(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおける送信装置であって、
前記送信装置が送信した信号を受信する受信装置が前記送信装置と前記受信装置のＩＱインバランスを含んだチャネル応答を推定可能なトレーニング信号を送信し、
前記トレーニング信号は、ＯＦＤＭ用のトレーニング信号と、ＭＩＭＯ用のトレーニング信号とを構成要素に含み、
前記ＯＦＤＭ用のトレーニング信号は、ＩＱインバランスの影響による上下側波帯のサブキャリア間干渉の影響を含むチャネル応答行列を推定可能なトレーニング信号であり、
前記ＭＩＭＯ用のトレーニング信号は、ＩＱインバランスの影響によるストリーム間干渉の影響を含むチャネル応答行列を推定可能なトレーニング信号であることを特徴とする送信装置。
【請求項２】
前記トレーニング信号は、
［階数４×送信アンテナ数］からなる行列により構成されることを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
【請求項３】
前記トレーニング信号は、
ストリーム間で直交するように配置することを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
【請求項４】
前記トレーニング信号は、
直交行列に基づいた信号であることを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
【請求項５】
前記トレーニング信号は、
（イ）ＩＱチャネル間の直交性、（ロ）ストリーム間の直交性、（ハ）推定誤差の小さな系列、の３つの条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
【請求項６】
前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの送信アンテナ本数はｍｔで、ＯＦＤＭシンボルに含まれる総サブキャリア数がＬｓの場合、前記トレーニング信号は次の数式によって定義され、
【数１】
0004702883.tif 000101
ただし、ｈａａｄｍａｒｄ（ｍｔ）は、ｍｔ次の直交アダマール行列を表し、
【数２】
0004702883.tif 000102
は前記トレーニング信号を用いてチャネル推定を行ったときの推定誤差が小さくなる系列を適用することを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
【請求項７】
前記トレーニング信号として、下記の数式で表す直交アダマール行列を用い、
【数３】
0004702883.tif 000103
ただし、
【数４】
0004702883.tif 000104
はＯＦＤＭのためのトレーニング信号行列で、
【数５】
0004702883.tif 000105
はＭＩＭＯのためのトレーニング信号行列で、
【数６】
0004702883.tif 000106
はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭのためのトレーニング信号行列であり、
【数７】
0004702883.tif 000107
はクロネッカ積であり、また、ｈａｄａｍａｒｄ（４）は、４次の直交アダマール行列を表し、ｈａｄａｍａｒｄ（ｍｔ）は、ｍｔ次の直交アダマール行列を表し、
前記チャネル応答行列は、次の数式によって推定され、
【数８】
0004702883.tif 000108
ただし、
【数９】
0004702883.tif 000109
は
【数１０】
0004702883.tif 000110
に対応する受信信号行列で、
【数１１】
0004702883.tif 000111
は
【数１２】
0004702883.tif 000112
の一般逆行列であることを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
【請求項８】
ＩＱインバランスの影響による上下側波帯サブキャリア間干渉とストリーム間干渉の影響を含む拡張チャネル応答を推定する拡張チャネル行列推定部と、
前記拡張チャネル応答を用いて、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭの受信処理を行う拡張受信処理部と、
を備えることを特徴とする受信装置。
【請求項９】
送信装置、受信装置を備えるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムであって、
前記送信装置は、
ＩＱインバランスの影響による上下側波帯サブキャリア間干渉とストリーム間干渉の影響を含んだチャネル応答を推定可能なトレーニング信号を送信し、
前記受信装置は、
送信された前記トレーニング信号に基づいて、ＩＱインバランスの影響を含んだ拡張チャネル行列を推定する拡張チャネル行列推定部と、
前記拡張チャネル行列推定部で推定された拡張チャネル行列に基づいて、前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの受信処理方法で受信処理を行う拡張受信処理部と、
を備えることを特徴とするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システム。
【請求項１０】
送信装置、受信装置を備えるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムであって、
前記送信装置は、
時間軸においてＩＱインバランスの影響による上下側波帯サブキャリア間干渉とストリーム間干渉の影響を含んだチャネル応答を推定可能なトレーニング信号を送信し、
前記受信装置は、
送信された前記トレーニング信号に基づいて、前記時間軸上のチャネルを推定する時間軸チャネル推定部と、
前記時間軸上のチャネル応答からＩＱインバランスの影響による上下側波帯サブキャリア間干渉とストリーム間干渉の影響を含んだ周波数軸上の拡張チャネル行列を求める拡張チャネル行列推定部と、
前記拡張チャネル行列に基づいて、前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの受信処理方法で受信処理を行う拡張受信処理部と、
を備えることを特徴とするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システム。
【請求項１１】
ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムに適用され、送信装置受信装置の双方に含まれるハードウェアの不完全性が引き起こすＩＱインバランスを補償するためのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおけるＩＱインバランス補償方法であって、
前記送信装置側で、ＩＱインバランスの影響を含んだチャネル応答を推定可能なトレーニング信号を送信する第１のステップと、
前記受信装置側で、送信された前記トレーニング信号に基づいて、ＩＱインバランスの影響による上下側波帯サブキャリア間干渉とストリーム間干渉の影響を含んだ拡張チャネル行列を推定する第２のステップと、
前記第２のステップで推定された拡張チャネル行列に基づいて、前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの受信処理方法で受信処理を行うことによって、ＩＱインバランスの補償を実現する第３のステップと、
を有することを特徴とするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおけるＩＱインバランス補償方法。
【請求項１２】
ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムに適用され、送信装置受信装置の双方に含まれるハードウェアの不完全性が引き起こすＩＱインバランスを補償するためのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおけるＩＱインバランス補償方法であって、
前記送信装置側で、時間軸においてＩＱインバランスの影響を含んだチャネル応答を推定可能なトレーニング信号を送信する第１のステップと、
前記受信装置側で、送信された前記トレーニング信号に基づいて、ＩＱインバランスの影響による上下側波帯サブキャリア間干渉とストリーム間干渉の影響を含んだ前記時間軸上のチャネルを推定する第２のステップと、
前記時間軸上のチャネル応答から周波数軸上の拡張チャネル行列へ変換する第３のステップと、
前記第３のステップで変換された拡張チャネル行列に基づいて、前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの受信処理方法で受信処理を行うことによって、ＩＱインバランスの補償を実現する第４のステップと、
を有することを特徴とするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおけるＩＱインバランス補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおいて、送信器受信器の双方に含まれるハードウェアの不完全性が引き起こすＩＱインバランスを補償するための送信装置、受信装置、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システム及びＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおけるＩＱインバランス補償方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信において周波数利用効率を高めることができるＭＩＭＯ（Multi  Input  Multi  Output）通信システムは盛んに研究されており、その最大の魅力は誤り率低減と伝送容量の増加にある。特に、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ（Multi  Input  Multi  Output−Orthogonal  Frequency  Division  Multiplexing）通信システムは、次世代の大容量無線通信システムとして、最も注目を浴びている通信方式である。
【０００３】
しかし、このＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおいては、通信方式や信号処理方式などに関する研究が殆どであり、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送受信機に関する研究が少ないことが現状である。
【０００４】
特に、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの特性を劣化させる要因として、ＲＦ系ハードウェアの不完全性が挙げられ、具体的には、ＩＱインバランス、チャネル間偏差、位相ノイズ等が挙げられる。ＩＱインバランス（Ｉ／Ｑ  Imbalance:In-phase  and  Quadrature  Imbalance）とは、直交変復調器のＩ／Ｑチャネルのゲインアンバランスと、直交性誤差により引き起こされるＩ／Ｑチャネルの干渉である。
【非特許文献１】ワイ.ラムルト(Y.lamurto)・エム.トミー(M.Tommi)共著,「フリクエンシ  ドメイン  ＩＱインバランス  コレクション  スキーム  フォー  ＯＦＤＭ  システムズ(Frequency  Domain  IQ  Imbalance  Correction  Scheme  for  OFDM  Systems)」,イン  プロク.  ＩＥＥＥ  ワイヤレス  コミューニケイションズ  アンド  ネットワーキング  コンファレンス(in  Proc.  IEEE  Wireless  Communications  and  Networking  Conference),p.16-20,2003年3月
【非特許文献２】ブイ.ケイ.ピー.マ(V.K.P.Ma)・ワイ.ラムルト(Y.lamurto)共著,「アナリシス  オフ  ＩＱ  インバランス  オン  イニシャル  フリクエンシ  オフセット  エスティメイション  イン  ダイレクト  ダウンコンバージョン  レシーバーズ(Analysis of IQ imbalance on initialfrequency offset estimation in direct downconversionreceivers)」,イン  プロク.  サード  ワークショップ  オン  シグナル  プロク.  アドバンス  イン  ワイヤレス  コミューニケイション(in Proc. Third Workshop on Signal Proc.Advances in Wireless Communication),p.158-161,2001年3月
【非特許文献３】エイ.ベイア(A.Baier)著,「クワッドラチュア  ミキサ  インバランス  イン  デジタル  ＴＤＭＡ  モバイル  ラジオ  レシーバーズ(Quadraturemixer imbalances in digital TDMA mobile radio receivers)」,イン  プロク.  インターナショナル  チューリッヒ  セミナ  オン  デジタル  コミューニケイションズ,  エレクトロニック  サーキットズ  アンド  システムズ  フォー  コミューニケイションズ(in Proc. International Zurich Seminaron Digital Communications, Electronic Circuits and Systems forCommunications),p.147-162,1990年3月
【非特許文献４】シー.エル.リュー(C.L.Liu)著,「インパクトズ  オフ  Ｉ／Ｑ  インバランス  オン  ＱＰＳＫ−ＯＦＤＭ−ＱＡＭ  デテクション(Impactsof I/Q imbalance on QPSK-OFDM-QAM detection)」,ＩＥＥＥ  トランス.  オン  コンシューマー  エレクトロニクス(IEEETrans. on Consumer Electronics),第44巻,第3号,p.984-989,1998年8月
【非特許文献５】鎌田裕之・阪口啓・荒木純道共著,「ＲＦ系の不完全性によるＭＩＭＯ通信システムの特性劣化に関する検討」,信学ソ大,B-5-26,2004年9月
【非特許文献６】阪口啓・ティンシーホー・荒木純道共著,「ＭＩＭＯ固有モード通信システムの構築と測定実験結果」,信学論(Ｂ),第J87-B巻,第9号,p.1454-1466.2004年9月
【非特許文献７】エイチ.シャフィー(H.Shafiee)・エス.フォウラデファァド(S.Fouladifard)共著,「キャリブレイション  オフ  ＩＱ  インバランス  イン  ＯＦＤＭ  トランシーバーズ(Calibration of IQ imbalance in OFDMtransceivers)」,プロク.  ２００３  ＩＣＣ(proc. 2003 ICC),第3巻,p.2081-2085,2003年5月
【非特許文献８】チーアン  リン(Jian Lin)・イー.ツイ(E.Tsui)共著,「ジョイント  アダプティブ  トランスミッター／レシーバー  ＩＱ  インバランス  コレクション  フォー  ＯＦＤＭ  システムズ(Joint adaptive transmitter/receiver IQimbalance correction for OFDM systems)」,プロク.  ２００４  ＩＥＥＥ  ＰＩＭＲＣ(proc. 2004 IEEEPIMRC),第2巻,p.1511-1516,2004年9月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これまでに、ＯＦＤＭ通信システムにおいて、例えば、非特許文献１〜非特許文献４に示されているように、ＩＱインバランスの影響により、上下側波帯サブキャリア間の干渉が発生し特性が劣化するという問題があった。また、例えば、非特許文献５、非特許文献６に示されるように、ＭＩＭＯ通信システムでは、ＩＱインバランスによりストリーム間の干渉が発生し特性が大きく劣化するという問題がある。
【０００６】
よって、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムでは、ＩＱインバランスの影響によるストリーム間干渉と上下側波帯のサブキャリア間干渉が同時に発生し、特性が著しく劣化するという問題が生じてしまう。
【０００７】
しかし、ＯＦＤＭ通信システムにおけるＩＱインバランスの補償法については、例えば、非特許文献７に示されるようなパイロット信号を用いて推定・補償する方法や、非特許文献８に示されるようなＩＱインバランス等価器を挿入する方法など、様々な方法が提案されているが、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムについて、ハードウェアの不完全性が引き起こすＩＱインバランスを補償するための補償方法は、研究されていない。
【０００８】
本発明は、上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの特性を最大限に生かすために、送信器受信器の双方に含まれるハードウェアの不完全性が引き起こすＩＱインバランスを補償できるようにした送信装置、受信装置、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システム及びＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおけるＩＱインバランス補償方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムに適用され、送信器受信器の双方に含まれるハードウェアの不完全性が引き起こすＩＱインバランスを補償するためのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおけるＩＱインバランス補償方法に関し、本発明の上記目的は、前記送信器側で、前記ＩＱインバランスの影響を含んだチャネル応答を推定可能なトレーニング信号を送信する第１のステップと、前記受信器側で、送信された前記トレーニング信号に基づいて、前記ＩＱインバランスの影響を含んだ拡張チャネル行列を推定する第２のステップと、前記第２のステップで推定された拡張チャネル行列に基づいて、前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの受信処理方法で受信処理を行うことによって、前記ＩＱインバランスの補償を実現する第３のステップとを有することにより、或いは、前記トレーニング信号として、下記の数式で表す直交アダマール行列を用い、
0004702883.tif 000002
ただし、
0004702883.tif 000003
はＯＦＤＭのためのトレーニング信号行列で、
0004702883.tif 000004
はＭＩＭＯのためのトレーニング信号行列で、
0004702883.tif 000005
はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭのためのトレーニング信号行列であり、
0004702883.tif 000006
はクロネッカ積であり、また、hadamard(４)は、４次の直交アダマール行列を表し、hadamard(ｍｔ)は、ｍｔ次の直交アダマール行列を表し、前記拡張チャネル行列は、次の数式によって推定され、
0004702883.tif 000007
ただし、
0004702883.tif 000008
は
0004702883.tif 000009
に対応する受信信号行列で、
0004702883.tif 000010
は
0004702883.tif 000011
の一般逆行列であることにより、或いは、前記受信処理方法として、ＺＦといった受信処理方法を用い、前記拡張チャネル行列を用いたＺＦ受信処理では、次の数式に基づいて受信処理を行い、
0004702883.tif 000012
ただし、
0004702883.tif 000013
は
0004702883.tif 000014
の一般逆行列であり、
0004702883.tif 000015
は送信信号の推定値であることにより、或いは、前記受信処理方法として、ＭＬＤといった受信処理方法を用い、前記拡張チャネル行列を用いたＭＬＤ受信処理では、次の数式に基づいて受信処理を行い、
0004702883.tif 000016
ただし、
0004702883.tif 000017
は前記拡張チャネル行列であり、
0004702883.tif 000018
は送信信号の推定値であることによって効果的に達成される。
【００１０】
また、本発明の上記目的は、前記送信器側で、時間軸において前記ＩＱインバランスの影響を含んだチャネル応答を推定可能なトレーニング信号を送信するステップ１と、前記受信器側で、送信された前記トレーニング信号に基づいて、前記時間軸上のチャネルを推定するステップ２と、前記時間軸上のチャネル応答から周波数軸上の拡張チャネル行列へ変換するステップ３と、前記ステップ３で変換された拡張チャネル行列に基づいて、前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの受信処理方法で受信処理を行うことによって、前記ＩＱインバランスの補償を実現するステップ４とを有することにより、或いは、前記トレーニング信号は、（イ）ＩＱチャネル間の直交性、（ロ）ストリーム間の直交性、（ハ）推定誤差の小さな系列、といった３つの条件を満たすことにより、或いは、前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの送信アンテナ本数はｍｔで、ＯＦＤＭシンボルに含まれる総サブキャリア数がＬｓの場合、前記トレーニング信号は次の数式によって定義され、
0004702883.tif 000019
ただし、hadamard(ｍｔ)は、ｍｔ次の直交アダマール行列を表し、
0004702883.tif 000020
は、前記トレーニング信号を用いてチャネル推定を行ったときの推定誤差が小さくなる系列を適用することによってより一層効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおけるＩＱインバランス補償方法をＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムに適用すれば、送信器受信器の双方に含まれるハードウェアの不完全性によるＩＱインバランスの影響を完全に取り除くことができ、誤り率特性をはじめとするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの特性を大幅に改善することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
【００１３】
本発明に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおけるＩＱインバランス補償方法は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの特性を最大限に生かすために、ハードウェアの不完全性が引き起こすＩＱインバランスを補償できるようにした補償方法である。
【００１４】
より詳細に説明すると、本発明の着眼点として、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおいて、送信器受信器の双方に含まれるハードウェアの不完全性によるＩＱインバランスの影響を完全に取り除くために、先ず、トレーニング信号の構成を提案し、そして、提案されたトレーニング信号に基づいて、ＩＱインバランス補償を実現する補償アルゴリズム（補償方法）を提案する。
＜実施例１＞周波数軸推定に基づく本発明の実施例
まず、周波数軸推定に基づく本発明に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおけるＩＱインバランス補償方法（以下、単に、周波数軸推定に基づく本発明の実施例、或いは、本発明（周波数軸推定）とも称する）について説明する。
【００１５】
図１は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおいて、本発明（周波数軸推定）を適用した受信器の構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１に示されるように、本発明（周波数軸推定）を適用した受信器は、ＩＱインバランスの影響を含んだ拡張チャネル行列を推定する「拡張チャネル行列推定器」と、ＩＱインバランスの影響を考慮に入れた復調を実現する「拡張受信処理器（つまり、拡張ＭＩＭＯ処理器）」とを備えている。
【００１７】
ここで、本発明を適用する「送受信器のＩＱインバランスの影響を考慮に入れたｍｔ×ｍｒＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システム」のモデル（以下、単にＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムモデル、或いは、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムとも称する）を図２に示す。
【００１８】
本発明（周波数軸推定）では、図２のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムモデルにおける入力信号と出力信号が、下記数１のように書き表されることを利用して、ＩＱインバランスの補償を実現するようにしている。
【００１９】
【数１】
0004702883.tif 000021
ここで、
0004702883.tif 000022
は第±ｋサブキャリアのＩ−ｃｈ、Ｑ−ｃｈを独立に表現した送信信号ベクトルで、
0004702883.tif 000023
は第±ｋサブキャリアのＩ−ｃｈ、Ｑ−ｃｈを独立に表現した受信信号ベクトルで、
0004702883.tif 000024
はＩＱインバランスの影響を含んだ第±ｋサブキャリアの拡張チャネル行列である。以下、この
0004702883.tif 000025
を単に「拡張チャネル行列」とも称する。また、
0004702883.tif 000026
は第±ｋサブキャリアにおける加法性雑音ベクトルである。
【００２０】
本発明では、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおいて、拡張チャネル行列
0004702883.tif 000027
を学習することにより、ＩＱインバランスの補償を行うようにしている。
【００２１】
以下、本発明において、ＩＱインバランスの影響を含んだチャネル応答を推定可能なトレーニング信号、拡張チャネル行列の推定方法と、拡張チャネル行列を用いた受信処理を詳細に説明する。
【００２２】
まず、本発明では、拡張チャネル行列
0004702883.tif 000028
の次元は４ｍｒ×４ｍｔであるため、この拡張チャネル行列を学習するためには、少なくとも階数４ｍｔのトレーニング信号を用いる必要がある。例えば、下記数２、数３及び数４に示すように、直交アダマール行列をトレーニング信号として用いることで、拡張チャネル行列を学習することができる。
【００２３】
【数２】
0004702883.tif 000029
【００２４】
【数３】
0004702883.tif 000030
【００２５】
【数４】
0004702883.tif 000031
ただし、
0004702883.tif 000032
はＯＦＤＭのためのトレーニング信号行列で、
0004702883.tif 000033
はＭＩＭＯのためのトレーニング信号行列で、
0004702883.tif 000034
はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭのためのトレーニング信号行列であり、
0004702883.tif 000035
はクロネッカ積である。また、hadamard(４)は、４次の直交アダマール行列を表し、hadamard(ｍｔ)は、ｍｔ次の直交アダマール行列を表す。
【００２６】
次に、拡張チャネル行列
0004702883.tif 000036
の推定方法について述べる。
0004702883.tif 000037
に対応する受信信号行列を
0004702883.tif 000038
とすると、下記数５により、拡張チャネル行列を最小二乗法で推定することができる。
【００２７】
【数５】
0004702883.tif 000039
ただし、
0004702883.tif 000040
は
0004702883.tif 000041
の一般逆行列である。
【００２８】
最後に、拡張チャネル行列を用いた受信処理について説明する。
【００２９】
本発明では、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの受信処理方法（例えば、ＺＦ、ＭＭＳＥ、ＭＬＤ等の受信処理手法）を各受信器の第±ｋサブキャリアの信号について拡張チャネル行列を用いて行うことで、ＩＱインバランスの補償を実現するようにしている。
【００３０】
ここでは、具体例として、本発明において、ＺＦとＭＬＤといった受信処理方法を用いた拡張受信処理を示す。
【００３１】
先ず、拡張チャネル行列
0004702883.tif 000042
を用いたＺＦ受信処理は、下記数６で表すことができる。
【００３２】
【数６】
0004702883.tif 000043
ここで、
0004702883.tif 000044
は
0004702883.tif 000045
の一般逆行列である。
【００３３】
つまり、拡張チャネル行列を用いたＺＦ受信処理では、拡張チャネル行列を用いて一般逆行列演算を行うことで、送信信号
0004702883.tif 000046
の推定を行うことができる。
【００３４】
次に、拡張チャネル行列
0004702883.tif 000047
を用いたＭＬＤ受信処理は、下記数７で表すことができる。
【００３５】
【数７】
0004702883.tif 000048
つまり、拡張チャネル行列を用いたＭＬＤ受信処理では、拡張チャネル行列を用いて２×ｍｔ個の送信信号に対するレプリカ信号を生成し、尤度情報を元に送信信号
0004702883.tif 000049
の推定を行うことができる。
【００３６】
以上をまとめると、本発明（周波数軸推定）を適用したＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムでは、下記のステップ１、ステップ２、ステップ３に沿って、ＩＱインバランスを補償して受信処理を行うようにしている。
ステップ１：
送信器側で、本発明で提案した「トレーニング信号」を送信する。好適に、トレーニング信号として、数２、数３及び数４に示す直交アダマール行列を用いる。
ステップ２：
拡張チャネル行列推定器では、数５に基づいて、ＩＱインバランスの影響を含んだ拡張チャネル行列を推定する。
ステップ３：
拡張受信処理器（つまり、拡張ＭＩＭＯ処理器）では、ＩＱインバランスの影響を考慮に入れた受信処理を実現し、つまり、ステップ２で推定された拡張チャネル行列に基づいて、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムの受信処理方法で受信処理を行うことによって、ＩＱインバランス補償を実現する。具体的な例として、拡張チャネル行列を用いたＺＦ受信処理では、数６に基づいて受信処理を行う。また、拡張チャネル行列を用いたＭＬＤ受信処理では、数７に基づいて受信処理を行う。
【００３７】
上述した本発明（周波数軸推定）の効果を確認するために、４×４ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおいて、ＱＰＳＫ変調を行い、受信器においてＩＱインバランス補償無しの従来方法と、本発明（周波数軸推定）をそれぞれ用いて、受信処理を行うことにした。
【００３８】
図３は、ＩＱインバランス補償無しの従来方法を用いて受信処理を行った場合の受信コンスタレーションの一例を示す図である。そして、図４は、本発明（周波数軸推定）を用いて受信処理を行った場合の受信コンスタレーションの一例を示す図である。
【００３９】
図３及び図４から、ＩＱインバランス補償無しの従来方法では、干渉の影響によりコンスタレーションが広がってしまっているのに対し、本発明（周波数軸推定）では、コンスタレーションの広がりが抑えられていることがよく分かる。
【００４０】
また、ＩＱインバランス補償無しの従来方法と本発明（周波数軸推定）に対して、誤り率特性について計算機シミュレーションを行い、評価を行った。計算機シミュレーションに用いられたパラメータを下記表１にまとめる。
【００４１】
【表１】
0004702883.tif 000050
計算機シミュレーションの結果を図５に示す。つまり、図５は、ＩＱインバランス補償無しの従来方法と、本発明（周波数軸推定）をそれぞれ適用した場合の誤り率特性を示す図である。図５から分かるように、ＩＱインバランス補償無しの従来方法では、干渉の影響により誤り率特性が飽和してしまっていたが、本発明（周波数軸推定）では、誤り率特性が改善されている。
＜実施例２＞時間軸推定に基づく本発明の実施例
次に、時間軸推定に基づく本発明に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおけるＩＱインバランス補償方法（以下、単に、時間軸推定に基づく本発明の実施例、或いは、本発明（時間軸推定）とも称する）について説明する。
【００４２】
本発明（時間軸推定）は、時間軸においてチャネル推定を行うことにより、実施例１のトレーニング信号より短いトレーニング信号長で、ＩＱインバランスの補償を実現するものである。本発明（時間軸推定）で用いるトレーニング信号は、時間軸においてＩＱインバランスの影響を含んだチャネル応答を推定可能な「トレーニング信号」である。
【００４３】
図６は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおいて、本発明（時間軸推定）を適用した受信器の構成を示すブロック図である。
【００４４】
図６に示されるように、本発明（時間軸推定）を適用した受信器は、時間軸上のチャネルを推定する「時間軸チャネル推定器」と、時間軸上のチャネル応答から周波数軸上の拡張チャネル行列へ変換する「拡張チャネル行列推定器」と、ＩＱインバランスの影響を考慮に入れた復調を実現する「拡張受信処理器（つまり、拡張ＭＩＭＯ処理器）」とを備えている。
【００４５】
まず、本発明（時間軸推定）において、拡張チャネル行列の推定方法について説明する。
【００４６】
即ち、時間軸チャネル推定器で推定した時間軸上のチャネルに基づいて、拡張チャネル行列を以下のように推定する。
【００４７】
まず、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおいて、第ｍ受信アンテナにおける時間軸上の受信信号ベクトル
0004702883.tif 000051
を下記数８、数９によって表現する。
【００４８】
【数８】
0004702883.tif 000052
【００４９】
【数９】
0004702883.tif 000053
ここで、添え字ｉは信号の実数成分を、添え字ｑは信号の虚数成分をそれぞれ表している。また、１ＯＦＤＭシンボルのＦＦＴポイント数をＬとしている。
【００５０】
そして、第ｎ送信アンテナにおける時間軸上の送信信号ベクトル
0004702883.tif 000054
を下記数１０、数１１によって表現する。
【００５１】
【数１０】
0004702883.tif 000055
【００５２】
【数１１】
0004702883.tif 000056
ここでも、添え字ｉは信号の実数成分を、添え字ｑは信号の虚数成分をそれぞれ表している。また、１ＯＦＤＭシンボルのＦＦＴポイント数をＬとしている。
【００５３】
次に、第ｎ送信アンテナから送信され第
0004702883.tif 000057
タップ遅延のパスを通った信号のベクトルを下記数１２で表すことにする。
【００５４】
【数１２】
0004702883.tif 000058
ここで、サイクリックプリフィックスの挿入により、
0004702883.tif 000059
の関係が成り立っている。ただし、ＬＧＩはガードインターバルポイント数である。
【００５５】
第ｎ送信アンテナから第ｍ受信アンテナへの第
0004702883.tif 000060
タップ遅延のチャネルの状態を
0004702883.tif 000061
と表現すると、送受信信号の関係は、下記数１３及び数１４のように書き表すことができる。
【００５６】
【数１３】
0004702883.tif 000062
【００５７】
【数１４】
0004702883.tif 000063
ここで、添え字iiはi-ch→i-ch、添え字iqはq-ch→i-ch、添え字qiはi-ch→q-ch、添え字qqはq-ch→q-chへのチャネル応答であることを示している。また、ｍｔは送信アンテナ本数で、
0004702883.tif 000064
は最大遅延のタップ数を表している。
【００５８】
ここで、下記数１５、数１６、数１７及び数１８に示すように、送信信号を表す行列
0004702883.tif 000065
とチャネルを表すベクトル
0004702883.tif 000066
を定義する。
【００５９】
【数１５】
0004702883.tif 000067
【００６０】
【数１６】
0004702883.tif 000068
【００６１】
【数１７】
0004702883.tif 000069
【００６２】
【数１８】
0004702883.tif 000070
上記定義を用いて、数１３を下記数１９に書き直すことができる。
【００６３】
【数１９】
0004702883.tif 000071
以上より、時間軸におけるチャネルは、下記数２０に基づいて求めることができる。即ち、図６の時間軸チャネル推定器では、この数２０に基づいて時間軸上のチャネルを求めるようにしている。
【００６４】
【数２０】
0004702883.tif 000072
ただし、
0004702883.tif 000073
は
0004702883.tif 000074
の一般逆行列である。
【００６５】
ここで、図６を参照しながら、時間軸上のチャネル推定を表す数２０により求めた
0004702883.tif 000075
内のサブマトリックス
0004702883.tif 000076
より、周波数軸上の拡張チャネル行列を生成する手順を示す。
【００６６】
まず、ＦＦＴを表す行列
0004702883.tif 000077
の第
0004702883.tif 000078
要素は、下記数２１に書き表すことができる。
【００６７】
【数２１】
0004702883.tif 000079
また、実数空間上で表したＦＦＴを表す行列
0004702883.tif 000080
の第
0004702883.tif 000081
サブマトリックス
0004702883.tif 000082
は、下記数２２に書き表すことができる。
【００６８】
【数２２】
0004702883.tif 000083
さらに、±ｋ番目のサブキャリアに対するフーリエ変換を表す行列は、
0004702883.tif 000084
より第ｋサブ行及び第Ｌ−ｋサブ行を抜き出すことで、下記数２３で表すことができる。
【００６９】
【数２３】
0004702883.tif 000085
次に、図６に示されるように、時間軸上のチャネル行列のＦＦＴを行う。まず、ＦＦＴポイント数
0004702883.tif 000086
まで
0004702883.tif 000087
に対して０パッドを行う。
【００７０】
【数２４】
0004702883.tif 000088
ここで、
0004702883.tif 000089
は第
0004702883.tif 000090
タップ遅延のチャネルの状態を表す行列である。
【００７１】
時刻ｘの送信信号に対するチャネル応答は、下記数２５に書き表すことができる。
【００７２】
【数２５】
0004702883.tif 000091
ただし、サイクリックプリフィックスの挿入を考慮すると、
0004702883.tif 000092
が成り立っている。
【００７３】
すべての送信時刻に対するチャネルの応答は、下記数２６で表す巡回行列
0004702883.tif 000093
として、表現することができる。
【００７４】
【数２６】
0004702883.tif 000094
上記の数式を用いて、±ｋサブキャリア間干渉の影響を含んだ周波数軸のチャネル行列は、下記数２７で表される。
【００７５】
【数２７】
0004702883.tif 000095
さらに、数２７で表すチャネル行列をｍｔ×ｍｒのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムに拡張した場合のストリーム間干渉の影響を考慮に入れた拡張チャネル行列は、下記数２８で表すことができる。
【００７６】
【数２８】
0004702883.tif 000096
以上に述べた手順により、時間軸におけるチャネル推定により、周波数軸上の拡張チャネル行列の推定を行うことができる。
【００７７】
ところで、本発明（時間軸推定）において、時間軸においてＩＱインバランスの影響を含んだチャネル応答を求めるためには、トレーニング信号が下記（イ）、（ロ）、（ハ）という条件を満たす必要がある。
（イ）ＩＱチャネル間の直交性
（ロ）ストリーム間の直交性
（ハ）推定誤差の小さな系列
以下、本発明（時間軸推定）において、上記（イ）、（ロ）、（ハ）という条件を満たすトレーニング信号の一実施例を示す。
【００７８】
送信アンテナ本数ｍｔのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおいて、ＯＦＤＭシンボルに含まれる総サブキャリア数がＬｓのとき、周波数軸において下記数２９に示すトレーニング信号を用いることで、本発明（時間軸推定）の拡張チャネル行列を求めることができる。なお、図７は数２９に示す周波数軸トレーニング信号
0004702883.tif 000097
のイメージを説明するための模式図である。
【００７９】
【数２９】
0004702883.tif 000098
数２９で表すトレーニング信号を周波数軸においてＢＰＳＫ信号とすることで、時間軸におけるＩＱチャネル間のトレーニング信号の直交性を確保する。そして、数２９で表すトレーニング信号をアダマール直交行列で拡散することで、ストリーム間のトレーニング信号の直交性を確保している。また、
0004702883.tif 000099
は、数２９で表すトレーニング信号を用いてチャネル推定を行ったときの推定誤差が小さくなる系列を適用する。
【００８０】
上述した本発明（時間軸推定）の効果を確認するために、ＩＱインバランス補償無しの従来方法、本発明（周波数軸推定）、本発明（時間軸推定）に対して、誤り率特性について計算機シミュレーションを行い、評価を行った。計算機シミュレーションに用いられたパラメータを下記表２に示す。
【００８１】
【表２】
0004702883.tif 000100
計算機シミュレーションの結果を図８に示す。つまり、図８は、ＩＱインバランス補償無しの従来方法と、本発明（周波数軸推定）、本発明（時間軸推定）をそれぞれ適用した場合の誤り率特性を示す図である。
【００８２】
図８から分かるように、本発明を適用した場合は、ＩＱインバランス補償無しの従来方法を適用した場合と比べて、誤り率特性が大幅に改善した。また、図８から、周波数軸上における拡張チャネル推定に比べても、時間軸推定によるチャネル推定誤差低減の効果が得られ、特にＭＬＤ受信処理において、誤り率特性が大きく改善していることがよく分かる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】周波数軸推定に基づく本発明に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおけるＩＱインバランス補償方法を適用した受信器の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明において使用されるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムＩＱインバランスモデルを説明するための模式図である。
【図３】ＩＱインバランス補償無しの従来方法を用いて受信処理を行った場合の受信コンスタレーションの一例を示す図である。
【図４】周波数軸推定に基づく本発明に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおけるＩＱインバランス補償方法を用いて受信処理を行った場合の受信コンスタレーションの一例を示す図である。
【図５】ＩＱインバランス補償無しの従来方法と、周波数軸推定に基づく本発明に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおけるＩＱインバランス補償方法をそれぞれ適用した場合の誤り率特性を示す図である。
【図６】時間軸推定に基づく本発明に係るＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおけるＩＱインバランス補償方法を適用した受信器の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明（時間軸推定）において、周波数軸トレーニング信号の一実施例のイメージを説明するための模式図である。
【図８】ＩＱインバランス補償無しの従来方法、本発明（周波数軸推定）、本発明（時間軸推定）をそれぞれ適用した場合の誤り率特性を示す図である。
【図１】
0004702883.tif 000113
【図２】
0004702883.tif 000114
【図３】
0004702883.tif 000115
【図４】
0004702883.tif 000116
【図５】
0004702883.tif 000117
【図６】
0004702883.tif 000118
【図７】
0004702883.tif 000119
【図８】
0004702883.tif 000120