(57)【要約】【課題】本発明は、直交周波数分割多重（OFDM）システムにおけるチャネル推定方法を開示する。【解決手段】この方法は、パイロット信号をOFDMシンボル内に挿入し、前記パイロット信号位置のチャネルについて周波数領域でのチャネル推定を行って周波数領域でのチャネル推定結果を取得するステップAと、周波数領域でのチャネル推定結果を周波数領域から時間領域に変換して時間領域でのチャネルインパルス応答推定を取得し、前記時間領域でのチャネルインパルス応答推定の自己相関行列についてサブスペーストラッキングを行うステップBと、サブスペーストラッキングに基づくチャネルインパルス応答推定を計算し、当該サブスペーストラッキングに基づくチャネルインパルス応答推定を周波数領域に変換して周波数領域でのチャネル応答推定を取得するステップCとを含む。【選択図】図２
2007089167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交周波数分割多重OFDMシステムにおけるチャネル推定方法であって、
パイロット信号をOFDMシンボル内に挿入し、前記パイロット信号位置におけるチャネルについて周波数領域でのチャネル推定を行って周波数領域でのチャネル推定結果を取得するステップAと、
前記周波数領域でのチャネル推定結果を周波数領域から時間領域に変換して時間領域でのチャネルインパルス応答推定を取得し、前記時間領域でのチャネルインパルス応答推定の自己相関行列について時間領域でのサブスペーストラッキングを行うステップBと、
前記時間領域でのサブスペーストラッキングに基づく時間領域でのチャネルインパルス応答推定を計算し、前記時間領域でのチャネルインパルス応答推定を周波数領域に変換して周波数領域でのチャネル応答推定を取得するステップCと、
を含むことを特徴とするチャネル推定方法。
【請求項２】
ステップAにおいて、前記パイロット信号をOFDMシンボル内に時間的に連続、かつ一定サブキャリア毎にパイロット信号を挿入、又はブロックタイプのパイロット信号を挿入することを特徴とする請求項1に記載のチャネル推定方法。
【請求項３】
ステップAにおいて、前記パイロット信号位置におけるチャネルについて周波数領域での最小二乗LSチャネル推定、又は周波数領域での最小平均二乗誤差MMSEチャネル推定を行うことを特徴とする請求項1に記載のチャネル推定方法。
【請求項４】
ステップBにおいて、前記周波数領域でのチャネル推定結果について逆高速フーリエ変換を行うことにより、前記周波数領域でのチャネル推定結果を周波数領域から時間領域に変換することを特徴とする請求項1に記載のチャネル推定方法。
【請求項５】
ステップAにおいて、前記パイロット信号の位置におけるチャネルについて周波数領域での最小二乗LSチャネル推定を行い、ステップBにおいて、前記時間領域でのチャネルインパルス応答推定の自己相関行列についてサブスペーストラッキングを行い、ここで前記サブスペーストラッキングでは予め定められた忘却係数を用いて中間変数の繰り返し計算が実行され、前記繰り返し計算においては中間変数のQR分解値、位相回転行列、及び前記チャネルインパルス応答推定の自己相関行列が用いられ、同時に次の繰り返し計算に用いられるQR分解値、及び位相回転行列の更新が行なわれることを特徴とする請求項1に記載のチャネル推定方法。
【請求項６】
ステップBにおいて更に各OFDMシンボルでのパイロットサブキャリア数、サブスペース次元の最大値、及びデータパワーを用いて雑音パワーを推定することを特徴とする請求項5に記載のチャネル推定方法。
【請求項７】
前記忘却係数
【数１】
2007089167.tif 000099
の範囲が
【数２】
2007089167.tif 000100
であることを特徴とする請求項6に記載のチャネル推定方法。
【請求項８】
前記忘却係数
【数３】
2007089167.tif 000101
の範囲が
【数４】
2007089167.tif 000102
であることを特徴とする請求項7に記載のチャネル推定方法。
【請求項９】
予め閾値
【数５】
2007089167.tif 000103
を設定し、ステップBにおいて、更に雑音パワーの
【数６】
2007089167.tif 000104
倍以上の固有値
【数７】
2007089167.tif 000105
を選択し、選択された固有値
【数８】
2007089167.tif 000106
に基づいてサブスペースの次元rを確定し、ここで、
【数９】
2007089167.tif 000107
であることを特徴とする請求項5に記載のチャネル推定方法。
【請求項１０】
前記
【数１０】
2007089167.tif 000108
の範囲が
【数１１】
2007089167.tif 000109
であることを特徴とする請求項9に記載のチャネル推定方法。
【請求項１１】
ステップCにおいて、時間領域でのサブスペーストラッキングに基づく時間領域でのLSチャネルインパルス応答推定を計算し、前記ステップCは、
時間領域でのサブスペーストラッキングに基づく時間領域でのLSチャネルインパルス応答推定を計算し、前記LSチャネルインパルス応答推定にゼロパディングした後、高速フーリエ変換を行い、前記周波数領域でのチャネル応答推定を取得することを含むことを特徴とする請求項9に記載のチャネル推定方法。
【請求項１２】
ステップCにおいて、前記時間領域でのサブスペーストラッキングに基づく時間領域でのMMSEチャネルインパルス応答推定を計算し、前記ステップCは、
時間領域でのサブスペーストラッキングに基づくMMSEチャネルインパルス応答推定を計算し、前記MMSEチャネルインパルス応答推定にゼロパディングした後、高速フーリエ変換を行い、前記周波数領域でのチャネル応答推定を取得することを含むことを特徴とする請求項9に記載のチャネル推定方法。
【請求項１３】
OFDMシステムにおけるチャネル推定器であって、
パイロット信号位置におけるチャネルについて周波数領域でのチャネル推定を行って、周波数領域でのチャネル推定結果を取得するパイロット信号位置周波数領域チャネル推定ユニットと、
時間領域でのチャネルインパルス応答推定を取得するために、前記周波数領域でのチャネル推定結果を周波数領域から時間領域に変換する周波数領域/時間領域変換ユニットと、
前記時間領域でのチャネルインパルス応答推定の自己相関行列について時間領域でのサブスペーストラッキングを行うサブスペーストラッキングユニットと、
前記時間領域でのサブスペーストラッキングに基づく時間領域でのチャネルインパルス応答推定を計算する時間領域でのサブスペーストラッキングに基づく推定ユニットと、
前記時間領域でのチャネルインパルス応答推定を周波数領域に変換して、周波数領域でのチャネル応答推定を取得する時間領域/周波数領域変換ユニットとを含むことを特徴とするチャネル推定器。
【請求項１４】
前記パイロット信号位置周波数領域チャネル推定ユニットは、パイロット信号位置周波数領域チャネルLS推定ユニット、又はパイロット信号位置周波数領域チャネルMMSE推定ユニットであることを特徴とする請求項13に記載のチャネル推定器。
【請求項１５】
前記チャネル推定器は、時間領域での雑音パワーを推定する雑音パワー推定ユニットと、前記サブスペーストラッキングにおいてチャネル推定に用いられるサブスペースの次元を確定するサブスペース次元確定ユニットとを更に含み、
前記時間領域でのサブスペーストラッキングに基づく推定ユニットは、前記サブスペーストラッキング、前記雑音パワーと前記サブスペースの次元に基づいてチャネルインパルス応答推定を計算することを特徴とする請求項13に記載のチャネル推定器。
【請求項１６】
前記時間領域でのサブスペーストラッキングに基づく推定ユニットは、時間領域でのサブスペーストラッキングに基づくLS推定ユニット又は時間領域でのサブスペーストラッキングに基づくMMSE推定ユニットであることを特徴とする請求項13に記載のチャネル推定器。
【請求項１７】
前記OFDMシステムは、シングルアンテナOFDMシステム又はマルチアンテナOFDMシステムであることを特徴とする請求項13に記載のチャネル推定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動通信システムにおけるチャネル推定技術分野に関し、特に直交周波数分割多重（OFDM）システムにおけるチャネル推定方法及びチャネル推定器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、移動通信システムの発展に伴って、既に種々の新型サービスをサポートできるパーソナル移動通信端末が加入者に提供されている。これらのサービスは大量なデータの伝送が必要であるため、移動通信システムに対して更に高いビット伝送レートを要求する。普通のシングルキャリアシステムにおいて、更に高いビット伝送レートを使用すると、シンボル間干渉（ISI）と無線チャネルの厳しい周波数選択性フェージングのため、信号の有効受信が難しくなる。OFDM技術はISIを抑圧する能力を有すると共に、高い周波数スペクトラム効率を提供することができるため、次世代の無線移動通信システムで採用される可能性の一番高い伝送技術の一つとされている。OFDM技術は既にデジタル加入者回線、デジタルオーディオ/ビデオ放送、無線LANと無線MANなど様々な分野に広く応用されている。
【０００３】
通信システムの無線移動チャネル環境での良い性能を保証するために、必ず常に変化するマルチパス無線フェージングチャネルをなるべく正確に推定するべきであるが、これは高速移動の場合において特に困難である。チャネル推定の品質はOFDMシステムの性能に対し大きな影響を与えるが、現在、実用的なチャネル推定方法は、一般に既知のパイロット（pilot）情報を用いている。
【０００４】
一方、使用する推定アルゴリズムによってパイロットに基づくチャネル推定は最小二乗（LS）推定と最小平均二乗誤差（MMSE）推定に分けられ、普通、MMSE推定の方がLS推定に比べて更に高いチャネル推定精度を有する。他方、処理プロセスに応じてパイロットに基づくチャネル推定は周波数領域での推定と時間領域での推定に分けられ、一般的には時間領域での推定の方が周波数領域での推定に比べて更に高いチャネル推定精度と更に低い計算複雑度を有する。同時に、サブスペーストラッキング技術によって有効に信号と雑音を分割し、それによってチャネル推定の精度を大幅に高めることができる。
【０００５】
図1は従来技術のOFDMシステムにおける時間領域でのMMSEチャネル推定方法のフローチャートである。図1に示すように、
システム送信機によって生成されたチャネル推定に用いられるOFDMパイロット信号をOFDMシンボル内に挿入し、挿入されるパイロット信号は時間的に連続、かつ一定サブキャリア数毎に配置（以下、櫛型配置）されるステップ101と、
パイロット信号位置のチャネルについて周波数領域でのLSチャネル推定を行うステップ102と、
優先的に逆高速フーリエ変換（IFFT）を採用して、ステップ102における周波数領域でのLSチャネル推定結果を周波数領域から時間領域に変換させるステップ103と、
時間領域でのMMSEチャネル推定を行うステップ104と、
時間領域でのMMSEチャネル推定を周波数領域に変換し戻して、完全なチャネル推定結果を得るステップ105とを含む。
【０００６】
ただし、この方法では、チャネル中の信号と雑音を分離していない。即ち、チャネルインパルス応答と雑音を分離していないため、雑音が信号に干渉を与え、それによってチャネル推定精度が著しく低減されている。同時に、この方法では、時間領域でのMMSEチャネル推定を行う時、逆行列を求める演算をする必要があるため、複雑度が非常に高くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、本発明の主な目的は、チャネル推定の精度を高めることのできるOFDMシステムにおけるチャネル推定方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、チャネル推定の精度を高めることのできるOFDMシステムにおけるチャネル推定器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の技術方案は下記のように実現されたものである。
【００１０】
OFDMシステムにおけるチャネル推定方法であって、
パイロット信号をOFDMシンボル内に挿入し、前記パイロット信号位置におけるチャネルについて周波数領域でのチャネル推定を行い、周波数領域でのチャネル推定結果を取得するステップAと、
前記周波数領域でのチャネル推定結果を周波数領域から時間領域に変換して時間領域のチャネルインパルス応答推定を取得し、前記時間領域のチャネルインパルス応答推定の自己相関行列について時間領域でのサブスペーストラッキングを行うステップBと、
前記時間領域でのサブスペーストラッキングに基づく時間領域のチャネルインパルス応答推定を計算し、前記時間領域のチャネルインパルス応答推定を周波数領域に変換して周波数領域のチャネル応答推定を取得するステップCとを含む。
【００１１】
ステップAにおいて、OFDMシンボル内に挿入する前記パイロット信号は、櫛型配置のパイロット信号、又はブロックタイプのパイロット信号を挿入することである。
【００１２】
ステップAにおいて、前記パイロット信号位置におけるチャネルについて周波数領域のLSチャネル推定を行い、又は周波数領域のMMSEチャネル推定を行う。
【００１３】
ステップBにおいて、前記周波数領域チャネルの推定結果に対して逆高速フーリエ変換を行うことにより、前記周波数領域チャネルの推定結果を周波数領域から時間領域に変換する。
【００１４】
ステップAにおいて、前記パイロット信号の位置におけるチャネルについて周波数領域での最小二乗LSチャネル推定を行い、
ステップBにおいて、前記時間領域でのチャネルインパルス応答推定の自己相関行列についてサブスペーストラッキングを行い、ここで前記サブスペーストラッキングでは予め定められた忘却係数を用いて中間変数の繰り返し計算が実行され、前記繰り返し計算においては中間変数のQR分解値、位相回転行列、及び前記チャネルインパルス応答推定の自己相関行列が用いられ、同時に次の繰り返し計算に用いられるQR分解値、及び位相回転行列の更新が行なわれる。
【００１５】
ステップBにおいて、更に各OFDMシンボルでのパイロットサブキャリア数、サブスペース次元の最大値、及びデータパワーを用いて雑音パワーを推定する。
【００１６】
前記忘却係数
【数１２】
2007089167.tif 000003
【００１７】
の範囲は、
【数１３】
2007089167.tif 000004
【００１８】
である。
【００１９】
前記忘却係数
【数１４】
2007089167.tif 000005
【００２０】
の範囲は
【数１５】
2007089167.tif 000006
【００２１】
であるのが好ましい。
【００２２】
予め閾値
【数１６】
2007089167.tif 000007
【００２３】
を設定し、ステップBにおいて、更に雑音パワー
【数１７】
2007089167.tif 000008
【００２４】
の
【数１８】
2007089167.tif 000009
【００２５】
倍以上の固有値
【数１９】
2007089167.tif 000010
【００２６】
を選択し、選択された固有値
【数２０】
2007089167.tif 000011
【００２７】
に基づいてサブスペースの次元
【数２１】
2007089167.tif 000012
【００２８】
を確定し、ここで、
【数２２】
2007089167.tif 000013
【００２９】
である。
【００３０】
前記
【数２３】
2007089167.tif 000014
【００３１】
の範囲は
【数２４】
2007089167.tif 000015
【００３２】
であるのが好ましい。
【００３３】
ステップCにおいて、時間領域のサブスペーストラッキングに基づいて時間領域のLSチャネルインパルス応答推定を計算し、前記ステップCは、
時間領域でのサブスペーストラッキングに基づく時間領域でのLSチャネルインパルス応答推定を計算し、前記LSチャネルインパルス応答推定にゼロパディングした後、高速フーリエ変換を行って、前記周波数領域でのチャネル応答推定を取得することを含む。
【００３４】
ステップCにおいて、時間領域でのサブスペーストラッキングに基づく時間領域でのMMSEチャネルインパルス応答推定を計算し、前記ステップCは、
時間領域のサブスペーストラッキングに基づくMMSEチャネルインパルス応答推定を計算し、前記MMSEチャネルインパルス応答推定にゼロパディングした後、高速フーリエ変換を行い、前記周波数領域でのチャネル応答推定を取得することを含む。
【００３５】
OFDMシステムにおけるチャネル推定器であって、
パイロット信号の位置におけるチャネルについて周波数領域でのチャネル推定を行い、周波数領域でのチャネル推定結果を取得するパイロット信号位置周波数領域チャネル推定ユニットと、
時間領域でのチャネルインパルス応答推定を取得するように、前記周波数領域でのチャネル推定結果を周波数領域から時間領域に変換する周波数領域/時間領域変換ユニットと、
前記時間領域でのチャネルインパルス応答推定の自己相関行列について時間領域でサブスペーストラッキングを行うサブスペーストラッキングユニットと、
前記時間領域でのサブスペーストラッキングに基づいて時間領域でのチャネルインパルス応答推定を計算する時間領域でのサブスペーストラッキングに基づく推定ユニットと、
前記時間領域でのチャネルインパルス応答推定を周波数領域に変換して、周波数領域でのチャネル応答推定を取得する時間領域/周波数領域変換ユニットとを含む。
【００３６】
前記パイロット信号位置周波数領域チャネル推定ユニットは、パイロット信号位置周波数領域チャネルLS推定ユニット、又はパイロット信号位置周波数領域チャネルMMSE推定ユニットである。
【００３７】
前記チャネル推定器は、時間領域での雑音パワーを推定する雑音パワー推定ユニットと、前記サブスペーストラッキングにおいてチャネル推定に用いられるサブスペースの次元を確定するサブスペース次元確定ユニットを更に含み、
前記時間領域でのサブスペーストラッキングに基づく推定ユニットは、前記サブスペーストラッキングと、前記雑音パワーと前記サブスペースの次元とに基づいてチャネルインパルス応答推定を計算する。
【００３８】
前記時間領域でのサブスペーストラッキングに基づく推定ユニットは、時間領域でのサブスペーストラッキングに基づくLS推定ユニット又は時間領域でのサブスペーストラッキングに基づくMMSE推定ユニットである。
【００３９】
前記OFDMシステムは、シングルアンテナOFDMシステム又はマルチアンテナOFDMシステムである。
【発明の効果】
【００４０】
上記の技術方案からわかるように、本発明のOFDMシステムにおけるチャネル推定方法において、周波数領域でのチャネル推定結果を周波数領域から時間領域に変換して、時間領域でのチャネルインパルス応答推定を取得し、時間領域でのチャネルインパルス応答推定の自己相関行列についてサブスペーストラッキングを行う。従って、本発明は、サブスペーストラッキングに基づいてチャネルインパルス応答を計算することにより、信号と雑音を分離させ、雑音による信号への干渉を著しく低減させることで、チャネル推定精度を極めて高めている。また、本発明で、MMSEチャネル推定の応用を具体的に結びつけることができ、それによってチャネル推定精度をさらに高めており、且つ、時間領域でのMMSEチャネル推定を行う時、逆行列を求める演算を行う必要がなく、それによって複雑度を低減させた。また、本発明の応用はチャネルの統計情報を必要としなく、常に変更されているチャネルをトラッキングしている。なお、本発明の適用範囲は広くて、シングルアンテナのOFDMシステムのみではなく、マルチアンテナのOFDMシステムにも適用することができる。
【００４１】
同時に、本発明に係るOFDMシステムにおけるチャネル推定器において、サブスペーストラッキングユニットは時間領域でのチャネル推定の自己相関行列についてサブスペーストラッキングを行い、時間領域でのサブスペーストラッキングに基づく推定ユニットはサブスペーストラッキングに基づいてチャネルインパルス応答を計算することで、信号と雑音との分離が同様に実現されている。従って、雑音による信号への干渉を著しく低減させることにより、チャネル推定精度を極めて高めている。且つ、時間領域でのサブスペーストラッキングに基づく推定ユニットは、サブスペーストラッキングと、雑音パワーとサブスペースの次元とに基づいてMMSEチャネル推定を用いてチャネルインパルス応答を計算するのが好ましく、それによってチャネル推定精度を更に高めている。なお、本発明のチャネル推定器を用いて時間領域でのMMSEチャネル推定を行う時、逆行列を求める演算を行う必要がないことにより、複雑度を極めて低減させている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明の目的、技術方案とメリットを更に明確にするために、以下、図面と具体的な実施形態を参照して本発明を更に詳しく説明する。
【００４３】
本発明のチャネル推定方法は時間領域でのサブスペーストラッキングに基づくものである。図2は本発明でOFDMシステムにおける時間領域でのチャネル推定方法のフローチャートである。
【００４４】
図2に示すように、
ステップ201で、パイロット信号をOFDMシンボルに挿入し、パイロット信号の位置のチャネルについて周波数領域でチャネル推定を行う。
【００４５】
ここで、一般に、チャネル推定に用いられるOFDMパイロット信号はシステム送信機によって生成され、生成されたOFDMパイロット信号はOFDMシンボル内に挿入される。この中で、挿入されたパイロット信号は櫛型配置のパイロット信号でもいいし、ブロックタイプのパイロット信号でもいいが、高速に変化する無線フェージングチャネルを有効にトラッキングするためには、パイロットパターンが等間隔である櫛型配置のパイロット信号を挿入するのが好ましい。ブロックタイプのパイロットの挿入を採用すると、常に変化するチャネルへのトラッキングを実現するために、受信側に判定フィードバックモジュールを追加する必要がある。また、ここでパイロット信号位置におけるチャネルに対して行われる周波数領域でのチャネル推定はLSチャネル推定でもいいし、MMSEチャンネル推定でもいいが，ここでは簡単のためLSチャネル推定を採用することが好ましい。
【００４６】
ステップ202で、周波数領域でのチャネル推定結果を周波数領域から時間領域に変換して、時間領域でのチャネルインパルス応答推定を取得し、時間領域でのチャネルインパルス応答推定の自己相関行列についてサブスペーストラッキングを行う。
【００４７】
ここで、周波数領域チャネル推定についてIFFT変換を行うことで、前記周波数領域でのチャネル推定結果を周波数領域から時間領域に変換するのが好ましい。ただし、周波数領域でのチャネル推定結果を周波数領域から時間領域に変換する方式はIFFT変換に限らない。また、時間領域でのインパルス応答推定の自己相関行列についてサブスペーストラッキングを行うことには、中間変数の更新、中間変数のQR分解、及び位相回転行列の更新が含まれる。サブスペーストラッキングを行うと同時に、雑音パワーを更に推定するのが好ましい。
【００４８】
ステップ203で、サブスペーストラッキングに基づくチャネルインパルス応答推定を計算し、サブスペーストラッキングに基づくチャネルインパルス応答推定を周波数領域に変換させて、周波数領域でのチャネル応答推定を取得する。
【００４９】
ここで、時間領域でのサブスペーストラッキングと雑音パワー推定の結果に基づいて、チャネル推定に用いられる固有ベクトルと固有値を選択し、その後、時間領域でのサブスペーストラッキングに基づくLS推定又は時間領域でのサブスペーストラッキングに基づくMMSE推定をそれぞれ計算する。一般的に、MMSE推定の精度がより良いため、ここではMMSE推定を用いるのが好ましい。そして、完全の周波数領域でのチャネル応答推定を取得するために、取得されたLS推定とMMSE推定についてそれぞれゼロパディングした後にFFT変換を行う。雑音を有効に除去するために、サブスペースの次元をさらにダイナミックに確定するのが好ましい。一定倍数の雑音パワー以上である固有値及びそれと対応する固有ベクトルだけが、チャネル推定に用いられる。
【００５０】
また、本発明に係るチャネル推定方法は、シングルアンテナのOFDMシステムに適応するだけではなく、多入力多出力OFDM（MIMO-OFDM）システムにも同様に適応する。MIMO-OFDMシステムに対して、直交なパイロット信号を異なる送信アンテナに割り当てればいい。
【００５１】
以下、本発明方法のアルゴリズム原理を詳細に説明する。
【００５２】
まず、符号を定義する。
【数２５】
2007089167.tif 000016
【００５３】
はOFDMシンボルのサブキャリア数を表し、
【数２６】
2007089167.tif 000017
【００５４】
は各OFDMシンボル内のパイロットサブキャリア数を表し、
【数２７】
2007089167.tif 000018
【００５５】
は最大マルチパス遅延に対応するサンプル数（通常はサイクリックプレフィックスの長さ以下である）を表し、
【数２８】
2007089167.tif 000019
【００５６】
は時間変数である。
【００５７】
システム設計を行う時、周波数領域でのサンプリング定理から
【数２９】
2007089167.tif 000020
【００５８】
を保証する必要があることが分かる。
【数３０】
2007089167.tif 000021
【００５９】
、時点
【数３１】
2007089167.tif 000022
【００６０】
での周波数領域でのチャネル応答ベクトルを表す。
【数３２】
2007089167.tif 000023
【００６１】
、時点
【数３３】
2007089167.tif 000024
【００６２】
での時間領域でのチャネルインパルス応答ベクトルを表す。
【数３４】
2007089167.tif 000025
【００６３】
はDFT行列であり、ここで、
【数３５】
2007089167.tif 000026
【００６４】
。
【数３６】
2007089167.tif 000027
【００６５】
はマッピング行列を表す。
【数３７】
2007089167.tif 000028
【００６６】
、時点
【数３８】
2007089167.tif 000029
【００６７】
での受信信号を表す。
【数３９】
2007089167.tif 000030
【００６８】
、時点
【数４０】
2007089167.tif 000031
【００６９】
での加法的白色ガウス雑音を表す。
【数４１】
2007089167.tif 000032
【００７０】
、時点
【数４２】
2007089167.tif 000033
【００７１】
での送信信号を表す。
【００７２】
パイロット信号の位置の相応変数をそれぞれ
【数４３】
2007089167.tif 000034
【００７３】
として表すと、下記の関係になる。
【数４４】
2007089167.tif 000035
【００７４】
まず、パイロット信号の位置について周波数領域でチャネル推定を行う。ここで、LS推定が好ましい。すると、
【数４５】
2007089167.tif 000036
【００７５】
。
【００７６】
この時、
【数４６】
2007089167.tif 000037
【００７７】
について
【数４７】
2007089167.tif 000038
【００７８】
点のIFFT変換を行って得られた時間領域でのチャネルインパルス応答のLS推定は下記のようである。
【数４８】
2007089167.tif 000039
【数４９】
2007089167.tif 000040
【００７９】
を入力信号として使用し、
【数５０】
2007089167.tif 000041
【００８０】
の自己相関行列
【数５１】
2007089167.tif 000042
【００８１】
についてサブスペーストラッキングを行う。
【００８２】
ここで、初期化
【数５２】
2007089167.tif 000043
【００８３】
で、
【数５３】
2007089167.tif 000044
【００８４】
はサブスペース次元の最大値であり、
【数５４】
2007089167.tif 000045
【００８５】
は正規直交行列、
【数５５】
2007089167.tif 000046
【００８６】
は位相回転行列、
【数５６】
2007089167.tif 000047
【００８７】
は忘却係数、
【数５７】
2007089167.tif 000048
【００８８】
は中間変数である。
【００８９】
サブスペーストラッキング
【数５８】
2007089167.tif 000049
【００９０】
には以下が含まれる。
【数５９】
2007089167.tif 000050
【００９１】
を更新して、
【数６０】
2007089167.tif 000051
【００９２】
を得、ここで、
【数６１】
2007089167.tif 000052
【００９３】
は
【数６２】
2007089167.tif 000053
【００９４】
の共役転置であり、
【数６３】
2007089167.tif 000054
【００９５】
についてQR分解を行って、
【数６４】
2007089167.tif 000055
【００９６】
を得、
【数６５】
2007089167.tif 000056
【００９７】
を更新して、
【数６６】
2007089167.tif 000057
【００９８】
を得、ここで、
【数６７】
2007089167.tif 000058
【００９９】
は
【数６８】
2007089167.tif 000059
【０１００】
の共役転置であり、
アルゴリズムの収束に従って、
【数６９】
2007089167.tif 000060
【０１０１】
は
【数７０】
2007089167.tif 000061
【０１０２】
の固有ベクトル行列に近づき、
【数７１】
2007089167.tif 000062
【０１０３】
は
【数７２】
2007089167.tif 000063
【０１０４】
の固有値の対角行列
【数７３】
2007089167.tif 000064
【０１０５】
に近づく。
【０１０６】
サブスペーストラッキングを行うと同時に、雑音パワー
【数７４】
2007089167.tif 000065
【０１０７】
について推定を行うのが好ましい。
【数７５】
2007089167.tif 000066
【０１０８】
ここで、
【数７６】
2007089167.tif 000067
【０１０９】
はデータパワーである。
【数７７】
2007089167.tif 000068
【０１１０】
一方、時間領域でのサブスペーストラッキングに基づくチャネル推定を行う時、雑音を有効に除去するために、サブスペースの次元
【数７８】
2007089167.tif 000069
【０１１１】
をダイナミックに確定する必要があり、下記の関係を満たす固有値及びそれと対応する固有ベクトルだけが、チャネル推定に用いられる。即ち、
【数７９】
2007089167.tif 000070
【０１１２】
、ここで、
【数８０】
2007089167.tif 000071
【０１１３】
。
【０１１４】
また、具体的な実施プロセスにおいて、人為的に設定する必要のあるパラメータは、主に忘却係数
【数８１】
2007089167.tif 000072
【０１１５】
と閾値
【数８２】
2007089167.tif 000073
【０１１６】
である。シミュレーションを通じてわかるように、この二つのパラメータの選択はチャネル環境に対してそれほど敏感ではないので、一定の範囲を満足すればいい。普通、
【数８３】
2007089167.tif 000074
【０１１７】
である。より理想的なチャネル推定性能に達するために、
【数８４】
2007089167.tif 000075
【０１１８】
が好ましい。
【０１１９】
前記時間領域でのサブスペーストラッキングと雑音パワー推定の結果に基づいて、チャネル推定に用いられる固有ベクトル行列
【数８５】
2007089167.tif 000076
【０１２０】
と固有値の対角行列
【数８６】
2007089167.tif 000077
【０１２１】
を選択する。ここで、
【数８７】
2007089167.tif 000078
【０１２２】
は
【数８８】
2007089167.tif 000079
【０１２３】
の前
【数８９】
2007089167.tif 000080
【０１２４】
列であり、
【数９０】
2007089167.tif 000081
【０１２５】
は
【数９１】
2007089167.tif 000082
【０１２６】
の左上角の
【数９２】
2007089167.tif 000083
【０１２７】
次元の要素だけを含む。
【０１２８】
そして、時間領域でのサブスペーストラッキングに基づくLS推定
【数９３】
2007089167.tif 000084
【０１２９】
とMMSE推定
【数９４】
2007089167.tif 000085
【０１３０】
をそれぞれ計算することができる。
【０１３１】
ここで、
LS推定を行うと、LS推定
【数９５】
2007089167.tif 000086
【０１３２】
は、
【数９６】
2007089167.tif 000087
【０１３３】
である。
【０１３４】
MMSE推定を行うと、MMSE推定
【数９７】
2007089167.tif 000088
【０１３５】
は、
【数９８】
2007089167.tif 000089
【０１３６】
である。
【数９９】
2007089167.tif 000090
【０１３７】
についてゼロパディングした後、K点のFFT変換を行うと、完全の周波数領域でのチャネル応答推定
【数１００】
2007089167.tif 000091
【０１３８】
をそれぞれ得ることができる。
【０１３９】
LS推定を行うと、
【数１０１】
2007089167.tif 000092
【０１４０】
。
【０１４１】
MMSE推定を行うと、
【数１０２】
2007089167.tif 000093
【０１４２】
。
【０１４３】
説明すべきのものは、具体的にアルゴリズムを実現する際に、無線チャネルのパワー遅延スペクトルが指数減衰の特性を満足し、これは
【数１０３】
2007089167.tif 000094
【０１４４】
において時間的に後半部分のサンプルは主に雑音からなることを意味していることを考慮して、時間領域で
【数１０４】
2007089167.tif 000095
【０１４５】
のサブスペーストラッキングを行う時、完全な
【数１０５】
2007089167.tif 000096
【０１４６】
を使用するのではなく、
【数１０６】
2007089167.tif 000097
【０１４７】
の前部分のサンプルだけを用いてもいい。取捨の具体的な比例は、チャネル環境によって決められ、普通
【数１０７】
2007089167.tif 000098
【０１４８】
の前半部分だけを用いる。このようにして、チャネル推定精度を高めるだけではなく、計算の複雑度を低減させることができる。
【０１４９】
ここまで、本発明のアルゴリズム原理について詳細に説明した。
【０１５０】
図3は本発明の一実施例に基づくOFDMシステムにおけるチャネル推定器を示す図である。図3に示すように、当該チャネル推定器は、パイロット信号位置のチャネルについて周波数領域でのLSチャネル推定を行うパイロット信号位置周波数領域チャネルLS推定ユニット301と、周波数領域でのLSチャネル推定結果を時間領域に変換する周波数領域/時間領域変換ユニット302と、時間領域でのチャネルLS推定の自己相関行列についてサブスペーストラッキングを行うサブスペーストラッキングユニット303と、時間領域での雑音パワーを推定する雑音パワー推定ユニット304と、前記サブスペーストラッキングでチャネル推定に用いられるサブスペースの次元を確定する次元確定ユニット306と、前記サブスペーストラッキングと、前記サブスペースの次元と前記雑音パワーとに基づいてMMSE推定を計算する時間領域でのサブスペーストラッキングに基づくMMSE推定ユニット305と、前記MMSE推定を周波数領域に変換して、周波数領域でのチャネル応答推定を得る時間領域/周波数領域変換ユニット307とを含む。
【０１５１】
ここで、チャネル推定精度に対する要求があまり高くない場合には、チャネル推定器の構造を簡略化するために、雑音パワー推定ユニット304と次元確定ユニット306を省いていい。このとき、当該時間領域でのサブスペーストラッキングに基づくMMSE推定ユニット305はサブスペーストラッキングだけに基づいてMMSE推定を計算する。且つ、周波数領域/時間領域変換ユニット302はIFFTユニットであるのが好ましい。時間領域/周波数領域変換ユニット307はFFTユニットであるのが好ましい。
【０１５２】
図4は本発明の他の実施例に基づくOFDMシステムにおけるチャネル推定器を示す図である。図4に示すように、当該チャネル推定器は、パイロット信号の位置のチャネルについて周波数領域でLSチャネル推定を行うパイロット信号位置周波数領域チャネルLS推定ユニット401と、周波数領域でのLSチャネル推定を時間領域に変換する周波数領域/時間領域変換ユニット402と、時間領域でのチャネルLS推定の自己相関行列についてサブスペーストラッキングを行うサブスペーストラッキングユニット403と、時間領域での雑音パワーを推定する雑音パワー推定ユニット404と、前記サブスペーストラッキング中のチャネル推定に用いられるサブスペースの次元を確定する次元確定ユニット406と、前記サブスペーストラッキングと、前記サブスペースの次元と前記雑音パワーとに基づいてLS推定を計算する時間領域でのサブスペーストラッキングに基づくLS推定ユニット405と、前記LS推定を周波数領域に変換して、周波数領域でのチャネル応答推定を得る時間領域/周波数領域変換ユニット407とを含む。
【０１５３】
ここで、チャネル推定精度に対する要求があまり高くない場合には、チャネル推定器の構造を簡略化するために、雑音パワー推定ユニット404と次元確定ユニット406を省いていい。このとき、時間領域でのサブスペーストラッキングに基づくLS推定ユニット405はサブスペーストラッキングだけに基づいてLS推定を計算する。同時に、周波数領域/時間領域変換ユニット402はIFFTユニットであるのが好ましい。時間領域/周波数領域変換ユニット407はFFTユニットであるのが好ましい。
【０１５４】
要するに、本発明は時間領域でのサブスペーストラッキングに基づいてチャネル推定を行い、信号と雑音を分離させている。従って、雑音による信号への干渉を著しく低減させており、それによってチャネル推定精度を極めて高めている。また、本発明で、チャネル推定精度を更に高めるために、時間領域でのサブスペーストラッキングに基づくMMSEアルゴリズムを用いて推定を行うのが好ましい。
【０１５５】
図5は本発明と従来技術を用いるシミュレーションの比較図である。この中で、曲線1、2、3はそれぞれ従来技術でのLSチャネル推定方法と、MMSEチャネル推定方法と、LSと周波数サブスペーストラッキングを相互に結びつけた方法とを用いて得られたチャネル推定器の性能曲線図であり、曲線4は本発明の方法に基づくチャネル推定器の性能曲線図である。図5でわかるように、各種の従来技術と比べて、チャネル推定精度は著しく改善され、計算の複雑性も低減されている。従って、本発明を高移動性と低SNRの環境に使用するのは非常に有利なことである。
【０１５６】
上記は、本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。本発明の精神と原則内で行われる種々の修正、均等切替、改善などは全て本発明の保護範囲内に含まれるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】従来技術でOFDMシステムにおける時間領域でのMMSEチャネル推定方法のフローチャートである。
【図２】本発明でOFDMシステムにおける時間領域でのチャネル推定方法のフローチャートである。
【図３】本発明の一実施例に基づくOFDMシステムにおけるチャネル推定器を示す図である。
【図４】本発明の他の実施例に基づくOFDMシステムにおけるチャネル推定器を示す図である。
【図５】本発明と従来技術をそれぞれ用いるシミュレーション比較図である。
【符号の説明】
【０１５８】
301…パイロット信号位置周波数領域チャネル推定ユニット
302…周波数領域/時間領域変換ユニット
303…サブスペーストラッキングユニット
304…雑音パワー推定ユニット
305…MMSE推定ユニット
306…次元確定ユニット
307…時間領域/周波数領域変換ユニット
401…パイロット信号位置周波数領域チャネル推定ユニット
402…周波数領域/時間領域変換ユニット
403…サブスペーストラッキングユニット
404…雑音パワー推定ユニット
405…LS推定ユニット
406…次元確定ユニット
407…時間領域/周波数領域変換ユニット
【図１】
2007089167.tif 000110
【図２】
2007089167.tif 000111
【図３】
2007089167.tif 000112
【図４】
2007089167.tif 000113
【図５】
2007089167.tif 000114