JP3697521B2

JP3697521B2 - Receiving device, receiving method, and program

Info

Publication number: JP3697521B2
Application number: JP2003115459A
Authority: JP
Inventors: 清浜口
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2023-04-21
Also published as: JP2004320679A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数ホッピング伝送のスロットによって干渉量が異なる場合であっても伝送誤りを軽減するのに好適な送信装置、受信装置、送信方法、受信方法、ならびに、これらをコンピュータ（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ソフトウェアラジオを含む。）により実現するプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル無線伝送の分野では、従来から、周波数ホッピング通信方式による情報伝送が提案されている。この方式においては、各ユーザに伝送すべき情報の値（典型的には「０」と「１」）のそれぞれに対して、異なる周波数ホッピングパターンを割り当てる。そして、受信装置では、各ユーザに割り当てられた周波数ホッピングパターンを用いて、当該受信装置のユーザ宛の信号を、受信信号から抽出する。
【０００３】
当該周波数ホッピングパターンは、周波数方向と時間方向に配置された行列と考えることができる。そして、各ユーザの各情報の値に対して、互いに異なる行列が割り当てられ、当該行列の所定の要素が「１」である場合当該時刻に当該周波数のトーン信号を出力することによって、信号の伝送を行う。この場合に、行列の各要素に対応する周波数ならびに時刻を、スロットと呼ぶ。
【０００４】
一方、ディジタル無線伝送の分野については、以下の文献において、種々の技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２５１１９９号
【特許文献２】
特開２０００−１１５１３０号
【特許文献３】
特開平１１−２６１５３１号
【非特許文献１】
Munster M.，Hanzo L., "Performance of SDMA Multiuser Detection Techniques for Walsh-Hadamard-Spread OFDM Schemes," Proc.of the IEEE Vehicular Technology Conference, Vol.4, pp.2319-2323, ２００１年９月
【非特許文献２】
浜口清、笹岡秀一、「対干渉復号を適用した直交ＦＨ／１６ＱＡＭ方式の特性」、電気情報通信学会論文誌、 Vol.J78-B-11, No.6, pp.445-453, １９９５年６月
【０００６】
ここで、[特許文献１]には、再帰的組織畳み込み符号器および直交変調器との組合せを用いてデータ系列を送信する送信装置と、繰り返し復号を行う受信装置とを用いた通信システムの技術が開示されている。本技術では、送信装置において、複数のインターリーバが入力データ系列の順序を変更してエンコーダに供給し、複数のエンコーダがこれらを符号化し、エンコーダの出力系列を多重化する。一方、受信装置において、２つの復号部分が、受信系列を復号し、少なくとも２つのデータ系列を出力し、繰り返し復号処理を行う。
【０００７】
一方、[特許文献２]には、無線データシステム、無線電話システム、衛星リピータ式スペクトル拡散通信システム等の多重アクセスシステムに関する技術が開示されている。本技術では、多重直交コードを使用してスペクトル拡散通信信号を生成し、コード分割スペクトル拡散式通信システムで多重ウォルシュ関数のシフトキーイングを使用して信号変調を行う。そして、ユーザのエネルギー距離を改善して、非コヒーレント信号復調を行う。
【０００８】
さらに、[特許文献３]には、直接シーケンス符号分割多重接続信号の干渉を抑制する技術が開示されている。本技術では、各受信回路において、セクタの信号上に存在するトラフィック・チャネルのセットを判定し、所定の干渉条件により干渉が格付けされ、干渉の格付けリストから干渉ベクトルのセットが選択されて、受信機の所望の符号またはウォルシュ符号の直交写像が計算され、受信回路は、その相関器において直交写像を利用して被受信データを逆拡散する。
【０００９】
そして、[非特許文献１]には、空間分割多重伝送方式において、ウォルシュ・アダマール（Walsh-Hadamard）変換を利用して希望信号を拡散することにより、干渉信号を軽減する技術が開示されている。
【００１０】
一方、[非特許文献２]には、周波数ホッピング通信方式において、誤り訂正符号に干渉信号検出技術を用いて消失復号を行い伝送品質を改善する技術、ならびに、ヌルシンボルを用いて干渉信号検出を行う技術が開示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、周波数ホッピング通信方式では、各ユーザによって周波数ホッピングパターンが異なり、このため各スロットの受ける干渉量も異なる。そこで、各スロットの受ける干渉量の相違を考慮して、受信特性をさらに向上させるための技術が強く望まれている。
【００１２】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、周波数ホッピング伝送のスロットによって干渉量が異なる場合であっても伝送誤りを軽減するのに好適な送信装置、受信装置、送信方法、受信方法、ならびに、これらをコンピュータにより実現するプログラムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明の原理にしたがって、下記の発明を開示する。
【００１４】
本発明の第１の観点に係る送信装置は、変換部と、直並列変換部と、変調部と、並直列変換部と、周波数ホッピング部と、送信部と、を備え、以下のように構成する。
【００１５】
すなわち、変換部は、伝送信号をウォルシュ・アダマール変換して、これを変換済信号として出力する。
【００１６】
一方、直並列変換部は、当該変換済信号を複数の信号に直並列変換して、これらを中間信号群として出力する。
【００１７】
さらに、変調部は、当該中間信号群に含まれるそれぞれの中間信号を直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ；Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調して、これらを変調済信号群として出力する。
【００１８】
そして、並直列変換部は、当該変調済信号群に含まれる変調済信号を並直列変換して、これを直列化済信号として出力する。
【００１９】
一方、周波数ホッピング部は、当該直列化済信号を周波数ホッピングして、これをホップ済信号として出力する。
【００２０】
さらに、送信部は、当該ホップ済信号を送信する。
【００２１】
また、本発明の送信装置において、変調部は、当該中間信号群に含まれるそれぞれの中間信号について、当該中間信号を直並列変換した結果と、ヌル信号と、既知信号と、をあわせて逆フーリエ変換し、その結果を並直列変換して、当該変調済信号群に含まれる変調済信号の１つを得るように構成することができる。
【００２２】
本発明のその他の観点に係る受信装置は、受信部と、周波数デホッピング部と、直並列変換部と、復調部と、並直列変換部と、逆変換部と、を備え、以下のように構成する。
【００２３】
すなわち、受信部は、信号を受信して、これを受信信号として出力する。
【００２４】
一方、周波数デホッピング部は、当該受信信号を周波数デホッピングして、これをデホップ済信号として出力する。
【００２５】
さらに、直並列変換部は、当該デホップ済信号を直並列変換して、これらを中間信号群として出力する。
【００２６】
そして、復調部は、当該中間信号群に含まれるそれぞれの中間信号を直交周波数分割多重復調して、これらを復調済信号群として出力する。
【００２７】
一方、並直列変換部は、当該復調済信号群を並直列変換して、これを直列化済信号として出力する。
【００２８】
さらに、逆変換部は、当該直列化済信号を逆ウォルシュ・アダマール変換して、これを伝送信号として出力する。
【００２９】
また、本発明の受信装置において、復調部は、当該中間信号群に含まれるそれぞれの中間信号について、当該中間信号を直並列変換し、これらをフーリエ変換し、当該結果のうち、所定のサブキャリアに対応するものを干渉信号とし、他の所定のサブキャリアに対応するものを既知信号とし、これ以外のサブキャリアに対応するものを並直列変換して希望信号とし、当該既知信号の電力と、当該干渉信号の電力と、から、重みを決定し、当該重みを当該希望信号に乗じて、当該復調済信号群に含まれる復調済信号の１つを得るように構成することができる。
【００３０】
また、本発明の受信装置において、当該復調済信号群のうちk番目の復調済信号は、当該既知信号の電力σ² _s(k)、当該干渉信号の電力σ² _i(k)に対して、当該重みρ(k)を
ρ(k) = σ² _s(k)/(σ² _s(k) + σ² _i(k))
と決定して、得るように構成することができる。
【００３１】
本発明のその他の観点に係る送信方法は、変換工程と、直並列変換工程と、変調工程と、並直列変換工程と、周波数ホッピング工程と、送信工程と、を備え、以下のように構成する。
【００３２】
すなわち、変換工程では、伝送信号をウォルシュ・アダマール変換して、これを変換済信号として出力する。
【００３３】
一方、直並列変換工程では、当該変換済信号を複数の信号に直並列変換して、これらを中間信号群として出力する。
【００３４】
さらに、変調工程では、当該中間信号群に含まれるそれぞれの中間信号を直交周波数分割多重変調して、これらを変調済信号群として出力する。
【００３５】
さらに、並直列変換工程では、当該変調済信号群に含まれる変調済信号を並直列変換して、これを直列化済信号として出力する。
【００３６】
一方、周波数ホッピング工程では、当該直列化済信号を周波数ホッピングして、これをホップ済信号として出力する。
【００３７】
さらに、送信工程では、当該ホップ済信号を送信する。
【００３８】
また、本発明の送信方法において、変調工程では、当該中間信号群に含まれるそれぞれの中間信号について、当該中間信号を直並列変換した結果と、ヌル信号と、既知信号と、をあわせて逆フーリエ変換し、その結果を並直列変換して、当該変調済信号群に含まれる変調済信号の１つを得るように構成することができる。
【００３９】
本発明の他の観点に係る受信方法は、受信工程と、周波数デホッピング工程と、直並列変換工程と、復調工程と、並直列変換工程と、逆変換工程と、を備え、以下のように構成する。
【００４０】
すなわち、受信工程では、信号を受信して、これを受信信号として出力する。
【００４１】
一方、周波数デホッピング工程では、当該受信信号を周波数デホッピングして、これをデホップ済信号として出力する。
【００４２】
さらに、直並列変換工程では、当該デホップ済信号を直並列変換して、これらを中間信号群として出力する。
【００４３】
そして、復調工程では、当該中間信号群に含まれるそれぞれの中間信号を直交周波数分割多重復調して、これらを復調済信号群として出力する。
【００４４】
一方、並直列変換工程では、当該復調済信号群を並直列変換して、これを直列化済信号として出力する。
【００４５】
さらに、逆変換工程では、当該直列化済信号を逆ウォルシュ・アダマール変換して、これを伝送信号として出力する。
【００４６】
また、本発明の受信方法において、復調工程では、当該中間信号群に含まれるそれぞれの中間信号について、当該中間信号を直並列変換し、これらをフーリエ変換し、当該結果のうち、所定のサブキャリアに対応するものを干渉信号、他のサブキャリアに対応するものを並直列変換して希望信号とし、当該既知信号の電力と、当該干渉信号の電力と、から、重みを決定し、当該重みを当該希望信号に乗じて、当該復調済信号群に含まれる復調済信号の１つを得るように構成することができる。
【００４７】
また、本発明の受信方法において、当該復調済信号群のうちk番目の復調済信号は、当該既知信号の電力σ² _s(k)、当該干渉信号の電力σ² _i(k)に対して、当該重みρ(k)を
ρ(k) = σ² _s(k)/(σ² _s(k) + σ² _i(k))
と決定して、得るように構成することができる。
【００４８】
本発明のその他の観点に係るプログラムは、コンピュータを、上記の送信装置もしくは受信装置として機能させ、または、コンピュータに上記の送信方法もしくは受信方法を実行させるように構成する。
【００４９】
当該プログラムは、コンパクトディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ディジタルビデオディスク、磁気テープ、半導体メモリ等のコンピュータ読取可能な情報記録媒体に記録することができる。
【００５０】
上記プログラムは、当該プログラムが実行される通信端末とは独立して、コンピュータ通信網を介して配布・販売することができる。また、上記情報記録媒体は、当該通信端末とは独立して配布・販売することができる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本願発明の範囲に含まれる。
【００５２】
（送信装置の実施の形態）
図１は、本発明の実施形態の１つに係る送信装置の概要構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
【００５３】
本実施形態の送信装置１０１は、変換部１０２と、直並列変換部１０３と、変調部１０４と、並直列変換部１０５と、周波数ホッピング部１０６と、送信部１０７と、を備える。
【００５４】
まず、変換部１０２は、伝送信号をウォルシュ・アダマール変換して、これを変換済信号として出力する。ここで、伝送信号としては、たとえば、伝送すべき情報をＱＡＭ変調した結果を利用することができる。ここでウォルシュ・アダマール変換を用いることにより、伝送すべき情報が周波数ホッピングする全スロットに均等に拡散することとなる。
【００５５】
ついで、直並列変換部１０３は、当該変換済信号を複数の信号に直並列変換して、これらを中間信号群として出力する。
【００５６】
さらに、変調部１０４は、当該中間信号群に含まれるそれぞれの中間信号を直交周波数分割多重変調して、これらを変調済信号群として出力する。すなわち、変調部１０４には、複数のＯＦＤＭ変調器が含まれ、それぞれのＯＦＤＭ変調器が、それぞれの中間信号を変調する。
【００５７】
そして、並直列変換部１０５は、当該変調済信号群に含まれる変調済信号を並直列変換して、これを直列化済信号として出力する。
【００５８】
一方、周波数ホッピング部１０６は、当該直列化済信号を周波数ホッピングして、これをホップ済信号として出力する。
【００５９】
さらに、送信部１０７は、当該ホップ済信号を送信する。
【００６０】
図２は、変調部１０４が備えるＯＦＤＭ変調器の１つの概要構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
【００６１】
ＯＦＤＭ変調器２０１は、直並列変換部２０２と、逆フーリエ変換部２０３と、並直列変換部２０４と、を備える。
【００６２】
まず、直並列変換部２０２は、中間信号の１つを直並列変換して複数の信号を得る。
【００６３】
ついで、逆フーリエ変換部２０３は、当該得られた複数の信号と、ヌル信号（ヌルシンボルからなる信号）と、既知信号（パイロット信号）と、の入力を受け付けて、これらを逆フーリエ変換して複数の信号を得る。
【００６４】
そして、並直列変換部２０４は、逆フーリエ変換した結果を並直列変換して、これを変調済信号の１つとして出力する。
【００６５】
このように、逆フーリエ変換部２０３において、ヌル信号、すなわち、振幅値ゼロの信号を少なくとも１つ（複数であっても良い。）を挿入することによって、ＯＦＤＭ変調の所定のサブキャリアにヌル信号を与える。また、既知信号、すなわち、送信装置１０１と受信装置とで共有される信号を少なくとも１つ（複数であっても良い。）適宜他のサブキャリアに挿入する。
【００６６】
後述するように、受信装置では、これらのヌル信号および既知信号に対応するサブキャリアの信号を調べる。伝搬路において干渉がなければ、ヌル信号に相当するサブキャリアの検出値の平均はゼロとなるが、干渉があれば、干渉信号値に応じた値が検出される。そして、既知信号に相当するサブキャリアの検出値と、ヌル信号（干渉信号）に相当するサブキャリアの検出値と、を用いて、重み付けを行うのである。
【００６７】
逆フーリエ変換部２０３に与えるヌル信号の数は、受信装置熱雑音に起因する推定誤差を小さくするためには、多くした方が良いが、多すぎると伝送レートが低下してしまう。そこで、許容誤差に対応する適切な数を選択する必要がある。
【００６８】
（受信装置の実施の形態）
図３は、本発明の実施形態の１つに係る受信装置の概要構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
【００６９】
本実施形態の受信装置３０１は、受信部３０２と、周波数デホッピング部３０３と、直並列変換部３０４と、復調部３０５と、並直列変換部３０６と、逆変換部３０７と、を備える。
【００７０】
まず、受信部３０２は、送信装置１０１から送信された信号が伝搬路を経由して到達したものを受信して、これを受信信号として出力する。
【００７１】
一方、周波数デホッピング部３０３は、当該受信信号を周波数デホッピングして、これをデホップ済信号として出力する。
【００７２】
さらに、直並列変換部３０４は、当該デホップ済信号を直並列変換して、これらを中間信号群として出力する。
【００７３】
そして、復調部３０５は、当該中間信号群に含まれるそれぞれの中間信号を直交周波数分割多重復調して、これらを復調済信号群として出力する。すなわち、復調部３０５には、複数のＯＦＤＭ復調器が含まれ、それぞれのＯＦＤＭ復調器が、それぞれの中間信号を復調する。この際に、後述するように、重み付けを行うことが望ましい。
【００７４】
一方、並直列変換部３０６は、当該復調済信号群を並直列変換して、これを直列化済信号として出力する。
【００７５】
さらに、逆変換部３０７は、当該直列化済信号を逆ウォルシュ・アダマール変換して、これを伝送信号として出力する。
【００７６】
また、上記のように、送信装置１０１においてＱＡＭ変調した結果を伝送信号として利用している場合には、逆変換部３０７が出力した伝送信号をＱＡＭ復調することによって、伝送すべき情報を得ることができる。
【００７７】
図４は、復調部３０５が備えるＯＦＤＭ復調器の１つの概要構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
【００７８】
ＯＦＤＭ復調器４０１は、直並列変換部４０２と、フーリエ変換部４０３と、並直列変換部４０４と、重み付け部４０５と、を備える。なお、既知信号（パイロット信号）を用いた位相・強度補償を公知の技術により行うが、理解を容易にするため、当該補償については図示を省略する。
【００７９】
まず、直並列変換部４０２は、中間信号の１つを直並列変換して、複数の信号を得る。
【００８０】
ついで、フーリエ変換部４０３は、当該得られた複数の信号をフーリエ変換する。これによって、以下の信号が得られる。
・送信装置１０１でヌル信号を与えたサブキャリアに対応する信号。以下「干渉信号」と呼ぶ。
・送信装置１０１でパイロット信号を与えたサブキャリアに対応する信号。以下「既知信号」と呼ぶ。
・送信装置１０１で中間信号群を与えたサブキャリアに対応する信号群。
【００８１】
並直列変換部４０４は、得られた信号群を並直列変換して、これを希望信号として得る。
【００８２】
重み付け部４０５は、既知信号の電力σ² _sと、干渉信号の電力σ² _iと、を検出する。
【００８３】
なお、ここまでの手法は、[非特許文献２]においては、これらの電力の比により、希望信号対干渉信号の電力比を推定する技術と原理を同じくする。
【００８４】
そして、重み付け部４０５は、重みρを計算式
ρ = σ² _s/(σ² _s + σ² _i)
により決定する。
【００８５】
そして、得られた希望信号に重みρを乗じて、これを復調済信号の１つとして出力する。
【００８６】
なお、実施形態の適用分野によっては、重み付けを省略することとしても良い。後述するように、重み付けを省略した場合であっても、従来に比べて性能が向上する。
【００８７】
（理論的背景）
このような通信技術を利用した場合、k番目のＯＦＤＭ復調器４０１における既知信号電力をσ² _s(k)、干渉信号電力をσ² _i(k)、受信装置３０１の熱雑音量をσ² _nとし、重み付け係数をρ(k)とすると、ビット誤り率の理論値は、以下のようになる。
BER = Pe(φ)；
φ = Σ_kσ² _s(k)/〔Σ_k｛(1-ρ(k))²σ² _s(k) + ρ(k)²σ² _i(k)｝+Lσ² _n〕
【００８８】
ここで、Pe(・)は、ＱＡＭ変復調における理論誤り率である。さて、最適な重み付け係数ρ(k)を求めるには、φを各ρ(k)について偏微分し、その値をゼロとすることによって得られる。すなわち、
ρ(k) = σ² _s/(σ² _s + σ² _i)
は、この計算によって得られた結果である。
【００８９】
（実験の結果）
図５は、本実施形態による方式と、従来のＯＦＤＭ／周波数ホッピング方式と、を比較した実験結果を示すグラフである。以下、本図を参照して説明する。
【００９０】
本グラフは、横軸がユーザ数、縦軸がＢＥＲである。また、●は本実施形態において重み付けを行う場合、▲は本実施形態において重み付けを行わない場合、■は従来の手法（単なるＯＦＤＭ伝送）である。
【００９１】
本図を見れば明らかなように、ウォルシュ・アダマール変換／逆変換を利用することによって、希望信号を周波数方向と時間方向の各スロットにおいて平均化することにより、ビット誤り率が低下することがわかる。また、重み付けを行うことによって、さらにビット誤り率を低下させることができる。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、周波数ホッピング伝送のスロットによって干渉量が異なる場合であっても伝送誤りを軽減するのに好適な送信装置、受信装置、送信方法、受信方法、ならびに、これらをコンピュータにより実現するプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の１つに係る送信装置の概要構成を示す説明図である。
【図２】送信装置の変調部において用いられるＯＦＤＭ変調器の概要構成を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態の１つに係る受信装置の概要構成を示す説明図である。
【図４】受信装置の復調部において用いられるＯＦＤＭ復調器の概要構成を示す説明図である。
【図５】本実施形態による方式と、従来のＯＦＤＭ／周波数ホッピング方式と、を比較した実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０１送信装置
１０２変換部
１０３直並列変換部
１０４変調部
１０５並直列変換部
１０６周波数ホッピング部
１０７送信部
２０１ＯＦＤＭ変調器
２０２直並列変換部
２０３逆フーリエ変換部
２０４並直列変換部
３０１受信装置
３０２受信部
３０３周波数デホッピング部
３０４直並列変換部
３０５復調部
３０６並直列変換部
３０７逆変換部
４０１ＯＦＤＭ復調器
４０２直並列変換部
４０３フーリエ変換部
４０４並直列変換部
４０５重み付け部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a transmission device, a reception device, a transmission method, a reception method, and a computer (FPGA (Field Programmable) suitable for reducing transmission errors even when the amount of interference varies depending on the frequency hopping transmission slot. Gate Array), DSP (Digital Signal Processor), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and software radio).
[0002]
[Prior art]
In the field of digital radio transmission, information transmission by a frequency hopping communication method has been proposed. In this method, a different frequency hopping pattern is assigned to each value of information to be transmitted to each user (typically “0” and “1”). Then, the receiving apparatus extracts a signal addressed to the user of the receiving apparatus from the received signal using the frequency hopping pattern assigned to each user.
[0003]
The frequency hopping pattern can be considered as a matrix arranged in the frequency direction and the time direction. A different matrix is assigned to each information value of each user, and when a predetermined element of the matrix is “1”, a tone signal of the frequency is output at the time, thereby transmitting the signal. I do. In this case, the frequency and time corresponding to each element of the matrix are called slots.
[0004]
On the other hand, in the field of digital radio transmission, various techniques are disclosed in the following documents.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-251199 [Patent Document 2]
JP 2000-115130 [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-261531 [Non-Patent Document 1]
Munster M., Hanzo L., "Performance of SDMA Multiuser Detection Techniques for Walsh-Hadamard-Spread OFDM Schemes," Proc. Of the IEEE Vehicular Technology Conference, Vol.4, pp.2319-2323, September 2001 Patent Document 2]
Hamaguchi Kiyoshi and Sasaoka Shuichi, “Characteristics of Orthogonal FH / 16QAM System Applying Interference Decoding”, IEICE Transactions, Vol.J78-B-11, No.6, pp.445-453, 1995 6 Moon [0006]
Here, [Patent Document 1] describes a communication system technique using a transmission apparatus that transmits a data sequence using a combination of a recursive systematic convolutional encoder and an orthogonal modulator, and a reception apparatus that performs iterative decoding. Is disclosed. In the present technology, in the transmission device, a plurality of interleavers change the order of input data sequences and supply the changed data to the encoder, and the plurality of encoders encode them and multiplex the encoder output sequences. On the other hand, in the receiving device, the two decoding parts decode the received sequence, output at least two data sequences, and perform the iterative decoding process.
[0007]
On the other hand, [Patent Document 2] discloses a technique relating to a multiple access system such as a wireless data system, a wireless telephone system, and a satellite repeater spread spectrum communication system. In this technique, a spread spectrum communication signal is generated using multiple orthogonal codes, and signal modulation is performed using shift keying of multiple Walsh functions in a code division spread spectrum communication system. Then, the energy distance of the user is improved and non-coherent signal demodulation is performed.
[0008]
[Patent Document 3] discloses a technique for suppressing interference of a direct sequence code division multiple access signal. In the present technology, in each receiving circuit, a set of traffic channels existing on a sector signal is determined, interference is rated according to a predetermined interference condition, a set of interference vectors is selected from the interference rating list, and reception is performed. An orthogonal mapping of the desired code or Walsh code of the machine is calculated, and the receiving circuit despreads the received data using the orthogonal mapping in its correlator.
[0009]
[Non-Patent Document 1] discloses a technique for reducing an interference signal by spreading a desired signal using Walsh-Hadamard transform in a space division multiplex transmission system. .
[0010]
On the other hand, in [Non-Patent Document 2], in the frequency hopping communication system, a technique for improving transmission quality by performing erasure decoding using an interference signal detection technique on an error correction code, and an interference signal detection using a null symbol are disclosed. Techniques to do are disclosed.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the frequency hopping communication system, the frequency hopping pattern varies depending on each user, and therefore the amount of interference received by each slot also varies. Therefore, a technique for further improving the reception characteristics is strongly desired in consideration of the difference in the amount of interference received by each slot.
[0012]
The present invention has been made to solve such a problem, and is suitable for reducing transmission errors even when the amount of interference differs depending on the frequency hopping transmission slot. It is an object of the present invention to provide a receiving method and a program for realizing these by a computer.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the following invention is disclosed in accordance with the principle of the present invention.
[0014]
A transmission apparatus according to a first aspect of the present invention includes a conversion unit, a series-parallel conversion unit, a modulation unit, a parallel-serial conversion unit, a frequency hopping unit, and a transmission unit, and is configured as follows. To do.
[0015]
That is, the conversion unit performs Walsh-Hadamard conversion on the transmission signal and outputs this as a converted signal.
[0016]
On the other hand, the serial-parallel conversion unit serial-parallel converts the converted signal into a plurality of signals, and outputs these as an intermediate signal group.
[0017]
Further, the modulation unit modulates each intermediate signal included in the intermediate signal group by orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), and outputs these as a modulated signal group.
[0018]
Then, the parallel / serial conversion unit performs parallel / serial conversion on the modulated signals included in the modulated signal group and outputs them as serialized signals.
[0019]
On the other hand, the frequency hopping unit performs frequency hopping on the serialized signal and outputs it as a hopped signal.
[0020]
Furthermore, the transmission unit transmits the hopped signal.
[0021]
Further, in the transmission device of the present invention, the modulation unit performs an inverse Fourier process for each intermediate signal included in the intermediate signal group by combining the result of serial-parallel conversion of the intermediate signal, the null signal, and the known signal. The result can be converted and parallel-serial converted to obtain one of the modulated signals included in the modulated signal group.
[0022]
A receiving apparatus according to another aspect of the present invention includes a receiving unit, a frequency dehopping unit, a serial-parallel converting unit, a demodulating unit, a parallel-serial converting unit, and an inverse converting unit, as described below. Constitute.
[0023]
That is, the receiving unit receives a signal and outputs it as a received signal.
[0024]
On the other hand, the frequency dehopping unit performs frequency dehopping on the received signal and outputs it as a dehopped signal.
[0025]
Further, the serial-parallel converter performs serial-parallel conversion on the dehopped signals and outputs them as an intermediate signal group.
[0026]
Then, the demodulator performs orthogonal frequency division multiplexing demodulation of each intermediate signal included in the intermediate signal group, and outputs these as a demodulated signal group.
[0027]
On the other hand, the parallel-serial conversion unit performs parallel-serial conversion on the demodulated signal group, and outputs this as a serialized signal.
[0028]
Further, the inverse transform unit performs inverse Walsh-Hadamard transform on the serialized signal and outputs it as a transmission signal.
[0029]
In the receiving apparatus of the present invention, the demodulating unit performs serial-parallel conversion on the intermediate signals for each intermediate signal included in the intermediate signal group, performs Fourier transform on the intermediate signals, and outputs a predetermined subcarrier among the results. Are those corresponding to other predetermined subcarriers as known signals, those corresponding to other subcarriers are parallel-serial converted into desired signals, and the power of the known signals, A weight may be determined from the power of the interference signal, and the desired signal may be multiplied by the weight to obtain one of the demodulated signals included in the demodulated signal group.
[0030]
In the receiving apparatus of the present invention, the k-th demodulated signal in the demodulated signal group corresponds to the power σ ² _s (k) of the known signal and the power σ ² _i (k) of the interference signal. , Ρ (k) = σ ² _s (k) / (σ ² _s (k) + σ ² _i (k))
And can be configured to obtain.
[0031]
A transmission method according to another aspect of the present invention includes a conversion process, a serial-parallel conversion process, a modulation process, a parallel-serial conversion process, a frequency hopping process, and a transmission process, and is configured as follows. .
[0032]
That is, in the conversion step, the transmission signal is subjected to Walsh-Hadamard conversion and output as a converted signal.
[0033]
On the other hand, in the serial-parallel conversion step, the converted signal is serial-parallel converted into a plurality of signals, and these are output as an intermediate signal group.
[0034]
Further, in the modulation step, each intermediate signal included in the intermediate signal group is subjected to orthogonal frequency division multiplexing modulation, and these are output as a modulated signal group.
[0035]
Further, in the parallel-serial conversion step, the modulated signals included in the modulated signal group are subjected to parallel-serial conversion and output as serialized signals.
[0036]
On the other hand, in the frequency hopping step, the serialized signal is frequency hopped and output as a hopped signal.
[0037]
Further, in the transmission step, the hopped signal is transmitted.
[0038]
Further, in the transmission method of the present invention, in the modulation step, for each intermediate signal included in the intermediate signal group, the result obtained by serial-parallel conversion of the intermediate signal, the null signal, and the known signal are combined to perform inverse Fourier transform. The result can be converted and parallel-serial converted to obtain one of the modulated signals included in the modulated signal group.
[0039]
A reception method according to another aspect of the present invention includes a reception process, a frequency dehopping process, a serial-parallel conversion process, a demodulation process, a parallel-serial conversion process, and an inverse conversion process, as follows. Constitute.
[0040]
That is, in the receiving step, a signal is received and output as a received signal.
[0041]
On the other hand, in the frequency dehopping step, the received signal is frequency dehopped and output as a dehopped signal.
[0042]
Further, in the serial / parallel conversion step, the dehopped signals are serial / parallel converted and output as intermediate signal groups.
[0043]
Then, in the demodulation step, each intermediate signal included in the intermediate signal group is subjected to orthogonal frequency division multiplexing demodulation and output as a demodulated signal group.
[0044]
On the other hand, in the parallel-serial conversion step, the demodulated signal group is parallel-serial converted and output as a serialized signal.
[0045]
Further, in the inverse transform process, the serialized signal is subjected to inverse Walsh-Hadamard transform and output as a transmission signal.
[0046]
Further, in the receiving method of the present invention, in the demodulation step, for each intermediate signal included in the intermediate signal group, the intermediate signal is subjected to serial-parallel conversion, Fourier-transformed, and a predetermined subcarrier among the results. The signal corresponding to the interference signal and the signal corresponding to the other subcarrier are converted into the desired signal by parallel-serial conversion, and the weight is determined from the power of the known signal and the power of the interference signal, and the weight is determined. The desired signal can be multiplied to obtain one of the demodulated signals included in the demodulated signal group.
[0047]
Further, in the reception method of the present invention, the k-th demodulated signal in the demodulated signal group corresponds to the power σ ² _s (k) of the known signal and the power σ ² _i (k) of the interference signal. , Ρ (k) = σ ² _s (k) / (σ ² _s (k) + σ ² _i (k))
And can be configured to obtain.
[0048]
A program according to another aspect of the present invention is configured to cause a computer to function as the transmission device or the reception device, or to cause the computer to execute the transmission method or the reception method.
[0049]
The program can be recorded on a computer-readable information recording medium such as a compact disk, flexible disk, hard disk, magneto-optical disk, digital video disk, magnetic tape, and semiconductor memory.
[0050]
The program can be distributed and sold via a computer communication network independently of a communication terminal on which the program is executed. The information recording medium can be distributed and sold independently from the communication terminal.
[0051]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below. The embodiments described below are for explanation, and do not limit the scope of the present invention. Therefore, those skilled in the art can employ embodiments in which each of these elements or all of the elements are replaced with equivalent ones, and these embodiments are also included in the scope of the present invention.
[0052]
(Embodiment of transmitter)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a transmission apparatus according to one embodiment of the present invention. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
[0053]
The transmission apparatus 101 according to the present embodiment includes a conversion unit 102, a serial / parallel conversion unit 103, a modulation unit 104, a parallel / serial conversion unit 105, a frequency hopping unit 106, and a transmission unit 107.
[0054]
First, the conversion unit 102 performs Walsh-Hadamard conversion on the transmission signal and outputs this as a converted signal. Here, as the transmission signal, for example, the result of QAM modulation of information to be transmitted can be used. Here, by using the Walsh-Hadamard transform, the information to be transmitted is spread evenly over all slots that are frequency-hopped.
[0055]
Next, the serial-parallel conversion unit 103 performs serial-parallel conversion of the converted signal into a plurality of signals, and outputs these as an intermediate signal group.
[0056]
Furthermore, the modulation unit 104 performs orthogonal frequency division multiplexing modulation on each intermediate signal included in the intermediate signal group, and outputs these as a modulated signal group. That is, the modulation unit 104 includes a plurality of OFDM modulators, and each OFDM modulator modulates each intermediate signal.
[0057]
And the parallel-serial conversion part 105 carries out parallel-serial conversion of the modulated signal contained in the said modulated signal group, and outputs this as a serialized signal.
[0058]
On the other hand, the frequency hopping unit 106 performs frequency hopping on the serialized signal and outputs it as a hopped signal.
[0059]
Further, the transmission unit 107 transmits the hopped signal.
[0060]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of one OFDM modulator included in the modulation unit 104. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
[0061]
The OFDM modulator 201 includes a serial / parallel conversion unit 202, an inverse Fourier transform unit 203, and a parallel / serial conversion unit 204.
[0062]
First, the serial-parallel conversion unit 202 serial-parallel converts one of the intermediate signals to obtain a plurality of signals.
[0063]
Next, the inverse Fourier transform unit 203 receives inputs of the obtained plurality of signals, a null signal (a signal composed of null symbols), and a known signal (pilot signal), and performs inverse Fourier transform on these. Obtain multiple signals.
[0064]
Then, the parallel-serial converter 204 performs parallel-serial conversion on the result of inverse Fourier transform, and outputs this as one of the modulated signals.
[0065]
In this way, in the inverse Fourier transform unit 203, a null signal, that is, a signal with an amplitude value of zero, is inserted into at least one (or more than one) of null signals, so that the null signal is transmitted to a predetermined subcarrier of OFDM modulation. give. Further, at least one (or a plurality of) known signals, that is, signals shared by the transmission apparatus 101 and the reception apparatus may be inserted into other subcarriers as appropriate.
[0066]
As will be described later, the receiving apparatus examines signals of subcarriers corresponding to these null signals and known signals. If there is no interference in the propagation path, the average detection value of the subcarrier corresponding to the null signal is zero, but if there is interference, a value corresponding to the interference signal value is detected. Then, weighting is performed using the detection value of the subcarrier corresponding to the known signal and the detection value of the subcarrier corresponding to the null signal (interference signal).
[0067]
The number of null signals given to the inverse Fourier transform unit 203 is preferably increased in order to reduce the estimation error caused by the thermal noise of the receiver, but if it is too large, the transmission rate is lowered. Therefore, it is necessary to select an appropriate number corresponding to the allowable error.
[0068]
(Embodiment of receiving apparatus)
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a receiving apparatus according to one embodiment of the present invention. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
[0069]
The receiving apparatus 301 of the present embodiment includes a receiving unit 302, a frequency dehopping unit 303, a serial / parallel conversion unit 304, a demodulation unit 305, a parallel / serial conversion unit 306, and an inverse conversion unit 307.
[0070]
First, receiving section 302 receives a signal transmitted from transmitting apparatus 101 that has arrived via a propagation path, and outputs this as a received signal.
[0071]
On the other hand, the frequency dehopping unit 303 performs frequency dehopping on the received signal and outputs it as a dehopped signal.
[0072]
Further, the serial / parallel converter 304 performs serial / parallel conversion on the dehopped signals and outputs them as an intermediate signal group.
[0073]
Then, the demodulator 305 performs orthogonal frequency division multiplexing demodulation on each intermediate signal included in the intermediate signal group, and outputs these as a demodulated signal group. That is, the demodulator 305 includes a plurality of OFDM demodulators, and each OFDM demodulator demodulates each intermediate signal. At this time, as described later, it is desirable to perform weighting.
[0074]
On the other hand, the parallel-serial conversion unit 306 performs parallel-serial conversion on the demodulated signal group and outputs it as a serialized signal.
[0075]
Further, the inverse transform unit 307 performs inverse Walsh-Hadamard transform on the serialized signal and outputs it as a transmission signal.
[0076]
Further, as described above, when the result of QAM modulation in the transmission apparatus 101 is used as a transmission signal, information to be transmitted is obtained by QAM demodulating the transmission signal output from the inverse transform unit 307. Can do.
[0077]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing one schematic configuration of the OFDM demodulator provided in the demodulator 305. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
[0078]
The OFDM demodulator 401 includes a serial-parallel conversion unit 402, a Fourier transform unit 403, a parallel-serial conversion unit 404, and a weighting unit 405. Note that phase / intensity compensation using a known signal (pilot signal) is performed by a known technique, but illustration of the compensation is omitted for easy understanding.
[0079]
First, the serial-parallel conversion unit 402 performs serial-parallel conversion on one of the intermediate signals to obtain a plurality of signals.
[0080]
Next, the Fourier transform unit 403 performs Fourier transform on the obtained plurality of signals. As a result, the following signals are obtained.
A signal corresponding to the subcarrier to which the transmitter 101 has given a null signal. Hereinafter referred to as “interference signal”.
A signal corresponding to a subcarrier to which a pilot signal is given by transmission apparatus 101. Hereinafter referred to as “known signal”.
A signal group corresponding to the subcarrier to which the intermediate signal group is given by the transmission apparatus 101.
[0081]
The parallel-serial converter 404 performs parallel-serial conversion on the obtained signal group and obtains it as a desired signal.
[0082]
The weighting unit 405 detects the power σ ² _s of the known signal and the power σ ² _i of the interference signal.
[0083]
The method so far has the same principle as that of [Non-Patent Document 2] in which the power ratio of the desired signal to the interference signal is estimated based on the ratio of these powers.
[0084]
The weighting unit 405 calculates the weight ρ using the formula ρ = σ ² _s / (σ ² _s + σ ² _i ).
Determined by
[0085]
Then, the obtained desired signal is multiplied by the weight ρ, and this is output as one of the demodulated signals.
[0086]
Note that weighting may be omitted depending on the application field of the embodiment. As will be described later, even when weighting is omitted, the performance is improved as compared with the conventional case.
[0087]
(Theoretical background)
When such a communication technique is used, the known signal power in the kth OFDM demodulator 401 is σ ² _s (k), the interference signal power is σ ² _i (k), and the thermal noise amount of the receiver 301 is σ ^2. _{Assuming n} and the weighting coefficient is ρ (k), the theoretical value of the bit error rate is as follows.
BER = Pe (φ);
φ = Σ _k σ ² _s (k) / [Σ _k {(1-ρ (k)) ² σ ² _s (k) + ρ (k) ² σ ² _i (k)} + Lσ ² _n ]
[0088]
Here, Pe (•) is a theoretical error rate in QAM modulation / demodulation. Now, in order to obtain the optimum weighting coefficient ρ (k), φ is obtained by partially differentiating φ with respect to each ρ (k) and setting the value to zero. That is,
ρ (k) = σ ² _s / (σ ² _s + σ ² _i )
Is the result obtained by this calculation.
[0089]
(results of the experiment)
FIG. 5 is a graph showing experimental results comparing the method according to the present embodiment and the conventional OFDM / frequency hopping method. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
[0090]
In this graph, the horizontal axis represents the number of users and the vertical axis represents BER. Also, ● represents a case where weighting is performed in the present embodiment, ▲ represents a case where weighting is not performed in the present embodiment, and ■ represents a conventional method (simple OFDM transmission).
[0091]
As can be seen from this figure, the bit error rate is reduced by averaging the desired signal in each slot in the frequency direction and the time direction by using the Walsh-Hadamard transform / inverse transform. . Also, the bit error rate can be further reduced by performing weighting.
[0092]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a transmission device, a reception device, a transmission method, a reception method suitable for reducing transmission errors even when the amount of interference varies depending on the frequency hopping transmission slot, and A program for realizing these by a computer can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a transmission apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an OFDM modulator used in a modulation unit of a transmission device.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a receiving apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an OFDM demodulator used in a demodulator of the receiving device.
FIG. 5 is a graph showing experimental results comparing the method according to the present embodiment and the conventional OFDM / frequency hopping method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Transmission apparatus 102 Conversion part 103 Serial / parallel conversion part 104 Modulation part 105 Parallel / serial conversion part 106 Frequency hopping part 107 Transmission part 201 OFDM modulator 202 Serial / parallel conversion part 203 Inverse Fourier transform part 204 Parallel / serial conversion part 301 Reception apparatus 302 Reception Unit 303 frequency dehopping unit 304 serial-parallel conversion unit 305 demodulation unit 306 parallel-serial conversion unit 307 inverse conversion unit 401 OFDM demodulator 402 serial-parallel conversion unit 403 Fourier transform unit 404 parallel-serial conversion unit 405 weighting unit

Claims

A receiver that receives the signal and outputs it as a received signal;
  A frequency dehopping unit that frequency dehops the received signal and outputs the dehopped signal as a dehopped signal;
  A serial-parallel converter that performs serial-parallel conversion on the dehopped signals and outputs them as an intermediate signal group,
  Each intermediate signal included in the intermediate signal group is orthogonal frequency division multiplexed (OFDM; Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) A demodulator that demodulates and outputs these as demodulated signals,
  A parallel-serial converter that performs parallel-serial conversion on the demodulated signal group and outputs this as a serialized signal,
  The serialized signal is converted to a reverse Walsh Hadamard ( Walsh Hadamard ) Inverter that converts and outputs this as a transmission signal
A receiving device comprising:
  The demodulation unit, for each intermediate signal included in the intermediate signal group,
  The intermediate signal is subjected to serial-parallel conversion, Fourier-transformed, and among the results, the signal corresponding to a predetermined subcarrier is set as an interference signal, the signal corresponding to another predetermined subcarrier is set as a known signal, and the others The signal corresponding to the subcarrier is converted into a desired signal by parallel-serial conversion.
  Determine the weight from the power of the known signal and the power of the interference signal, multiply the desired signal by the weight, and obtain one of the demodulated signals included in the demodulated signal group,
  Of the demodulated signal group k The second demodulated signal is the power σ of the known signal ²² _ss (k) , The power of the interference signal σ ²² _ii (k) For the weight ρ (k) The
    ρ (k) = σ ²² _ss (k) / ( σ ²² _ss (k) + σ ²² _ii (k))
To decide
A receiving apparatus.

Receiving step of receiving a signal and outputting it as a received signal;
  Frequency dehopping the received signal, and outputting this as a dehopped signal,
  Series-parallel conversion step of serially parallel converting the dehopped signals and outputting them as an intermediate signal group,
  Each intermediate signal included in the intermediate signal group is orthogonal frequency division multiplexed (OFDM; Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) Demodulating and outputting these as demodulated signals,
  Parallel-serial conversion step of parallel-serial conversion of the demodulated signal group and outputting it as a serialized signal,
  The serialized signal is converted to a reverse Walsh Hadamard ( Walsh Hadamard ) Inverse conversion process of converting and outputting this as a transmission signal
A receiving method comprising:
  In the demodulation step, for each intermediate signal included in the intermediate signal group,
  The intermediate signal is subjected to serial-parallel conversion, Fourier-transformed, and among the results, the signal corresponding to a predetermined subcarrier is an interference signal, and the signal corresponding to another subcarrier is converted into a desired signal by parallel-serial conversion.
  Determine the weight from the power of the known signal and the power of the interference signal, multiply the desired signal by the weight, and obtain one of the demodulated signals included in the demodulated signal group,
  Of the demodulated signal group k The second demodulated signal is the power σ of the known signal ²² _ss (k) , The power of the interference signal σ ²² _ii (k) For the weight ρ (k) The
    ρ (k) = σ ²² _ss (k) / ( σ ²² _ss (k) + σ ²² _ii (k))
To decide
A method characterized by that.

A program for causing a software radio to function as each unit of the receiving device according to claim 1.