JP5353304B2 - Signal demodulating device and signal demodulating method - Google Patents
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Description
本発明は信号復調装置及び信号復調方法に関し、特にマルチキャリア変調信号を復調する信号復調装置及び信号復調方法に関する。 The present invention relates to a signal demodulating device and a signal demodulating method, and more particularly to a signal demodulating device and a signal demodulating method for demodulating a multicarrier modulation signal.
信号復調装置において、受信した周波数領域の信号を時間領域の信号に変換し、時間領域においてチャネル推定、雑音電力推定を行う手法が知られている(特許文献1、非特許文献1参照)。
図5は背景技術にかかる信号復調装置を説明するための図である。図5に示す信号復調装置は、サイクリックプレフィックス除去部(CP除去部)101と、離散フーリエ変換部(DFT部)102と、参照信号生成部103と、参照信号相関処理部104と、を有する。更に、ポイント数拡大処理部106と、離散逆フーリエ変換部(IDFT部)107と、雑音推定部108と、時間領域チャネル推定部109と、DFT部110と、等化重み計算部111と、チャネル等化部112を有する。
In a signal demodulating device, a method of converting a received frequency domain signal into a time domain signal and performing channel estimation and noise power estimation in the time domain is known (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
FIG. 5 is a diagram for explaining a signal demodulator according to the background art. The signal demodulating apparatus shown in FIG. 5 includes a cyclic prefix removing unit (CP removing unit) 101, a discrete Fourier transform unit (DFT unit) 102, a reference
図5に示す信号復調装置のチャネル推定、雑音推定処理は次の通りである。
まず、CP除去部101において受信信号であるマルチキャリア信号からサイクリックプレフィックスに相当する部分の信号を除去する。DFT部102は、CP除去部101でCPを除去した受信信号を入力し、離散フーリエ変換を行い周波数領域に変換した受信信号を出力する。参照信号相関処理部104は、周波数領域の受信信号から既知の参照信号を含む受信信号成分を取り出し、参照信号生成部103で生成した参照信号との乗算を行う。
The channel estimation and noise estimation processing of the signal demodulator shown in FIG. 5 is as follows.
First,
ポイント数拡大処理部106は、参照信号相関処理部104からの出力サンプルの両端に仮想的なサブキャリア成分を付加する。IDFT部107は、ポイント数拡大処理部106から出力された信号を時間領域の信号に変換する。帯域内全体に渡って良好なチャネル推定精度を得るためには、ポイント数拡大処理部106において出力サンプルの両端を滑らかに拡大する必要がある。これは、チャネル推定精度を向上するために必要な処理である。
雑音推定部108は、このようにして得られた時間領域の信号のうちチャネル応答窓外のサンプルから雑音レベルを推定する。時間領域チャネル推定部109は、チャネル応答窓を適用することで雑音パス除去を行い、チャネル推定値を得る。DFT部110は、時間領域チャネル推定部109からの信号を離散フーリエ変換し、周波数領域の信号に変換する。等化重み計算部111は、DFT部110から出力された周波数領域のチャネル推定値と雑音電力推定値を入力し、等化重みを計算する。チャネル等化部112は、等化重み計算部からの出力とDFT部102からの出力を入力し等化処理を行い、復調信号を出力する。
The point number
The
しかしながら、図5に示す信号復調装置のポイント数拡大処理部106において、出力サンプルの両端を滑らかに拡大すると、両端のサンプルに含まれる雑音成分が仮想的なサブキャリア成分にも含まれることになる。そして、このような信号をIDFT部107で時間領域に変換すると、時間領域変換後のサンプル列の特定位置に強調された雑音成分が現れることになる。したがって、時間領域での特定サンプル位置における雑音強調が存在するため、雑音電力推定精度が劣化するという問題が生じる。
However, in the point number
本発明の目的は、雑音電力推定精度を向上することができる信号復調装置及び信号復調方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a signal demodulating apparatus and a signal demodulating method capable of improving noise power estimation accuracy.
本発明にかかる信号復調装置は、受信信号を離散フーリエ変換処理することで周波数領域のサブキャリア成分を生成するサブキャリア成分生成部と、
参照信号に基づき時間領域において前記サブキャリア成分生成部の出力に対して等化重みを計算すると共に、前記時間領域への変換を行う前の前記周波数領域のサブキャリア成分を位相シフトし、前記時間領域での雑音推定位置を変化させる等化重み推定部と、
前記サブキャリア成分生成部の出力と前記等化重み推定部の出力とに基づき復調信号を生成するチャネル等化部と、を有する。
A signal demodulator according to the present invention includes a subcarrier component generation unit that generates a subcarrier component in a frequency domain by performing a discrete Fourier transform process on a received signal,
Based on a reference signal, an equalization weight is calculated for the output of the subcarrier component generation unit in the time domain, and the subcarrier component in the frequency domain before being converted to the time domain is phase-shifted, and the time An equalization weight estimator for changing the noise estimation position in the region;
A channel equalization unit that generates a demodulated signal based on the output of the subcarrier component generation unit and the output of the equalization weight estimation unit.
本発明にかかる信号復調方法は、受信信号を離散フーリエ変換処理することで周波数領域のサブキャリア成分を生成し、
参照信号に基づき時間領域において前記サブキャリア成分の等化重みを計算すると共に、前記時間領域への変換を行う前の前記周波数領域のサブキャリア成分を位相シフトすることで前記時間領域での雑音推定位置を変化させ、
前記離散フーリエ変換処理された受信信号と前記等化重みの計算結果とに基づき復調信号を生成する。
The signal demodulation method according to the present invention generates a subcarrier component in the frequency domain by subjecting a received signal to discrete Fourier transform processing,
Calculate the equalization weight of the subcarrier component in the time domain based on the reference signal, and estimate the noise in the time domain by phase-shifting the subcarrier component in the frequency domain before performing the conversion to the time domain Change the position,
A demodulated signal is generated based on the received signal subjected to the discrete Fourier transform process and the calculation result of the equalization weight.
本発明により雑音電力推定精度を向上することができる信号復調装置及び信号復調方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a signal demodulating apparatus and a signal demodulating method capable of improving noise power estimation accuracy.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本実施の形態にかかる信号復調装置を示す図である。本実施の形態にかかる信号復調装置は、受信信号30を離散フーリエ変換処理することで周波数領域のサブキャリア成分を生成するサブキャリア成分生成部20を有する。更に、参照信号31に基づき時間領域においてサブキャリア成分生成部20の出力に対して等化重みを計算すると共に、時間領域への変換を行う前の周波数領域のサブキャリア成分を位相シフトし、時間領域での雑音推定位置を変化させる等化重み推定部21を有する。更に、サブキャリア成分生成部20の出力33と等化重み推定部の出力32とに基づき復調信号34を生成するチャネル等化部12を有する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a signal demodulator according to the present embodiment. The signal demodulating apparatus according to the present embodiment includes a subcarrier
図2は、本実施の形態にかかる信号復調装置の詳細な図面である。図2において、図1と共通する部分については同じ符号を付している。以下、図2を用いて本実施の形態にかかる信号復調装置について詳細に説明する。 FIG. 2 is a detailed drawing of the signal demodulator according to the present embodiment. In FIG. 2, the same reference numerals are given to portions common to FIG. 1. Hereinafter, the signal demodulator according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.
サブキャリア成分生成部20は、サイクリックプレフィックス除去部(CP除去部)1と、離散フーリエ変換部(DFT部)2とを備える。また、等化重み推定部21は、参照信号相関処理部4と、位相シフト部5と、ポイント数拡大処理部6と、離散逆フーリエ変換部(IDFT部)7と、雑音推定部8と、時間領域チャネル推定部9と、DFT部10と、等化重み計算部11を有する。更に、本実施の形態にかかる信号復調装置は、参照信号生成部3と、チャネル等化部12を有する。
The subcarrier
CP除去部1は、サイクリックプレフィックス(CP)に相当する区間のサンプルを受信信号30のサンプル列から除去する。
DFT部2は、離散時間フーリエ変換により時間領域の受信信号のサンプル列を各サブキャリア成分に変換する。
参照信号生成部3は、送信側で信号に付加された既知の信号に対応する信号のレプリカである参照信号31を生成する。参照信号相関処理部4は、DFT部2の出力33のうち既知の信号成分を含む受信信号に対して、参照信号生成部3が生成した参照信号31を乗算し出力する。
The CP removal unit 1 removes samples in the section corresponding to the cyclic prefix (CP) from the sample sequence of the
The DFT unit 2 converts the sample sequence of the received signal in the time domain into each subcarrier component by discrete time Fourier transform.
The reference signal generation unit 3 generates a
位相シフト部5は、参照信号相関処理部4が出力する相関後の各サブキャリア成分に対して、位相シフトであるexp(−j2πΔk)を乗算する。この式においてkは乗算するサブキャリアの番号、Δは任意の位相シフト量を表す。また、jは複素虚数単位である。雑音電力推定処理の度に異なるΔの値を用いることができる。
The
ポイント数拡大処理部6は、位相シフト部5により得られたサブキャリア成分に仮想的なサブキャリア成分を追加する。この追加に当たっては、既存のサブキャリア成分の両端に追加する仮想的なサブキャリア成分が、既存のサブキャリア成分の両端と滑らかにつながるように処理を行う。この処理は例えば、既存サブキャリア成分のコピーやゼロ詰め、或いはこれらを組み合わせた手法によって実現される。
The point number
IDFT部7は、拡大されたサブキャリア成分を時間領域サンプル列に逆離散フーリエ変換する。
雑音推定部8は、時間領域のサンプル列から雑音電力を推定する。雑音電力推定ではチャネル応答がサイクリックプレフィックス幅に収まっていると仮定し、サイクリックプレフィックス幅に相当する区間以外のポイントのサンプルを雑音サンプルとして2乗平均することにより雑音電力を求める。
The
The
時間領域チャネル推定部9は、チャネル応答の遅延広がりがサイクリックプレフィックス幅に収まっていると仮定した上でサイクリックプレフィックス幅に相当する時間窓を適用することで、時間領域のサンプル列から雑音サンプルを除去する。この処理によりチャネルインパルス応答を推定する。 The time domain channel estimator 9 assumes that the delay spread of the channel response is within the cyclic prefix width and applies a time window corresponding to the cyclic prefix width to thereby detect noise samples from the time domain sample sequence. Remove. By this processing, the channel impulse response is estimated.
DFT部10は、時間領域チャネル推定部9の出力であるチャネルインパルス応答を周波数領域のチャネル利得推定値に離散フーリエ変換する。
等化重み計算部11は、雑音推定部8により得られた雑音電力推定値とDFT部10により得られたチャネル利得推定値とから等化重みを計算する。例えば、あるひとつのサブキャリアに注目したときのチャネル推定値をH、雑音電力推定値をσ2とすると、MMSE(Minimum Mean Square Error)ウェイトWは次式で求められる。ここで、H*はHの複素共役を表す。
The
The equalization weight calculation unit 11 calculates an equalization weight from the noise power estimation value obtained by the
チャネル等化部12は、等化重み計算部11が生成した等化重み(等化重み推定部の出力32)を元に、チャネル応答の逆特性を持つフィルタを生成し、DFT処理後の受信信号33に含まれるユーザデータ成分をそのフィルタにより濾波することで、チャネルにより生じた信号の歪みを補償する。以上の処理によりマルチキャリア変調信号復調器の出力である復調信号34を得る。
The
図3は本実施の形態にかかる等化重み推定部30の動作を説明するためのフローチャートである。等化重み推定部30は、まず参照信号31の受信の有無を判断する(S1)。参照信号31を受信していない場合は、ユーザデータ信号をチャネル等化部12で等化する(S2)。
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the equalization
参照信号31を受信した場合は、参照信号生成部3にて生成した参照信号31を乗算する(S3)。つまり、参照信号生成部3は、送信側で信号に付加された既知の信号に対応する信号のレプリカである参照信号31を生成する。そして、参照信号相関処理部4は、DFT部2の出力のうち既知の信号成分を含む受信信号に対して、参照信号生成部3が生成した参照信号31を乗算し出力する。
When the
次に、位相シフト部5はシフト量Δを更新し、参照信号相関処理部4が出力する相関後の各サブキャリア成分に対して、位相シフトであるexp(−j2πΔk)を乗算する(S4)。ここで、kは乗算するサブキャリアの番号、Δは任意の位相シフト量、jは複素虚数単位である。
Next, the
次に、時間領域においてチャネル推定・雑音推定を行い、等化重みを更新する(S5)。ここで、サブキャリア成分の時間領域サンプル列への変換は、IDFT部7において逆離散フーリエ変換することで得ることができる。また、雑音電力推定は雑音推定部8で、チャネル推定は時間領域チャネル推定部9で行われる。また、雑音推定部8により得られた雑音電力推定値とDFT部10により得られたチャネル利得推定値とから等化重みを計算することで、等化重みの値が更新される。
Next, channel estimation and noise estimation are performed in the time domain, and the equalization weight is updated (S5). Here, the conversion of the subcarrier component into the time domain sample sequence can be obtained by performing an inverse discrete Fourier transform in the
上記構成を有する本実施の形態にかかる信号復調装置によれば、位相シフト部5で各サブキャリア成分に対して位相シフトすることで、図4に示すように時間領域における雑音推定部及びチャネル推定部の着目時間位置(つまり、チャネル応答が含まれる範囲)を推定処理毎に変化させることができる。つまり、雑音推定はチャネル推定窓外のサンプルにて行うため、位相シフト量を変化させることにより雑音推定に用いるサンプルの位置もまた変化させることができる。ここで、図4におけるシフト量Δは、上述の位相シフトを表す式exp(−j2πΔk)におけるΔで決定することができる。
According to the signal demodulating device according to the present embodiment having the above-described configuration, the
一方、図4に示すように、周波数領域で位相シフト処理を行っても、ポイント数拡大処理に起因する雑音強調が生じる位置は位相シフトの影響を受けない。つまり、雑音強調が生じる位置は、周波数領域で位相シフト処理を行っても、時間軸上の特定位置に現れる。 On the other hand, as shown in FIG. 4, even if the phase shift process is performed in the frequency domain, the position where noise enhancement due to the point number expansion process occurs is not affected by the phase shift. That is, the position where noise enhancement occurs appears at a specific position on the time axis even if phase shift processing is performed in the frequency domain.
よって、位相シフト部5で各サブキャリア成分に対して位相シフトすることで、ポイント数拡大処理に伴う雑音強調が雑音推定に与える影響を平均化し、より高い精度で雑音電力推定を行うことができる。
Therefore, the
次に、本実施の形態にかかる信号復調方法について説明する。
本実施の形態にかかる信号復調方法は次の工程を有する。
受信信号を離散フーリエ変換処理することで周波数領域のサブキャリア成分を生成する工程。
参照信号に基づき時間領域においてサブキャリア成分の等化重みを計算すると共に、時間領域への変換を行う前の周波数領域のサブキャリア成分を位相シフトすることで時間領域での雑音推定位置を変化させる工程。
離散フーリエ変換処理された受信信号と等化重みの計算結果とに基づき復調信号を生成する工程。
Next, a signal demodulation method according to the present embodiment will be described.
The signal demodulation method according to the present embodiment includes the following steps.
A step of generating a frequency-domain subcarrier component by subjecting the received signal to discrete Fourier transform processing.
Calculate the equalization weight of the subcarrier component in the time domain based on the reference signal, and change the noise estimation position in the time domain by phase shifting the subcarrier component in the frequency domain before the conversion to the time domain Process.
A step of generating a demodulated signal based on the received signal subjected to the discrete Fourier transform and the calculation result of the equalization weight.
また、本実施の形態にかかる信号復調方法は、サブキャリア成分のうち既知の信号成分を含む受信信号に対して参照信号を乗算することで、時間領域への変換を行う前の周波数領域のサブキャリア成分を生成する工程、を有してもよい。 In addition, the signal demodulation method according to the present embodiment multiplies a received signal including a known signal component among subcarrier components by a reference signal, so that the frequency domain subcarrier before the conversion to the time domain is performed. A step of generating a carrier component.
また、本実施の形態にかかる信号復調方法は、kを乗算するサブキャリアの番号、Δを任意の位相シフト量、jを複素虚数単位とした場合、時間領域への変換を行う前の周波数領域のサブキャリア成分に対して、位相シフトであるexp(−j2πΔk)を乗算する工程、を有してもよい。 In addition, the signal demodulation method according to the present embodiment uses the subcarrier number to be multiplied by k, Δ is an arbitrary phase shift amount, and j is a complex imaginary unit. A step of multiplying the subcarrier component by exp (−j2πΔk) which is a phase shift.
また、本実施の形態にかかる信号復調方法は、位相シフトされたサブキャリア成分に仮想的なサブキャリア成分を追加する工程、を有してもよい。 In addition, the signal demodulation method according to the present embodiment may include a step of adding a virtual subcarrier component to the phase-shifted subcarrier component.
また、本実施の形態にかかる信号復調方法は、仮想的なサブキャリア成分が追加されたサブキャリア成分を時間領域のサンプル列に逆離散フーリエ変換する工程、を有してもよい。 Further, the signal demodulation method according to the present embodiment may include a step of performing an inverse discrete Fourier transform on the subcarrier component to which the virtual subcarrier component is added to a time-domain sample sequence.
また、本実施の形態にかかる信号復調方法は、IDFT部で生成された前記時間領域のサンプル列から雑音電力を推定する工程、を有してもよい。 In addition, the signal demodulation method according to the present embodiment may include a step of estimating noise power from the time domain sample sequence generated by the IDFT unit.
上記本実施の形態にかかる信号復調方法は、例えば図1、図2に示す信号復調装置を用いて実施することができる。 The signal demodulation method according to the present embodiment can be implemented using, for example, the signal demodulation device shown in FIGS.
以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。 Although the present invention has been described with reference to the above embodiment, the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and can be made by those skilled in the art within the scope of the invention of the claims of the claims of the present application. Of course, various modifications, corrections, and combinations will be included.
1 CP除去部
2 DFT部
3 参照信号生成部
4 参照信号相関処理部
5 位相シフト部
6 ポイント数拡大処理部
7 IDFT部
8 雑音推定部
9 時間領域チャネル推定部
10 DFT部
11 等化重み計算部
12 チャネル等化部
20 サブキャリア成分生成部
21 等化重み推定部
30 受信信号
31 参照信号
32 等化重み推定部の出力
33 DFT部の出力
34 復調信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 CP removal part 2 DFT part 3 Reference signal generation part 4 Reference signal
Claims (14)
参照信号に基づき時間領域において前記サブキャリア成分生成部の出力に対して等化重みを計算すると共に、前記時間領域への変換を行う前の前記周波数領域のサブキャリア成分を位相シフトし、前記時間領域での雑音推定位置を変化させる等化重み推定部と、
前記サブキャリア成分生成部の出力と前記等化重み推定部の出力とに基づき復調信号を生成するチャネル等化部と、
を有する信号復調装置。 A subcarrier component generation unit that generates a subcarrier component in the frequency domain by subjecting the received signal to discrete Fourier transform processing;
Based on a reference signal, an equalization weight is calculated for the output of the subcarrier component generation unit in the time domain, and the subcarrier component in the frequency domain before being converted to the time domain is phase-shifted, and the time An equalization weight estimator for changing the noise estimation position in the region;
A channel equalization unit that generates a demodulated signal based on the output of the subcarrier component generation unit and the output of the equalization weight estimation unit;
A signal demodulator.
前記時間領域への変換を行う前の前記周波数領域のサブキャリア成分は、前記サブキャリア成分生成部の出力のうち既知の信号成分を含む受信信号に対して、前記レプリカを乗算することで得られるチャネルゲインである請求項1に記載の信号復調装置。 The reference signal is a replica of a signal corresponding to a known signal added on the transmission side,
The subcarrier component in the frequency domain before the conversion to the time domain is obtained by multiplying the received signal including a known signal component among the outputs of the subcarrier component generation unit by the replica. The signal demodulator according to claim 1, wherein the signal demodulator is a channel gain.
参照信号に基づき時間領域において前記サブキャリア成分の等化重みを計算すると共に、前記時間領域への変換を行う前の前記周波数領域のサブキャリア成分を位相シフトすることで前記時間領域での雑音推定位置を変化させ、
前記離散フーリエ変換処理された受信信号と前記等化重みの計算結果とに基づき復調信号を生成する、
信号復調方法。 Generate a subcarrier component in the frequency domain by performing a discrete Fourier transform on the received signal,
Calculate the equalization weight of the subcarrier component in the time domain based on the reference signal, and estimate the noise in the time domain by phase-shifting the subcarrier component in the frequency domain before performing the conversion to the time domain Change the position,
Generating a demodulated signal based on the received signal subjected to the discrete Fourier transform and the calculation result of the equalization weight;
Signal demodulation method.
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