JP4737532B2 - 受信装置 - Google Patents
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この方法は、例えば車車間通信などの移動体通信における通信データの高品質化に大いに有用なものである。
また、ここで|h1 |2 +|h2 |2 =1が満たされる様に、h1 ,h2 を選べば、Hはユニタリー行列となるので、この場合にはrが規格化されていれば、次式(3)によって、規格化されたシンボルベクトルsを容易に求めることができる。
s = H-1r = HH r …(3) ただし、ここでHH は、行列Hの随伴行列を示すものである。
"A simple transmit diversity technique for wireless communications," IEEE journal on selective areas in communications, vol.16, no.8, pp.1451-1458, Oct. 1998.
即ち、本発明の第1の手段は、所定のトレーニング信号を受信して、送信局と受信局との間のマルチパスの各伝搬路のチャネル特性を表すチャネル行列Hを推定するチャネル推定手段と、チャネル推定手段によって推定されたチャネル行列Hと受信された受信信号ベクトルrに基づいて時空間ブロック復号処理を行う復号手段とを有するSTBC通信方式の受信装置において、トレーニング信号と、その受信信号とから、チャネル行列の初期値である初期チャネル行列を演算する初期チャネル行列演算手段と、トレーニング信号を受信してから、次回のトレーニング信号を受信するまでの期間内において一定の演算周期で繰り返される補正タイミング毎に、前回の補正タイミングにおいて求められた前チャネル行列Hを用いて今回の補正タイミングにおいて受信された受信信号を復調して得られるシンボル判定後のシンボル信号sと、今回の補正タイミングにおいて受信された受信信号rとに基づいて、今回の補正タイミングにおける現チャネル行列は、前チャネル行列Hに対して行列の全ての成分について共通に位相のみが変化しているとして、前チャネル行列Hの各成分に共通の位相変動量φを求める位相変動量算出手段と、位相変動量φに基づいて前チャネル行列Hを補正して、今回の補正タイミングにおける現チャネル行列H′を演算する現チャネル行列演算手段と、トレーニング信号が受信される毎に、位相変動量算出手段において用いられる前チャネル行列Hを初期チャネル行列演算手段により演算された初期チャネル行列とし、補正タイミング毎に、現チャネル行列演算手段により演算された現チャネル行列H′を、次の補正タイミングにおける位相変動量算出手段において用いられる前チャネル行列Hとする制御手段と、を有することを特徴とする受信装置である。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
即ち、本発明によれば、受信局または送信局の高速移動に伴うチャネル特性の推定値の急速な経時的劣化が、略過不足なく効果的に補償されるので、受信局または送信局が高速に移動する場合にも、従来よりも高い通信品質を容易に確保することができる。
受信局または送信局の少なくとも一方が移動する移動体通信においては、パイロット信号の送信間隔期間内におけるチャネル特性(即ち、当該送受信局間の伝搬路環境)の変動成分は、そのチャネルの位相成分の変動量φだけで概ね一意に表現することができることが分っている。即ち、この位相変動量φは、受信局や送信局を有する移動体の移動量に応じて、マルチパスの各伝搬路長が変化するために生じるものであり、パイロット信号の送信間隔期間内に、その他の要因でチャネル特性が急変することは考え難い。また、移動体間の各伝搬路長は、それらの相対速度が大きい時ほど大きな変化を示すが、この変化は時間に対して単調または連続的な変動傾向を示すことが多く、よって上記の位相変動量φもそれに伴って略同様の変動傾向を示す。
また、この様な補正は、受信信号に対する等価の補正処理で代替することができる。そして、その様な操作もが、等価な結果を導くことは、上記の式(2)、式(3)より明らかである。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
図1は本実施例1におけるSTBC通信の復号処理装置100の制御ブロック図である。この復号処理装置100は、送信アンテナが2本あり受信アンテナが1本あるSTBC通信システム(所謂2×1システム)の受信局側において復号処理を実行するものである。したがって、前述の基本的な定義式(式(1))については、以下でも同様に用いるものとする。即ち、この復号処理装置100は、連続したシンボル時刻において順に受信された受信信号r1 ,r2 に基づいて、時空間ブロック符号化(STBC)されたシンボルsを復号するものである。
次に、STBCデコード部103は、パイロット信号ではない復号されるべき受信信号r1 ,r2 を受信信号判定部101から入力する。そして、式(1)、式(3)に基づいて、所望のシンボル信号sを求める。ただし、STBCデコード部103から出力されるシンボル信号sは、シンボル判定後の判定結果を示すものであるから、例えばQPSK方式を採用する場合には、次式(4)に示す4通りのシンボル信号sの内の何れか1つの信号が出力されることになる。また、8−PSK方式を採用する場合にも、STBCデコード部103からの出力信号(シンボル信号s)は、8通りに限定される。
(シンボル判定結果)
(位相補正行列Aの定義式)
(φの方程式)
r =AHs または、
A-1r = Hs …(6)
(補正後のチャネル行列H′の定義)
H′ ≡ AH …(7)
これらの式で用いているチャネル行列Hは、前述の通り、先の制御周期でSTBCデコード部103が使用したものである。そして、次の制御周期においては、この補正後のチャネル行列H′を新たなチャネル行列Hとして、STBCデコード部103で使用する。即ち、以上の様な補正処理を周期的に構成して繰り返し実行することができ、これにより、移動体の移動速度が比較的高速な移動体通信においても、チャネル行列Hの推定精度を常時高く維持することが可能となる。
そして、その様な場合には、接点bに出力される補正処理後のチャネル行列H′は、大きな外乱を受けることになる。この時、上記のチャネル行列Hは、事実上漸化式を使って逐次求められているため、上記の構成に従えば、次回のパイロット信号に基づくチャネル行列H(t0 )を得るまでの間、その後の一連のSTBCデコード処理が不当となってしまう恐れがある。
この時、チャネル行列補正部104′では、まず最初に位相変動量算出部104a′において、式(6)とH=H(t0 )より、時刻t0 を基準とする最新の位相変動量φ0 (k)を求める。そして、更に、次式(8)によって、補正演算部104b′において位相補正行列Aの位相変動量として用いるべき位相変動量Φ(k)を算出する。
Φ(k)=(1−γ)Φ(k−1)+γφ0 (k) (0<γ<1) …(8)
ただし、引数kは、各演算周期に対して昇順に付与する通し番号であり、t0 の次の制御周期の通し番号kを1とする。また、初項Φ(0)の値は0とする。また、ここで行列A(Φ(k))は、式(5)の位相補正行列Aにφ=Φ(k)を代入して得られる位相補正行列である。
(改善後のH′の導出式)
H′ = A(Φ(k))H(t0 ) …(9)
勿論、位相変動量φに関するこれらの平均化技法は任意でよく、複数の方法を組み合わせて採用しても良い。
この様な平均化が有効となる理由は、位相変動量φが送受信局間の各伝搬路長の変化によって生じるものであって、個々のアンテナ毎に、位相変動量φに係わるその他の個別の変動要因が存在するとは考え難いためであり、それらの受信アンテナが同一の移動体に配設されている限り、各伝搬路長の変化に基づく位相変動量φの各値は基本的には共通である可能性が高いと考えられるためである。
2.1 交差点モデル
図3に、本発明の各実施例を検証するために構成された交差点モデルの空間的な構造を例示する。評価対象とする交差点モデルを示す。この交差点モデルでは、300m四方のオフィスビル街を想定し、道路幅は10mと仮定し、交差点の周辺には、ビルを疑似する高さ10mのコンクリートブロックを図示する様に配置した。送信局Txおよび受信局Rxの各アンテナの初期位置は、ともに道路の交差点から40m離れた場所とした。即ち、時速60kmで移動する自動車の平均的な停止可能距離(約40m程度)を1つの目安として考えた。
図4に本実施例1の効果を例示する。本シミュレーションは、上記の交差点モデルに基づいて、各受信アンテナに熱雑音を付与した時のQPSK方式下におけるBERについて調べたものであり、本シミュレーションでは、受信局Rxと送信局Txの移動速度はそれぞれ共に60km/hとした。このため、受信局Rxのx軸方向の移動量Δxと、送信局Txのy軸方向の移動量Δyは常時互いに等しいもの(Δx=Δy)となった。また、通信に用いる電磁波の周波数fを6GHz、5GHz、2GHzの3通りとしたが、何れの場合にも、各波長λを用いたパラメータΔx/λを用いると、それらのシミュレーション結果は本図4に示す通りに、一致したため、本グラフ上では周波数fに関する区別は示していない。また、1シンボルの送信周期を1μsecとし、上記の式(8)のγの値は、約0.03とした。
このシミュレーション結果より、従来技術では、移動体の移動によって受信品質(BER)が急激に悪化するのに対して、上記の実施例1に基づく方式に従えば、移動に伴う受信品質(BER)の劣化が殆ど見られないことがわかる。
また、前述の透過回数を1回として、図3の送受信局間にある交差点の角のビルの1階が、ガラス張りのショウルームなどで構成されている場合などを想定して、同様の検証シミュレーションを実施した。そして、これらの場合においても、上記と略同様にして、本発明の有効性を検証することができた。
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。
(変形例1)
例えば、上記の図1の復号処理装置100や図2の復号処理装置110の構成例では、所謂2×1システムの構成例を例示したが、2×mシステム(m>1)においても、上記と同様の作用・効果を得ることができる。
101 : 受信信号判定部
102 : 伝搬路推定部
103 : STBCデコード部
104 : チャネル行列補正部
104a: 位相変動量算出部
104b: 補正演算部
Claims (2)
- 所定のトレーニング信号を受信して、送信局と受信局との間のマルチパスの各伝搬路のチャネル特性を表すチャネル行列Hを推定するチャネル推定手段と、前記チャネル推定手段によって推定された前記チャネル行列Hと受信された受信信号ベクトルrに基づいて時空間ブロック復号処理を行う復号手段とを有するSTBC通信方式の受信装置において、
前記トレーニング信号と、その受信信号とから、チャネル行列の初期値である初期チャネル行列を演算する初期チャネル行列演算手段と、
前記トレーニング信号を受信してから、次回のトレーニング信号を受信するまでの期間内において一定の演算周期で繰り返される補正タイミング毎に、前回の補正タイミングにおいて求められた前チャネル行列Hを用いて今回の補正タイミングにおいて受信された受信信号を復調して得られるシンボル判定後のシンボル信号sと、今回の補正タイミングにおいて受信された受信信号rとに基づいて、今回の補正タイミングにおける現チャネル行列は、前チャネル行列Hに対して行列の全ての成分について共通に位相のみが変化しているとして、前記前チャネル行列Hの各成分に共通の位相変動量φを求める位相変動量算出手段と、
前記位相変動量φに基づいて前記前チャネル行列Hを補正して、今回の補正タイミングにおける現チャネル行列H′を演算する現チャネル行列演算手段と、
前記トレーニング信号が受信される毎に、前記位相変動量算出手段において用いられる前記前チャネル行列Hを前記初期チャネル行列演算手段により演算された前記初期チャネル行列とし、前記補正タイミング毎に、現チャネル行列演算手段により演算された現チャネル行列H′を、次の補正タイミングにおける前記位相変動量算出手段において用いられる前記前チャネル行列Hとする制御手段と、
を有することを特徴とする受信装置。 - 所定のトレーニング信号を受信して、送信局と受信局との間のマルチパスの各伝搬路のチャネル特性を表すチャネル行列Hを推定するチャネル推定手段と、前記チャネル推定手段によって推定された前記チャネル行列Hと受信された受信信号ベクトルrに基づいて時空間ブロック復号処理を行う復号手段とを有するSTBC通信方式の受信装置において、
前記トレーニング信号と、その受信信号とから、チャネル行列の初期値である初期チャネル行列H(t 0 )を演算する初期チャネル行列演算手段と、
前記トレーニング信号を受信してから、次回のトレーニング信号を受信するまでの期間内において一定の演算周期で繰り返される補正タイミング毎に、前回の補正タイミングにおいて求められた前チャネル行列Hを用いて今回の補正タイミングにおいて受信された受信信号を復調して得られるシンボル判定後のシンボル信号sと、今回の補正タイミングにおいて受信された受信信号rとに基づいて、今回の補正タイミングにおける現チャネル行列は、前チャネル行列Hに対して行列の全ての成分について共通に位相のみが変化しているとして、前記前チャネル行列Hの各成分に共通の位相変動量φ 0 を求める位相変動量算出手段と、
初期チャネル行列H(t 0 )に対する今回の補正タイミングにおける位相変位Φ(k)を、Φ(k)=(1−γ)Φ(k−1)+γφ 0 (k)、ただし、0<γ<1、kは補正タイミングを表す番号、により求める位相変位演算手段と、
前記位相変位演算手段により求められた前記位相変位Φ(k)と、初期チャネル行列H(t 0 )とから、今回の補正タイミングにおける現チャネル行列H′を演算する現チャネル行列演算手段と、
前記トレーニング信号が受信される毎に、前記位相変動量算出手段において用いられる前記前チャネル行列Hを前記初期チャネル行列演算手段により演算された前記初期チャネル行列とし、前記補正タイミング毎に、現チャネル行列演算手段により演算された現チャネル行列H′を、次の補正タイミングにおける前記位相変動量算出手段において用いられる前記前チャネル行列Hとする制御手段と、
を有することを特徴とする受信装置。
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