JP6685462B2 - 受信装置及び無線通信システム - Google Patents
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Description
無線伝送装置や伝送システムは、ディジタル変調された信号を伝送する技術であるディ ジタル伝送システムの普及に伴い、アナログ伝送に比べてより多くの情報量を伝送するこ とが可能となった。
各アンテナで受信された信号は、それぞれの送信アンテナからのサブストリームが互い に干渉しているが、サブストリームを分離検出することで伝送レートの増加を実現してい る。
従って、各地点での受信アンテナの受信信号から、MIMO復調後の受信特性が高くな る組み合わせのアンテナを選択することでビット誤り率の少ない通信を実現することが望 ましい。
尚、アンテナ組み合わせ選択に関する従来技術としては、特開2012−114700 号公報「分散アンテナシステム、分散アンテナ切替方法、基地局装置及びアンテナスイッ チ装置」(株式会社日立製作所、特許文献1)、国際公開第2009/081860号公 報「無線通信システム、受信装置、受信方法」(横枕一成他、特許文献2)、特開201 0−87707号公報「送受信システム及び移動通信方法」(シャープ株式会社、特許文 献3)、原田啓介他「地上伝送路特性を考慮した誤り制御」、映像情報メディア学会年次 大会予稿集(1998)(非特許文献1)がある。
特許文献2には、受信装置において、伝搬路による歪を補償する等化部と、誤り訂正を 行う復号部とが処理を繰り返して符号化前のデータの検出を行う際に、相互情報量を用い て符号化率及び変調方式を選択する技術が記載されている。
非特許文献1には、マルチパス及び同一チャネル妨害が存在する伝送路条件に適応した 誤り制御の検討が記載されている。
そのため、受信側でアンテナ相関の高い組み合わせを選択した場合には、フィードバッ クの際にもビット誤り率が劣化してしまうという問題が生じる。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る受信装置(本受信装置)及び無線通信システム(本無線通信 システム)は、複数のアンテナを備える受信装置において、復調部が、アンテナの組み合 わせ(アンテナ組み合わせ)毎の受信信号から誤り訂正符号化の符号化ビットに対する対 数尤度比(以下、「符号化ビットLLR(Log Likelihood Ratio)」とする)を算出し、 相互情報量算出部が、当該符号化ビットLLRについて相互情報量を算出し、平均化して 平均相互情報量を求め、信号選択部が、平均相互情報量が最大となるアンテナの組み合わ せに基づいて復調信号を選択し、復号部が、選択された復調信号を復号するものであり、 平均相互情報量により伝搬路のアンテナ相関や空間多重数の影響を反映した組み合わせを 選択することができ、ビット誤り率の劣化を防ぐことができるものである。
本発明の実施の形態に係る無線通信システムは、送信装置と受信装置共に2本以上のア ンテナを有するMIMO伝送システムである。
送信側では、データストリームを2本のサブストリームに分割し、各サブストリームを 2本のアンテナからそれぞれ送信する。
以下、送信アンテナ2本、受信アンテナ3本で構成されるMIMO伝送システムにおい て説明を行うが、送信アンテナ2本以上、受信アンテナ3本以上で構成されるMIMO伝 送システムや、受信装置のみが3本以上の複数アンテナを有するSIMO(Single Input Multiple Output)伝送システムにおいても適用可能である。
本発明の実施の形態に係る送信装置(本送信装置)について図1を用いて説明する。図 1は、本送信装置の構成ブロック図である。本送信装置は、後述する第1の受信装置又は 第2の受信装置と組み合わせて用いられ、本無線通信システムを構成する。
図1に示すように、本送信装置は、符号化部100と、インタリーバ101−1,10 1−2と、変調部102−1,102−2と、RF(Radio Frequency:無線)部103 −1,103−2と、アンテナ104−1,104−2とを備えている。
インタリーバ101−1,101−2は、符号化ビットに異なる並び替え処理を行う。
変調部102−1,102−2は、符号化ビットにディジタル変調処理を施す。
RF部103−1,103−2は、入力されたベースバンド信号を搬送周波数帯にアッ プコンバートする。
アンテナ104−1,104−2は無線信号を送出する。
本送信装置では、送信対象となる情報ビット列が、符号化部100に入力され、符号化 部100で誤り訂正符号化が施されて、符号化ビットがインタリーバ101−1,101 −2で並び替え処理を施され、変調部102−1,102−2で変調処理が施される。
そして、RF部103−1,103−2でベースバンド信号から搬送周波数帯にアップ コンバートされ、アンテナ104−1,104−2から無線信号として送出される。
次に、本発明の第1の実施の形態に係る受信装置(第1の受信装置)について図2を用 いて説明する。図2は、第1の受信装置の構成ブロック図である。
図2に示すように、第1の受信装置は、受信系統1、受信系統2、受信系統3を備えた MIMO受信装置である。
[アンテナ11]
アンテナ11は、搬送波周波数帯の無線信号を受信する。
アンテナ11−1は受信系統1用、アンテナ11−2は受信系統2用、アンテナ11− 3は受信系統3用のアンテナである。
RF部12は、アンテナ11で受信した搬送波周波数帯の信号をベースバンド信号にダ ウンコンバートする。
RF部12−1は、アンテナ11−1で受信した無線信号から受信信号Y1を得る。
同様に、RF部12−2は、アンテナ11−2で受信した無線信号から受信信号Y2を 、RF部12−3は、アンテナ11−3で受信した無線信号から受信信号Y3を得る。
添え字の1,2,3はそれぞれ、受信系統1、受信系統2、受信系統3であることを示 している。
復調部13は、アンテナ組み合わせに対応した2系統の受信信号を入力し、それぞれの 系統について符号化ビットLLR(Log Likelihood Ratio:対数尤度比)を算出する。第 1の受信装置は3つの受信系統を備えているため、3通りの受信系統の組み合わせ(アン テナ組み合わせ)がある。
ここで、符号化ビットとは、誤り訂正符号化後のビットを示す。これに対し、誤り訂正 符号化前のビットは情報ビットと称する。
また、符号化ビットLLRは、当該ビットが“0”である尤度と“1”である尤度の比 の対数で定義される。
E(1))を算出し、受信信号Y2について符号化ビットLLR(Lp,2 E(1))を算出する。
尚、ここでは復調部13を並列化した例で説明するが、1つの復調部を用いて復調処理 を時分割で行い、アンテナの組み合わせ毎にMIMO信号検出を行ってもよい。
例えば、復調方式の一種であるMLD(Maximum Likelihood Detection:最尤検出)で は、受信信号とレプリカ(伝送路推定結果から算出した理想受信点)の距離を利用するこ とで、符号化ビットLLRを求めることが可能である。
また、ZF(Zero Forcing:ゼロフォーシング)、MMSE(Minimum Mean Square Er ror:最小平均二乗誤差)等のMIMO信号検出方法として知られる復調方式でも、同様 に符号化ビットLLRの算出が可能である。
ここでは、送信信号に関する事前情報がないため、復調部13の出力LLRは先に算出 した符号化ビットLLRと等価となる。
従って、Le,1 E(1)=Lp,1 E(1)、Le,2 E(1)=Lp,2 E(1)、
Le,1 E(2)=Lp,1 E(2)、Le,2 E(2)=Lp,2 E(2)、
Le,1 E(3)=Lp,1 E(3)、Le,2 E(3)=Lp,2 E(3) の関係が成り立つ。
デインタリーバ14は、復調部13からの出力ストリーム(復調部13の出力LLR) について、本送信装置で施されたインタリーブを元の順序に戻すように並び替える処理を 行う。
具体的には、デインタリーバ14−1は、出力LLR(Le,1 E(1))を並び替えて、デ インタリーブ後のLLR(La,1 D(1))を出力する。
デインタリーバ14−2は、出力LLR(Le,2 E(1))を並び替えて、デインタリーブ 後のLLR(La,2 D(1))を出力する。
デインタリーバ14−4は、出力LLR(Le,2 E(2))を並び替えて、デインタリーブ 後のLLR(La,2 D(2))を出力する。
デインタリーバ14−6は、出力LLR(Le,2 E(3))を並び替えて、デインタリーブ 後のLLR(La,2 D(3))を出力する。
マルチプレクサ部15は、入力された2本の符号化ビットLLRに対して、送信装置で 施された系統間振り分け処理を元の順序に戻るように並び替える処理を行う。
具体的には、マルチプレクサ15−1は、デインタリーブ後のLLR(La,1 D(1))と (La,2 D(1))とを入力して、並び替えを行って統合し、アンテナ組み合わせ1に対応す る符号化ビットLLR(La D(1))を生成して、信号選択部18と相互情報算出部16− 1に出力する。
D(3))とを入力して、並び替えを行って統合し、アンテナ組み合わせ3に対応するLLR (La D(3))を生成して、信号選択部18と相互情報算出部16−3に出力する。
相互情報量算出部16は、各アンテナ組み合わせに対応する出力LLRに基づいて相互 情報量を算出し、更に平均化して各アンテナ組み合わせに対応する平均相互情報量を出力 する。
相互情報量は、伝送路の誤りが多いほど小さい値となる。
出力LLRに対する相互情報量は瞬時的な値であるため、ばらつきが大きい。そこで、 相互情報量算出部16では、符号化ビット数N(Nは自然数)に対するサンプル平均を取 ることで、バラツキを抑えた平均相互情報量を出力するようにしている。
)から平均相互情報量IE (1)を算出して、アンテナ組み合わせ選択部17に出力する。
同様に、相互情報量算出部16−2は、アンテナ組み合わせ2に対応する出力LLR( La D(2))から平均相互情報量IE (2)を算出し、相互情報量算出部16−3は、アンテナ 組み合わせ3に対応するビット出力LLR(La D(3))から平均相互情報量IE (3)を算出 して、アンテナ組み合わせ選択部17に出力する。
アンテナ組み合わせに対応する出力LLRから相互情報量を算出する方法については後 述する。
アンテナ組み合わせ選択部17は、相互情報量算出部16−1,16−2,16−3か ら入力されたアンテナ組み合わせに応じた平均相互情報量IE (1),IE (2),IE (3)を入力 して、平均相互情報量が最大となるアンテナの組み合わせを選択し、判定情報dを出力す る。
信号選択部18は、判定情報dに基づいて、マルチプレクサ部15−1,15−2,1 5−3の出力LLRからいずれか1つを選択して、選択した出力LLR(La D)を後段の 復号部109に出力する。
復号部19は、入力された符号化ビットLLR(La D)に対して、例えば、最大事後確 率復号などを用いて復号処理を行い、復号部19の出力情報ビットLLR(Lu D)を算出 して出力する。
硬判定部20は、出力情報ビットLLR(Lu D)に基づいて、硬判定などの判定処理に より得られる復号結果を出力する。
次に、相互情報量算出部16における相互情報量の算出処理について説明する。
相互情報量I(X;Y)とは、事象Yを知ることによりもたらされる確率変数Xについ ての情報量、つまり確率変数Xに関する情報が事象Yにどれだけ含まれているかを定量的 に示すものであり、数式1で与えられる。
I(X;Y)=H(X)−H(X|Y)・・・(数式1)
H(X)は相互情報量における事前エントロピー、H(X|Y)は事後エントロピーと 呼ばれる。
本受信装置における相互情報量I(X;Y)は、「送信信号X、受信信号Yのとき、受 信信号Yを得たときに送信信号Xに関して知りえる情報量」である。
第1の方法では、このようにしてアンテナ組み合わせ毎の相互情報量Iを求め、平均化 して平均相互情報量を算出する。
また、H1,H2,H3は変調方式に応じた定数であり、変調方式がBPSK又はQPSK の場合は、H1=0.3073、H2=0.8935、H3=1.1064であり、変調方 式が16QAMの場合は、H1=0.2224、H2=0.6783、H3=1.3617 である。
第2の方法では、このようにしてアンテナ組み合わせ毎の相互情報量Iを求め、平均化 して平均相互情報量を算出する。
次に、第1の受信装置の動作について図2を用いて簡単に説明する。
アンテナ11−1,11−2,11−3で受信された高周波信号は、それぞれRF部1 2−1,12−2,12−3に入力されてダウンコンバートされ、受信信号Y1,Y2,Y3
を得る。
そして、受信信号Y1は、復調部13−1,13−2に入力され、受信信号Y2は、復調 部13−1,13−3に入力され、受信信号Y3は、復調部13−2,13−3に入力さ れる。
受信系統毎の出力LLRは、デインタリーバ14−1〜14−6において並び替えが行 われ、更に、マルチプレクサ部15−1,15−2,15−3においてアンテナ組み合わ せ1,2,3に対応した出力LLR(La D(1)),(La D(2)),(La D(3))が生成され 、相互情報量算出部16−1,16−2,16−3と信号選択部18に出力される。
そして、アンテナ組み合わせ選択部17で、平均相互情報量が最大となるアンテナ組み 合わせが選択されて特定され、信号選択部18に判定情報dが出力される。
信号選択部18では、判定情報dに従ってマルチプレクサ部15−1,15−2,15 −3から出力されるアンテナ組み合わせに対応した出力LLR(La D(1)),(La D(2)) ,(La D(3))の内のいずれかを選択して、復号部19に出力する。
そして、選択された出力LLRが復号部19で復号され、硬判定部20で判定されて各 ビットの値が出力される。
また、相互情報量算出部16で平均相互情報量を算出する際には、アンテナ相関に関す るパラメータが不要である。
本発明の第1の実施の形態に係る受信装置及び無線通信システムによれば、受信装置の 復調部13−1,13−2,13−3が、アンテナ組み合わせ毎の受信信号から符号化ビ ットLLRを算出し、相互情報量算出部16−1,16−2,16−3が、アンテナ組み 合わせ毎の符号化ビットLLRについて相互情報量を算出し、平均化して平均相互情報量 を求め、アンテナ組み合わせ選択部17が、平均相互情報量が最大となるアンテナ組み合 わせを特定して判定情報dを出力し、信号選択部18が、判定情報dに基づいて復調信号 を選択し、復号部19が、選択された復調信号を復号するものであり、平均相互情報量を 指標としてアンテナ相関の小さい組み合わせを選択して復号することができ、ビット誤り 率の劣化を防ぐことができる効果がある。
従って、デインタリーバ14の出力後のLLRの代わりにデインタリーバ14に入力さ れる前のLLRを用いて平均相互情報量を算出してもよい。
つまり、復調部13−1,13−2,13−3からのサブストリームを分岐して、それ ぞれ、相互情報量算出部16−1,16−2,16−3に入力して、各サブストリームの 相互情報量を求めて、アンテナ組み合わせ毎の平均相互情報量を算出する。
つまり、デインタリーバ14−1〜14−6の出力を分岐して、それぞれ対応する相互 情報量算出部16−1,16−2,16−3に入力し、各サブストリームの相互情報量を 求めてから、アンテナ組み合わせ毎の平均相互情報量を算出する。
例えば、各アンテナの組み合わせでストリームの平均相互情報量を算出し、各アンテナ の組み合わせの最小平均相互情報量が最大となるアンテナ組み合わせを選択する、といっ た手法が挙げられる。
また、それに準ずる情報を提供することも可能であり、例えば、平均相互情報量IE (1)
,IE (2),IE (3)が“0”に近づいた場合は、警報アラームを出力して正常に受信できな い状態である旨を知らせる、といったことが考えられる。
例えば、受信電力やCNRが極端に悪いアンテナの組み合わせは除外する等が挙げられ る。
固有モード伝送を用いる場合、現在選択されている受信アンテナに対して送信プリコー ディングが施されているため、選択されている受信アンテナは互いに直交する空間チャネ ルを形成することができるが、一方、選択されていない受信アンテナは互いに直交する空 間チャネルを形成できず、受信電力や受信CNRに基づいてアンテナ選択を行うと、現在 選択されている受信アンテナが選ばれ続けてしまう。
次に、本発明の第2の実施の形態に係る受信装置(第2の受信装置)について図3を用 いて説明する。図3は、第2の受信装置の構成ブロック図である。尚、図2と同一の符号 を付した構成部分については、第1の受信装置と同様の構成及び動作であるため、説明は 省略する。
また、図3では、信号選択部18の後段が省略されているが、第2の受信装置でも、図 2に示した第1の受信装置と同様に、復号部19と硬判定部20とが設けられている。
以下、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重 方式)変調された信号を受信する受信装置を想定して説明を行うが、シングルキャリア変 調においても適用可能である。
具体的には、受信系統1には、干渉検出部21−1と消失訂正部22−1が設けられ、 受信系統2には、干渉検出部21−2と消失訂正部22−2が設けられ、受信系統3には 、干渉検出部21−3と消失訂正部22−3が設けられている。
消失訂正部22−1は、干渉が検出されたサブキャリアYl,1の被干渉電力が所定の閾 値より大きい場合は、当該サブキャリアの信号Yl,1の消失訂正処理を行う。
消失訂正処理ではデータの消失処理を行い、Yl,1を“0”もしくは“0に近似した値 ”に変換する。そして、消失訂正後の信号Yd,1を復調部13−1に出力する。つまり、 妨害波の影響を大きく受けたサブキャリアの信号を消失させるものである。
の被干渉電力が所定の閾値より大きい場合は、Yl,2の消失訂正処理を行って、復調部1 3−2に出力する。
各復調部13以降の動作は、第1の受信装置と同様であり、第2の受信装置においても 、平均相互情報量に基づいてアンテナ相関の低い最適なアンテナ組み合わせを選択するこ とができるものである。
そのため、第2の受信装置では、消失訂正により干渉波が混入した信頼性の低いサブキ ャリアの尤度を下げることで、受信特性を改善するようにしている。
しかし、各アンテナ組み合わせにおいてほぼ同様に平均相互情報量が減少するため、ア ンテナ組み合わせ選択部17における判断に影響を与えるものではない。
つまり、干渉検出部21と消失訂正部22とを、デインタリーバ14とマルチプレクサ 部15との間、又はマルチプレクサ部15と相互情報量算出部16及び信号選択部18と の間に設けてもよい。
第2の実施の形態に係る受信装置及び無線通信システムによれば、干渉検出部21が、 受信信号について、干渉波が混入しているサブキャリアを検出し、消失訂正部22が、当 該サブキャリアについて被干渉電力が所定の閾値より大きい場合には、データを消失させ るようにしているので、信頼性の低いサブキャリアを復号しないようにして、受信特性を 改善することができ、干渉信号が混入している場合でも、アンテナ相関の小さい最適なア ンテナ組み合わせを選択して復号を行うことができ、ビット誤り率の劣化を防ぐことがで きる効果がある。
Claims (3)
- 複数の受信アンテナを備えた受信装置であって、
前記複数の受信アンテナにおけるアンテナの組み合わせ毎に、前記複数の受信アンテナの受信信号から得られる誤り訂正符号化の符号化ビットに対する対数尤度比を算出する復調部と、
前記アンテナの組み合わせに対応する対数尤度比に基づいて平均相互情報量を算出する相互情報量算出部と、
前記平均相互情報量が最大となる前記アンテナの組み合わせを特定する判定情報を出力するアンテナ組み合わせ選択部と、
前記判定情報に基づいて、前記特定されたアンテナの組み合わせに対応する対数尤度比を選択する信号選択部と、
前記選択された対数尤度比を復号する復号部とを備えたことを特徴とする受信装置。 - 複数の受信アンテナにおける受信信号毎に、干渉波成分を含む信号成分を検出する干渉検出部と、前記干渉検出部で検出された信号成分を消失させる処理を行う消失訂正部とを備え、
前記干渉検出部及び前記消失訂正部が、前記復調部の前段に設けられている場合には、前記受信信号について処理を行い、
前記干渉検出部及び前記消失訂正部が、前記復調部の後段に設けられている場合には、前記復調部から出力される対数尤度比について処理を行うことを特徴とする請求項1記載の受信装置。 - 入力された情報ビットに対して誤り訂正符号化を行って符号化ビットを生成し、前記符号化ビットをディジタル変調して送信する送信装置と、
請求項1又は請求項2記載の受信装置とを備えたことを特徴とする無線通信システム。
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