JP5143533B2 - 受信装置、及び信号処理方法 - Google Patents
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Description
まず、本発明の好適な実施形態について説明するに先立ち、本発明に係る技術の基盤になるQRDE−MLD方式について簡単に説明する。この方式は、シングルキャリア伝送のMIMOシステムにおける多重信号分離手段において、チャネル行列の各要素に独立して含まれる周波数選択性を等化することが可能な最尤検出技術である。
まず、図1を参照しながら、QRDE−MLD方式に係る受信装置100の機能構成について説明する。図1は、QRDE−MLD方式に係る受信装置100の機能構成を示す説明図である。尚、送信側の装置を明示していないが、例えば、サブストリーム毎に、誤り訂正符号化/誤り検出符号化する手段と、離散フーリエ変換する手段と、周波数領域で変調マッピングする手段と、変調信号を時間領域に逆フーリエ変換する手段とを備え、複数のアンテナを介して信号を送信するような機能構成を有するものである。
FFT部102は、各アンテナを介して入力された時間領域の受信信号y(t)を周波数領域の受信信号y(ω)に変換する手段である。このとき、FFT部102は、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform)のアルゴリズムに基づいて受信信号を周波数領域の信号に変換する。FFT部102により周波数領域に変換された受信信号は、乗算処理部104に入力される。尚、受信信号ベクトルyは、チャネル行列Hを用いて下記の式(1)のように表現される。但し、xは送信信号ベクトルである。また、nは雑音項である。
信号等化部106は、乗算処理部104の出力信号と、後述する等化係数算出部112、114により算出された等化係数と、乗算係数算出部116、118により算出された乗算係数とに基づき、後述するQR分解部110により算出された上三角行列Rの各要素が持つ周波数選択性を等化し、さらに、その周波数選択性を平坦化する手段である。信号等化部106の出力信号ZはIDFT部120に入力される。尚、信号等化部106が有する機能構成の詳細については後述する。
チャネル推定部108は、パイロットシンボル等に基づいて信号伝送路の状態を示すチャネル行列Hを推定する手段である。チャネル推定部108により推定されたチャネル行列Hは、QR分解部110に入力される。QR分解部110は、チャネル推定部108により推定されたチャネル行列Hをユニタリ行列Qと上三角行列Rとの積に分解(所謂、QR分解)する手段である。
等化係数算出部112、114は、受信サブストリーム毎に周波数領域等化を実現するための等化係数(Fa、Fs)を算出する手段である。特に、等化係数算出部112は、主に、後述する加算用の乗算係数Caに関係する信号に対して周波数領域等化するための等化係数(以下、加算用等化係数Fa)を算出する。一方、等化係数算出部114は、主に、後述する減算用の乗算係数Csに関係する信号に対して周波数領域等化するための等化係数(以下、減算用等化係数Fs)を算出する。但し、上三角行列Rの最下行に対応する乗算処理部104の出力信号に対しては、後述するように、乗算係数Ca、Csとの関係を考慮しなくてもよい。
乗算係数算出部116、118は、受信サブストリーム毎に周波数領域等化の処理を実行する前段で、乗算処理部104の各出力信号に対し、上三角行列Rの非対角要素に対応する成分を除去又は注入するための乗算係数(Ca、Cs)を算出する手段である。特に、乗算係数算出部116は、乗算処理部104の各出力信号に対し、上三角行列Rの非対角要素に対応する成分を注入するための乗算係数(以下、加算用乗算係数Ca)を算出する。一方、乗算係数算出部118は、乗算処理部104の各出力信号に対し、上三角行列Rの非対角要素に対応する成分を除去するための乗算係数(以下、減算用乗算係数Cs)を算出する。尚、後述するように、乗算係数算出部116により算出される加算用乗算係数Caは、上三角行列Rの非対角要素に対応する信号の周波数選択性を対角要素に対応する信号の周波数選択性に近似させる効果を奏するものである。
IDFT部120は、信号等化部106の各出力信号Zに対し、逆離散フーリエ変換(IDFT;Inverse Discrete Fourier Transform)を施して周波数領域の信号Z(ω)から時間領域の信号Z(t)に変換する手段である。各IDFT部120の出力信号は、EDC部122に入力される。
EDC部122は、IDFT部120により時間領域の信号に変換された信号等化部106の出力信号と、所定の変調方式に対応する送信シンボル候補との間のユークリッド距離(Euclidean Distance)を算出する手段である。但し、送信シンボル候補とは、所定の変調方式に対応する信号点配置図(コンステレーション)上の各信号点のことである。また、このユークリッド距離は、下記の式(7)で表現される評価関数により算出される。
LLR部124は、EDC部122から入力された推定送信信号ベクトルの対数尤度比(LLR;Log−Likelihood Ratio)を算出する手段である。S/P変換部126は、推定送信信号ベクトルをサブストリーム毎に分離する手段である。S/P変換部126により分離されたサブストリーム毎の推定送信信号は、FEC部128に入力される。FEC部128は、LLR部124により算出された対数尤度比に基づいてサブストリーム毎の推定送信信号に対して誤り訂正(Forward Error Correction)を施し、再生データを出力する。
図2を参照しながら、信号等化部106の機能構成について、より詳細に説明する。図2は、QRDE−MLD方式に係る信号等化部106の機能構成を示す説明図である。
まず、信号等化部106は、乗算処理部104から入力された信号{QHy}(3)を2つに分岐してFDE部172に入力する。FDE部172は、その入力された信号の一方に対して加算用等化係数Fa(3)を乗算し、その乗算結果(Z(3))をIDFT部120に向けて出力する。さらに、FDE部172は、その入力された信号の他方に対して減算用等化係数Fs(3)を乗算する。減算用等化係数Fs(3)が乗算された信号は、分岐されて加減算部174、178、182に入力される。
次いで、信号等化部106は、乗算処理部104から入力された信号{QHy}(2)を2つに分岐して加減算部174に入力する。加減算部174は、FDE部172から入力された信号に加算用乗算係数Ca23を乗算する。そして、加減算部174は、その乗算して得られた信号を信号{QHy}(2)に加算して加算信号を生成する。同様に、加減算部174は、FDE部172から入力された信号に減算用乗算係数Cs23を乗算する。そして、加減算部174は、その乗算して得られた信号を信号{QHy}(2)から減算して減算信号を生成する。この加算信号、及び減算信号は、FDE部176に入力される。
次いで、信号等化部106は、乗算処理部104から入力された信号{QHy}(1)を2つに分岐して加減算部178に入力する。加減算部178は、FDE部172から入力された信号に加算用乗算係数Ca13を乗算する。そして、加減算部178は、その乗算して得られた信号を信号{QHy}(1)に加算して第1の加算信号を生成する。同様に、加減算部178は、FDE部172から入力された信号に減算用乗算係数Cs13を乗算する。そして、加減算部178は、その乗算して得られた信号を信号{QHy}(1)から減算して第1の減算信号を生成する。
次いで、信号等化部106は、乗算処理部104から入力された信号{QHy}(0)を2つに分岐して加減算部182に入力する。加減算部182は、FDE部172から入力された信号に加算用乗算係数Ca03を乗算する。そして、加減算部182は、その乗算して得られた信号を信号{QHy}(0)に加算して第1の加算信号を生成する。同様に、加減算部182は、FDE部176から入力された信号に加算用乗算係数Ca02を乗算する。そして、加減算部182は、その乗算して得られた信号を第1の加算信号に加算して第2の加算信号を生成する。さらに、加減算部182は、FDE部180から入力された信号に加算用乗算係数Ca01を乗算する。そして、加減算部182は、その乗算して得られた信号を第2の加算信号に加算して第3の加算信号を生成する。この第3の加算信号は、FDE部184に入力される。
ここで、図3を参照しながら、信号等化部106の処理による効果について簡単に説明する。図3は、信号等化部106の第3段目で実行される等化処理の効果を示す説明図である。尚、第3段目の処理を例に挙げて説明するが他段の処理についても同様である。
次に、本発明の第1実施形態について説明する。本実施形態は、上記のQRDE−MLD方式を基盤とし、信号等化処理の前段で、繰り返し処理によるマルチパス干渉の除去処理を実行する点に特徴がある。これは、マルチパス干渉による影響が大きな広帯域伝送等の場合においても、QRDE−MLD方式の利点を生かせるようにするものである。
まず、図4を参照しながら、本実施形態に係る受信装置200の機能構成について説明する。図4は、本実施形態に係る受信装置200の機能構成を示す説明図である。尚、上記のQRDE−MLD方式に係る受信装置100と実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより詳細な説明を省略する。
制御部204は、QRDE−MLD方式の受信装置100と実質的に同一の処理に基づいて再生された再生データを用いて送信レプリカ信号x’を生成するように制御する手段である。まず、FEC部128から出力された再生データが変調部206に入力されて時間領域の送信レプリカ信号x’(t)が生成される。次いで、時間領域の信号レプリカ信号x’(t)は、DFT部208に入力されて周波数領域の送信レプリカ信号x’(ω)に変換される。この周波数領域の送信レプリカ信号x’(ω)は、マルチパス干渉除去部202、及び乗算処理部104に入力される。
マルチパス干渉除去部202は、FFT部102から入力された周波数領域の受信信号に含まれるマルチパス干渉の影響を繰り返し処理により除去する手段である。マルチパス干渉除去部202は、下記の式(8)に示すように、DFT部208から出力された送信レプリカ信号x’を用いてチャネル行列Hの周波数依存成分ΔH(ω)を減算することで周波数選択性を除去する。但し、送信レプリカ信号x’には、誤差が含まれることがあり、送信信号xと送信レプリカ信号x’とが一致せずに周波数選択性が残留する可能性がある。しかし、この残留した周波数選択性(又は残留マルチパス干渉)は、後段の信号等化部106によって除去される。尚、Havは、周波数領域におけるチャネル行列Hの平均を表す。
ここで、制御部204の詳細な機能構成について説明を加える。制御部204は、伝送路の状況や再生データの復号品質を監視しながら、マルチパス干渉除去部202の動作を制御する。チャネル行列Hの平均値Havは、例えば、周波数帯域内での位相や振幅等の変化に応じて零又は非常に低いレベルとなる場合がある。こうした場合において、制御部204は、チャネル行列Hの平均値Havを算出するための平均化手法を変更する。例えば、制御部204は、平均化手法として周波数領域内での電力重み付け平均を用いたり、或いは、時間領域(インパルス応答)内で最大レベルを有するパスの伝達関数を平均値Havに代えて適用してもよい。制御部204は、こうした手法を伝送路の状況に応じて変化させることができる。
以上、本実施形態に係る受信装置200の機能構成、及び信号処理方法について説明した。上記の方法は、繰り返し復号を前提とし、2回目以降の繰り返し復号処理において、周波数領域におけるマルチパス干渉の除去処理をする点に特徴がある。また、マルチパス干渉の除去後に出力される信号に対してQRDE−MLD方式の信号等化処理を施す。この処理に係る制御は、伝送路の状況や復号品質に応じて適応的に実行される。
図6に、本実施形態に係る受信特性のシミュレーション結果を示す。尚、シミュレーションの条件は、3GPPにて規格化が進められているEvolved UTRA and UTRAN(通称LTE : Long Term Evolution)を基準にしている。また、チャネル符号にターボ符号を用いるターボインターリーバの構成を採用した。この構成は、送信側のDFT前段でインタリーバを適用し、受信側のターボ復号前にデインタリーバを適用するものである。当該構成を採用すると、サブストリーム間の相関を低減させることが可能になるため、受信特性の向上が期待できる。本シミュレーションにおいて、ターボ符号は、拘束長4、最大繰り返し復号回数を7回とした。
次に、本発明に係る第2実施形態について説明する。本実施形態は、QR分解に起因する周波数選択性の強調効果を回避するために、繰り返し処理の初回において、MMSE基準の等化係数を利用し、次回以降にQRDE−MLD方式に係る処理を実行する点に特徴がある。従って、上記の第1実施形態と本実施形態とは、図7に示す乗算処理部104、及び信号等化部302に与えられる係数と、信号等化部302による実質的な処理の流れが主に相違する。そこで、図7を参照しながら、これらの相違点を中心に説明する。
既に述べた通り、QR分解を用いることで周波数領域等化の際に周波数選択性が強調されるという問題がある。この問題は、当該技術を広帯域通信に適用することで周波数選択性が激しくなる可能性を示唆するものである。例えば、QR分解に基づく信号分離法を適用した後で周波数領域等化を実施する場合、雑音強調を抑制するために周波数選択性が補正されない可能性が高まる。そのため、残留マルチパス干渉が増大し、繰り返し復号の初回における復号性能の低下を招く結果となる。そこで、本実施形態では、繰り返し復号の初回だけ、MMSE基準の等化係数に基づいて周波数領域における等化処理を実施し、その結果得られるレプリカ信号を用いて次回以降の処理を継続する方式を提案する。
まず、図7を参照しながら、本実施形態に係る受信装置300の機能構成について説明する。図7は、本実施形態に係る受信装置300の機能構成を示す説明図である。
信号等化部302は、第1実施形態における信号等化部106と同様に、上三角行列の各行に対応する受信サブストリームに対し、上三角行列の最下行から順に行単位で周波数領域等化を施すことにより、上三角行列の各要素に独立して発生する周波数選択性を等化させる手段である。但し、信号等化部302は、後述するMMSE基準の等化係数を利用して信号等化することができる。
102 FFT部
104 乗算処理部
106 信号等化部
108 チャネル推定部
110 QR分解部
112、114 等化係数算出部
116、118 乗算係数算出部
120 IDFT部
122 EDC部
124 LLR部
126 S/P変換部
128 FEC部
172、176、180、184 FDE部
174、178、182 加減算部
202 マルチパス干渉除去部
204 制御部
206 変調部
208 DFT部
302 信号等化部
304 制御部
Claims (4)
- 複数のアンテナで受信した多重信号を最尤検出により分離する受信装置であって、
レプリカ信号を用いてチャネル行列の周波数依存成分を減算する干渉成分減算部と、
周波数依存成分が減算された前記チャネル行列をユニタリ行列と上又は下三角行列との積に分解する行列分解部と、
前記上又は下三角行列に基づき、当該上又は下三角行列の行単位で周波数領域等化を施すことで受信サブストリーム毎に周波数選択性を等化する信号等化部と、
を備えることを特徴とする、受信装置。 - MMSE(Minimum Mean Squared Error)等化係数を用いて分離された前記多重信号の各サブストリーム成分に基づいて前記レプリカ信号を生成するレプリカ生成部をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の受信装置。
- 前記レプリカ生成部は、前記多重信号を分離する際に、伝送路の状況に応じて前記MMSE等化係数を用いるか、或いは、前記ユニタリ行列及び前記上又は下三角行列を用いるかを選択することを特徴とする、請求項2に記載の受信装置。
- 複数のアンテナで受信された多重信号が最尤検出により分離される際にマルチパス干渉による影響を抑制することが可能な信号処理方法であって、
レプリカ信号を用いてチャネル行列の周波数依存成分が減算される干渉成分減算ステップと、
周波数依存成分が減算された前記チャネル行列がユニタリ行列と上又は下三角行列との積に分解される行列分解ステップと、
前記上又は下三角行列に基づき、当該上又は下三角行列の行単位で周波数領域等化が施されて受信サブストリーム毎に周波数選択性が等化される信号等化ステップと、
を含むことを特徴とする、信号処理方法。
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