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【発明の名称】 受信装置、受信方法、及びプログラム
【発明者】 【氏名】吉田 尚正

【氏名】木全 昌幸

【氏名】桶谷 賢吾

【要約】 【課題】優れたチャネル推定精度と等化性能を実現できるチャネル推定装置及び等化装置を提供する。

【構成】DFT部で所定のサブキャリア繰り返し間隔で分散配置されたシングルキャリアのパイロット信号を周波数領域に変換した後、所望のサブキャリアだけを選択して間引いた信号とパイロット参照信号との相関をとってチャネル利得を推定する。得られたチャネル利得をIFFT部で時間領域のチャネル応答に変換する。そして、雑音パスを除去し、チャネル利得のサブキャリア分解能をデータ信号のサブキャリア分解能に一致させるためにチャネル応答の最後部に0を挿入した後、DFT部でデータ信号のサブキャリア分解能に相当するチャネル利得を出力する。そして、得られたチャネル利得から等化ウエイトを計算し、周波数領域の受信信号の等化処理を行う。IDFT部は、等化信号を時間領域に変換して復調信号を出力する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定のサブキャリア繰り返し間隔で分散配置されたパイロット信号を受信して周波数領域に変換する第1DFT部と、
前記パイロット信号のうち所望のパイロット信号のサブキャリアを選択し、選択されたサブキャリアのパイロット信号を出力する間引き処理部と、
前記間引き処理部の出力と周波数領域のパイロット参照信号との相関処理によりチャネル利得を推定する相関処理部と、
前記チャネル利得を時間領域のチャネル応答に変換する第1IDFT部と、
前記チャネル応答から雑音パスを除去する雑音パス除去部と、
前記チャネル利得のサブキャリア分解能をデータ信号のサブキャリア分解能に一致させるため、前記チャネル応答の最後部に0を挿入する0パディング処理部と、
0を挿入した前記チャネル応答を周波数領域に変換し、データ信号のサブキャリア分解能に相当する雑音を抑圧したチャネル利得を出力する第2DFT部と
を具備する
受信装置。
【請求項2】
請求項1に記載の受信装置において、
雑音を抑圧した前記チャネル利得から等化ウエイトを計算するウエイト計算部と、
前記等化ウエイトにより周波数領域の受信信号の等化処理を行う等化フィルタと、
等化信号を時間領域に変換して復調信号を出力する第2IDFT部と
を更に具備する
受信装置。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の受信装置において、
前記雑音パス除去部は、時間窓フィルタ及び雑音閾値制御のうち少なくとも一方によりチャネル応答から雑音パスを除去する
受信装置。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の受信装置において、
前記パイロット信号は、シングルキャリアのパイロット信号である
受信装置。
【請求項5】
請求項4に記載の受信装置において、
前記パイロット信号は、IFDM(Interleaved Frequency Division Multiplexing)方式により複数信号が周波数多重されている
受信装置。
【請求項6】
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の受信装置において、
前記ウエイト計算部は、最小平均自乗誤差法又はゼロフォーシング法に基づき等化ウエイトを計算する
受信装置。
【請求項7】
(a1)パイロット信号を受信して周波数領域に変換するステップと、
(a2)変換された周波数領域のパイロット信号のサブキャリアのうち、所望のパイロット信号のサブキャリアを選択するステップと、
(a3)選択されたサブキャリアに対応するパイロット信号とパイロット符号を周波数領域に変換して生成したパイロット参照信号との相関をとりチャネル利得を推定するステップと、
(a4)推定したチャネル利得を時間領域のチャネル応答に変換するステップと、
(a5)前記チャネル応答から雑音パスを除去するステップと、
(a6)チャネル利得のサブキャリア分解能をデータ信号のサブキャリア分解能に一致させるため、前記チャネル応答の最後部に0を挿入するステップと、
(a7)ポイント数を増やした前記チャネル応答を周波数領域に変換するステップと、
(a8)前記データ信号のサブキャリア分解能に相当する雑音を抑圧したチャネル利得を出力するステップと
を具備する
受信方法。
【請求項8】
請求項7に記載の受信方法において、
(a9)雑音を抑圧した前記チャネル利得から等化ウエイトを計算するステップと、
(a10)等化ウエイトにより周波数領域のパイロット信号の等化処理を行い、等化信号を出力するステップと、
(a11)前記等化信号を時間領域に変換して復調信号を出力するステップと
を更に具備する
受信方法。
【請求項9】
請求項7又は8に記載の受信方法において、
前記(a5)ステップは、
(a51)前記チャネル応答に対して時間窓フィルタの窓外のポイントを0に置換するステップを具備し、
前記(a6)ステップは、
(a61)前記窓外のポイントの最後部に0を挿入し、DFT(Descrete Fourier Transform)のポイント数を増やすステップを具備する
受信方法。
【請求項10】
請求項7乃至9のいずれか一項に記載の受信方法を、コンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は受信装置に関し、シングルキャリア信号を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号処理によりチャネル推定と等化処理を行う受信装置に関する。
【背景技術】
【0002】
次世代移動通信の上りリンク無線方式では、通信エリア拡大のため端末では高い送信電力効率を実現する必要があり、ピーク電力対平均電力比(PAPR:Peak to Average Power Ratio)が低いシングルキャリア(SC:Single−Carrier)方式が有力とされている。また、次世代移動通信では、高速データ伝送を実現することが重要であり、SC信号を用いて高速データ伝送を行うとマルチパスによるシンボル間干渉(マルチパス干渉)が問題となる。このマルチパス干渉を抑圧する簡単な方法に線形等化器があり、等化処理を周波数領域の信号処理で行い演算処理量を大幅に削減できる周波数領域イコライザが検討されている(非特許文献1)。周波数領域イコライザでは等化ウエイトを計算するため、周波数領域のチャネル利得が必要となり、パイロット受信信号を直接周波数領域に変換し、周波数領域でパイロット参照信号との相関をとることによりチャネル利得を推定する方法が検討されている。
【0003】
図1は従来のチャネル推定装置及び等化装置(周波数領域イコライザ)の構成を示している。従来のチャネル推定装置及び等化装置は、CP除去部101、DFT部102、受信フィルタ103、チャネル推定部104、ウエイト計算部105、等化フィルタ106、離散逆フーリエ変換(IDFT:Inverse Descrete Fourier Transform)部107で構成される
【0004】
CP除去部101は、受信信号を入力し、CP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とし、NDFTポイント(NDFTは2以上の整数)のDFTを行い、周波数領域に変換した受信信号を出力する。受信フィルタ103は、周波数領域で受信信号の帯域制限を行い、波形整形と雑音抑圧を行う。受信フィルタ103には、一般にレイズドコサインロールオフフィルタ(ロールオフ率=0を含む)が用いられる。図1の構成では受信信号のフィルタリングを周波数領域の信号処理で行っているが、DFT部102に先立ち時間領域の信号処理でフィルタリングを行うこともできる。チャネル推定部104は、周波数領域でパイロット受信信号とパイロット参照信号との相関処理によりチャネル利得を推定する。
【0005】
チャネル推定部104は、間引き処理部111、DFT部112、送受信フィルタ113、参照信号生成部114、相関処理部115、雑音抑圧部116、補間処理部117を備えている。間引き処理部111は、受信フィルタ103の出力であるパイロット受信信号を入力し、所望のユーザあるいは送信アンテナのパイロット信号のサブキャリアだけを選択し、不要なサブキャリアを間引き処理する。ここで、間引き処理部111は、DFT部102の直後に受信フィルタ103の前で行っても良い。DFT部112は、所望のユーザあるいは送信アンテナのパイロット符号をDFTし、周波数領域の信号に変換する。送受信フィルタ113は、パイロット符号の周波数領域の信号を送受信フィルタに通す。参照信号生成部114は、送受信フィルタ113の出力を用いて受信パイロット信号との相関処理に用いるパイロット参照信号を計算する。参照信号生成部114には、パイロット受信信号の符号特性を完全にキャンセルするゼロフォーシング法(ZF:Zero Forcing)や相関処理における雑音強調を抑える最小平均自乗誤差法(MMSE:Minimum Mean Square Error)やクリッピング法が用いられる。ZFを用いる場合のサブキャリアmのパイロット参照信号X(m)(1≦m≦NDFT)は次式で表される。この式を(1)式とする。
【0006】
【数1】


【0007】
ここで、C(m)は送受信フィルタ113の出力信号を示す。相関処理部115は、周波数領域のパイロット受信信号とパイロット参照信号との相関処理によりチャネル利得を推定する。サブキャリアmのチャネル推定値H(m)(1≦m≦NDFT)は次式で計算される。この式を(2)式とする。
【0008】
【数2】


【0009】
ここで、PRX(m)は受信フィルタ103で帯域制限されたパイロット受信信号、添字*は複素共役を示す。雑音抑圧部116は、相関処理部115で推定したチャネル利得の雑音を抑圧し、チャネル推定値の信号電力対雑音電力比(S/N)を改善する。雑音抑圧部116には、隣接するサブキャリアを平均する方法やチャネル推定値を一度IDFTで時間領域に変換し、雑音パスを除去した後にDFTで周波数領域に戻す方法などがある。補間処理部117は、間引きしたサブキャリアを周波数領域で補間処理し、データ信号のサブキャリア分解能に相当するチャネル利得を計算する。補間法には簡単な線形補間などが用いられる。
【0010】
ウエイト計算部105は、チャネル推定部104の出力である周波数領域のチャネル利得を入力とし、等化ウエイトを計算する。ウエイト計算部113には、一般にMMSEやZFが用いられる。サブキャリアmにおけるMMSEウエイトW(m)(1≦m≦NDF)は、チャネル推定値H(m)を用いて、次式で計算される。この式を(3)式とする。
【0011】
【数3】


【0012】
ここで、σは雑音電力を示す。等化フィルタ106は、ウエイト計算部105で計算した等化ウエイト及び受信フィルタ103で帯域制限した受信信号を入力とし、それぞれをサブキャリア毎に乗じることにより、周波数領域で受信信号の等化処理を行う。受信フィルタ103で帯域制限したデータ受信信号をDRX(m)(1≦m≦NDFT)、ウエイト計算部105で計算したウエイトをW(m)とすると、等化フィルタ106で等化された信号Y(m)(1≦m≦NDFT)は、次式で表される。この式を(4)式とする。
【0013】
【数4】


【0014】
IDFT部167は、等化フィルタ106の出力である周波数領域の等化信号を入力とし、NIDFTポイント(NIDFTは2以上の整数)のIDFTを行い、時間領域の信号に変換し、復調信号として出力する。
【0015】
以上に述べたように、従来のチャネル推定装置及び等化装置では、FDMパイロットの多重数(すなわちユーザ多重数あるいはMIMO送信アンテナ数)が多くなるとパイロットのサブキャリア繰り返し間隔がコヒーレント帯域幅に対して無視できない大きさになり、周波数選択性フェージングの変化量が大きくなるため、周波数領域の線形補間処理では間引きしたサブキャリアのチャネル利得を正確に推定できなくなる。その結果、チャネル推定精度が劣化し、ひいては等化性能が劣化する。周波数領域の補間処理を複雑にしても演算量の増加に見合う特性改善は得られない。
【0016】
関連する技術として、特開2001−028577号公報(特許文献1)に路車間通信システム並びに路上通信局及び車載移動局が開示されている。
この従来技術では、セル内の車両の速度を検出し、その検出された車両の速度が大きいほど、OFDMのサブキャリアの周波数間隔を広げる。電波法上割り当てられる電波の占有周波数帯幅が一定とすると、その中でのサブキャリアの本数を減らす(間引きする)。
【0017】
特開2004−032748号公報(特許文献2)に直交周波数分割多重化通信システムのためのマルチパス等化技術が開示されている。
この直交周波数分割多重化通信(OFDM)システムのためのマルチパス等化システムは、パイロット信号を使ってチャンネル特性値を推定するための第1推定器を含む。この推定器には各サブキャリアをチャンネル特性値で除算し、データ信号への等化値を得るための除算器が結合されている。データ信号を回復するために逆マッピング回路がチャンネル推定値の位相及び振幅補正を使用する。逆マッピング回路と、乗算器と、逆高速フーリエ変換器(IFF)と、ローパスフィルタと、高速フーリエ変換器(FFT)とを含む、反復チャンネル推定フィードバックループにより、改善されたチャンネル推定値が得られる。乗算器において逆マッピングされたデータの共役を入力されたサブキャリアに乗算し、その結果に対して逆FFTを実行し、その結果をローパスフィルタ処理し、その結果に対してFFTを実行し、新しいチャンネル推定値を得ることによってこの改善されたチャンネル推定値が得られる。各サブキャリアを新しいチャンネル特性値で除算し、データ信号への新しい等化値を得る。収束が生じるまで、このチャンネル推定を繰り返す。出力は逆マッピング後に得られる。性能を改善するためにチャンネルデコーディングをする場合、逆マッピング回路と乗算器との間のループ内にビタビデコーダ及びたたみ込みエンコーダが結合されている。このように、パイロット信号を使って、チャネル特性を推定する推定器に、各サブキャリアをチャネル特性値で除算する処理を含む。
【0018】
特開2004−120709号公報(特許文献3)にダイバーシティ受信装置が開示されている。
この従来技術では、受信信号に対してそれぞれ異なる複数の周波数シフトfq(q=1〜Q)を周波数シフト手段により与える。周波数シフトを与えた各受信信号から、それぞれ各サブキャリアの信号を高速フーリエ変換により(FFT)により抽出し、パイロット信号を用いて算定したチャネル推定値を用いて各サブキャリアの信号に対してチャネル補償を行う。チャネル補償後の同一サブキャリアの信号に対して、各周波数シフト毎に異なる重み付けを行って合成し、重み付け合成した信号を用いてデータ判定、誤り訂正復号を行う。すなわち、この従来技術では、FFT処理することにより、サブキャリア信号を抽出し、サブキャリアのパイロット信号を用いてチャネル推定を行う。
【0019】
特開2005−045628号公報(特許文献4)にOFDM通信方式の受信装置が開示されている。
この受信装置において、チャネル推定部は、サブキャリアの既知のパイロット信号の受信信号に対してそのパイロットレプリカとの相関演算を行い、仮のチャネル推定値を算出し、該仮のチャネル推定値の中からそれぞれ2のべき乗の数(2n,2m)のサブキャリアのチャネル推定値群を切り出してIFFT処理部でそれぞれ逆高速フーリエ変換を行うことにより得られる遅延プロファイルに対して、雑音パス除去部で電力値が所定の閾値以下のサンプルを雑音成分と見なして除去した後、FFT処理部により高速フーリエ変換する。
【0020】
特開2005−229228号公報(特許文献5)に移動通信システム、無線装置及びそれらに用いられる等化器が開示されている。
この従来技術において、基地局及び移動局の受信側に配設された等化器は、等化フィルタの後段に、等化ウェイトベクタ計算に用いた伝搬路特性と等化フィルタの入力信号との伝搬路特性の差を検出して補正する等化後補正部を設けている。等化ウェイト計算部は等化フィルタの入力信号からフィルタウェイトベクタを計算し、そのフィルタウェイトベクタを等化フィルタに設定する。
【0021】
特表2005−537747号公報(特許文献6)に周波数領域判定フィードバック等化デバイス及び方法が開示されている。
この従来技術は、好ましくは、ブロードバンド通信システム内で用いる、シングルキャリア変調用の周波数領域判定フィードバック等化器デバイスであって、第一のセクションと第二のセクションとを備える。前記第一のセクションは、前記第一のセクションに入力される第一の信号ベクトルに関して高速フーリエ変換を遂行し、第二の信号ベクトルを出力するための高速フーリエ変換手段と、前記第二の信号ベクトルの成分の各々に等化パラメータを乗じることでフィードフォワード等化を遂行し、第三の信号ベクトルを出力するためのフィードフォワード等化手段と、前記第三の信号ベクトルに関して逆高速フーリエ変換を遂行し、第四の信号ベクトルを出力するための逆高速フーリエ変換手段とを備える。前記第二のセクションは、前記第二のセクションの出力信号から派生される信号の線形フィルタリングを遂行するためのフィードバックフィルタ手段と、前記フィードバックフィルタ手段の出力信号を前記第一のセクションの出力信号に加えるための加算手段と、前記加算手段の出力信号を受信して、前記加算手段の前記出力信号からサンプルを抽出することで前記第二のセクションの出力信号を生成するための検出器手段とを備える。
【0022】
特表2006−506024号公報(特許文献7)にチャネル推定装置及びチャネル推定方法が開示されている。
この従来技術では、対応するFFTを実行するに先立ち、対応する後段のFFT変換器にて実行すべきFFTに必要な長さの分だけ、各拡張チャネル推定に対しゼロパディング処理が施される。より具体的には、ゼロパディング器は、当該ゼロパディング器からの出力信号が後段のFFT変換において必要な長さであるNCに等しくなるように、フィルタにより提供された拡張推定チャネルインパルス応答を拡張する。同様に、ゼロパディング器からFFT変換器にNC個の離散値が提供されるように、フィルタにて提供された拡張推定チャネルインパルス応答を拡張する。
【0023】
【特許文献1】特開2001−028577号公報
【特許文献2】特開2004−032748号公報
【特許文献3】特開2004−120709号公報
【特許文献4】特開2005−045628号公報
【特許文献5】特開2005−229228号公報
【特許文献6】特表2005−537747号公報
【特許文献7】特表2006−506024号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0024】
本発明の目的は、シングルキャリア信号を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号処理によりチャネル推定又は等化処理を行う受信装置を提供することである。
本発明の他の目的は、FDMパイロット信号を用いて推定した周波数領域のチャネル利得を一旦時間領域に変換し、時間領域の雑音パス除去とDFTによる補間処理を組み合わせる受信装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、チャネル推定精度を向上し、等化性能を改善できる受信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0025】
以下に、[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]との対応関係を明らかにするために付加されたものである。但し、それらの番号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【0026】
本発明の受信装置は、所定のサブキャリア繰り返し間隔で分散配置されたパイロット信号を受信して周波数領域に変換する第1DFT部(2)と、パイロット信号のうち所望のパイロット信号のサブキャリアを選択し、選択されたサブキャリアのパイロット信号を出力する間引き処理部(11)と、間引き処理部(11)の出力と周波数領域のパイロット参照信号との相関処理によりチャネル利得を推定する相関処理部(15)と、チャネル利得を時間領域のチャネル応答に変換する第1IDFT部(16)と、チャネル応答から雑音パスを除去する雑音パス除去部(17)と、チャネル利得のサブキャリア分解能をデータ信号のサブキャリア分解能に一致させるため、チャネル応答の最後部に0を挿入する0パディング処理部(18)と、0を挿入したチャネル応答を周波数領域に変換し、データ信号のサブキャリア分解能に相当する雑音を抑圧したチャネル利得を出力する第2DFT部(19)とを具備する。
【0027】
本発明の受信装置は、雑音を抑圧したチャネル利得から等化ウエイトを計算するウエイト計算部(5)と、等化ウエイトにより周波数領域の受信信号の等化処理を行う等化フィルタ(6)と、等化信号を時間領域に変換して復調信号を出力する第2IDFT部(7)とを更に具備する。
【0028】
雑音パス除去部(17)は、時間窓フィルタ及び雑音閾値制御のうち少なくとも一方によりチャネル応答から雑音パスを除去する。
【0029】
なお、パイロット信号は、シングルキャリアのパイロット信号でも良い。
【0030】
パイロット信号は、IFDM(Interleaved Frequency Division Multiplexing)方式により複数信号が周波数多重されている場合がある。
【0031】
ウエイト計算部(5)は、最小平均自乗誤差法又はゼロフォーシング法に基づき等化ウエイトを計算する。
【0032】
本発明の受信方法及びプログラムは、(a1)パイロット信号を受信して周波数領域に変換するステップと、(a2)変換された周波数領域のパイロット信号のサブキャリアのうち、所望のパイロット信号のサブキャリアを選択するステップと、(a3)選択されたサブキャリアに対応するパイロット信号とパイロット符号を周波数領域に変換して生成したパイロット参照信号との相関をとりチャネル利得を推定するステップと、(a4)推定したチャネル利得を時間領域のチャネル応答に変換するステップと、(a5)チャネル応答から雑音パスを除去するステップと、(a6)チャネル利得のサブキャリア分解能をデータ信号のサブキャリア分解能に一致させるため、チャネル応答の最後部に0を挿入するステップと、(a7)ポイント数を増やしたチャネル応答を周波数領域に変換するステップと、(a8)データ信号のサブキャリア分解能に相当する雑音を抑圧したチャネル利得を出力するステップとを具備する。
【0033】
本発明の受信方法及びプログラムは、(a9)雑音を抑圧したチャネル利得から等化ウエイトを計算するステップと、(a10)等化ウエイトにより周波数領域のパイロット信号の等化処理を行い、等化信号を出力するステップと、(a11)等化信号を時間領域に変換して復調信号を出力するステップとを更に具備する。
【0034】
(a5)ステップは、(a51)チャネル応答に対して時間窓フィルタの窓外のポイントを0に置換するステップを具備する。(a6)ステップは、(a61)窓外のポイントの最後部に0を挿入し、DFT(Descrete Fourier Transform)のポイント数を増やすステップを具備する。
【発明の効果】
【0035】
本発明では、シングルキャリア信号を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号処理によりチャネル推定と等化処理を行うチャネル推定装置及び等化装置において、FDMパイロット信号を用いて推定した周波数領域のチャネル推定値を一旦時間領域に変換し、時間領域の雑音パス除去とDFTによる補間処理を組み合わせることにより、チャネル推定精度を向上し、等化性能を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0036】
以下に本発明の第1実施形態について添付図面を参照して説明する。
図2は本発明のチャネル推定装置及び等化装置の実施例を示す構成図である。本発明のチャネル推定装置及び等化装置は、CP除去部1、DFT部2、受信フィルタ3、チャネル推定部4、ウエイト計算部5、等化フィルタ6、IDFT部7を備えている。
本発明は、チャネル推定部4が周波数領域のチャネル推定値を一旦時間領域に変換し、時間領域の雑音パス除去とDFT(Descrete Fourier Transform)による補間処理を組み合わせることを特徴とする。
【0037】
CP除去部1は、受信信号を入力し、CP(Cyclic Prefix)に相当する部分の信号を除去する。DFT部2は、CP除去部1でCPを除去した受信信号を入力とし、NDFTポイント(NDFTは2以上の整数)のDFTを行い、周波数領域に変換した受信信号を出力する。受信フィルタ3は、周波数領域で受信信号の帯域制限を行い、波形整形と雑音抑圧を行う。受信フィルタ3には、一般にレイズドコサインロールオフフィルタ(ロールオフ率=0を含む)が用いられる。図2の構成では受信信号のフィルタリングを周波数領域の信号処理で行っているが、DFT部2に先立ち時間領域の信号処理でフィルタリングを行うこともできる。チャネル推定部4は、周波数領域でパイロット受信信号とパイロット参照信号との相関処理によりチャネル利得を推定する。
【0038】
周波数領域でチャネル利得を推定するためには時間多重したパイロット信号が必要となる。図3に周波数領域のチャネル推定と等化を行う場合に用いられる無線フレームフォーマットの一例を示す。無線フレーム信号は複数のパイロット信号あるいはデータ信号のブロックで構成され、先頭にパイロット信号ブロックがあり、その後ろにデータブロックが複数連続する構成になっている。各ブロックの先頭には離散フーリエ変換(DFT:Descrete Fourier Transform)処理の際に前ブロックからのマルチパス干渉を回避するためサイクリックプリフィクス(CP:Cyclic Prefix)が付加される。CPは各ブロックの最後部データを最前部にコピーして生成される。
【0039】
一方、上りリンクのSC伝送では受信品質測定、共通制御チャネルの復調などのために複数ユーザを多重したパイロット信号、あるいはMIMO送信を行う場合にはアンテナ間で直交したパイロット信号が必要となり、周波数多重(FDM)したパイロット信号が検討されている。例えば、FDM方式として、IFDM(Interleaved Frequency Division Multiplexing)方式が用いられ、IFDMではSC信号のスペクトル(サブキャリア)は所定のサブキャリア繰り返し間隔で分散配置され、同帯域で複数信号が周波数多重される。図4はFDMされたパイロット信号(a)とFDMされないデータ信号(b)のスペクトルを示している。図4の例ではパイロット部では4ユーザあるいは4送信アンテナでパイロット信号をFDM送信し、データ部ではスケジューリングされた特定のユーザのデータ信号あるいは送信アンテナ信号を送信する場合を想定している。
【0040】
チャネル推定部4は、間引き処理部11、DFT部12、送受信フィルタ13、参照信号生成部14、相関処理部15、IDFT部16、雑音パス除去部17、0パディング処理部18、DFT部19を備えている。
間引き処理部11は、受信フィルタ3の出力であるパイロット受信信号を入力し、所望のユーザあるいは送信アンテナのパイロット信号のサブキャリアを選択し、不要なサブキャリアを間引き処理する。必要なサブキャリアを抽出処理すると考えても良い。ここで、間引き処理部11は、DFT部2の直後に受信フィルタ3の前で行っても良い。DFT部12は、所望のユーザあるいは送信アンテナのパイロット符号をDFTし、周波数領域の信号に変換する。送受信フィルタ13は、パイロット符号の周波数領域の信号を送受信フィルタに通す。参照信号生成部14は、送受信フィルタ13の出力を用いてパイロット受信信号との相関処理に用いるパイロット参照信号を計算する。参照信号生成部14には、パイロット受信信号の符号特性を完全にキャンセルするZF(Zero Forcing)や相関処理における雑音強調を抑えるMMSE(Minimum Mean Square Error)やクリッピング法が用いられる。ZFを用いる場合のパイロット参照信号は(1)式で表される。相関処理部15は、周波数領域のパイロット受信信号とパイロット参照信号との相関処理によりチャネル利得を推定する。チャネル推定値は(2)式で計算される。
【0041】
IDFT部16は、相関処理部15で推定したチャネル利得を時間領域のチャネル応答に変換する。雑音パス除去部17は、IDFT部16の出力であるチャネル応答から雑音だけのポイントの信号(雑音パス)を除去するため0に置換する。雑音パス除去部17には、時間窓フィルタや雑音閾値制御が用いられる。時間窓フィルタは、チャネル応答がCP幅に収まっていると仮定し、CP幅に相当する区間以外のポイントの信号を雑音パスとして0に置換する。雑音閾値制御は、所定の雑音閾値以下のポイントの信号を雑音パスとして0に置換する。時間窓フィルタと雑音閾値制御を併用する場合は雑音閾値には時間窓フィルタの窓外の雑音の平均値を用いることができる。0パディング処理部18は、周波数領域のチャネル利得のサブキャリア分解能をデータ信号のサブキャリア分解能に一致させるため、チャネル応答の最後部に0を挿入する。DFT部19は、ポイント数を増やしたチャネル応答をDFTし、データ信号のサブキャリア分解能に相当する雑音を抑圧したチャネル利得を出力する。
【0042】
なお、DFT部2、DFT部12、及びDFT部19は、同一の装置を用いて共通化しても良い。同様に、IDFT部7及びIDFT部16は、同一の装置を用いて共通化しても良い。この場合、必ずしも全て共通化する必要は無く、一部だけ共通化することも可能である。例えば、DFT部12とDFT部19だけ共通化することが考えられる。
【0043】
図5に、所定のサブキャリア繰り返し間隔で分散配置されたシングルキャリアのパイロット信号を用いて周波数領域の信号処理によりチャネル利得を推定する動作を示す。
(1)ステップS101
間引き処理部11は、パイロット信号を受信して周波数領域に変換する。
(2)ステップS102
間引き処理部11は、変換された周波数領域のパイロット信号のサブキャリアのうち、所望のパイロット信号のサブキャリアだけを選択する。
(3)ステップS103
相関処理部15は、間引き処理部11の出力(選択されたサブキャリアに対応するパイロット信号)とパイロット符号を周波数領域に変換して生成したパイロット参照信号との相関をとりチャネル利得を推定する。
(4)ステップS104
IDFT部16は、相関処理部15で推定したチャネル利得を時間領域のチャネル応答に変換する。
(5)ステップS105
雑音パス除去部17は、IDFT部16の出力であるチャネル応答から雑音パスを除去する。
(6)ステップS106
0パディング処理部18は、チャネル利得のサブキャリア分解能をデータ信号のサブキャリア分解能に一致させるため、チャネル応答の最後部に0を挿入する。
(7)ステップS107
DFT部19は、ポイント数を増やしたチャネル応答を周波数領域に変換する。
(8)ステップS108
DFT部19は、データ信号のサブキャリア分解能に相当する雑音を抑圧したチャネル利得を出力する。
【0044】
図6に、雑音パス除去部17と0パディング処理部18の動作説明図を示す。図6では、雑音パス除去部17に時間窓フィルタを用いた例を示している。IDFT部16の出力に対して時間窓フィルタの窓外のポイントを0に置換するとともに、窓外のポイントの最後部に0を挿入し、DFTのポイント数を増やす。本発明ではIDFT部16の出力のチャネル応答が折りかえらず分離されていれば正確な補間が行える。
【0045】
ウエイト計算部5は、チャネル推定部4の出力である周波数領域のチャネル利得を入力とし、等化ウエイトを計算する。ウエイト計算部5には、一般にMMSEやZFが用いられ、MMSEウエイトは(3)式で計算される。等化フィルタ6は、ウエイト計算部5で計算した等化ウエイト及び受信フィルタ3で帯域制限した受信信号を入力とし、それぞれをサブキャリア毎に乗じることにより、周波数領域で受信信号の等化処理を行う。等化フィルタ6で等化された信号は(4)式で表される。IDFT部7は、等化フィルタ6の出力である周波数領域の等化信号を入力とし、NIDFTポイント(NIDFTは2以上の整数)のIDFTを行い、時間領域の信号に変換し、復調信号として出力する。
【0046】
図7に、シングルキャリア信号を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号処理により等化処理を行う動作を示す。
(1)ステップS201
間引き処理部11は、所定のサブキャリア繰り返し間隔で分散配置されたシングルキャリアのパイロット信号を受信して周波数領域に変換する。
(2)ステップS202
間引き処理部11は、変換された周波数領域のパイロット信号のサブキャリアのうち、所望のパイロット信号のサブキャリアだけを選択する。
(3)ステップS203
相関処理部15は、間引き処理部11の出力(選択されたサブキャリアに対応するパイロット信号)とパイロット符号を周波数領域に変換して生成したパイロット参照信号との相関をとりチャネル利得を推定する。
(4)ステップS204
IDFT部16は、相関処理部15で推定したチャネル利得を時間領域のチャネル応答に変換する。
(5)ステップS205
雑音パス除去部17は、IDFT部16の出力であるチャネル応答から雑音パスを除去する。
(6)ステップS206
0パディング処理部18は、チャネル利得のサブキャリア分解能をデータ信号のサブキャリア分解能に一致させるため、チャネル応答の最後部に0を挿入する。
(7)ステップS207
DFT部19は、ポイント数を増やしたチャネル応答を周波数領域に変換する。
(8)ステップS208
DFT部19は、データ信号のサブキャリア分解能に相当する雑音を抑圧したチャネル利得を出力する。
(9)ステップS209
ウエイト計算部5は、チャネル利得から等化ウエイトを計算する。
(10)ステップS210
等化フィルタ6は、等化ウエイトにより周波数領域のパイロット信号の等化処理を行い、等化信号を出力する。
(11)ステップS211
IDFT部7は、等化信号を時間領域に変換して復調信号を出力する。
【0047】
図8に、本発明のチャネル推定装置及び等化装置の特性例として、ビットエネルギー対雑音電力密度比(Eb/N0)に対するブロック誤り率特性を示す。本発明のチャネル推定装置を用いた等化装置の特性は、従来の周波数領域の線形補間を用いる等化装置と比べ、同じサブキャリア繰り返し間隔において等化性能が大幅に改善している。そして従来の等化装置の半分のサブキャリア繰り返し間隔の特性とほぼ同特性が得られている。
【0048】
以上に説明したように、本発明のチャネル推定装置では、FDMパイロット信号を用いて推定した周波数領域のチャネル推定値を一旦時間領域に変換し、時間領域の雑音パス除去とDFTによる補間処理を組み合わせることにより、チャネル推定精度を向上し、等化性能を改善できる。本発明ではパイロット信号のサブキャリア繰り返し間隔(すなわちユーザ多重数あるいはMIMO送信アンテナ数)を従来の2倍程度に増加できる。
【0049】
なお、本実施例では時間領域信号から周波数領域信号への変換をDFT、周波数領域信号から時間領域信号への変換をIDFTで行っているが、高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)、高速逆フーリエ変換(IFFT:Inverse Fast Fourier Transform)あるいは他の信号変換アルゴリズムを用いても良い。
【0050】
最後に、本発明の特徴について以下に詳述する。
本発明のチャネル推定装置は、所定のサブキャリア繰り返し間隔で分散配置されたパイロット信号を用いて周波数領域の信号処理によりチャネル利得を推定するチャネル推定装置であり、第1DFT部と、間引き処理部と、相関処理部と、IDFT部と、雑音パス除去部と、0パディング処理部と、第2DFT部とを備えることを特徴とする。第1DFT部は、パイロット信号を受信して周波数領域に変換する。間引き処理部は、所望のサブキャリアだけを選択する。相関処理部は、間引き処理部の出力と周波数領域のパイロット参照信号との相関をとりチャネル利得を推定する。IDFT部は、チャネル利得を時間領域のチャネル応答に変換する。雑音パス除去部は、チャネル応答から雑音パスを除去する。0パディング処理部は、チャネル利得のサブキャリア分解能をデータ信号のサブキャリア分解能に一致させるため、チャネル応答の最後部に0を挿入する。第2DFT部は、ポイント数を増やしたチャネル応答を周波数領域に変換し、データ信号のサブキャリア分解能に相当する雑音を抑圧したチャネル利得を出力する。
【0051】
また、本発明のチャネル推定装置は、所定のサブキャリア繰り返し間隔で分散配置されたシングルキャリアのパイロット信号を用いて周波数領域の信号処理によりチャネル利得を推定するチャネル推定装置であり、第1DFT部と、間引き処理部と、相関処理部と、第1IDFT部と、雑音パス除去部と、0パディング処理部と、第2DFT部とを備えることを特徴とする。第1DFT部は、パイロット信号を受信して周波数領域に変換する。間引き処理部は、所望のサブキャリアだけを選択する。相関処理部は、間引き処理部の出力とパイロット符号を周波数領域に変換して生成したパイロット参照信号との相関をとりチャネル利得を推定する。第1IDFT部は、チャネル利得を時間領域のチャネル応答に変換する。雑音パス除去部は、チャネル応答から雑音パスを除去する。0パディング処理部は、チャネル利得のサブキャリア分解能をデータ信号のサブキャリア分解能に一致させるため、チャネル応答の最後部に0を挿入する。第2DFT部は、ポイント数を増やしたチャネル応答を周波数領域に変換し、データ信号のサブキャリア分解能に相当する雑音を抑圧したチャネル利得を出力する。
【0052】
本発明の等化装置は、シングルキャリア信号を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号処理により等化処理を行う等化装置であり、第1DFT部と、間引き処理部と、相関処理部と、第1IDFT部と、雑音パス除去部と、0パディング処理部と、第2DFT部と、ウエイト計算部と、等化フィルタと、第2IDFT部を備えることを特徴とする。第1DFT部は、所定のサブキャリア繰り返し間隔で分散配置されたシングルキャリアのパイロット信号を受信して周波数領域に変換する。間引き処理部は、所望のサブキャリアだけを選択する。相関処理部は、間引き処理部の出力とパイロット符号を周波数領域に変換して生成したパイロット参照信号との相関をとりチャネル利得を推定する。第1IDFT部は、チャネル利得を時間領域のチャネル応答に変換する。雑音パス除去部は、チャネル応答から雑音パスを除去する。0パディング処理部は、チャネル利得のサブキャリア分解能をデータ信号のサブキャリア分解能に一致させるため、チャネル応答の最後部に0を挿入する。第2DFT部は、ポイント数を増やしたチャネル応答を周波数領域に変換し、データ信号のサブキャリア分解能に相当する雑音を抑圧したチャネル利得を出力する。ウエイト計算部は、チャネル利得から等化ウエイトを計算する。等化フィルタは、等化ウエイトにより周波数領域の受信信号の等化処理を行う。第2IDFT部は、等化信号を時間領域に変換して復調信号を出力する。
【0053】
雑音パス除去部は、時間窓フィルタと雑音閾値制御の両方あるいはいずれかによりチャネル応答から雑音パスを除去することを特徴とする。
【0054】
本発明の等化装置は、所定のサブキャリア繰り返し間隔で分散配置されたシングルキャリアのパイロット信号は、IFDM(Interleaved Frequency Division Multiplexing)方式により同帯域で複数信号が周波数多重されることを特徴とする。
【0055】
ウエイト計算部は、最小平均自乗誤差法あるいはゼロフォーシング法に基づき等化ウエイトを計算することを特徴とする。
【0056】
本発明のチャネル推定方法は、所定のサブキャリア繰り返し間隔で分散配置されたシングルキャリアのパイロット信号を用いて周波数領域の信号処理によりチャネル利得を推定するチャネル推定方法である。この方法は、以下の動作を特徴とする。
まず、パイロット信号を受信して周波数領域に変換する。所望のサブキャリアだけを選択する。その出力とパイロット符号を周波数領域に変換して生成したパイロット参照信号との相関をとりチャネル利得を推定する。チャネル利得を時間領域のチャネル応答に変換する。チャネル応答から雑音パスを除去する。チャネル利得のサブキャリア分解能をデータ信号のサブキャリア分解能に一致させるため、チャネル応答の最後部に0を挿入する。ポイント数を増やしたチャネル応答を周波数領域に変換する。データ信号のサブキャリア分解能に相当する雑音を抑圧したチャネル利得を出力する。
【0057】
本発明のチャネル推定方法は、シングルキャリア信号を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号処理により等化処理を行う等化方法である。この方法は、以下の動作を特徴とする。
所定のサブキャリア繰り返し間隔で分散配置されたシングルキャリアのパイロット信号を受信して周波数領域に変換する。所望のサブキャリアだけを選択する。その出力とパイロット符号を周波数領域に変換して生成したパイロット参照信号との相関をとりチャネル利得を推定する。チャネル利得を時間領域のチャネル応答に変換する。チャネル応答から雑音パスを除去する。チャネル利得のサブキャリア分解能をデータ信号のサブキャリア分解能に一致させるため、チャネル応答の最後部に0を挿入する。ポイント数を増やしたチャネル応答を周波数領域に変換する。データ信号のサブキャリア分解能に相当する雑音を抑圧したチャネル利得を出力する。チャネル利得から等化ウエイトを計算する。等化ウエイトにより周波数領域の受信信号の等化処理を行い、等化信号を時間領域に変換して復調信号を出力する。
【図面の簡単な説明】
【0058】
【図1】図1は、従来のチャネル推定装置及び等化装置を示すブロック図である。
【図2】図2は、本発明のチャネル推定装置及び等化装置を示すブロック図である。
【図3】図3は、周波数領域のチャネル推定と等化を行う場合に用いられる無線フレームフォーマットの一例を示す図である。
【図4】図4は、FDMパイロット信号とFDMされないデータ信号のスペクトルを示す図である。
【図5】図5は、本発明のチャネル推定方法の動作を示すフローチャートである。
【図6】図6は、雑音パス除去部17と0パディング処理部18の動作説明図である。
【図7】図7は、本発明の等化方法の動作を示すフローチャートである。
【図8】図8は、本発明のチャネル推定装置及び等化装置の特性例を示す図である。
【符号の説明】
【0059】
1,101… CP除去部
2,102… DFT部
3,103… 受信フィルタ
4,104… チャネル推定部
5,105… ウエイト計算部
6,106… 等化フィルタ
7,107… IDFT部
11,111… 間引き処理部
12,112… DFT部
13,113… 送受信フィルタ
14,114… 参照信号生成部
15,115… 相関処理部
16… IDFT部
17… 雑音パス除去部
18… 0パディング処理部
19… DFT部
116… 雑音抑圧部
117… 補間処理部
【出願人】 【識別番号】000004237
【氏名又は名称】日本電気株式会社
【出願日】 平成18年7月19日(2006.7.19)
【代理人】 【識別番号】100102864
【弁理士】
【氏名又は名称】工藤 実


【公開番号】 特開2008−28515(P2008−28515A)
【公開日】 平成20年2月7日(2008.2.7)
【出願番号】 特願2006−196642(P2006−196642)