TOP > 国内特許検索 > 高精度タイミング再生を備えたMIMO-OFDM受信方式および受信機

高精度タイミング再生を備えたMIMO-OFDM受信方式および受信機 コモンズ

国内特許コード P100001310
整理番号 03-097
掲載日 2010年12月6日
出願番号 特願2003-296460
公開番号 特開2005-065197
登録番号 特許第4247532号
出願日 平成15年8月20日(2003.8.20)
公開日 平成17年3月10日(2005.3.10)
登録日 平成21年1月23日(2009.1.23)
発明者
  • 須山 聡
  • 府川 和彦
  • 鈴木 博
出願人
  • 国立大学法人東京工業大学
発明の名称 高精度タイミング再生を備えたMIMO-OFDM受信方式および受信機 コモンズ
発明の概要

【課題】
同一チャネル干渉が存在するマルチパス環境において、前記干渉を抑圧でき、タイミング再生やチャネル推定の精度の劣化を補償することが可能で且つ常に高速信号伝送を実現できるMIMO-OFDM受信方式及び受信機を提供する。
【解決手段】
個の相異なる誤り訂正符号化されたOFDM信号をN本のアンテナで受信した受信信号からタイミングを再生するタイミング再生処理と前記受信信号を白色化し合成信号を出力するL個の線形合成処理と前記合成信号をサブキャリア信号に変換するL個のフーリエ変換処理と前記サブキャリア信号を用いて尤度計算を行い検波信号を出力する信号検出処理と前記検波信号をデインターリーブして誤り訂正復号するN個の誤り訂正復号処理と前記線形合成処理及び前記信号検出処理で用いるパラメータを一括して推定するパラメータ推定処理と上記処理の一部または全部を繰り返して行う繰り返し制御処理とで構成する。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要


近年、移動通信、無線LANにおいては、高信頼な高速伝送を実現できる無線伝送方式としてOFDMが注目を集めている。OFDM方式は、ガードインターバル(GI)を挿入したマルチキャリア伝送であり、周波数選択性フェージング条件下でも良好な伝送特性が実現できる。更なるOFDM方式の高速化を目指し、送受信アンテナを複数用いて信号を空間多重するMIMO(Multiple Input Multiple Output)方式の適用が検討されており、MIMO-OFDMとして精力的に研究が行われている。



図9に従来のMIMO-OFDMのシステム構成を示す。図9に示されるように、従来のMIMO-OFDMシステムにおいて、N本の送信アンテナとN本の受信アンテナにより、OFDM信号を空間多重しており、各送信アンテナからは異なったOFDM信号が送信され、受信機ではN本分の受信信号からN本分のOFDM信号の信号分離・検出が行われるようになっている。



従来のMIMO-OFDMの送信機の構成を図10に示す。図10に示されるように、従来のMIMO-OFDMの送信機では、まず、情報ビット系列は、N個の系列に分割された後、それぞれ誤り訂正符号化・インターリーブされ、OFDM変調器によりNサブキャリアのOFDM信号が生成される。次に、OFDM信号は各サブキャリアにおける変調信号をIFFTにより時間信号に変換し、さらに、その時間信号の後半の一部をGIとして時間信号の前半に付加することで生成される。IFFTにより生成される時間信号とGIを合わせてOFDMシンボルとも呼ばれ、パケットは複数のOFDMシンボルから構成されている。これらのOFDM信号は帯域制限のために波形整形された後、RF周波数帯へ周波数変換されて各送信アンテナから送信される。



従来のMIMO-OFDMの受信機の構成を図11に示す。図11に示されるように、従来のMIMO-OFDMの受信機では、まず、各アンテナで受信された受信信号は送信機の波形整形フィルタと同様な整合フィルタを通過し、タイミング再生が行われる。次に、そのタイミングよりGIを除去した後、FFTによりN本のサブキャリア信号に変換され、OFDM信号の性質からN本のサブキャリア信号は互いに直交するので、各サブキャリア毎にN個の受信信号からN個の信号を最尤検出器により検波し、検波信号を出力する。なお、サブキャリア信号とは、受信信号や受信信号を線形合成した合成信号がFFTにより周波数領域における各サブキャリアの信号に変換された信号のことを言う。各サブキャリアの検波信号は送信信号系列毎にシリアルパラレル変換され、デインターリーブ後に復号され、全系列が再び統合される。最近のMIMO-OFDMに関連する技術は、非特許文献1~非特許文献7に開示されている。



従来のMIMO-OFDMの受信機は大別すると、(I)各送信アンテナからの送信信号を個々に抽出する線形合成タイプ(例えば、非特許文献2、 非特許文献3、 非特許文献5、及び非特許文献6を参照する)、(II)各受信信号からレプリカ信号を差し引くことで尤度を計算し、信号判定を行う最尤推定タイプ(例えば、非特許文献1、非特許文献2、非特許文献4及び非特許文献6を参照する)に分類することができる。



最尤推定タイプのMIMO-OFDMの受信機は、線形合成タイプのと比べて演算量が増えるものの、優れた誤り率特性を有するが、図12に示されるような、同一チャネル干渉(CCI)が存在するMIMO-OFDMシステムは想定しておらず、隣接セルなどからのCCIにより伝送特性は大幅に劣化すると考えられる。しかし、発明者が知る限りではCCIを抑圧するMIMO-OFDM受信方式については今まで検討が行われていない。そもそもCCI環境ではMIMO伝送を止め、単一のOFDM信号を伝送し、複数の受信アンテナをアダプティアレーとして動作させることで、例えば非特許文献7に開示されたようなCCIを抑圧する手法は既に提案されているが、この手法はMIMO-OFDM受信方式に関する技術ではない。



また、特許文献1では、OFDM方式においてCCIとガードインターバルを超えるマルチパス遅延波による干渉を抑圧する技術と、MIMO-OFDM方式において後者の干渉を抑圧する技術について開示されているが、MIMO-OFDM方式において両干渉を抑圧する技術については、何の示唆も開示も一切されていない。

【特許文献1】特願2003-003813号

【非特許文献1】A.・バン・ゼルスト、R.・バン・ニー、G.・A.・アウォーター(A.van Zelst, R.van Nee, and G. A.Awater),「スペース ディビジョン マルチプレクシング (SDM) フォー OFDM システムズ(SpaceDivision Multiplexing (SDM) for OFDM systems)」,IEEE ビヒク. テク. コンファ.(IEEE Vehic.Tech. Conf.),2000年5月,p.1070-1074

【非特許文献2】Y.・リー、J.・H.・ウィンターズ、N.・R.・ソランバーガー(Y. Li, J. H. Winters, and N. R.Sollenberger), 「MIMO-OFDM フォー ワイヤレス コミューニケイションズ:シグナル ディテクション ウィズ インハンスド チャネル エスティメイション(MIMO-OFDMfor wireless communications: signal detection with enhanced channel estimation)」,IEEE トランス. オン コンミュー.(IEEETrans. on Commun.),第50巻第9号,2002年9月,p.1471-1477

【非特許文献3】H.・サンパス、S.・タルウォー、J.・テラド、V.・アツェグ、A.・ポールラージ(H.Sampath, S.Talwar, J.Tellado,V.Erceg and A.Paulraj), 「ア フォース・ジュネレイション MIMO-OFDM ブロードバンド ワイヤレス システム:デザイン,パフォーマンス, アンド フィールド トライアル リザルトズ(Afourth-generation MIMO-OFDM broadband wireless system: design, performance, andfield trial results)」, IEEE コンミュー. マガジン(IEEECommun. Magazine),第40巻第9号,2002年9月,p.143-149

【非特許文献4】S.・ホリ、M.・ミゾグチ、T.・サカタ、M.・ノリクラ(S. Hori, M. Mizoguchi, T. Sakata, and M.Norikura),「ア ニュー ブランチ メトリック ジュネレイション メソッド フォー ソフト・デシジョン ビタビ デコーディング イン コーデド OFDM-SDM システムズ エンプロイング MLD オーバー フリクエンシ セレクティブ MIMO チャネルズ(Anew branch metric generation method for soft-decision Viterbi Decoding in codedOFDM-SDM systems employing MLD over frequency selective MIMO channels)」,IEICE トランス. ファンダメンタルズ.(IEICETrans. Fundamentals.),第E85-A巻,2002年7月,p.1675-1684

【非特許文献5】S.・クロサキ、Y.・アサイ、T.・スギヤマ、M.・ウメヒラ(S. Kurosaki, Y. Asai, T. Sugiyama, andM. Umehira),「SDM‐COFDM スキーム エンプロイング フィードフォワード インターチャネル インターフェアレンス キャンセラー フォー MIMO ベイセド ブロードバンド ワイヤレス LANs(SDM-COFDM scheme employing feed-forward inter-channel interferencecanceller for MIMO based broadband wireless LANs)」,IEICE トランス. コンミュー.(IEICE Trans.Commun.),第E86-B巻,2003年1月,p.283-290

【非特許文献6】須山聡・鈴木博・府川和彦,「ガードインターバルを超えるマルチパス遅延に対するMIMO-OFDMターボ等化」,電子情報通信学会技術報告,RCS2002-312,2003年3月

【非特許文献7】西川徹・原嘉孝・原晋介,「移動通信におけるOFDM用アダプティブアレーの検討」,電子情報通信学会研究技術報告,RCS2000-232,2001年3月

【非特許文献8】L. ・R.・バハル、J.・コッカ、F.・イェリネク、J.・ラビブ(L.R.Bahl,J. Cocke, F.Jelinek and J. Raviv),「オプティマル デコーディング オフ リニア コードズ フォー ミニマイジング シンボル エラー レート(Optimal decoding of linear codes for minimizing symbolerror rate)」,IEEE トランス. オン インフォーム. スィーオリ(IEEE Trans. on Inform. Theory),第20巻,1974年3月,p.284-287

【非特許文献9】P.・ロバートソン、E.・ビラブリュン、P.・ホーシェル(P. Robertson, E. Villebrun and P. Hoecher),「ア コンパリソン オフ オプティマル アンド サブオプティマル MAP デコーディング アルゴリズム オペレイテング イン ザ ログ ドメイン(Acomparison of optimal and sub-optimal MAP decoding algorithmsoperating in the log domain)」,イン プロク. オフ ICC95(in Proc. of ICC95),1995年6月,p.1009-1013

【非特許文献10】G.・バテール(G. Battail),「ポンデレション デ シンボルズ デコードズ パー アルゴリズム デ ビタビ(Ponderationdes symbols decodes par l’algorithmede Viterbi)」,アン テレコム.(AnnTelecommn.),第42巻,1987年1月,p.31-38

【非特許文献11】J.・ハンゲナウル、P.・ホーハー(J. Hangenauer and P. Hoeher), 「ア ビタビ アルゴリズム ウィズ ソフト・デシジョン アウトプットス アンド イッツ アプリケーション(AViterbi algorithm with soft-decision outputs and its application)」,イン プロク. オフ IEEE GLOBECOM89(inProc. of IEEE GLOBECOM89),1989年11月,p1680-1686

【非特許文献12】S.・ヘイキン(S. Haykin),「アダプティブ フィルター スィーオリ(Adaptive filter Theory)」,第3版,プレンティス・ホール(Prentice-Hall),1993年

【非特許文献13】K.・フカワ(K. Fukawa),「ア サブオプティマル レシーバー ストラクチャ フォー ジョイント スパシャルテンポラル フィルタリング アンド マルチユーザ ディテクション イン モバイル ラジオ コミューニケイションズ(Asuboptimal receiver structure for joint spatial-temporal filtering andmultiuser detection in mobile radio communications)」,IEEE トランス. オン ビヒクル テク.(IEEETrans. on Vehicular Tech.),第49巻第4号,2000年7月,p.1196-1206

【非特許文献14】IEEEStd 802.11a,「ハイスピード フィジカル レイヤー イン ザ 5GHzバンド(High-speed Physical Layer in the5GHz Band)」,1999年

【非特許文献15】P.・W.・ウォルニアンスキー、G.・J.・フォスチーニー、G.・D.・ゴールデン、R.・A.・バレンスエラ(P. W. Wolniansky, G. J. Foschini, G. D. Goldenand R. A. Valenzuela),「V-BLAST:アン アーキテクチャ フォー リアライジング ベリー ハイ データ レート オーバー ザ リッチ・スキャターリング ワイヤレス チャネル(V-BLAST: an architecture for realizing veryhigh data rate over the rich-scattering wireless channel)」,1998 URSI イント. シンポ. オン シグナル システム アンド エレクトロニクス(1998 URSI Int. Sympo. on Signals, Systems, andElectronics),1998年,p.295-300

【非特許文献16】須山聡・原嘉孝・鈴木博・神尾享秀・府川和彦,「ガードインターバルを超える遅延プロファイルのマルチパス環境に対するOFDM受信方式」,電子情報通信学会技術報告,RCS2001-175,2001年11月

産業上の利用分野


本発明は移動通信、無線LAN、地上波ディジタルTV放送等の直交周波数分割多重(OFDM)及びMC-CDMAなどのOFDMをベースした無線伝送方式を、複数(単数)の送受信アンテナを用いて信号を空間多重するMIMO方式に拡張を行ったMIMO-OFDM方式における受信方式及び受信機に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
(Nは正の整数)個の相異なる誤り訂正符号化されたOFDM信号をN(Nは正の整数)本のアンテナで受信した受信信号からタイミングを再生するタイミング再生処理と、
前記受信信号を白色化し合成信号を出力するL(Lは正の整数)個の線形合成処理と、
前記合成信号をサブキャリア信号に変換するL個のフーリエ変換処理と、
前記サブキャリア信号を用いて尤度計算を行い、検波信号を出力する信号検出処理と、
前記検波信号をデインターリーブして誤り訂正復号するN個の誤り訂正復号処理と、
前記線形合成処理及び前記信号検出処理で用いるパラメータを一括して推定するパラメータ推定処理と、
上記各処理の一部または全部を繰り返して行う繰り返し制御処理と、
から構成されることを特徴とする高精度タイミング再生を備えたMIMO-OFDM受信方式。

【請求項2】
前記タイミング再生処理として、前記受信信号と既知なプリアンブル信号との相互相関や前記受信信号の自己相関により仮タイミング候補を検出し、前記仮タイミング候補毎に前記パラメータ推定処理を行い、推定された重み係数を用いて前記線形合成処理で出力された前記合成信号とそのレプリカの誤差が最小となる前記仮タイミング候補をタイミングとするか、または、前記仮タイミング候補の内で最も確からしい候補においてタップ数を増やして前記パラメータ推定処理を行い、推定された各タップの重み係数の大きさにより前記パラメータ推定処理に必要なタップ数の決定と仮タイミングを補正してタイミングの再生を行うか、または、上記二つのタイミング再生処理を行う請求項1に記載の高精度タイミング再生を備えたMIMO-OFDM受信方式。

【請求項3】
前記線形合成処理として、前記受信信号をフィルタリングする分数間隔トランスバーサルフィルタとその出力を合成する合成器とを用いて、前記パラメータ推定処理で推定された分数間隔トランスバーサルフィルタの重み係数で前記受信信号の線形合成を行う請求項1に記載の高精度タイミング再生を備えたMIMO-OFDM受信方式。

【請求項4】
前記フーリエ変換処理として、前記合成信号のガードインターバル成分を前記タイミング再生処理から得られた前記タイミングにより除去してフーリエ変換を行うか、または、フーリエ変換の開始位置によって変化する所望信号の電力と発生する干渉の電力の比を前記パラメータ推定処理から得られるチャネル応答の推定値から計算し、前記電力比が最大となる位置でフーリエ変換を行うか、または、計算された前記電力比が最大になる位置において範囲の異なった二つのフーリエ変換を行って同相合成するかによって、前記合成信号をサブキャリア信号に変換する請求項1に記載の高精度タイミング再生を備えたMIMO-OFDM受信方式。

【請求項5】
前記信号検出処理として、L個のサブキャリア信号に対して、前記チャネル応答の推定値をフーリエ変換して導出された伝達関数を用いてレプリカ信号を生成し、前記サブキャリア信号と前記レプリカ信号の差の絶対値2乗値をメトリックとして最尤推定を行い、さらに、繰り返し制御時は、前記誤り訂正復号処理の出力である符号化されたビットの対数尤度比を帰還して事前情報として用いて最大事後確率推定を行うか、または、前記伝達関数を用いてL個のサブキャリア信号からN個の信号を分離する線形処理や、信頼度の順番に信号分離と干渉キャンセルを行う順次復号を行うかによって検波信号を出力する処理を行う請求項4に記載の高精度タイミング再生を備えたMIMO-OFDM受信方式。

【請求項6】
前記誤り訂正復号処理として、サブキャリア数分の前記検波信号をパラレルシリアル変換し、デインターリーブし、ソフト入力・ソフト出力の誤り訂正復号を行い、情報ビットと符号化されたビットの対数尤度比を出力し、前記情報ビットの対数尤度比により受信ビット系列を決定する処理を行う請求項1に記載の高精度タイミング再生を備えたMIMO-OFDM受信方式。

【請求項7】
前記パラメータ推定処理として、前記分数間隔トランスバーサルフィルタの重み係数ならびに前記信号検出処理に用いるチャネル応答を一括して、前記合成信号とプリアンブル信号を用いて生成される合成信号のレプリカとの差の絶対値2乗値が最小になるように最小2乗法により推定するか、または、前記受信信号とプリアンブル信号を要素に持つベクトルの自己相関行列の固有値および固有ベクトルにより推定する請求項3に記載の高精度タイミング再生を備えたMIMO-OFDM受信方式。

【請求項8】
前記繰り返し制御処理として、前記受信ビット系列に対して巡回符号による誤り検出を行い、誤りが検出されなかった場合には受信処理を終了し、誤りが検出された場合には、前記符号化されたビットの対数尤度比、または、それから計算されるサブキャリア信号の期待値を用いて、上記各処理の一部または全部を再度行い、一連の処理をさらに繰り返して行う請求項6に記載の高精度タイミング再生を備えたMIMO-OFDM受信方式。

【請求項9】
前記フーリエ変換処理と前記信号検出処理として、前記合成信号に対して、前記フーリエ変換処理を含んだ信号分離を行う線形処理によりN個の信号を分離し、前記検波信号を出力する離散フーリエ変換・信号分離線形処理を行うか、または、前記繰り返し制御時は、前記合成信号から所望サブキャリア信号成分をレプリカ減算によって抽出し、前記フーリエ変換処理を含んだ線形処理によりその抽出された信号を合成して、前記検波信号を出力するターボ等化処理を行う請求項5に記載の高精度タイミング再生を備えたMIMO-OFDM受信方式。

【請求項10】
前記パラメータ推定処理を行い、推定された重み係数を用いて前記線形合成処理で出力された前記合成信号とそのレプリカの誤差と、前記受信信号と前記線形合成処理を行わないで前記受信信号に対して前記パラメータ推定処理を行い、前記チャネル応答の推定値で生成された受信信号のレプリカとの誤差とを比較して、後者の上記誤差が小さい場合には前記線形合成処理を行わない請求項4に記載の高精度タイミング再生を備えたMIMO-OFDM受信方式。

【請求項11】
(Nは正の整数)個の相異なる誤り訂正符号化されたOFDM信号をN(Nは正の整数)本のアンテナで受信した受信信号からタイミングを再生するタイミング再生器と、
前記受信信号を白色化し合成信号を出力するL(Lは正の整数)個の線形合成器と、
前記合成信号をサブキャリア信号に変換するL個のフーリエ変換器と、
前記サブキャリア信号を用いて尤度計算を行い、検波信号を出力する信号検出器と、
前記検波信号をデインターリーブして誤り訂正復号するN個の誤り訂正復号器と、
前記線形合成器及び前記信号検出器で用いるパラメータを一括して推定するパラメータ推定器と、
上記処理の一部または全部を繰り返して行う繰り返し制御器と、
を備えることを特徴とする高精度タイミング再生を備えたMIMO-OFDM受信機。
産業区分
  • 伝送方式
  • 電信
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

※ 画像をクリックすると拡大します。

JP2003296460thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
詳しくお知りになりたい方は下記「問合せ先」まで直接お問合わせください


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close