JP4889756B2 - 無線アクセスシステム及び移動局装置 - Google Patents
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Description
OFDMAシステムなどのサービスの面的展開を図るときに、周波数の有効利用を図るための各種の方法が知られている。
図12は、同一周波数を用いる基地局間距離を多くとり、同一周波数干渉を軽減することにより、周波数の地理的再利用率を向上させる方法の例を示す図であり、(a)はNセル周波数繰返し、(b)はFFR(Fractional Frequency Reuse:部分周波数繰り返し)の図である。
図12の(a)は、N=3の場合のNセル周波数繰返しを示しており、この場合、周波数利用率は概ね1/3となる。
図12の(b)に示すFFRの例は、共通の周波数帯域を4つに分割し、各セルの中心部では同一の周波数帯域を利用し、周辺部では他の周波数帯域を繰返し利用するものである。この場合の周波数利用率は概ね1/2となり、従来のNセル周波数繰返しに比べて、周波数利用率を改善することができる。
一方、図13は、リピテーションの例を示す図である。リピテーションは、同じデータをM回繰返し送信してSIRを向上することにより、全セルで共通の周波数帯域を使用する1セル周波数繰返しを実現する方法である。図示する例の場合には、1セル周波数繰返しであるため、周波数の地理的な再利用率は1となるが、M=3とされているため、時間軸を考慮した周波数利用率は概ね1/3となる。
さらに、アダプティブアレーアンテナを用いて干渉波を抑圧する方法も知られている。これは、所望波方向の利得を増大させ、干渉波方向に対する利得を減少させる指向性パターンを適応的に制御することで、所望波を良好に受信する技術である。この方法は、第3世代以降の移動通信方式(DS−CDMA等)における周波数利用効率増大技術として大きな期待が寄せられている。
MIMO空間多重における信号分離技術の代表例として、空間フィルタリングによる方法(ZF(zero-forcing)法、MMSE(minimum mean square error)法など)、最尤推定に基づく信号検出(最尤判定、MLD:maximum likelihood detection)法及びMIMOチャネル行列のMMSE QR分解とMアルゴリズムを用いたMMSE QRD−Mアルゴリズムに基づきMLD法からの特性劣化を抑えながら、MLD法に対する演算量の大幅な削減を実現する方法(MMSE−QRM−MLD法)などが知られている(非特許文献2、3)。
また、誤り訂正符号(チャネル符号)化されたMIMOシステムを対象とし、軟入力軟出力誤り訂正復号器の外部値を軟出力MIMO信号検出器に事前値としてフィードバックする最大事後確率(MAP:Maximum A posteriori Probability)推定に基づく繰り返し信号検出法(MAP検出法)が提案されており(非特許文献7)、該MAP検出の簡易化アルゴリズムとして、SD(Sphere Decoding)アルゴリズム(非特許文献7、10)や軟出力Mアルゴリズム(Soft-Output M-Algorithm)(非特許文献8)などが知られている。これらの手法では、誤り訂正MIMO空間多重における信号分離技術と誤り訂正復号技術を連携させることにより、前述のZF法、MMSE法、MLD法に比べて優れたMIMO伝送特性を実現できることが知られている。
さらに、OFDM方式にMIMOを適用したシステムや(非特許文献2、6)、軟入力軟出力誤り訂正復号の簡略化アルゴリズムも知られている(非特許文献11)。
しかしながら、上述のように、図12及び図13に示した方法では、周波数利用率1を実現することは困難である。
セル間干渉除去により、リピテーションを用いずに1セル(セクタ)周波数繰返しを実現することができれば、OFDMAシステムにおける周波数利用率は大きく向上する。
従来の干渉キャンセル技術を利用してセル間干渉除去を行う方法も考えられるが、従来の干渉キャンセル技術、例えば非特許文献1に記載の技術は、OFDM方式を前提としてない。また、アダプティブアレーアンテナ等の空間フィルタリングを用いたセル間干渉抑圧技術において、同時に打ち消すことが可能な干渉波数は、(アレーアンテナの素子数−1)、すなわち、アレーの自由度だけしかなく多数の干渉波を抑圧するためには多くの素子数を用意する必要がある。アンテナ設置スペースを広くとることができない移動局側にアダプティブアレーアンテナ等で用いられるMMSE法等の線形信号処理に基づく空間フィルタリング技術を適用する場合には、この制約は厳しいものとなる。特に、送受で複数のアンテナを用いるMIMO構成を採用した場合には、複数の信号が同時に送信されている場合が多く、線形信号処理に基づく空間フィルタリングを用いた干渉抑圧技術では周辺セルからの干渉波への対応が困難となる。そのため、送信側及び受信側で用いられるアンテナ数について制約を受けない、最尤推定やMAP推定等の非線形信号処理に基づく干渉除去法を適用する必要がある。
OFDMにおいてセル間干渉除去を効率的に行うため、互いに異なる基地局から送信される希望信号と干渉信号の間で伝搬路におけるマルチパスを含めた受信タイミングずれ(タイミングオフセット)がOFDMのガードインターバル(GI)内に収まっていること、すなわちシンボル間同期がとれていることが望ましい。すなわち、希望信号と干渉信号の受信タイミングずれがOFDMのガードインターバル(GI)を超えると復調精度が大きく劣化するため、基地局間の同期制御が必要である。
干渉信号数の情報を取得する方法として、受信信号を解析することにより推定することも可能であるが、その情報を取得するための方法は簡素化できることが望ましい。
一方、近年、変調方法や誤り訂正の符号化率等の送信方式を伝搬路の状態に応じて適応的に切替制御を行う適応伝送(リンクアダプテーション)を適用したシステムが増えつつあり、このようなシステムでは、適応的に切替わる送信方式を受信側で認識できるための仕組みは不可欠となっている。しかし、非特許文献1等に記載されている従来の干渉キャンセル技術を利用してセル間干渉除去を行う方法は、このような適応伝送を前提としていない。そのため、適応伝送を行うシステムにはそのまま適用できない課題がある。
この提案された無線アクセスシステムは、OFDMにより基地局と移動局が通信を行う無線アクセスシステムにおける下りリンクの伝送において複数の基地局で共通の周波数帯域を使用する際、互いに干渉となる全ての基地局の送信タイミングが、移動局における各基地局からの信号のマルチパスを含めた受信タイミングのずれがOFDMのガードインターバル内に収まるように制御されており、各基地局は、パイロット信号を含むパイロットチャネルと、少なくとも移動局との通信に必要な制御情報を含む制御チャネルと、ユーザデータの情報を含むトラフィックチャネルとが多重されたOFDM信号を送信し、移動局は、各基地局からの信号のパイロット信号区間における受信信号に含まれる前記パイロット信号に基づいて自セル基地局と自移動局との間、及び干渉となる各周辺セル基地局と自移動局との間のチャネル情報を取得する手段と、前記制御チャネルを自セル基地局及び干渉となる周辺セル基地局について復調し、自セル基地局及び干渉となる各周辺セル基地局の前記制御情報を取得する手段と、前記取得したチャネル情報と前記取得した自セル基地局及び干渉となる各周辺セル基地局の制御情報とに基づいて、受信信号から自セル基地局からの希望信号と周辺セル基地局からの干渉信号とをMLD(最尤検出法)などを用いて検出することにより、自セル基地局からの希望信号と周辺セル基地局からの干渉信号を分離する信号分離手段とを有し、分離されたこれらの複数信号から希望信号のみを取り出すことで周辺セルからの干渉信号除去を実現するものである。
また、提案された無線アクセスシステムは、希望信号と干渉信号を分離する複数信号分離処理において誤り訂正復号処理との連携を行うものではなかった。
そこで、本発明は、複数信号分離処理において誤り訂正復号処理との連携を図り、OFDMセルラシステムの下りリンクにおける周波数利用率及びセル端のスループット性能の大幅な向上を実現することができる無線アクセスシステム及びその移動局装置を提供することを目的としている。
あるいは、OFDMにより基地局と移動局が通信を行う無線アクセスシステムであって、下りリンクの伝送において複数の基地局で共通の周波数帯域を使用する際、互いに干渉となる全ての基地局の送信タイミングが、移動局における各基地局からの信号のマルチパスを含めた受信タイミングのずれがOFDMのガードインターバル内に収まるように制御されており、各基地局は、パイロット信号を含むパイロットチャネルと、少なくとも移動局との通信に必要な制御情報を含む制御チャネルと、誤り訂正符号化されたユーザデータの情報を含むトラフィックチャネルとが多重されたOFDM信号を送信し、かつ、トラフィックチャネルの送信方式に関する情報を自局に加えて干渉となる周辺セル基地局についても前記制御情報中に含ませて送信するように構成されており、前記移動局は、各基地局からの信号のパイロット信号区間における受信信号に基づいて自セル基地局と自移動局との間、及び干渉となる各周辺セル基地局と自移動局との間のチャネル情報を取得する手段と、前記制御チャネルを自セル基地局及び干渉となる周辺セル基地局について復調し、自セル基地局及び干渉となる各周辺セル基地局の前記制御情報を取得する手段と、最大事後確率(MAP)推定アルゴリズムに基づいて動作する軟出力MIMO信号検出器及び軟入力軟出力チャネル復号器を備え、前記取得したチャネル情報並びに前記取得した自セル基地局及び干渉となる各周辺セル基地局の制御情報を用い、前記自セル基地局から受信した制御情報を復調して取得した、自セル基地局及び干渉となる周辺セル基地局のトラフィックチャネルの送信方式に関する情報に基づいて、受信信号から自セル基地局からの希望信号と周辺セル基地局からの干渉信号とを最大事後確率推定に基づく繰り返し信号検出により同時に検出することによって、自セル基地局からの希望信号と周辺セル基地局からの干渉信号を分離する信号分離手段であって、前記軟出力MIMO信号検出器から出力される事後確率対数尤度比と事前対数尤度比との差である外部対数尤度比が事前入力値として前記軟入力軟出力チャネル復号器に入力され、該軟入力軟出力チャネル復号器から出力される事後確率対数尤度比と前記事前入力値との差である外部対数尤度比が前記事前対数尤度比として前記軟出力MIMO信号検出器に入力されるように構成されている信号分離手段とを有し、前記信号分離手段により分離された信号から希望信号のみを取り出すことで周辺セルからの干渉信号除去と自セル基地局からの希望信号の復調を同時に実現するものである。
すなわち、各基地局からの信号の受信タイミングのずれがOFDMのガードインターバル内に収まるように制御されていることにより、希望信号と干渉信号との間でシンボル同期がとれ、高精度な干渉除去が可能となる。
さらに、希望信号だけでなく干渉信号も検出して信号分離処理を行うことにより、高精度な干渉除去が可能となる。特に、最大事後確率(MAP)推定に基づき、軟入力軟出力チャネル復号器(軟入力軟出力誤り訂正復号器)から得られる希望信号及び干渉信号の各ビットの事後確率情報を軟出力MIMO信号分離器に対する事前確率情報としてフィードバックする繰返し処理を行うことにより、各ビットの事前確率情報を用いない従来の最尤推定に基づくMIMO信号分離(MLD:Maximum Likelihood Detection)に比べて、極めて高い信号分離精度を実現することが可能となる。さらに、OFDMシステムでは、一般に誤り訂正符号化後の信号が周波数方向にインターリーブされる。そのため、周波数選択性フェージング環境下において、受信信号のランダム度が増すため、畳み込み符号等のランダム誤りの訂正に適した誤り訂正符号を適用した場合、誤り訂正復号の精度が増し、その結果、本発明で用いられる繰り返し信号分離検出の効果を得やすいという効果もある。
さらにまた、自セルの基地局の制御チャネルを介して干渉となる各周辺セル基地局の送信アンテナ数や送信ストリーム数を制御情報に含めて通知することにより、受信側において各周辺セル基地局からの制御チャネルを復号することなく干渉局の送信アンテナ数や干渉信号のストリーム数をといった高精度な干渉除去を実現するために必要な情報を受信側で把握することが可能となる。
さらにまた、制御チャネルを介してトラフィックチャネルの変調方法、誤り訂正符号化(チャネル符号化)方式、マルチアンテナ伝送方法などの送信方式に関する情報を通知することにより、無線伝搬路の状態に応じた適応伝送を行う場合にも適用することが可能となる。
図1において、1は移動局3が在圏する基地局(自セル基地局)、2は前記基地局1に隣接する基地局(周辺セル基地局)、3は移動局である。
本発明の無線アクセスシステムはOFDM変調を用いたセルラシステムの下りリンクを対象としている。そして、図1に示すように、本システムを用いて全てのセルで共通の周波数帯域f0を使用する1セル周波数繰り返し方式とされている。そして、各基地局1、2は、移動局3における各基地局1、2から送信される信号の受信タイミングのずれが可能な限りOFDMのガードインターバル(GI)内に収まるように、同期制御されている。また、各基地局1、2は、それぞれに属する移動局に対して、同一周波数のサブキャリア上で誤り訂正符号化が施されたユーザデータを送信する。
図示するように、移動局3には、自セル基地局1から送信される希望信号sと周辺セル基地局2から送信される干渉信号uが同時に受信される。希望信号sと干渉信号uは同一周波数帯のOFDM信号である。本発明の無線アクセスシステムの移動局3は、受信信号(s+u)(ただし実際には、このsおよびuは無線伝搬路におけるフェージングによる歪を受けている)に対してMAP推定に基づく繰り返し信号検出法(MAP検出法)を用いて、希望信号sと干渉信号uを同時に推定した後、希望信号sのみを取り出すことで、干渉信号uの除去と希望信号sの高精度な復号を実現している。
すなわち、本発明の移動局3は、OFDMの各サブキャリアごとに、前記自セル基地局1から送信された希望信号と前記周辺セル基地局2から送信された干渉信号をMIMOシステムにおける複数のアンテナから送信された信号とみなし、MAP検出法に基づく信号分離技術を用いて希望信号と干渉信号の両方を推定し、そのうちの自セル基地局1からの希望信号の推定結果を取り出すことで、希望信号を復調する。
これにより、リピテーションを用いることなく、1セル周波数繰返しを実現できる。
なお、以上の説明では、周辺セル基地局2が一つであるものとして説明したが、周辺セル基地局2の数は複数であっても同様に取り扱うことができる。また、本発明における信号検出法の適用効果を発揮するためには、複数信号分離における干渉信号の推定精度を向上させる必要がある。干渉信号の推定精度を向上させるため、同一セル内の複数のユーザに対して異なる周波数のサブキャリアを割り当てることにより、複数ユーザを多重するOFDMA方式へ適用する場合には、互いにセル間干渉を引き起こすユーザに対し、各基地局が連携して同じ数かつ同一周波数のサブキャリアが割り当てられることが望ましい。
図2において、(a)は本発明の無線アクセスシステムの第1の実施の形態の概略構成を示す図であり、(b)は基地局から送信される信号のフォーマットの一例を示す図である。
図2の(a)に示すように、自セル基地局1には1又は複数本のアンテナ4が設けられており、周辺セル基地局2には1又は複数本のアンテナ5が設けられている。自セル基地局1のアンテナ4及び周辺セル基地局2のアンテナ5から送信された信号は、移動局3に設けられた1又は複数本のアンテナ6で受信される。また、各基地局間は、コアネットワーク7で接続されている。各基地局1、2は、コアネットワーク7を介して各種情報を共有することができる。また、各基地局間では、例えば、GPSを用いて基地局間の同期制御が行われており、移動局3におけるマルチパスを含めた各基地局からの信号の受信タイミングのずれがOFDMのガードインターバル以内となるように送信タイミングが制御されている。
また、前記パイロットチャネル11及び前記制御チャネル12の信号は、自セル基地局1から送信される信号も周辺セル基地局2から送信される信号もともに移動局3において復調することができることが必要とされる。したがって、パイロットチャネル11及び制御チャネル12は、互いに送信タイミングをずらすTDMA的な技術を用いたり、これらのチャネルを互いに異なる符号を用いて拡散するCDMA的な技術などを用いて、これらのチャネルが基地局間及び送信アンテナ間の干渉量を減らし、各基地局及び各送信アンテナからの信号が移動局側で識別可能となるように送信される必要がある。また、制御チャネル12については、符号化率の低い誤り訂正符号を用いて送信する等の方法を用いることにより、大きな干渉が存在する場合にも、各基地局の制御チャネルに含まれる信号をそれぞれ正しく識別できるようにすることもできる。
制御チャネル12は、主にシステムの制御のために必要な情報、同一セル内の全てのユーザに共通の制御情報を報知するための共通制御チャネル(あるいは報知チャネル)や、主にユーザ毎に個別の制御情報を所望のユーザ端末に通知するための個別制御チャネル等から構成される。セル間干渉除去を行うためには、事前に検出すべき希望信号のパラメータだけでなく、除去すべき干渉信号のパラメータを把握する必要がある。少なくとも、送信方式が固定されている簡易なシステムであっても、送信アンテナ数等の自セル基地局と移動局の通信に必要な最低限の制御情報及び除去すべき干渉信号数を事前に把握する必要がある。本発明の第1の実施の形態は、変調方法やマルチアンテナ送信方法等の送信方式が固定された適応伝送を用いない簡易なシステムについてのものであるため、この第1の実施の形態においては、各基地局は自基地局の送信信号数(送信側でビームフォーミングを用いない簡易な空間分割多重方式では、送信アンテナ数に対応するため、以下、単に送信アンテナ数とする)の情報を制御チャネル12を用いて移動局に送信するようにしている。また、本発明の他の実施の形態においては、この制御チャネル12を介して、自局についての送信方式に関する情報やさらには干渉となる周辺セル基地局の送信アンテナ数の情報及び送信方式に関する情報が送信されるが、これらについては後述する。
トラフィックチャネル13は、ユーザデータの伝送に用いられるチャネルである。各基地局は、ユーザデータを誤り訂正符号化して送信する機能とOFDM変調して送信する機能を有しており、誤り訂正符号化されたユーザデータが、サブキャリア単位でI/Qマッピングされ、時間領域の信号に変換されてトラフィックチャネル13を介して移動局3に送信される。なお、誤り訂正符号化方式としては、軟入力軟出力誤り訂正復号を行うことができるものであればどのような方式であっても良く、例えば、畳み込み符号、ターボ符号、LDPC(低密度パリティチェック)符号などを用いることができる。
そして、チャネル推定の結果に基づいて自セル基地局1及び周辺セル基地局2からそれぞれ送信される制御チャネル12の信号を受信し復調することにより、自セル基地局1と移動局3の通信に必要な最低限の制御情報及び周辺セル基地局2から送信された信号のパラメータを認識する。これにより、希望信号数と干渉信号数をそれぞれ認識し、取得することができる。なお、自セル基地局1と移動局3の通信に必要な最低限の制御情報としては、例えば、自セル基地局1の移動局3に対するOFDMのサブキャリア割当情報や送信アンテナ数の情報等が考えられる。
ここで、本来のMAP推定による繰り返し信号検出法(MAP検出)に限られることはなく、MAP検出を簡略化したSphere Decoding法(非特許文献7、10)及びSoft-Output M-Algorithm(非特許文献8)などを用いるようにしてもよい。また、軟入力軟出力チャネル復号(軟入力軟出力誤り訂正復号)アルゴリズムとしては、BCJRアルゴリズム、Max Log-MAPアルゴリズム、SOVA(Soft-Output Viterbi Algorithm)などのアルゴリズムが知られているが、このいずれかのアルゴリズム、あるいはこれらを変形改良したものを使用することができる。
これにより、伝搬路の状態に応じて最適な送信方式を選択して伝送を行うリンクアダプテーションを適用する場合に、希望信号だけでなく干渉信号の送信方式を識別することが可能となり、高精度なセル間干渉信号除去を行うことができる。
この実施の形態においては、自セル基地局1が、自局の送信アンテナ数の情報及び自局の前記送信方式に関する情報に加えて、干渉となる周辺セル基地局2の送信アンテナ数の情報及びその前記送信方式に関する情報を、前記制御チャネル12を介して移動局3に通知するようにしている。各基地局が前記コアネットワーク7経由で同一周波数を用いる送信アンテナ数の情報や前記送信方式に関する情報などの情報を相互に交換することにより、自セル基地局1は、前記コアネットワーク7を介して周辺セル基地局2の各サブキャリアで使用される送信アンテナ数の情報や送信方式に関する情報を得ることができる。自セル基地局1は、このようにして取得した周辺セル基地局の送信アンテナ数の情報及び前記送信方式に関する情報を自局に属する移動局3に通知する。
これにより、移動局3は、自セル基地局1からの制御チャネル12に含まれている情報を復調することにより干渉局(周辺セル基地局)2の送信アンテナ数の情報及び前記送信方式に関する情報を取得することが可能となる。前記図3に示した実施の形態においては、周辺セル基地局2と移動局3の間のチャネル推定及び周辺セル基地局2からの制御チャネル12の情報を復調後、復号する処理が必要であったのに対し、これらの処理を行うことなく周辺セル基地局2の送信アンテナ数及び前記送信方式に関する情報を得ることができるため、受信信号処理が簡易となり、干渉信号数の情報の取得が容易となる。
なお、適応伝送(リンクアダプテーション)を適用していない場合には、周辺セル基地局の送信アンテナ数の情報のみを自セル基地局1の制御チャネル12を用いて移動局3に通知するようにすればよい。
また、第3の実施の形態を上記セクタセル構成に適用した場合、コアネットワーク7を介さずに周辺セル(他セクタ)の送信信号方式に関する基地局間の情報転送が実現できるため、基地局間の情報転送における遅延問題を大きく軽減できる。そのため、第3の実施形態は、セクタセル構成における同一サイトのセル間干渉(セクタ間干渉)の実現が極めて容易にできるという特徴を持つ。一方、近年の基地局装置のRF部は、RRH(Remote Radio Head)と呼ばれる方式も使われており、RRH方式では、基地局のベースバンド部とRF部は光ファイバ等で接続されるため、必ずしも同じサイトに設置される必要はない。RRH方式では、適用各基地局のRF部分のみ基地局アンテナが設置されているサイトに分散設置(張り出し設置)し、複数のサイトの基地局ベースバンド処理部を交換局がある場所等に1箇所へまとめて設置する方式(複数サイトベースバンド処理部集中設置方式)を適用できる。RRH方式の適用により、互いに同じ場所に設置された基地局ベースバンド処理部は、実質的に互いに異なるセクタと見なせるため、これらのサイト間の干渉(セル間干渉)は、セクタ干渉と同様に扱うことができる。従って、第3の実施形態を複数サイトベースバンド処理部集中設置方式に適用した場合も、複数の基地局のベースバンド処理部が同じ場所にあることから、基地局間の同期や基地局間の情報転送について、コアネットワーク7を介さずに実現できるため、セル間干渉キャンセルが極めて容易に実現できる。
図5の(a)は前記基地局1及び2における送信機の構成例を示すブロック図である。図5の(a)では、本発明に直接係る部分を中心に図示し、実際の通信において当然必要となる部位(フィルタ等)については省略している。
図5の(a)に示す送信機において、送信すべきユーザデータは、図示しないバッファを介して図示しない送信タイミング制御部により制御されたタイミングで直並列変換部21に入力され、この基地局に設けられている送信アンテナの数Nt0に対応するNt0系列の並列データに変換される。直並列変換部21から出力される各系列のデータは、それぞれ対応して設けられている送信部22−1〜22−Nt0に供給される。送信部22−1〜22−Nt0は同一の構成とされている。
逆高速フーリエ変換部36は入力された信号に対して逆フーリエ変換を行い、該逆高速フーリエ変換部36から並列に出力される時間領域の信号は、並直列変換器37でシリアル信号に変換された後、ガードインターバル付加部38でガードインターバル(GI)が付加される。ガードインターバルが付加された信号は、D/A変換器39でアナログ信号に変換され、混合器40において局部発振器23からの搬送波周波数fcにアップコンバートされて、必要に応じてプレコーディングされた後、電力増幅器41で増幅され、対応する送信アンテナ24−1〜24−Nt0からそれぞれ送信される。
Nr本の受信アンテナ51−1〜51−Nrの受信信号は、それぞれに対応して設けられた信号受信部52−1〜52−Nrに入力される。各信号受信部52−1〜52−Nrは同一の構成とされている。
各信号受信部52−1〜52−Nrにおいて、対応する受信アンテナ51−1〜51−Nrで受信された信号は、図示しない低雑音増幅器で増幅された後、混合器61で局部発振器53からの搬送波周波数fcの信号と乗算されて、ベースバンドにダウンコンバートされ、A/D変換器62に入力される。A/D変換器62でデジタルデータに変換された受信信号は、ガードインターバル除去部63に入力されるとともに、タイミング検出、チャネル推定及び制御信号復調部54に入力される。
前述のように、パイロット信号は、各基地局の送信アンテナごとに固有のシンボルであり、このパイロットチャネルの信号を復調することにより、各基地局の各送信アンテナからの信号の受信タイミングを検出し、その送信アンテナからその受信アンテナまでのサブキャリアごとの伝達関数(振幅及び位相の変動)が推定される。そして、前記制御チャネルの受信信号を復調し、該制御チャネルに含まれている当該基地局の送信アンテナ数の情報(及び送信方式に関する情報)を復号することにより、自セル基地局1及び周辺セル基地局2のそれぞれの送信アンテナ数の情報(及び送信方式に関する情報)を取得する。これにより、チャネル行列H(k)を得ることができ、また、希望信号数と干渉信号数の情報や各基地局の送信方式に関する情報等、希望信号及び干渉信号に関するパラメータを取得することができる。
また、前記図4に示した第3の実施の形態の場合には、前記自セル基地局1からの制御チャネルの中に干渉局の送信アンテナ数及び送信方式に関する情報も含まれているため、タイミング検出、チャネル推定及び制御信号復調部54は、自セル基地局1からの受信信号に含まれている制御チャネルの情報を復号するのみでよい。
このようにして、タイミング検出、チャネル推定及び制御信号復調部54により、チャネル行列及び自セル基地局及び周辺セル基地局の送信アンテナ数及び送信方式に関する情報(適応変調及び適応符号化に関する情報(AMI:Adaptive Modulation and coding scheme level Information))を取得することができる。
これらの情報は、セル間干渉キャンセル機能付き繰り返し信号検出及びチャネル復号器55に供給され、後述する信号分離処理に使用される。
信号受信部52−1〜52−Nrからそれぞれ出力される各サブキャリアの信号は、セル間干渉キャンセル機能付き繰り返し信号検出及びチャネル復号器55に入力される。このセル間干渉キャンセル機能付き繰り返し信号検出及びチャネル復号器55において、前記タイミング検出、チャネル推定及び制御信号復調部54で推定されたチャネル情報(チャネル行列)及び復調された制御情報を用いて、MAP推定に基づく繰り返し信号検出により、各サブキャリアの受信信号から自セル基地局からの希望信号と周辺セル基地局からの干渉信号が分離され、分離されたこれらの複数信号から希望信号のみを取り出すことで、干渉信号除去と同時に希望信号が高精度に再生される。なお、このセル間干渉キャンセル機能付き繰り返し信号検出及びチャネル復号器55の構成については図7を参照して後述する。
図6において、91はMAPアルゴリズムに基づいて動作する軟出力MIMO信号検出器であり、複数の受信アンテナで受信された受信信号から希望信号と干渉信号を分離し、希望信号の事後確率対数尤度比(a posteriori LLR)LD1 (s)と干渉信号の事後確率対数尤度比LD1 (u)を出力する。
加算器92、デインターリーバ93、軟入力軟出力チャネル復号器94、硬判定器95、加算器96及びインターリーバ97により希望信号に対する信号推定部が構成されている。軟出力MIMO信号検出器91から出力される希望信号の事後確率対数尤度比LD1 (s)とインターリーバ97から出力される事前対数尤度比(a priori LLR)(事前値)LA1 (s)との差が外部対数尤度比(extrinsic LLR)LE1 (s)として出力される。該外部対数尤度比LE1 (s)は、デインターリーバ93でデインターリーブされ、事前入力値LA2 (s)として軟入力軟出力チャネル復号器94に供給される。軟入力軟出力チャネル復号器94は事前入力値LA2 (s)に基づいて誤り訂正復号処理を行い事後確率対数尤度比LD2 (s)を出力する。事後確率対数尤度比LD2 (s)と前記事前入力値LA2 (s)の差が外部情報(外部値)LE2 (s)として出力され、インターリーバ97で再インターリーブされて事前対数尤度比(事前値)LA1 (s)として前記軟出力MIMO信号検出器91に入力される。また、前記軟入力軟出力チャネル復号器94における複数回繰り返し処理後の事後確率対数尤度比LD2,i (s)は希望信号のユーザデータ部分の信頼度情報として硬判定器95で硬判定され、希望信号の再生出力として出力される。
前記図5の(a)に示したように、各送信機から送信される信号は、チャネル符号化器31で誤り訂正符号化された後にインターリーバ32でインターリーブされて送信されているため、前記希望信号の外部対数尤度比LE1 (s)及び干渉信号の外部対数尤度比LE1 (u)は、デインターリーバ93及びデインターリーバ99でデインターリーブした後、軟入力軟出力チャネル復号器94及び軟入力軟出力チャネル復号器100に入力する必要がある。また、軟入力軟出力チャネル復号器94からの外部情報LE2 (s)及び軟入力軟出力チャネル復号器100からの外部情報LE2 (u)は、インターリーバ97及びインターリーバ102で再インターリーブされた事前対数尤度比(事前値)LA1 (s)及び事前対数尤度比(事前値)LA1 (u)として、前記軟出力MIMO信号検出器91に入力される。前記軟出力MIMO信号検出器91は、事前値LA1 (s)を用いて再度受信信号から希望信号を分離する処理及び事前値LA1 (u)を用いて再度受信信号から干渉信号を分離する処理を行い、希望信号の事後確率対数尤度比LD1 (s)及び干渉信号の事後確率対数尤度比LD1 (u)を出力する。以下、上述の処理を繰り返し行う。
このように、軟入力軟出力チャネル復号器の外部値を軟出力MIMO信号検出器に対する事前値としてフィードバックするため、従来のMLDに基づく手法に比べて高精度な信号分離を実現することができる。
このように、MAP検出法を希望信号だけではなく干渉信号も対象とするように拡張することにより、干渉信号除去と希望信号の高精度復調を同時に実現することが可能となる。
タイミングオフセットがマルチパス遅延を含めてOFDMのガードインターバル(GI)を超えないものとすると、移動局での第kサブキャリアの受信信号ベクトルx(k)は等価低域系表現を用い、式(1)に示すNr×1次元のベクトルで表される。
自セル基地局及び各周辺セル基地局から移動局間のMIMOチャネル行列及び各基地局から送信されるAMIが両方得られるとき、MAPに基づくMIMO信号検出器は、事後確率(posteriori probability)P(s(k)|x(k))を最大化することができ、その硬判定出力s^MAP(k)は式(6)で表される。
なお、MAPに基づく繰返しMIMO信号検出アルゴリズムの実装は、計算量削減を用いないMLDと同様、変調多値数あるいは送信アンテナ数が大きい場合、計算量削減手法を適用しないと一般に実装が困難であり、Sphere Decodingを用いた計算量削減手法(非特許文献7、10など)や軟出力Mアルゴリズム(Soft-Output M-Algorithm)(非特許文献8など)を用いた計算量削減手法、等が提案されている。本発明の繰り返し信号検出においても、これらの計算量削減手法を適用するようにしてもよい。
図8に評価用システムモデルを示し、図9にシミュレーション諸元を示す。
ここでは、図8に示すように2セルモデル(すなわち、NB=2)を仮定した。各基地局の送信アンテナ数はNt0=2とし、移動局の受信アンテナ数はNr=2とした。このため、この条件では、受信アンテナ数Nr(=2)は、全ての基地局のトータルの送信アンテナ数Nt=NB・Nt0(=4)より少なくなる。従って、受信アンテナのアレーの自由度が不足するため、MMSE (Minimum Mean Square Error)等の線形信号処理によって正しく信号を検出することはできない。ガードインターバル長Tgは有効OFDMシンボル長の1/4とした。また、フレーム長は1msとし、これは12OFDMシンボル長に相当する。チャネル符号として、拘束長K=3の畳み込み符号を用いた。簡単のため、自セル基地局及び隣接基地局からの送信信号は、同一の変調方式QPSK、同一の符号化率R=1/2を用いた。自セル基地局からの信号と周辺セル基地局からの信号の受信タイミングずれ(タイミングオフセット)は固定し、1/8有効OFDMシンボル長とした。FFT時間窓の検出及びチャネル推定は理想的に行えるものとした。また、自セル基地局から送信された制御シンボル及び周辺セル基地局から送信された制御シンボル共に移動局側で完全に復元できるものとした。移動局受信機では、希望信号と干渉信号を上述した繰返しMIMO信号検出法に基づき分離し、分離された希望信号と干渉信号は繰返し処理の中で、Max Log-MAPアルゴリズム(非特許文献11)に基づき軟入力軟出力チャネル復号される。繰返し処理を完了した後、チャネル復号器の出力におけるユーザデータの各ビットに対する事後確率対数尤度比(a posteriori LLR)の値を硬判定することによってユーザデータ系列を推定する。
Claims (3)
- OFDMにより基地局と移動局が通信を行う無線アクセスシステムであって、
下りリンクの伝送において複数の基地局で共通の周波数帯域を使用する際、互いに干渉となる全ての基地局の送信タイミングが、移動局における各基地局からの信号のマルチパスを含めた受信タイミングのずれがOFDMのガードインターバル内に収まるように制御されており、
各基地局は、
パイロット信号を含むパイロットチャネルと、少なくとも移動局との通信に必要な制御情報を含む制御チャネルと、誤り訂正符号化されたユーザデータの情報を含むトラフィックチャネルとが多重されたOFDM信号を送信し、かつ、自局のトラフィックチャネルの送信方式に関する情報を前記制御情報中に含ませて送信するように構成されており、
前記移動局は、
各基地局からの信号のパイロット信号区間における受信信号に基づいて自セル基地局と自移動局との間、及び干渉となる各周辺セル基地局と自移動局との間のチャネル情報を取得する手段と、
前記制御チャネルを自セル基地局及び干渉となる周辺セル基地局について復調し、自セル基地局及び干渉となる各周辺セル基地局の前記制御情報を取得する手段と、
前記自セル基地局及び干渉となる周辺セル基地局から受信した制御情報を復調して各基地局のトラフィックチャネルの送信方式に関する情報を取得する送信方式情報取得手段と、
最大事後確率(MAP)推定アルゴリズムに基づいて動作する軟出力MIMO信号検出器及び軟入力軟出力チャネル復号器を備え、前記取得したチャネル情報並びに前記取得した自セル基地局及び干渉となる各周辺セル基地局の制御情報を用い、前記送信方式情報取得手段により取得した情報を利用して、受信信号から自セル基地局からの希望信号と周辺セル基地局からの干渉信号とを最大事後確率推定に基づく繰り返し信号検出により同時に検出することによって、自セル基地局からの希望信号と周辺セル基地局からの干渉信号を分離する信号分離手段であって、前記軟出力MIMO信号検出器から出力される事後確率対数尤度比と事前対数尤度比との差である外部対数尤度比が事前入力値として前記軟入力軟出力チャネル復号器に入力され、該軟入力軟出力チャネル復号器から出力される事後確率対数尤度比と前記事前入力値との差である外部対数尤度比が前記事前対数尤度比として前記軟出力MIMO信号検出器に入力されるように構成されている信号分離手段とを有し、
前記信号分離手段により分離された信号から希望信号のみを取り出すことで周辺セルからの干渉信号除去と自セル基地局からの希望信号の復調を同時に実現することを特徴とする無線アクセスシステム。 - OFDMにより基地局と移動局が通信を行う無線アクセスシステムであって、
下りリンクの伝送において複数の基地局で共通の周波数帯域を使用する際、互いに干渉となる全ての基地局の送信タイミングが、移動局における各基地局からの信号のマルチパスを含めた受信タイミングのずれがOFDMのガードインターバル内に収まるように制御されており、
各基地局は、
パイロット信号を含むパイロットチャネルと、少なくとも移動局との通信に必要な制御情報を含む制御チャネルと、誤り訂正符号化されたユーザデータの情報を含むトラフィックチャネルとが多重されたOFDM信号を送信し、かつ、トラフィックチャネルの送信方式に関する情報を自局に加えて干渉となる周辺セル基地局についても前記制御情報中に含ませて送信するように構成されており、
前記移動局は、
各基地局からの信号のパイロット信号区間における受信信号に基づいて自セル基地局と自移動局との間、及び干渉となる各周辺セル基地局と自移動局との間のチャネル情報を取得する手段と、
前記制御チャネルを自セル基地局及び干渉となる周辺セル基地局について復調し、自セル基地局及び干渉となる各周辺セル基地局の前記制御情報を取得する手段と、
最大事後確率(MAP)推定アルゴリズムに基づいて動作する軟出力MIMO信号検出器及び軟入力軟出力チャネル復号器を備え、前記取得したチャネル情報並びに前記取得した自セル基地局及び干渉となる各周辺セル基地局の制御情報を用い、前記自セル基地局から受信した制御情報を復調して取得した、自セル基地局及び干渉となる周辺セル基地局のトラフィックチャネルの送信方式に関する情報に基づいて、受信信号から自セル基地局からの希望信号と周辺セル基地局からの干渉信号とを最大事後確率推定に基づく繰り返し信号検出により同時に検出することによって、自セル基地局からの希望信号と周辺セル基地局からの干渉信号を分離する信号分離手段であって、前記軟出力MIMO信号検出器から出力される事後確率対数尤度比と事前対数尤度比との差である外部対数尤度比が事前入力値として前記軟入力軟出力チャネル復号器に入力され、該軟入力軟出力チャネル復号器から出力される事後確率対数尤度比と前記事前入力値との差である外部対数尤度比が前記事前対数尤度比として前記軟出力MIMO信号検出器に入力されるように構成されている信号分離手段とを有し、
前記信号分離手段により分離された信号から希望信号のみを取り出すことで周辺セルからの干渉信号除去と自セル基地局からの希望信号の復調を同時に実現することを特徴とする無線アクセスシステム。 - OFDMにより基地局と移動局が通信を行う無線アクセスシステムにおける移動局装置であって、
前記無線アクセスシステムは、下りリンクの伝送において複数の基地局で共通の周波数帯域を使用する際、互いに干渉となる全ての基地局の送信タイミングが、移動局における各基地局からの信号のマルチパスを含めた受信タイミングのずれがOFDMのガードインターバル内に収まるように制御されており、また、各基地局は、パイロット信号を含むパイロットチャネルと、少なくとも移動局との通信に必要な制御情報を含む制御チャネルと、誤り訂正符号化されたユーザデータの情報を含むトラフィックチャネルとが多重されたOFDM信号を送信し、かつ、自局のトラフィックチャネルの送信方式に関する情報を前記制御情報中に含ませて送信するようになされているものであり、
各基地局からの信号のパイロット信号区間における受信信号に基づいて、自セル基地局と自移動局との間、及び、干渉となる各周辺セル基地局と自移動局との間のチャネル情報を取得する手段と、
制御チャネルを自セル基地局及び干渉となる周辺セル基地局について復調し、自セル基地局及び干渉となる各周辺セル基地局の前記制御情報を取得する手段と、
最大事後確率(MAP)推定アルゴリズムに基づいて動作する軟出力MIMO信号検出器及び軟入力軟出力チャネル復号器を備え、前記取得したチャネル情報並びに前記取得した自セル基地局及び干渉となる各周辺セル基地局の制御情報を用い、前記取得した自セル基地局及び干渉となる各周辺セル基地局の制御情報に含まれた、各基地局のトラフィックチャネルの送信方式に関する情報に基づいて、受信信号から自セル基地局からの希望信号と周辺セル基地局からの干渉信号とを最大事後確率推定に基づく繰り返し信号検出により同時に検出することによって、自セル基地局からの希望信号と周辺セル基地局からの干渉信号を分離する信号分離手段であって、前記軟出力MIMO信号検出器から出力される事後確率対数尤度比と事前対数尤度比との差である外部対数尤度比が事前入力値として前記軟入力軟出力チャネル復号器に入力され、該軟入力軟出力チャネル復号器から出力される事後確率対数尤度比と前記事前入力値との差である外部対数尤度比が前記事前対数尤度比として前記軟出力MIMO信号検出器に入力されるように構成されている信号分離手段とを有し、
前記信号分離手段により分離された信号から希望信号のみを取り出すことで周辺セルからの干渉信号除去と自セル基地局からの希望信号の復調を同時に実現することを特徴とする移動局装置。
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