部19−uは、送信端末2−uが送信したデータ信号部分の推定データシンボルとして、第一並/直列変換部18−uから入力される信号の中央部分A個のシンボルを抜き出し、出力する。
以上が、受信装置1の構成の概略である。なお、図2において、細い矢印で示す結線における出力信号は、スカラーであることを示しており、白抜きの破線による太矢印で示す結線における出力信号は、行列であることを示す。
ウェイト演算部20−uは、相関行列算出部203−1−u〜203−N−u、相関ベクトル算出部204−1−u〜204−N−u、ウェイトベクトル算出部205−1−u〜205−N−u、第二逆離散フーリエ変換部207−1−u〜207−NR−u、フィルタ部208−1−u〜208−NR−u、第二離散フーリエ変換部209−1−u〜209−NR−u、合成部300−uを備える。また、ウェイト演算部20−uは、第一離散フーリエ変換部15−1〜15−NRから入力されるパイロット信号xと、ウェイト演算部20−uが図示しない記憶領域に予め記憶している送信端末2−uから送信されるパイロット信号yとに基づき、SMI法を適用し、送信端末2−uのウェイト値の推定値を算出し、等化部16−1〜16−Nに出力する。
第一離散フーリエ変換部15−1〜15−NRの全てが、パイロット信号xの周波数成分をウェイト演算部20−uに入力すると、相関行列算出部203−k−uは、入力されたパイロット信号xの第k周波数成分から、以下に示す(式4)に基づき、第k周波数成分の相関行列の推定値Rxx(k)を算出する。ここで、上付きの「H」は、エルミート転置を示し、上付きの「*」は、複素共役を示す。また、「P」は、パイロット信号をN個ずつに分割した際の、ブロック数を示す。
第二逆離散フーリエ変換部207−nr−uは、逆離散フーリエ変換したウェイトベクトルのインパルス応答ベクトルhnr(u)をフィルタ部208−nr−uに出力する。
上述した第1実施形態において、ウェイト演算部20−1〜20−Uが、逆離散フーリエ変換されたN個の時間領域のウェイトの推定値の中心を零(ゼロ、「0」)の値となるようにフィルタリング処理することとした。これにより、図4に示すように、真のウェイトを逆離散フーリエ変換した場合のインパルス応答の特性を考慮したNポイントのウェイトの推定値算出することが可能になるという効果がある。
次に、受信装置1の異なる形態となる受信装置1−2を第2の実施形態として図面を用いて説明する。図5は、第2実施形態における受信装置1−2の構成を示すブロック図である。なお、図5の受信装置1−2において、図2の受信装置1と同様の動作をする機能ブロックには同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
第二記憶部200−nr−u(ただし、nr=1,2,・・・,NR)は、切換部12−nrから入力されるパイロット信号xを一時的に記憶し、記憶したパイロット信号xからZ個(ただし、Z<N)ずつ先頭をシフトさせたN個ずつの信号で構成されるブロックを順次、第二直/並列変換部201−nr−uに出力する。
第2実施形態において受信装置1−2が行うウェイトの推定値を算出する処理を行う他の構成について、受信装置1−3を第3の実施形態として図面を用いて説明する。図7は、第3実施形態における受信装置1−3の構成を示すブロック図である。なお、図7の受信装置1−3において、図2の受信装置1と同様の動作をする機能ブロックには同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
第三記憶部30−nrは、第2実施形態における図6の第二記憶部200−nr−uと同様に、切換部12−nr−3から入力されるパイロット信号xを一時的に記憶し、記憶したパイロット信号xから、Z個(ただし、Z<N)ずつ先頭をシフトさせたN個ずつの信号で構成されるブロックを順次、第一直/並列変換部14−nrに出力する。
さらに、受信装置1−3は、受信装置1−2のウェイト演算部22−1〜22−Uの第二直/並列変換部201−1−u〜201−NR−uと、第三離散フーリエ変換部202−1−u〜202−NR−uとを新たに受信装置1に追加することなく、第一直/並列変換部14−1〜14−NRと、第一離散フーリエ変換部15−1〜15−NRとをデータ信号部分とパイロット信号部分とで共通に用いることができるため、回路規模を小さくすることが可能となる効果がある。
また、フィルタ部208−1−1〜208−NR−Uは、インパルス応答の中央部分の値を零とする零置換を行うこととして説明したが、中央部分の値に所定の倍率g(ただし、0<g<1)を乗算することとしてもよい。これにより、雑音成分を低減しつつ、ウェイトのインパルス応答の打切りを抑制することが可能になるという効果がある。
例えば、フィルタ部208−1−1〜208−NR−Uは、以下の(式12)に示すインパルス応答の電力ピーク値から、所定の割合Cパーセント以下の値のインパルス応答については、当該インパルス応答の値を零に置き換えるフィルタを用いることとしてもよい。
また、上述のフィルタ部208−1−1〜208−NR−Uに適用可能として説明したフィルタは、(式12)〜(式14)に対し、所定の割合Cパーセント以下の電力値となるインパルス応答の値を零置換するフィルタであるとして説明したが、これに限られず、当該インパルス応答の値に所定の倍率g(ただし、0<g<1)を乗算することとしてもよい。これにより、雑音成分を低減しつつ、ウェイトのインパルス応答の打切りを抑制することが可能になるという効果がある。
また、各送信端末2−1〜2−Uが、複数の送信アンテナを有する場合にも本発明を適用可能である。
また、第一逆離散フーリエ変換部17−1〜17−U、第二逆離散フーリエ変換部207−1−1〜207−NR−Uにおいて、逆離散フーリエ変換を行うこととしたが、逆高速フーリエ変換(IFFT(Inverse FFT))を行うこととしてもよい。
また、第1実施形態から第4実施形態において、例としてシングルキャリア伝送におけるウェイトの推定値の算出について説明したが、マルチキャリア伝送においても本発明を適用可能である。
また、ガードインターバル(GI)を用いない広帯域信号伝送を例に説明したが、GIを用いた場合であっても適用可能である。
このように、受信装置1が、各送信端末2−1〜2−Uに対して、送信タイミングを制御する場合、送信端末2−1〜2−Uから受信する各パイロット信号部分において、他からの干渉信号成分が一定となる。この従来の信号送信タイミング制御を用いた受信装置に対し、本発明のウェイト推定装置を適用することにより、さらにウェイトの推定値の精度を向上させることが可能になるという効果がある。
また、図3に示すウェイト演算部20−1〜20−Uの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、また、図5に示す受信装置1−2の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、また、図6に示すウェイト演算部22−1〜22−Uの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、また、図7に示す受信装置1−3の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、受信装置が等化処理を行う際に用いるウェイトの推定値を算出する処理を行ってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。
10−1〜10−NR、110−1〜110−NR アンテナ
11−1〜11−NR、111−1〜111−NR 無線部
12−1〜12−NR、12−1−2〜12−NR−2、12−1−3〜12−NR−3、112−1〜112−NR 切換部
13−1〜13−NR 第一記憶部
14−1〜14−NR 第一直/並列変換部
15−1〜15−NR 第一離散フーリエ変換部
16−1〜16−N、116−1〜116−N 等化部
17−1〜17−U 第一逆離散フーリエ変換部
18−1〜18−U 第一並/直列変換部
19−1〜19−U、119−1〜119−U シンボル抽出部
113−1〜113−NR 記憶部
114−1〜114−NR 直/並列変換部
115−1〜115−NR 離散フーリエ変換部
117−1〜117−U 逆離散フーリエ変換部
118−1〜118−U 並/直列変換部
20−1〜20−U、22−1〜22−U、120−1−1〜120−N−U ウェイト演算部
30−1〜30−NR 第三記憶部
200−1−1〜200−NR−U 第二記憶部
201−1−1〜201−NR−U 第二直/並列変換部
202−1−1〜202−NR−U 第三離散フーリエ変換部
203−1−1〜203−N−U、123−1−1〜123−N−U 相関行列算出部
204−1−1〜204−N−U、124−1−1〜124−N−U 相関ベクトル算出部
205−1−1〜205−N−U、125−1−1〜125−N−U ウェイトベクトル算出部
207−1−1〜207−NR−U 第二逆離散フーリエ変換部
208−1−1〜208−NR−U フィルタ部
209−1−1〜209−NR−U 第二離散フーリエ変換部
300−1〜300−U 合成部
2−1〜2−U 送信端末
100 無線通信システム
Claims (8)
- 同一周波数で送信される単数若しくは複数の無線信号を単数若しくは複数のアンテナ素子により受信し、パイロット信号部分とデータ信号部分とを含む前記無線信号の前記パイロット信号部分に基づきウェイト値の第1の推定値を算出するウェイト演算装置を備え、前記パイロット信号部分を前記ウェイト演算装置に出力し、前記データ信号部分をバッファしてN個のデータを読み出して直並列変換し、直並列変換した前記データ信号部分をフーリエ変換し、当該フーリエ変換されたデータ信号部分を前記ウェイト演算装置が算出するウェイト値の第1の推定値に基づき等化し、等化したデータ信号部分にNポイントの逆フーリエ変換を行い、逆フーリエ変換されたデータ信号部分を並直列変換した値を送信データ信号推定値として出力する受信装置におけるウェイト演算装置であって、
前記ウェイト演算装置は、
入力される前記パイロット信号部分をバッファし、Z(Z<N)ずつシフトさせながら、バッファした前記パイロット信号部分をNポイントずつ出力するバッファ手段と、
Nポイントずつの前記パイロット信号部分を直並列変換する直並列変換手段と、
直並列変換される前記パイロット信号部分をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
フーリエ変換される前記パイロット信号部分の相関行列の推定値を周波数成分ごとに算出する相関行列算出手段と、
フーリエ変換される前記パイロット信号部分と、既知のパイロット信号との相関ベクトルの推定値を周波数成分ごとに算出する相関ベクトル算出手段と、
前記相関行列の推定値と、前記相関ベクトルの推定値とに基づき、周波数成分ごとに、ウェイト値の第2の推定値を算出するウェイト算出手段と、
前記ウェイト値の第2の推定値を逆フーリエ変換し、時間領域のインパルス応答を算出する逆フーリエ変換手段と、
時間領域の前記インパルス応答に対して、一部のインパルス応答の値を零又は小さい値へと置換するフィルタ演算手段と、
前記置換されるインパルス応答をフーリエ変換して得られる周波数成分をウェイト値の第1の推定値として出力するフーリエ変換手段とを備える
ことを特徴とするウェイト演算装置。 - 同一周波数で送信される単数若しくは複数の無線信号を単数若しくは複数のアンテナ素子により受信し、パイロット信号部分とデータ信号部分とを含む前記無線信号の前記パイロット信号部分に基づきウェイト値の第1の推定値を算出するウェイト演算装置を備え、前記データ信号部分をバッファしてN個のデータを読み出して直並列変換し、前記パイロット信号部分をバッファし、Z(Z<N)ずつシフトさせながら、バッファした前記パイロット信号部分をNポイントずつ直並列変換し、直並列変換した前記データ信号部分と、直並列変換した前記パイロット信号部分とをフーリエ変換し、フーリエ変換した前記パイロット信号部分を前記ウェイト演算装置に出力し、フーリエ変換されたデータ信号部分を前記ウェイト演算装置が算出するウェイト値の第1の推定値に基づき等化し、等化したデータ信号部分にNポイントの逆フーリエ変換を行い、逆フーリエ変換されたデータ信号部分を並直列変換した値を送信データ信号推定値として出力する受信装置におけるウェイト演算装置であって、
前記ウェイト演算装置は、
フーリエ変換される前記パイロット信号部分の相関行列の推定値を周波数成分ごとに算出する相関行列算出手段と、
フーリエ変換される前記パイロット信号部分と、既知のパイロット信号との相関ベクトルの推定値を周波数成分ごとに算出する相関ベクトル算出手段と、
前記相関行列の推定値と、前記相関ベクトルの推定値とに基づき、周波数成分ごとに、ウェイト値の第2の推定値を算出するウェイト算出手段と、
前記ウェイト値の第2の推定値を逆フーリエ変換し、時間領域のインパルス応答を算出する逆フーリエ変換手段と、
時間領域の前記インパルス応答に対して、一部のインパルス応答の値を零又は小さい値へと置換するフィルタ演算手段と、
前記置換されるインパルス応答をフーリエ変換して得られる周波数成分をウェイト値の第1の推定値として出力するフーリエ変換手段とを備える
ことを特徴とするウェイト演算装置。 - 前記フィルタ演算手段は、
前記インパルス応答の電力ピーク値、又は、電力平均値、又は、電力積分値のいずれかの値に対し、所定の割合以下の値となるインパルス応答の電力値を零に置換する
ことを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載のウェイト演算装置。 - 前記フィルタ演算手段は、
前記インパルス応答の電力ピーク値、又は、電力平均値、又は、電力積分値のいずれかの値に対し、所定の割合以下の値となるインパルス応答の電力値をg倍(0<g<1)する
ことを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載のウェイト演算装置。 - 同一周波数で送信される単数若しくは複数の無線信号を単数若しくは複数のアンテナ素子により受信し、パイロット信号部分とデータ信号部分とを含む前記無線信号の前記パイロット信号部分に基づきウェイト値の第1の推定値を算出するウェイト演算装置を備え、前記パイロット信号部分を前記ウェイト演算装置に出力し、前記データ信号部分をバッファしてN個のデータを読み出して直並列変換し、直並列変換した前記データ信号部分をフーリエ変換し、当該フーリエ変換されたデータ信号部分を前記ウェイト演算装置が算出するウェイト値の第1の推定値に基づき等化し、等化したデータ信号部分にNポイントの逆フーリエ変換を行い、逆フーリエ変換されたデータ信号部分を並直列変換した値を送信データ信号推定値として出力する受信装置にのウェイト演算装置におけるウェイト演算方法であって、
入力される前記パイロット信号部分をバッファし、Z(Z<N)ずつシフトさせながら、バッファした前記パイロット信号部分をNポイントずつ出力するバッファ過程と、
Nポイントずつの前記パイロット信号部分を直並列変換する直並列変換過程と、
直並列変換される前記パイロット信号部分をフーリエ変換するフーリエ変換過程と、
フーリエ変換される前記パイロット信号部分の相関行列の推定値を周波数成分ごとに算出する相関行列算出過程と、
フーリエ変換される前記パイロット信号部分と、既知のパイロット信号との相関ベクトルの推定値を周波数成分ごとに算出する相関ベクトル算出過程と、
前記相関行列の推定値と、前記相関ベクトルの推定値とに基づき、周波数成分ごとに、ウェイト値の第2の推定値を算出するウェイト算出過程と、
前記ウェイト値の第2の推定値を逆フーリエ変換し、時間領域のインパルス応答を算出する逆フーリエ変換過程と、
時間領域の前記インパルス応答に対して、一部のインパルス応答の値を零又は小さい値へと置換するフィルタ演算過程と、
前記置換されるインパルス応答をフーリエ変換して得られる周波数成分をウェイト値の第1の推定値として出力するフーリエ変換過程と
を有することを特徴とするウェイト演算方法。 - 同一周波数で送信される単数若しくは複数の無線信号を単数若しくは複数のアンテナ素子により受信し、パイロット信号部分とデータ信号部分とを含む前記無線信号の前記パイロット信号部分に基づきウェイト値の第1の推定値を算出するウェイト演算装置を備え、前記データ信号部分をバッファしてN個のデータを読み出して直並列変換し、前記パイロット信号部分をバッファし、Z(Z<N)ずつシフトさせながら、バッファした前記パイロット信号部分をNポイントずつ直並列変換し、直並列変換した前記データ信号部分と、直並列変換した前記パイロット信号部分とをフーリエ変換し、フーリエ変換した前記パイロット信号部分を前記ウェイト演算装置に出力し、フーリエ変換されたデータ信号部分を前記ウェイト演算装置が算出するウェイト値の第1の推定値に基づき等化し、等化したデータ信号部分にNポイントの逆フーリエ変換を行い、逆フーリエ変換されたデータ信号部分を並直列変換した値を送信データ信号推定値として出力する受信装置のウェイト演算装置におけるウェイト演算方法であって、
フーリエ変換される前記パイロット信号部分の相関行列の推定値を周波数成分ごとに算出する相関行列算出過程と、
フーリエ変換される前記パイロット信号部分と、既知のパイロット信号との相関ベクトルの推定値を周波数成分ごとに算出する相関ベクトル算出過程と、
前記相関行列の推定値と、前記相関ベクトルの推定値とに基づき、周波数成分ごとに、ウェイト値の第2の推定値を算出するウェイト算出過程と、
前記ウェイト値の第2の推定値を逆フーリエ変換し、時間領域のインパルス応答を算出する逆フーリエ変換過程と、
時間領域の前記インパルス応答に対して、一部のインパルス応答の値を零又は小さい値へと置換するフィルタ演算過程と、
前記置換されるインパルス応答をフーリエ変換して得られる周波数成分をウェイト値の第1の推定値として出力するフーリエ変換過程と
を有することを特徴とするウェイト演算方法。 - 前記フィルタ演算過程において、
前記インパルス応答の電力ピーク値、又は、電力平均値、又は、電力積分値のいずれかの値に対し、所定の割合以下の値となるインパルス応答の電力値を零に置換する
ことを特徴とする請求項5又は6のいずれかに記載のウェイト演算方法。 - 前記フィルタ演算過程において、
前記インパルス応答の電力ピーク値、又は、電力平均値、又は、電力積分値のいずれかの値に対し、所定の割合以下の値となるインパルス応答の電力値をg倍(0<g<1)する
ことを特徴とする請求項5又は6のいずれかに記載のウェイト演算方法。
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