JP4702883B2 - 送信装置、受信装置、mimo−ofdm通信システム及びmimo−ofdm通信システムにおけるiqインバランス補償方法 - Google Patents

送信装置、受信装置、mimo−ofdm通信システム及びmimo−ofdm通信システムにおけるiqインバランス補償方法 Download PDF

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Description

本発明は、MIMO−OFDM通信システムにおいて、送信器受信器の双方に含まれるハードウェアの不完全性が引き起こすIQインバランスを補償するための送信装置、受信装置、MIMO−OFDM通信システム及びMIMO−OFDM通信システムにおけるIQインバランス補償方法に関する。
近年、無線通信において周波数利用効率を高めることができるMIMO(Multi Input Multi Output)通信システムは盛んに研究されており、その最大の魅力は誤り率低減と伝送容量の増加にある。特に、MIMO−OFDM(Multi Input Multi Output−Orthogonal Frequency Division Multiplexing)通信システムは、次世代の大容量無線通信システムとして、最も注目を浴びている通信方式である。
しかし、このMIMO−OFDM通信システムにおいては、通信方式や信号処理方式などに関する研究が殆どであり、MIMO−OFDM送受信機に関する研究が少ないことが現状である。
特に、MIMO−OFDM通信システムの特性を劣化させる要因として、RF系ハードウェアの不完全性が挙げられ、具体的には、IQインバランス、チャネル間偏差、位相ノイズ等が挙げられる。IQインバランス(I/Q Imbalance:In-phase and Quadrature Imbalance)とは、直交変復調器のI/Qチャネルのゲインアンバランスと、直交性誤差により引き起こされるI/Qチャネルの干渉である。
ワイ.ラムルト(Y.lamurto)・エム.トミー(M.Tommi)共著,「フリクエンシ ドメイン IQインバランス コレクション スキーム フォー OFDM システムズ(Frequency Domain IQ Imbalance Correction Scheme for OFDM Systems)」,イン プロク. IEEE ワイヤレス コミューニケイションズ アンド ネットワーキング コンファレンス(in Proc. IEEE Wireless Communications and Networking Conference),p.16-20,2003年3月 ブイ.ケイ.ピー.マ(V.K.P.Ma)・ワイ.ラムルト(Y.lamurto)共著,「アナリシス オフ IQ インバランス オン イニシャル フリクエンシ オフセット エスティメイション イン ダイレクト ダウンコンバージョン レシーバーズ(Analysis of IQ imbalance on initialfrequency offset estimation in direct downconversionreceivers)」,イン プロク. サード ワークショップ オン シグナル プロク. アドバンス イン ワイヤレス コミューニケイション(in Proc. Third Workshop on Signal Proc.Advances in Wireless Communication),p.158-161,2001年3月 エイ.ベイア(A.Baier)著,「クワッドラチュア ミキサ インバランス イン デジタル TDMA モバイル ラジオ レシーバーズ(Quadraturemixer imbalances in digital TDMA mobile radio receivers)」,イン プロク. インターナショナル チューリッヒ セミナ オン デジタル コミューニケイションズ, エレクトロニック サーキットズ アンド システムズ フォー コミューニケイションズ(in Proc. International Zurich Seminaron Digital Communications, Electronic Circuits and Systems forCommunications),p.147-162,1990年3月 シー.エル.リュー(C.L.Liu)著,「インパクトズ オフ I/Q インバランス オン QPSK−OFDM−QAM デテクション(Impactsof I/Q imbalance on QPSK-OFDM-QAM detection)」,IEEE トランス. オン コンシューマー エレクトロニクス(IEEETrans. on Consumer Electronics),第44巻,第3号,p.984-989,1998年8月 鎌田裕之・阪口啓・荒木純道共著,「RF系の不完全性によるMIMO通信システムの特性劣化に関する検討」,信学ソ大,B-5-26,2004年9月 阪口啓・ティンシーホー・荒木純道共著,「MIMO固有モード通信システムの構築と測定実験結果」,信学論(B),第J87-B巻,第9号,p.1454-1466.2004年9月 エイチ.シャフィー(H.Shafiee)・エス.フォウラデファァド(S.Fouladifard)共著,「キャリブレイション オフ IQ インバランス イン OFDM トランシーバーズ(Calibration of IQ imbalance in OFDMtransceivers)」,プロク. 2003 ICC(proc. 2003 ICC),第3巻,p.2081-2085,2003年5月 チーアン リン(Jian Lin)・イー.ツイ(E.Tsui)共著,「ジョイント アダプティブ トランスミッター/レシーバー IQ インバランス コレクション フォー OFDM システムズ(Joint adaptive transmitter/receiver IQimbalance correction for OFDM systems)」,プロク. 2004 IEEE PIMRC(proc. 2004 IEEEPIMRC),第2巻,p.1511-1516,2004年9月
これまでに、OFDM通信システムにおいて、例えば、非特許文献1〜非特許文献4に示されているように、IQインバランスの影響により、上下側波帯サブキャリア間の干渉が発生し特性が劣化するという問題があった。また、例えば、非特許文献5、非特許文献6に示されるように、MIMO通信システムでは、IQインバランスによりストリーム間の干渉が発生し特性が大きく劣化するという問題がある。
よって、MIMO−OFDM通信システムでは、IQインバランスの影響によるストリーム間干渉と上下側波帯のサブキャリア間干渉が同時に発生し、特性が著しく劣化するという問題が生じてしまう。
しかし、OFDM通信システムにおけるIQインバランスの補償法については、例えば、非特許文献7に示されるようなパイロット信号を用いて推定・補償する方法や、非特許文献8に示されるようなIQインバランス等価器を挿入する方法など、様々な方法が提案されているが、MIMO−OFDM通信システムについて、ハードウェアの不完全性が引き起こすIQインバランスを補償するための補償方法は、研究されていない。
本発明は、上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、MIMO−OFDM通信システムの特性を最大限に生かすために、送信器受信器の双方に含まれるハードウェアの不完全性が引き起こすIQインバランスを補償できるようにした送信装置、受信装置、MIMO−OFDM通信システム及びMIMO−OFDM通信システムにおけるIQインバランス補償方法を提供することにある。
本発明は、MIMO−OFDM通信システムに適用され、送信器受信器の双方に含まれるハードウェアの不完全性が引き起こすIQインバランスを補償するためのMIMO−OFDM通信システムにおけるIQインバランス補償方法に関し、本発明の上記目的は、前記送信器側で、前記IQインバランスの影響を含んだチャネル応答を推定可能なトレーニング信号を送信する第1のステップと、前記受信器側で、送信された前記トレーニング信号に基づいて、前記IQインバランスの影響を含んだ拡張チャネル行列を推定する第2のステップと、前記第2のステップで推定された拡張チャネル行列に基づいて、前記MIMO−OFDM通信システムの受信処理方法で受信処理を行うことによって、前記IQインバランスの補償を実現する第3のステップとを有することにより、或いは、前記トレーニング信号として、下記の数式で表す直交アダマール行列を用い、
Figure 0004702883
ただし、
Figure 0004702883
はOFDMのためのトレーニング信号行列で、
Figure 0004702883
はMIMOのためのトレーニング信号行列で、
Figure 0004702883
はMIMO−OFDMのためのトレーニング信号行列であり、
Figure 0004702883
はクロネッカ積であり、また、hadamard(4)は、4次の直交アダマール行列を表し、hadamard(m)は、m次の直交アダマール行列を表し、前記拡張チャネル行列は、次の数式によって推定され、
Figure 0004702883
ただし、
Figure 0004702883

Figure 0004702883
に対応する受信信号行列で、
Figure 0004702883

Figure 0004702883
の一般逆行列であることにより、或いは、前記受信処理方法として、ZFといった受信処理方法を用い、前記拡張チャネル行列を用いたZF受信処理では、次の数式に基づいて受信処理を行い、
Figure 0004702883
ただし、
Figure 0004702883

Figure 0004702883
の一般逆行列であり、
Figure 0004702883
は送信信号の推定値であることにより、或いは、前記受信処理方法として、MLDといった受信処理方法を用い、前記拡張チャネル行列を用いたMLD受信処理では、次の数式に基づいて受信処理を行い、
Figure 0004702883
ただし、
Figure 0004702883
は前記拡張チャネル行列であり、
Figure 0004702883
は送信信号の推定値であることによって効果的に達成される。
また、本発明の上記目的は、前記送信器側で、時間軸において前記IQインバランスの影響を含んだチャネル応答を推定可能なトレーニング信号を送信するステップ1と、前記受信器側で、送信された前記トレーニング信号に基づいて、前記時間軸上のチャネルを推定するステップ2と、前記時間軸上のチャネル応答から周波数軸上の拡張チャネル行列へ変換するステップ3と、前記ステップ3で変換された拡張チャネル行列に基づいて、前記MIMO−OFDM通信システムの受信処理方法で受信処理を行うことによって、前記IQインバランスの補償を実現するステップ4とを有することにより、或いは、前記トレーニング信号は、(イ)IQチャネル間の直交性、(ロ)ストリーム間の直交性、(ハ)推定誤差の小さな系列、といった3つの条件を満たすことにより、或いは、前記MIMO−OFDM通信システムの送信アンテナ本数はmで、OFDMシンボルに含まれる総サブキャリア数がLの場合、前記トレーニング信号は次の数式によって定義され、
Figure 0004702883
ただし、hadamard(m)は、m次の直交アダマール行列を表し、
Figure 0004702883
は、前記トレーニング信号を用いてチャネル推定を行ったときの推定誤差が小さくなる系列を適用することによってより一層効果的に達成される。
本発明に係るMIMO−OFDM通信システムにおけるIQインバランス補償方法をMIMO−OFDM通信システムに適用すれば、送信器受信器の双方に含まれるハードウェアの不完全性によるIQインバランスの影響を完全に取り除くことができ、誤り率特性をはじめとするMIMO−OFDM通信システムの特性を大幅に改善することができるという優れた効果を奏する。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本発明に係るMIMO−OFDM通信システムにおけるIQインバランス補償方法は、MIMO−OFDM通信システムの特性を最大限に生かすために、ハードウェアの不完全性が引き起こすIQインバランスを補償できるようにした補償方法である。
より詳細に説明すると、本発明の着眼点として、MIMO−OFDM通信システムにおいて、送信器受信器の双方に含まれるハードウェアの不完全性によるIQインバランスの影響を完全に取り除くために、先ず、トレーニング信号の構成を提案し、そして、提案されたトレーニング信号に基づいて、IQインバランス補償を実現する補償アルゴリズム(補償方法)を提案する。

<実施例1>周波数軸推定に基づく本発明の実施例
まず、周波数軸推定に基づく本発明に係るMIMO−OFDM通信システムにおけるIQインバランス補償方法(以下、単に、周波数軸推定に基づく本発明の実施例、或いは、本発明(周波数軸推定)とも称する)について説明する。
図1は、MIMO−OFDM通信システムにおいて、本発明(周波数軸推定)を適用した受信器の構成を示すブロック図である。
図1に示されるように、本発明(周波数軸推定)を適用した受信器は、IQインバランスの影響を含んだ拡張チャネル行列を推定する「拡張チャネル行列推定器」と、IQインバランスの影響を考慮に入れた復調を実現する「拡張受信処理器(つまり、拡張MIMO処理器)」とを備えている。
ここで、本発明を適用する「送受信器のIQインバランスの影響を考慮に入れたm×mMIMO−OFDM通信システム」のモデル(以下、単にMIMO−OFDM通信システムモデル、或いは、MIMO−OFDM通信システムとも称する)を図2に示す。
本発明(周波数軸推定)では、図2のMIMO−OFDM通信システムモデルにおける入力信号と出力信号が、下記数1のように書き表されることを利用して、IQインバランスの補償を実現するようにしている。
Figure 0004702883
ここで、
Figure 0004702883
は第±kサブキャリアのI−ch、Q−chを独立に表現した送信信号ベクトルで、
Figure 0004702883
は第±kサブキャリアのI−ch、Q−chを独立に表現した受信信号ベクトルで、
Figure 0004702883
はIQインバランスの影響を含んだ第±kサブキャリアの拡張チャネル行列である。以下、この
Figure 0004702883
を単に「拡張チャネル行列」とも称する。また、
Figure 0004702883
は第±kサブキャリアにおける加法性雑音ベクトルである。
本発明では、MIMO−OFDM通信システムにおいて、拡張チャネル行列
Figure 0004702883
を学習することにより、IQインバランスの補償を行うようにしている。
以下、本発明において、IQインバランスの影響を含んだチャネル応答を推定可能なトレーニング信号、拡張チャネル行列の推定方法と、拡張チャネル行列を用いた受信処理を詳細に説明する。
まず、本発明では、拡張チャネル行列
Figure 0004702883
の次元は4m×4mであるため、この拡張チャネル行列を学習するためには、少なくとも階数4mのトレーニング信号を用いる必要がある。例えば、下記数2、数3及び数4に示すように、直交アダマール行列をトレーニング信号として用いることで、拡張チャネル行列を学習することができる。
Figure 0004702883
Figure 0004702883
Figure 0004702883
ただし、
Figure 0004702883
はOFDMのためのトレーニング信号行列で、
Figure 0004702883
はMIMOのためのトレーニング信号行列で、
Figure 0004702883
はMIMO−OFDMのためのトレーニング信号行列であり、
Figure 0004702883
はクロネッカ積である。また、hadamard(4)は、4次の直交アダマール行列を表し、hadamard(m)は、m次の直交アダマール行列を表す。
次に、拡張チャネル行列
Figure 0004702883
の推定方法について述べる。
Figure 0004702883
に対応する受信信号行列を
Figure 0004702883
とすると、下記数5により、拡張チャネル行列を最小二乗法で推定することができる。
Figure 0004702883
ただし、
Figure 0004702883

Figure 0004702883
の一般逆行列である。
最後に、拡張チャネル行列を用いた受信処理について説明する。
本発明では、MIMO−OFDM通信システムの受信処理方法(例えば、ZF、MMSE、MLD等の受信処理手法)を各受信器の第±kサブキャリアの信号について拡張チャネル行列を用いて行うことで、IQインバランスの補償を実現するようにしている。
ここでは、具体例として、本発明において、ZFとMLDといった受信処理方法を用いた拡張受信処理を示す。
先ず、拡張チャネル行列
Figure 0004702883
を用いたZF受信処理は、下記数6で表すことができる。
Figure 0004702883
ここで、
Figure 0004702883

Figure 0004702883
の一般逆行列である。
つまり、拡張チャネル行列を用いたZF受信処理では、拡張チャネル行列を用いて一般逆行列演算を行うことで、送信信号
Figure 0004702883
の推定を行うことができる。
次に、拡張チャネル行列
Figure 0004702883
を用いたMLD受信処理は、下記数7で表すことができる。
Figure 0004702883
つまり、拡張チャネル行列を用いたMLD受信処理では、拡張チャネル行列を用いて2×m個の送信信号に対するレプリカ信号を生成し、尤度情報を元に送信信号
Figure 0004702883
の推定を行うことができる。
以上をまとめると、本発明(周波数軸推定)を適用したMIMO−OFDM通信システムでは、下記のステップ1、ステップ2、ステップ3に沿って、IQインバランスを補償して受信処理を行うようにしている。
ステップ1:
送信器側で、本発明で提案した「トレーニング信号」を送信する。好適に、トレーニング信号として、数2、数3及び数4に示す直交アダマール行列を用いる。
ステップ2:
拡張チャネル行列推定器では、数5に基づいて、IQインバランスの影響を含んだ拡張チャネル行列を推定する。
ステップ3:
拡張受信処理器(つまり、拡張MIMO処理器)では、IQインバランスの影響を考慮に入れた受信処理を実現し、つまり、ステップ2で推定された拡張チャネル行列に基づいて、MIMO−OFDM通信システムの受信処理方法で受信処理を行うことによって、IQインバランス補償を実現する。具体的な例として、拡張チャネル行列を用いたZF受信処理では、数6に基づいて受信処理を行う。また、拡張チャネル行列を用いたMLD受信処理では、数7に基づいて受信処理を行う。
上述した本発明(周波数軸推定)の効果を確認するために、4×4MIMO−OFDM通信システムにおいて、QPSK変調を行い、受信器においてIQインバランス補償無しの従来方法と、本発明(周波数軸推定)をそれぞれ用いて、受信処理を行うことにした。
図3は、IQインバランス補償無しの従来方法を用いて受信処理を行った場合の受信コンスタレーションの一例を示す図である。そして、図4は、本発明(周波数軸推定)を用いて受信処理を行った場合の受信コンスタレーションの一例を示す図である。
図3及び図4から、IQインバランス補償無しの従来方法では、干渉の影響によりコンスタレーションが広がってしまっているのに対し、本発明(周波数軸推定)では、コンスタレーションの広がりが抑えられていることがよく分かる。
また、IQインバランス補償無しの従来方法と本発明(周波数軸推定)に対して、誤り率特性について計算機シミュレーションを行い、評価を行った。計算機シミュレーションに用いられたパラメータを下記表1にまとめる。
Figure 0004702883
計算機シミュレーションの結果を図5に示す。つまり、図5は、IQインバランス補償無しの従来方法と、本発明(周波数軸推定)をそれぞれ適用した場合の誤り率特性を示す図である。図5から分かるように、IQインバランス補償無しの従来方法では、干渉の影響により誤り率特性が飽和してしまっていたが、本発明(周波数軸推定)では、誤り率特性が改善されている。

<実施例2>時間軸推定に基づく本発明の実施例
次に、時間軸推定に基づく本発明に係るMIMO−OFDM通信システムにおけるIQインバランス補償方法(以下、単に、時間軸推定に基づく本発明の実施例、或いは、本発明(時間軸推定)とも称する)について説明する。
本発明(時間軸推定)は、時間軸においてチャネル推定を行うことにより、実施例1のトレーニング信号より短いトレーニング信号長で、IQインバランスの補償を実現するものである。本発明(時間軸推定)で用いるトレーニング信号は、時間軸においてIQインバランスの影響を含んだチャネル応答を推定可能な「トレーニング信号」である。
図6は、MIMO−OFDM通信システムにおいて、本発明(時間軸推定)を適用した受信器の構成を示すブロック図である。
図6に示されるように、本発明(時間軸推定)を適用した受信器は、時間軸上のチャネルを推定する「時間軸チャネル推定器」と、時間軸上のチャネル応答から周波数軸上の拡張チャネル行列へ変換する「拡張チャネル行列推定器」と、IQインバランスの影響を考慮に入れた復調を実現する「拡張受信処理器(つまり、拡張MIMO処理器)」とを備えている。
まず、本発明(時間軸推定)において、拡張チャネル行列の推定方法について説明する。
即ち、時間軸チャネル推定器で推定した時間軸上のチャネルに基づいて、拡張チャネル行列を以下のように推定する。
まず、MIMO−OFDM通信システムにおいて、第m受信アンテナにおける時間軸上の受信信号ベクトル
Figure 0004702883
を下記数8、数9によって表現する。
Figure 0004702883
Figure 0004702883
ここで、添え字iは信号の実数成分を、添え字qは信号の虚数成分をそれぞれ表している。また、1OFDMシンボルのFFTポイント数をLとしている。
そして、第n送信アンテナにおける時間軸上の送信信号ベクトル
Figure 0004702883
を下記数10、数11によって表現する。
Figure 0004702883
Figure 0004702883
ここでも、添え字iは信号の実数成分を、添え字qは信号の虚数成分をそれぞれ表している。また、1OFDMシンボルのFFTポイント数をLとしている。
次に、第n送信アンテナから送信され第
Figure 0004702883
タップ遅延のパスを通った信号のベクトルを下記数12で表すことにする。
Figure 0004702883
ここで、サイクリックプリフィックスの挿入により、
Figure 0004702883
の関係が成り立っている。ただし、LGIはガードインターバルポイント数である。
第n送信アンテナから第m受信アンテナへの第
Figure 0004702883
タップ遅延のチャネルの状態を
Figure 0004702883
と表現すると、送受信信号の関係は、下記数13及び数14のように書き表すことができる。
Figure 0004702883
Figure 0004702883
ここで、添え字iiはi-ch→i-ch、添え字iqはq-ch→i-ch、添え字qiはi-ch→q-ch、添え字qqはq-ch→q-chへのチャネル応答であることを示している。また、mは送信アンテナ本数で、
Figure 0004702883
は最大遅延のタップ数を表している。
ここで、下記数15、数16、数17及び数18に示すように、送信信号を表す行列
Figure 0004702883
とチャネルを表すベクトル
Figure 0004702883
を定義する。
Figure 0004702883
Figure 0004702883
Figure 0004702883
Figure 0004702883
上記定義を用いて、数13を下記数19に書き直すことができる。
Figure 0004702883
以上より、時間軸におけるチャネルは、下記数20に基づいて求めることができる。即ち、図6の時間軸チャネル推定器では、この数20に基づいて時間軸上のチャネルを求めるようにしている。
Figure 0004702883
ただし、
Figure 0004702883

Figure 0004702883
の一般逆行列である。
ここで、図6を参照しながら、時間軸上のチャネル推定を表す数20により求めた
Figure 0004702883
内のサブマトリックス
Figure 0004702883
より、周波数軸上の拡張チャネル行列を生成する手順を示す。
まず、FFTを表す行列
Figure 0004702883
の第
Figure 0004702883
要素は、下記数21に書き表すことができる。
Figure 0004702883
また、実数空間上で表したFFTを表す行列
Figure 0004702883
の第
Figure 0004702883
サブマトリックス
Figure 0004702883
は、下記数22に書き表すことができる。
Figure 0004702883
さらに、±k番目のサブキャリアに対するフーリエ変換を表す行列は、
Figure 0004702883
より第kサブ行及び第L−kサブ行を抜き出すことで、下記数23で表すことができる。
Figure 0004702883
次に、図6に示されるように、時間軸上のチャネル行列のFFTを行う。まず、FFTポイント数
Figure 0004702883
まで
Figure 0004702883
に対して0パッドを行う。
Figure 0004702883
ここで、
Figure 0004702883
は第
Figure 0004702883
タップ遅延のチャネルの状態を表す行列である。
時刻xの送信信号に対するチャネル応答は、下記数25に書き表すことができる。
Figure 0004702883
ただし、サイクリックプリフィックスの挿入を考慮すると、
Figure 0004702883
が成り立っている。
すべての送信時刻に対するチャネルの応答は、下記数26で表す巡回行列
Figure 0004702883
として、表現することができる。
Figure 0004702883
上記の数式を用いて、±kサブキャリア間干渉の影響を含んだ周波数軸のチャネル行列は、下記数27で表される。
Figure 0004702883
さらに、数27で表すチャネル行列をm×mのMIMO−OFDM通信システムに拡張した場合のストリーム間干渉の影響を考慮に入れた拡張チャネル行列は、下記数28で表すことができる。
Figure 0004702883
以上に述べた手順により、時間軸におけるチャネル推定により、周波数軸上の拡張チャネル行列の推定を行うことができる。
ところで、本発明(時間軸推定)において、時間軸においてIQインバランスの影響を含んだチャネル応答を求めるためには、トレーニング信号が下記(イ)、(ロ)、(ハ)という条件を満たす必要がある。
(イ)IQチャネル間の直交性
(ロ)ストリーム間の直交性
(ハ)推定誤差の小さな系列
以下、本発明(時間軸推定)において、上記(イ)、(ロ)、(ハ)という条件を満たすトレーニング信号の一実施例を示す。
送信アンテナ本数mのMIMO−OFDM通信システムにおいて、OFDMシンボルに含まれる総サブキャリア数がLのとき、周波数軸において下記数29に示すトレーニング信号を用いることで、本発明(時間軸推定)の拡張チャネル行列を求めることができる。なお、図7は数29に示す周波数軸トレーニング信号
Figure 0004702883
のイメージを説明するための模式図である。
Figure 0004702883
数29で表すトレーニング信号を周波数軸においてBPSK信号とすることで、時間軸におけるIQチャネル間のトレーニング信号の直交性を確保する。そして、数29で表すトレーニング信号をアダマール直交行列で拡散することで、ストリーム間のトレーニング信号の直交性を確保している。また、
Figure 0004702883
は、数29で表すトレーニング信号を用いてチャネル推定を行ったときの推定誤差が小さくなる系列を適用する。
上述した本発明(時間軸推定)の効果を確認するために、IQインバランス補償無しの従来方法、本発明(周波数軸推定)、本発明(時間軸推定)に対して、誤り率特性について計算機シミュレーションを行い、評価を行った。計算機シミュレーションに用いられたパラメータを下記表2に示す。
Figure 0004702883
計算機シミュレーションの結果を図8に示す。つまり、図8は、IQインバランス補償無しの従来方法と、本発明(周波数軸推定)、本発明(時間軸推定)をそれぞれ適用した場合の誤り率特性を示す図である。
図8から分かるように、本発明を適用した場合は、IQインバランス補償無しの従来方法を適用した場合と比べて、誤り率特性が大幅に改善した。また、図8から、周波数軸上における拡張チャネル推定に比べても、時間軸推定によるチャネル推定誤差低減の効果が得られ、特にMLD受信処理において、誤り率特性が大きく改善していることがよく分かる。
周波数軸推定に基づく本発明に係るMIMO−OFDM通信システムにおけるIQインバランス補償方法を適用した受信器の構成を示すブロック図である。 本発明において使用されるMIMO−OFDM通信システムIQインバランスモデルを説明するための模式図である。 IQインバランス補償無しの従来方法を用いて受信処理を行った場合の受信コンスタレーションの一例を示す図である。 周波数軸推定に基づく本発明に係るMIMO−OFDM通信システムにおけるIQインバランス補償方法を用いて受信処理を行った場合の受信コンスタレーションの一例を示す図である。 IQインバランス補償無しの従来方法と、周波数軸推定に基づく本発明に係るMIMO−OFDM通信システムにおけるIQインバランス補償方法をそれぞれ適用した場合の誤り率特性を示す図である。 時間軸推定に基づく本発明に係るMIMO−OFDM通信システムにおけるIQインバランス補償方法を適用した受信器の構成を示すブロック図である。 本発明(時間軸推定)において、周波数軸トレーニング信号の一実施例のイメージを説明するための模式図である。 IQインバランス補償無しの従来方法、本発明(周波数軸推定)、本発明(時間軸推定)をそれぞれ適用した場合の誤り率特性を示す図である。

Claims (12)

  1. MIMO−OFDM通信システムにおける送信装置であって、
    前記送信装置が送信した信号を受信する受信装置が前記送信装置と前記受信装置のIQインバランスを含んだチャネル応答を推定可能なトレーニング信号を送信し、
    前記トレーニング信号は、OFDM用のトレーニング信号と、MIMO用のトレーニング信号とを構成要素に含み、
    前記OFDM用のトレーニング信号は、IQインバランスの影響による上下側波帯のサブキャリア間干渉の影響を含むチャネル応答行列を推定可能なトレーニング信号であり、
    前記MIMO用のトレーニング信号は、IQインバランスの影響によるストリーム間干渉の影響を含むチャネル応答行列を推定可能なトレーニング信号であることを特徴とする送信装置。
  2. 前記トレーニング信号は、
    [階数4×送信アンテナ数]からなる行列により構成されることを特徴とする請求項に記載の送信装置。
  3. 前記トレーニング信号は、
    ストリーム間で直交するように配置することを特徴とする請求項1に記載の送信装置。
  4. 前記トレーニング信号は、
    直交行列に基づいた信号であることを特徴とする請求項1に記載の送信装置。
  5. 前記トレーニング信号は、
    (イ)IQチャネル間の直交性、(ロ)ストリーム間の直交性、(ハ)推定誤差の小さな系列、の3つの条件を満たすことを特徴とする請求項1に記載の送信装置。
  6. 前記MIMO−OFDM通信システムの送信アンテナ本数はmで、OFDMシンボルに含まれる総サブキャリア数がLの場合、前記トレーニング信号は次の数式によって定義され、
    Figure 0004702883
    ただし、haadmard(m)は、m次の直交アダマール行列を表し、
    Figure 0004702883
    は前記トレーニング信号を用いてチャネル推定を行ったときの推定誤差が小さくなる系列を適用することを特徴とする請求項1に記載の送信装置。
  7. 前記トレーニング信号として、下記の数式で表す直交アダマール行列を用い、
    Figure 0004702883
    ただし、
    Figure 0004702883
    はOFDMのためのトレーニング信号行列で、
    Figure 0004702883
    はMIMOのためのトレーニング信号行列で、
    Figure 0004702883
    はMIMO−OFDMのためのトレーニング信号行列であり、
    Figure 0004702883
    はクロネッカ積であり、また、hadamard(4)は、4次の直交アダマール行列を表し、hadamard(mt)は、mt次の直交アダマール行列を表し、
    前記チャネル応答行列は、次の数式によって推定され、
    Figure 0004702883
    ただし、
    Figure 0004702883

    Figure 0004702883
    に対応する受信信号行列で、
    Figure 0004702883

    Figure 0004702883
    の一般逆行列であることを特徴とする請求項1に記載の送信装置。
  8. IQインバランスの影響による上下側波帯サブキャリア間干渉とストリーム間干渉の影響を拡張チャネル応答を推定する拡張チャネル行列推定部と、
    前記拡張チャネル応答を用いて、MIMO−OFDMの受信処理を行う拡張受信処理部と、
    を備えることを特徴とする受信装置。
  9. 送信装置、受信装置を備えるMIMO−OFDM通信システムであって、
    前記送信装置は、
    IQインバランスの影響による上下側波帯サブキャリア間干渉とストリーム間干渉の影響を含んだチャネル応答を推定可能なトレーニング信号を送信し、
    前記受信装置は、
    送信された前記トレーニング信号に基づいて、IQインバランスの影響を含んだ拡張チャネル行列を推定する拡張チャネル行列推定部と、
    前記拡張チャネル行列推定部で推定された拡張チャネル行列に基づいて、前記MIMO−OFDM通信システムの受信処理方法で受信処理を行う拡張受信処理部と、
    を備えることを特徴とするMIMO−OFDM通信システム。
  10. 送信装置、受信装置を備えるMIMO−OFDM通信システムであって、
    前記送信装置は、
    時間軸においてIQインバランスの影響による上下側波帯サブキャリア間干渉とストリーム間干渉の影響を含んだチャネル応答を推定可能なトレーニング信号を送信し、
    前記受信装置は、
    送信された前記トレーニング信号に基づいて、前記時間軸上のチャネルを推定する時間軸チャネル推定部と、
    前記時間軸上のチャネル応答からIQインバランスの影響による上下側波帯サブキャリア間干渉とストリーム間干渉の影響を含んだ周波数軸上の拡張チャネル行列を求める拡張チャネル行列推定部と、
    前記拡張チャネル行列に基づいて、前記MIMO−OFDM通信システムの受信処理方法で受信処理を行う拡張受信処理部と、
    を備えることを特徴とするMIMO−OFDM通信システム。
  11. MIMO−OFDM通信システムに適用され、送信装置受信装置の双方に含まれるハードウェアの不完全性が引き起こすIQインバランスを補償するためのMIMO−OFDM通信システムにおけるIQインバランス補償方法であって、
    前記送信装置側で、IQインバランスの影響を含んだチャネル応答を推定可能なトレーニング信号を送信する第1のステップと、
    前記受信装置側で、送信された前記トレーニング信号に基づいて、IQインバランスの影響による上下側波帯サブキャリア間干渉とストリーム間干渉の影響を含んだ拡張チャネル行列を推定する第2のステップと、
    前記第2のステップで推定された拡張チャネル行列に基づいて、前記MIMO−OFDM通信システムの受信処理方法で受信処理を行うことによって、IQインバランスの補償を実現する第3のステップと、
    を有することを特徴とするMIMO−OFDM通信システムにおけるIQインバランス補償方法。
  12. MIMO−OFDM通信システムに適用され、送信装置受信装置の双方に含まれるハードウェアの不完全性が引き起こすIQインバランスを補償するためのMIMO−OFDM通信システムにおけるIQインバランス補償方法であって、
    前記送信装置側で、時間軸においてIQインバランスの影響を含んだチャネル応答を推定可能なトレーニング信号を送信する第1のステップと、
    前記受信装置側で、送信された前記トレーニング信号に基づいて、IQインバランスの影響による上下側波帯サブキャリア間干渉とストリーム間干渉の影響を含んだ前記時間軸上のチャネルを推定する第2のステップと、
    前記時間軸上のチャネル応答から周波数軸上の拡張チャネル行列へ変換する第3のステップと、
    前記第3のステップで変換された拡張チャネル行列に基づいて、前記MIMO−OFDM通信システムの受信処理方法で受信処理を行うことによって、IQインバランスの補償を実現する第4のステップと、
    を有することを特徴とするMIMO−OFDM通信システムにおけるIQインバランス補償方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8654815B1 (en) 2004-04-02 2014-02-18 Rearden, Llc System and method for distributed antenna wireless communications
US9312929B2 (en) 2004-04-02 2016-04-12 Rearden, Llc System and methods to compensate for Doppler effects in multi-user (MU) multiple antenna systems (MAS)
US10985811B2 (en) 2004-04-02 2021-04-20 Rearden, Llc System and method for distributed antenna wireless communications
US10749582B2 (en) 2004-04-02 2020-08-18 Rearden, Llc Systems and methods to coordinate transmissions in distributed wireless systems via user clustering
US9819403B2 (en) 2004-04-02 2017-11-14 Rearden, Llc System and method for managing handoff of a client between different distributed-input-distributed-output (DIDO) networks based on detected velocity of the client
US11394436B2 (en) 2004-04-02 2022-07-19 Rearden, Llc System and method for distributed antenna wireless communications
US10277290B2 (en) 2004-04-02 2019-04-30 Rearden, Llc Systems and methods to exploit areas of coherence in wireless systems
US8542763B2 (en) 2004-04-02 2013-09-24 Rearden, Llc Systems and methods to coordinate transmissions in distributed wireless systems via user clustering
US9826537B2 (en) 2004-04-02 2017-11-21 Rearden, Llc System and method for managing inter-cluster handoff of clients which traverse multiple DIDO clusters
US11451275B2 (en) 2004-04-02 2022-09-20 Rearden, Llc System and method for distributed antenna wireless communications
US10425134B2 (en) 2004-04-02 2019-09-24 Rearden, Llc System and methods for planned evolution and obsolescence of multiuser spectrum
US10886979B2 (en) 2004-04-02 2021-01-05 Rearden, Llc System and method for link adaptation in DIDO multicarrier systems
US10200094B2 (en) 2004-04-02 2019-02-05 Rearden, Llc Interference management, handoff, power control and link adaptation in distributed-input distributed-output (DIDO) communication systems
US11309943B2 (en) 2004-04-02 2022-04-19 Rearden, Llc System and methods for planned evolution and obsolescence of multiuser spectrum
US9685997B2 (en) 2007-08-20 2017-06-20 Rearden, Llc Systems and methods to enhance spatial diversity in distributed-input distributed-output wireless systems
CA2790073C (en) * 2007-03-09 2016-01-12 Qualcomm Incorporated Quadrature imbalance mitigation using unbiased training sequences
US8064550B2 (en) 2007-03-09 2011-11-22 Qualcomm, Incorporated Quadrature imbalance estimation using unbiased training sequences
US8290083B2 (en) 2007-03-09 2012-10-16 Qualcomm Incorporated Quadrature imbalance mitigation using unbiased training sequences
US8428175B2 (en) 2007-03-09 2013-04-23 Qualcomm Incorporated Quadrature modulation rotating training sequence
KR20150136548A (ko) * 2007-08-20 2015-12-07 리어덴 엘엘씨 분산형 입력 분산형 출력 무선 통신을 위한 시스템 및 방법
JP5526901B2 (ja) 2010-03-19 2014-06-18 富士通株式会社 直交変復調機能を含む無線通信装置におけるiq不平衡補正方法
US11189917B2 (en) 2014-04-16 2021-11-30 Rearden, Llc Systems and methods for distributing radioheads
US11050468B2 (en) 2014-04-16 2021-06-29 Rearden, Llc Systems and methods for mitigating interference within actively used spectrum
US10194346B2 (en) 2012-11-26 2019-01-29 Rearden, Llc Systems and methods for exploiting inter-cell multiplexing gain in wireless cellular systems via distributed input distributed output technology
US11190947B2 (en) 2014-04-16 2021-11-30 Rearden, Llc Systems and methods for concurrent spectrum usage within actively used spectrum
US10488535B2 (en) 2013-03-12 2019-11-26 Rearden, Llc Apparatus and method for capturing still images and video using diffraction coded imaging techniques
US9973246B2 (en) 2013-03-12 2018-05-15 Rearden, Llc Systems and methods for exploiting inter-cell multiplexing gain in wireless cellular systems via distributed input distributed output technology
US10164698B2 (en) 2013-03-12 2018-12-25 Rearden, Llc Systems and methods for exploiting inter-cell multiplexing gain in wireless cellular systems via distributed input distributed output technology
US9923657B2 (en) 2013-03-12 2018-03-20 Rearden, Llc Systems and methods for exploiting inter-cell multiplexing gain in wireless cellular systems via distributed input distributed output technology
RU2767777C2 (ru) 2013-03-15 2022-03-21 Риарден, Ллк Системы и способы радиочастотной калибровки с использованием принципа взаимности каналов в беспроводной связи с распределенным входом - распределенным выходом
US11290162B2 (en) 2014-04-16 2022-03-29 Rearden, Llc Systems and methods for mitigating interference within actively used spectrum

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006245871A (ja) * 2005-03-02 2006-09-14 Hitachi Ltd 無線データ通信システム、および、無線データ通信方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006245871A (ja) * 2005-03-02 2006-09-14 Hitachi Ltd 無線データ通信システム、および、無線データ通信方法

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