Frequency domain equalization for single-carrier broadband wireless systems
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...計算機シミュレーション 計算機シミュレーション諸元を表 1 に示す.変調方 式は QPSK および 16QAM,拡散率 SF=64,ガードイン ターバル Ng=16 サンプルとした.また,伝搬路は,L=16 パスで一様電力遅延プロファイルを有するブロックレ イリーフェージングを仮定した.チャネル推定は理想 としている. 表 1 計算機シミュレーション諸元 Modulation QPSK, 16QAM GI Ng=16 Spreading sequence Walsh sequence Spreading factor SF=64 No. of parallel codes U=1~64 Transmitter Scramble code Long PN sequence Fading type Frequency-selective block Rayleigh Channel Power delay profile L=16-path uniform power delay profile FFT block size SF Receiver Channel estimation Ideal 図 3 に MMSE 重み type II を用いるマルチタップ周 波数領域ジョイント等化・逆拡散の平均 BER 特性を示 す.ここで,横軸 Eb/N0(=(Es/N0)(SF+Ng)/log2M)は 1 ビ ットあたりの平均信号エネルギー対雑音電力スペクト ル密度である (M は変調レベルである ).また,比較の ため従来の 1 タップ MMSE-FDE の平均 BER 特性, MMSE 重み type I を用いる 1 タップ周波数領域ジョイ ント等化・逆拡散の平均 BER 特性および理論的下界 [9] の特性も示す.MMSE 重み type I を用いる 1 タップ周 波数領域ジョイント等化・逆拡散では ICI を十分に低 減できないため,従来の 1 タップ MMSE-FDE に比べ て BER の改善効果は U=4 または 16 の時にわずかに得 られる程度である.一方,MMSE 重み type II を用いる マルチタップ周波数領域ジョイント等化・逆拡散では, U=4 および 16 の時,従来の 1 タップ MMSE-FDE およ び MMSE 重み type I を用いる 1 タップ周波数領域ジョ イント等化・逆拡散に比べて大幅に BER 特性を改善で きる.これはすべての周波数における等化誤差を考慮 した MMSE 重みを用いているためである.16QAM を 用いた場合,従来の 1 タップ MMSE-FDE と比較して, BER=10−4 を達成する所要 Eb/N0 を U=4 では 3.6dB, U=16 では 6.2dB 低減できる.しかしながら,U=64 の ときは,MMSE 重み type II を用いるマルチタップ周波 数領域ジョイント等化・逆拡散と MMSE 重み type I を 用いる 1 タップ周波数領域ジョイント等化・逆拡散の BER 特性は同等である.これは,U=SF のときは,式 (13)内の CCH の非対角成分が 0 となり,MMSE 重み type II が MMSE 重み type I と等しくなるためである. 次に,コード多重数 U をパラメータとしたときの平 均 BER=10-4 を満たす所要 Eb/N0 特性を図 4 に示す.従 来の 1 タップ MMSE-FDE および MMSE 重み type I を 用いる 1 タップ周波数領域ジョイント等化・逆拡散で は,U=1 からコード多重数を増やしていくと BER 特性 が急激に増加し,U=64 に近づくにつれて BER 特性の 劣化は緩やかになる.つまり,等価拡散率 SF/U=1 の 特性から BER を改善するためには,U を大幅に小さく して等価拡散率を大きくし伝送レートを落とさなけれ ばならない.一方,MMSE 重み type II を用いるマルチ タップ周波数領域ジョイント等化・逆拡散では,U=1 からコード多重数を増やしていくと BER 特性が緩や かに増加し,U=64 に近づくにつれて BER 特性の劣化 が急峻になる.つまり,等価拡散率を少し大きくして 伝送レートを少し落とすだけで等価拡散率 SF/U=1 の 特性から BER を大幅に改善できる.QPSK の場合の BER=10-4 を満たす所要 Eb/N0=15dB を達成できるコー ド多重数を比較すると,従来の 1 タップ MMSE-FDE および MMSE 重み type I を用いる 1 タップ周波数領域 ジョイント等化・逆拡散では U=20 であるのに対し, MMSE 重み type II を用いるマルチタップ周波数領域ジ ョイント等化・逆拡散では U=55 となり,2.75 倍のレ ートで伝送できる.16QAM の場合は,BER=10-4 を満 たす所要 Eb/N0=20dB で比較すると,約 7 倍のレートで 伝送できる. MMSE 重み type II を用いれば,U<64 の場合,従来 の 1 タップ MMSE-FDE に比べて BER 特性を大幅に改 善できる.しかし,U×U 逆行列演算が必要となるため U が大きくなるにつれて演算量は増加する.16QAM の 場合の BER=10-4 を満たす所要 Eb/N0=20dB で比較する と,MMSE 重み type-2 を用いるマルチタップ周波数領 域ジョイント等化・逆拡散は,演算量は約 300 倍と非 常に大きくなってしまうものの,従来の 1 タップ MMSE-FDE に比べて約 7 倍のレートで伝送することが 可能である. 5....
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...周波数領域等化 (FDE)を 用いれば,周波数ダイバーシチ効果を得ることができ るので,のビット誤り率 (BER)特性を大幅に改善でき る [3]....
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...1.0E-01 1.0E-02 1.0E-03 1.0E-04 1.0E-05 5 10 15 20 QPSK SF=64 Ng=16 Lower bound Average received Eb/N0 (dB) A ve ra ge B ER One-tap joint FDE & Despreading One-tap MMSE-FDE 25 U=4 U=16 U=64 Multi-tap joint FDE & Despreading (a) QPSK 1.0E-01 1.0E-02 1.0E-03 1.0E-04 1.0E-05 10 15 20 25 16QAM SF=64 Ng=16 Lower bound Average received Eb/N0 (dB) A ve ra ge B ER One-tap joint FDE & Despreading One-tap MMSE-FDE 30 U=4 U=16 U=64 Multi-tap joint FDE & Despreading (b) 16QAM 図 3 MMSE 重み type-2 を用いるマルチタップ周波数 領域ジョイント等化・逆拡散の平均 BER 特性 12 16 14 20 10 0 16 32 48 QPSK SF=64 Ng=16 Code multiplexing order U A ve ra ge re ce iv ed E b/N 0 at av er ag e B ER =1 0- 4 (d B ) One-tap joint FDE & Despreading One-tap MMSE-FDE 64 Multi-tap joint FDE & Despreading 18 (a) QPSK 22 20 18 16 14 0 16 32 48 16QAM SF=64 Ng=16 Code multiplexing order U A ve ra ge re ce iv ed E b/N 0 at av er ag e B ER =1 0- 4 (d B ) One-tap joint FDE & Despreading One-tap MMSE-FDE 64 Multi-tap joint FDE & Despreading 24 26 28 (b) 16QAM 図 4 コード多重数の影響...
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...まとめ 本論文では,すべての周波数における等化誤差を考 慮した MMSE 等化重み (MMSE 重み type II)を導出し, MMSE 重み type II を用いるマルチタップ周波数領域ジ ョイント等化・逆拡散をマルチコード DS-CDMA に適 用した時の平均 BER 特性を計算機シミュレーション により明らかにした.MMSE 重み type II を用いるマル チタップ周波数領域ジョイント等化・逆拡散では, U 64 の時,演算量の増加と引き換えに従来の 1 タッ プ MMSE-FDE および 1 タップ周波数領域ジョイント 等化・逆拡散に比べて大幅に BER 特性を改善できるこ とを示した.MMSE 重み type II を用いる周波数領域ジ ョイント等化・逆拡散では,伝送レートをわずかに落 とすだけで等価拡散率 SF/U=1 の特性から BER を大幅 に改善できるため,BER=10-4 を満たす所要 Eb/N0 が同 じ場合,従来の 1 タップ MMSE-FDE および MMSE 重 み type I を用いる 1 タップ周波数領域ジョイント等 化・逆拡散に比べて伝送レートを向上させることがで きる.演算量の問題が残っているが,これは今後の重 要な検討課題である. 文 献 [1] W. C., Jakes Jr., Ed,. Microwave mobile communications , Wiley, New York, 1974....
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...まえがき 次世代の移動無線通信では,高速かつ高品質なデー タ伝送の実現が望まれている.しかし,移動無線チャ ネルは,遅延時間の異なる様々な伝搬路から構成され る周波数選択性フェージングチャネルであり,厳しい 符号間干渉が発生する [1, 2].周波数領域等化 (FDE)を 用いれば,周波数ダイバーシチ効果を得ることができ るので,のビット誤り率 (BER)特性を大幅に改善でき る [3].第 3 世代移動無線通信で Rake 合成が用いられ ている [4]が,Rake 受信の代わりに最小平均二乗誤差 規範に基づく周波数領域等化 (MMSE-FDE)を用いれば, DS-CDMA の BER 特性を大幅に改善できる [5].従来の MMSE-FDE では,まず受信信号を周波数領域信号に変 換した後に 1 タップ MMSE-FDE を行い,その後に時 間領域信号に戻して逆拡散を行っている.しかし, MMSE-FDE 後に残留するチップ間干渉 (ICI)が BER 特 性の改善に限界を与えてしまう [6]. 筆者らは以前,マルチコード DS-CDMA を対象に残 留 ICI を低減するため周波数領域で等化と逆拡散を同 時に行う信号検出法 (周波数領域ジョイント等化・逆拡 散 )を提案した [7].文献 [7]では,1 タップで等化と逆 拡散を同時に行うために,各周波数成分ごとに平均二 乗等化誤差を最小とするような MMSE 等化重み (以下 では MMSE 重み type I と呼ぶ )を導出していた.しか し,マルチコード伝送の場合,逆高速フーリエ変換 (IFFT)が不要となることによる演算量低減効果はある ものの,BER 特性の改善効果はわずかである. そこで,本論文では,すべての周波数成分を考慮し た MMSE 等化重み (以下では MMSE 重み type II と呼ぶ ) を導出している.そして,MMSE 重み type II を用いる マルチタップ周波数領域ジョイント等化・逆拡散をマ ルチコード DS-CDMA に適用した時の平均 BER 特性を 計算機シミュレーションにより明らかにしている.ま た,従来の 1 タップ MMSE-FDE や MMSE 重み type I を用いる 1 タップ周波数領域ジョイント等化・逆拡散 と比較している.本論文の構成は以下のようになって いる.第 2 章ではマルチコード DS-CDMA 伝送系につ いて述べる.第 3 章では周波数領域ジョイント等化・ 逆拡散について述べ,MMSE 重み type II を導出してい る.第 4 章では,平均 BER 特性を計算機シミュレーシ ョンによって求め,最後に第 5 章でまとめる. 2....
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Cites background from "Frequency domain equalization for s..."
...Frequency Domain Equalization (FDE) [6], proposed and studied for a single-carrier single-user environment, is simply the frequency domain analog of conventional equalizer....
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References
16,062 citations
"Frequency domain equalization for s..." refers methods in this paper
...Adaptation can be done with LMS (least mean square), RLS, or least squares minimization (LS) techniques, analogous to adaptation of time domain equalizers [Hay96], [Cla98]....
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...Overlap-save or overlap-add signal processing techniques could also be used to avoid the extra overhead of the cyclic prefix [Fer85], [Hay96]....
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2,627 citations
"Frequency domain equalization for s..." refers background in this paper
...OFDM transmits multiple modulated subcarriers in parallel [ 1 ]....
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...Several variations of orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) have been proposed as effective anti-multipath techniques, primarily because of the favorable trade-off they offer between performance in severe multipath and signal processing complexity [ 1 ]....
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1,816 citations
1,624 citations