Overlap FDE と Sliding-window Chip Equalizer の DS-CDMA HARQ

社団法人 電子情報通信学会
THE INSTITUTE OF ELECTRONICS,
INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS
信学技報
TECHNICAL REPORT OF IEICE
Overlap FDE と Sliding-window Chip Equalizer の
DS-CDMA HARQ スループット特性比較
小原 辰徳†
東北大学大学院工学研究科
E-mail:
武田 一樹†
電気・通信工学専攻
安達 文幸‡
〒980-8579 仙台市青葉区荒巻字青葉 6-6-05
†{obara, kazuki}@mobile.ecei.tohoku.ac.jp, ‡[email protected]
あらまし 直接拡散符号分割マルチアクセス(DS-CDMA)伝送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,よく知られた Rake 合成受信よりも周波数選択性フェージング環境下で優れた伝送特性が
得られる.FDE では,チャネルの最大遅延時間以上のサイクリックプレフィクス(CP)をガードインターバル(GI)に
挿入になければならないので,伝送効率の低下を招いてしまう.最近,CP 挿入を行わずにブロック間干渉(IBI)抑圧
が可能となる Overlap FDE が提案された.一方, MMSE 規範に基づく時間領域等化である Sliding-window Chip
Equalizer (SWCE)も提案されている.筆者らは以前,マルチコード DS-CDMA における Overlap FDE と SWCE のビ
ット誤り率(BER)特性の比較を行い,Overlap FDE では少ない演算量で SWCE とほぼ同等の BER 特性を達成できる
ことを示した.本論文では,Overlap FDE と SWCE を用いるときのハイブリッド自動再送要求(HARQ)のスループッ
ト特性を計算機シミュレーションにより求め,Overlap FDE と SWCE との比較を行っている.
キーワード Overlap FDE,Sliding-window Chip Equalizer (SWCE),DS-CDMA,ハイブリッド自動再送要求(HARQ)
Throughput Performance Comparison between Overlap FDE and
Sliding-window Chip Equalizer for DS-CDMA HARQ
Tatsunori OBARA†
Kazuki TAKEDA‡
and Fumiyuki ADACHI‡
Dept. of Electrical and Communication Engineering, Graduate School of Engineering, Tohoku University
6-6-05, Aza-Aoba, Aramaki, Aoba-ku, Sendai, 980-8579, JAPAN
E-mail:
†{obara, kazuki}@mobile.ecei.tohoku.ac.jp, ‡[email protected]
Abstract In direct sequence code division multiple access (DS-CDMA), frequency-domain equalization (FDE) based on
minimum mean square error (MMSE) criterion can achieve much better performance than the well-known rake combining.
The conventional FDE requires the insertion of cyclic prefix (CP) into guard interval (GI). However, the CP insertion reduces
the throughput. Recently, overlap FDE that requires no CP insertion was proposed. Another equalization technique is a
time-domain sliding window chip equalizer (SWCE) based on MMSE criterion. In our previous paper, we evaluated and
compared the bit error rate (BER) performances of multi-code DS-CDMA using SWCE and overlap FDE, and showed that
overlap FDE can achieve almost the same BER performance as SWCE with much less computational complexity. In this paper,
we evaluate by computer simulation and compare the throughput performances of DS-CDMA hybrid ARQ (HARQ) using
overlap FDE and SWCE.
Keywords Overlap FDE, Sliding-window chip equalizer (SWCE), DS-CDMA, hybrid ARQ (HARQ)
1. ま え が き
合成を行うことによりパスダイバーシチ効果を得るこ
次 世 代 の 移 動 通 信 で は , 1Gbps に 近 い 超 高 速 デ ー タ
と が で き ,優 れ た BER 特 性 を 達 成 で き る [3].し か し ,
伝送が要求されている.ところが,高速移動無線チャ
将 来 期 待 さ れ て い る 1Gbps も の 超 高 速 伝 送 で は 分 離 可
ネルは遅延時間の異なる独立な複数の伝搬路(パス)
能 な パ ス 数 が 大 幅 に 増 加 し ,Rake 合 成 で は パ ス 間 干 渉
から構成される周波数選択性フェージングチャネルと
(IPI)に よ り BER 特 性 が 大 幅 に 劣 化 し て し ま う .
し て 特 徴 付 け ら れ , 符 号 間 干 渉 (ISI)に よ り ビ ッ ト 誤 り
Rake 合 成 受 信 の 代 わ り に 最 小 平 均 二 乗 誤 差 規 範 に
率 (BER)特 性 が 大 幅 に 劣 化 し て し ま う [1, 2]. 第 3 世 代
基 づ く 周 波 数 領 域 等 化 (MMSE-FDE)を 用 い れ ば , 周 波
移動通信システムで用いられている直接拡散符号分割
数 ダ イ バ ー シ チ 効 果 に よ り , Rake 合 成 よ り も 優 れ た
マ ル チ ア ク セ ス (DS-CDMA)で は ,パ ス を 分 離 し て Rake
BER 特 性 が 得 ら れ る こ と が 報 告 さ れ て い る [4, 5] .
MMSE-FDE を 用 い る DS-CDMA 信 号 伝 送 は ブ ロ ッ ク 伝
2. Overlap FDE お よ び SWCE を 用 い る
送 で あ り ,高 速 フ ー リ エ 変 換 (FFT)を 用 い て 受 信 信 号 を
DS-CDMA HARQ 伝 送 系
直交周波数分解するため,チャネルの最大遅延時間以
図 1 に DS-CDMA HARQ の 送 受 信 機 構 成 を 示 す . 本
上 の サ イ ク リ ッ ク プ レ フ ィ ク ス (CP)を ガ ー ド イ ン タ ー
論 文 で は ,チ ッ プ 時 間 T c で 正 規 化 さ れ た 離 散 時 間 t の
バ ル (GI)に 挿 入 し な け れ ば な ら な い .し か し ,CP の 挿
等価低域表現を用いる.誤り訂正符号化にはターボ符
入 に よ っ て 伝 送 効 率 の 低 下 を 招 い て し ま う .ま た ,CP
号 化 [12]を 用 い ,チ ェ イ ス 合 成 [13]に よ る パ ケ ッ ト 合 成
長を超える遅延時間を有するパスが存在するとブロッ
を行うものとする.送信機側では,ターボ符号化系列
ク 間 干 渉 (IBI)が 発 生 し ,BER 特 性 が 大 幅 に 劣 化 し て し
を デ ー タ 変 調 す る .デ ー タ シ ン ボ ル 系 列 を U 個 の 送 信
ま う . そ こ で , CP 挿 入 な し で も IBI を 抑 圧 で き る
デ ー タ シ ン ボ ル 系 列 {d u (m)}, u = 0~U−1, に 直 並 列
Overlap FDE が 提 案 さ れ [6, 7],従 来 の FDE に 比 べ 高 い
(S/P) 変 換 し , そ れ ぞ れ 拡 散 率 SF の 直 交 拡 散 符 号
ス ル ー プ ッ ト を 達 成 で き る こ と が 明 ら か に さ れ た [8].
{c u (t);t=0~SF − 1}, u=0~U − 1, を 乗 算 し て 拡 散 し ,コ ー ド
一 方 , DS-CDMA に お い て , MMSE 規 範 に 基 づ い て
多 重 を 行 う .そ の 後 ス ク ラ ン ブ ル 符 号 c scr (t) を 乗 算 し
チ ッ プ レ ベ ル で 時 間 領 域 等 化 を 行 う Sliding-window
送信する.
Chip Equalizer (SWCE)も 提 案 さ れ て お り ,Rake 合 成 よ
送信信号は,周波数選択性フェージングチャネルを
り も 優 れ た BER 特 性 が 得 ら れ る こ と が 報 告 さ れ て い
伝搬して受信機で受信される.受信信号ブロックに
る [9, 10]. SWCE は CP の 挿 入 を 必 要 と し な い .
SWCE ま た は Overlap FDE に よ る 等 化 を 行 い , 逆 ス ク
以 前 , 筆 者 ら は マ ル チ コ ー ド DS-CDMA に お け る
ランブル,逆拡散を行うことで軟判定シンボル系列が
Overlap FDE と SWCE の BER 特 性 の 比 較 を 行 い ,
得られる.この軟判定シンボル系列を用いてターボ復
Overlap FDE は SWCE に 比 べ て 非 常 に 少 な い 演 算 量 で
号 し た 後 ,ブ ロ ッ ク 誤 り 検 出 を 行 う .誤 り が 検 出 さ れ
ほ ぼ 同 等 の BER 特 性 を 達 成 で き る こ と を 示 し た [11].
た 場 合 は NACK 信 号 を 送 信 し ,同 一 タ ー ボ 符 号 化 系 列
ところで,次世代移動無線通信では超高速パケット
の再送を送信機に要求する.過去に受信したパケット
アクセスが主流となり,誤り訂正符号化と自動再送要
と 再 送 パ ケ ッ ト と を MMSE 合 成 す る .誤 り が 検 出 さ れ
求 (ARQ)を 組 み 合 わ せ た ハ イ ブ リ ッ ド ARQ(HARQ)が
な い 場 合 は ACK 信 号 を 送 信 し , ACK 信 号 を 受 け た 送
重要な誤り制御技術となることが予想される.そこで
信機は次のターボ符号化系列を送信する.本論文では
本 報 告 で は , DS-CDMA HARQ に お け る Overlap FDE
誤り検出は理想としている.
と SWCE の ス ル ー プ ッ ト 特 性 の 比 較 を 計 算 機 シ ミ ュ レ
ーションにより行っている.
2.1. 送 信 信 号
本論文は以下のような構成になっている.第 2 章で
送 信 信 号 系 列 {s(t);t=…,-1,0,1,…}は 次 式 で 表 さ れ る .
は SWCE お よ び Overlap FDE を 用 い る DS-CDMA
HARQ の 伝 送 系 に つ い て ,第 3 章 で は SWCE と Overlap
s (t ) =
FDE の 演 算 量 に つ い て 述 べ て い る .次 い で 第 4 章 で 計
算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 を 示 し ,第 5 章 で ま と め る .
S/P convertor
Data modulator
Tx buffer
Interleaver
Turbo encoder
・・・
scr
(t )cu (t mod SF )
(1)
こ こ で Ec は 1 拡 散 コ ー ド あ た り の チ ッ プ エ ネ ル ギ ー で
あ る .ま た ,|c scr (t)|=|c u (t)|=1 で , ⎣x ⎦ は x を 超 え な い 最
クフェージングチャネルを仮定する.第 q 回目の再送
時の受信チップ系列は次式で表される.
L −1
Turbo decoder
Σ
De-interleaver
cU−1*(t )
Soft decision
Σ
P/S convertor
・・・
Channel
equalizer
u
L 個の独立なパスから構成される周波数選択性ブロッ
c0*(t )
Rx buffer
u =0
本論文ではチップ間隔の整数倍の遅延時間を有する
cscr(t)
(a) 送 信 機
ACK/NACK for Tx
(b) 受 信 機
図 1
∑ d (⎣t / SF ⎦) c
2.2. 受 信 信 号
cU−1(t )
ACK/NACK from Rx
cscr*(t)
U −1
大の整数を表す.
c0(t )
Binary
data
2Ec
Tc
DS-CDMA HARQ の 送 受 信 機 構 成
Estimated
data
r ( q ) (t ) = ∑ hl( q ) s(t − τ l ) + η ( q ) (t )
(2)
l =0
こ こ で h l (q) お よ び τ l は そ れ ぞ れ 第 l パ ス の 複 素 パ ス 利
得 お よ び 遅 延 時 間 で あ り , ∑l =0 E[ hl( q ) ] = 1( E[.] は ア ン
L −1
2
サ ン ブ ル 平 均 )と し て い る .ま た ,η (q ) (t) は 片 側 電 力 ス
ペ ク ト ル 密 度 N 0 の 相 加 性 白 色 ガ ウ ス 雑 音 (AWGN) で あ
る.
M-chip selector
W(0)
Nc-point IFFT
Nc-point FFT
・・・
・・・
Received
signal
を行うことができる.
Equalized
signal
一 般 性 を 失 う こ と な く FFT 区 間 を t=0~N c − 1 と す る
と,この区間内の受信チップ系列は次式で表される.
L −1
r ( q ) (t ) = ∑ hl( q ) s ((t − τ l ) mod N c ) + ν ( q ) (t ) + η ( q ) (t )
W(Nc−1)
第 1 項 は 希 望 信 号 成 分 で あ る . 第 2 項 は IBI 成 分 を 表
し,次式で表される.
FFT window controller
L −1
(a) Overlap FDE
ν ( q ) (t ) = ∑ hl( q ) {s (t − τ l ) − s ((t − τ l ) mod N c )}{u (t ) − u (t − τ l )}
M-chip selector
Received
signal
R
W
l =0
Equalized
signal
(4)
こ こ で , u(t) は 単 位 ス テ ッ プ 関 数 で あ る .
式 (9) の 受 信 チ ッ プ 系 列 {r (q ) (t);t=0~N c −1} に 次 式 の よ
う に N c ポ イ ン ト FFT を 適 用 し , 周 波 数 領 域 信 号
{R (q ) (k);k=0~N c −1} を 得 る .
Equalization window
controller
⎛
t ⎞
⎟
(t ) exp⎜⎜ − j 2πk
⎟
N
c ⎠
⎝
= H ( q ) (k ) S (k ) + Ν ( q ) (k ) + Π ( q ) (k )
R ( q ) (k ) =
(b) SWCE
図 2
M chips
等化器の構成
M chips
N c −1
∑r
(q)
t =0
(5)
こ こ で , H (q ) (k) , S(k) , N (q ) (k) , Π (q ) (k) は そ れ ぞ れ 第 k
Received chip sequence
・・・
(3)
l =0
M chips
M chips
周 波 数 に お け る チ ャ ネ ル 利 得 , 希 望 信 号 , IBI 成 分 お
・・・
よび雑音成分であり,次式で与えられる.
Nc-chip equalization window
Equalized Nc chips
Equalized Nc chips
Equalized Nc chips
FDE
or
Chip equalization
Equalized Nc chips
Pick up M chips
・・・
M chips
図 3
M chips
M chips
Equalized chip sequence
M chips
・・・
time
Overlap FDE お よ び SWCE の 動 作
2.3. Overlap FDE
FDE で は 受 信 信 号 を FFT に よ っ て 直 交 周 波 数 成 分 に
分 解 す る が ,CP を 挿 入 し な い 場 合 ,FFT 区 間 の 先 頭 部
分 に IBI が 発 生 し て し ま う .し か し な が ら ,MMSE-FDE
フ ィ ル タ の イ ン パ ル ス 応 答 は FFT 区 間 全 体 に は 広 が ら
な い た め ,FDE 後 の 残 留 IBI は FFT ブ ロ ッ ク の 両 端 に
集 中 す る こ と が 知 ら れ て い る [7, 8] . Overlap FDE で は
こ の 性 質 を 利 用 し ,CP 挿 入 を 行 わ ず に 残 留 IBI を 抑 圧
する.
図 2(a) に Overlap FDE の ブ ロ ッ ク 図 を 示 す . 受 信 チ
ッ プ 系 列 を M チ ッ プ か ら 成 る 小 ブ ロ ッ ク に 分 割 し ,等
化 対 象 の M チ ッ プ ブ ロ ッ ク を 中 心 と し て N c ( ≥ M) ポ イ
ン ト FFT を 適 用 し , 得 ら れ た 周 波 数 領 域 信 号 に FDE
を 行 う . FDE 後 の N c チ ッ プ ブ ロ ッ ク か ら 中 央 の M チ
ップを取り出す.以降の M チップを等化するために,
L −1
⎧ (q)
⎛
τl ⎞
(q)
⎟
⎪ H (k ) = ∑ hl exp⎜⎜ − j 2πk
N c ⎟⎠
l =0
⎪
⎝
⎪
N c −1
⎛
t ⎞
⎪S ( k ) =
⎟
s (t ) exp⎜⎜ − j 2πk
∑
⎟
⎪
N
t
=
0
c ⎠
⎪
⎝
⎨
N c −1
⎛
t
⎪ (q)
(
)
k
Ν
=
ν ( q ) (t ) exp⎜⎜ − j 2πk
∑
⎪
N
t =0
c
⎝
⎪
N c −1
⎪
⎛
t
⎪Π ( q ) (k ) = ∑ η ( q ) (t ) exp⎜ − j 2πk
⎜
N
⎪⎩
t =0
c
⎝
⎞
⎟
⎟
⎠
(6)
⎞
⎟
⎟
⎠
1 タ ッ プ FDE と 前 回 に 受 信 さ れ た 周 波 数 領 域 信 号
{R (q ) (k);k=0~N c −1,q=0~Q−1} と の パ ケ ッ ト 合 成 と を 次
式 の よ う に MMSE 規 範 に 基 づ い て 同 時 に 行 う .
Q −1
Rˆ (k ) = ∑ R ( q ) (k )W ( q ) (k )
q =0
(7)
ˆ (k ) + Π
ˆ (k )
= Hˆ (k ) S ( k ) + Ν
ただし,
Q −1
⎧ˆ
(q)
(q)
⎪H (k ) = ∑ W (k ) H (k )
q
0
=
⎪
Q −1
⎪⎪
ˆ (k ) = W ( q ) (k ) Ν ( q ) (k )
⎨Ν
∑
q =0
⎪
Q −1
⎪
ˆ ( k ) = W ( q ) ( k )Π ( q ) ( k )
⎪Π
∑
⎪⎩
q =0
(8)
図 3 に 示 す よ う に FFT 窓 を オ ー バ ー ラ ッ プ さ せ つ つ ,
で あ る . こ こ で W (q ) (k) は Rˆ (k ) と S(k) の 平 均 二 乗 誤 差
同様の等化処理を行う.これを繰り返すことにより,
(MSE) を 最 小 と す る MMSE パ ケ ッ ト 合 成 重 み で ,次 式
残 留 IBI を 抑 圧 し つ つ , 全 受 信 チ ッ プ ブ ロ ッ ク の 等 化
で 与 え ら れ る [8] .
{H ( q ) (k )}*
W ( q ) (k ) =
Q −1
σ
∑σ
q′=0
2
q
2
q′
(9)
2
H ( q ) (k ) + σ 2q
等 化 重 み 行 列 w (q ) は ,誤 差 ベ ク ト ル e = rˆ − s 0 の 共 分 散 行
列 の ト レ ー ス を 最 小 と す る N c × N c 行 列 で あ る .こ こ で ,
W=[w (0) , …, w (Q− 1 ) ] ,R=[{r (0) } T , …, {r (Q− 1 ) } T ] T と す る と ,
こ こ で , σ q は 第 q 回 目 の 再 送 に お け る 信 号 対 IBI + 雑
式 (12) は 次 式 の よ う に 表 せ る .
音 電 力 比 (SINR) で あ る . 等 化 ・ パ ケ ッ ト 合 成 後 の 周 波
数 領 域 信 号 {Rˆ (k ); k = 0 ~ N − 1} に N c ポ イ ン ト 逆
rˆ = WR = W (H 0 s 0 + H −1s −1 + N)
2
(13)
c
FFT(IFFT) を 適 用 し , 時 間 領 域 チ ッ プ 系 列 へ 変 換 す る .
そ の 後 ,前 述 し た よ う に 中 央 M チ ッ プ の み を 取 り 出 す .
2.4. SWCE
図 2(b) に SWCE の ブ ロ ッ ク 図 を 示 す . SWCE で は ,
ただし,
⎧H 0 = [{h (00 ) }T , K , {h (0Q −1) }T ]T
⎪⎪
(0) T
( Q −1) T T
⎨H −1 = [{h −1 } , K , {h −1 } ]
⎪
(0) T
( Q −1) T T
} ]
⎩⎪N = [{η } , K , {η
(14)
図 3 に 示 す よ う に ,等 化 対 象 の M チ ッ プ を 中 心 に 含 む
で あ る .式 (13) の MMSE 等 化・パ ケ ッ ト 合 成 重 み W は
N c チ ッ プ か ら 成 る 等 化 窓 を 設 定 し ,N c チ ッ プ か ら 成 る
ウ ィ ー ナ ー 解 [14] で あ り ,次 式 の よ う な N c × QN c の 行 列
受信チップベクトル r
(q)
に MMSE 規 範 に 基 づ く 等 化 重
み 行 列 w (q ) を 乗 算 す る .こ れ に よ っ て 得 ら れ る N c チ ッ
プ の 等 化 出 力 ベ ク ト ル sˆ の 中 央 M チ ッ プ の み を 取 り 出
して逆拡散・データ復調に用いる.次に,等化窓を M
チップ分スライドさせ,同様の等化操作を行う.これ
を繰り返すことで,全受信チップ系列の等化を行うこ
で与えられる.
−1
⎧⎪
⎛ E ⎞ ⎫⎪
W = H ⎨H 0 H 0H + H −1 H −H1 + ⎜⎜U c ⎟⎟ I ⎬
⎝ N 0 ⎠ ⎪⎭
⎪⎩
−1
H
0
(15)
式 (13) で 得 ら れ る 等 化 出 力 ベ ク ト ル か ら 中 央 M チ ッ
プのみを取り出す.
と が で き る . 特 に , M =1 と し た SWCE は 文 献 [11] で 提
案されている.
第
q
3. SWCE と Overlap FDE の 演 算 量 比 較
回 目 の 再 送 時 の 受 信 信 号 ベ ク ト ル
r (q ) =[ r (q ) (0),..., r (q ) ( N c − 1)] T は 次 式 で 表 さ れ る .
r
(q)
=h s +h s +η
(q)
0
0
(q)
−1 −1
(q)
SWCE と Overlap FDE の 複 素 乗 算 回 数 を 比 較 す る .
表 1 に Q 回 目 の 再 送 時 の SWCE と Overlap FDE に お け
(10)
る ,M チ ッ プ 当 た り の 等 化 操 作 に 必 要 な 複 素 乗 算 回 数
をそれぞれ示す.
こ こ で 第 1 項 が 希 望 信 号 成 分 , 第 2 項 が IBI 成 分 , 第
SWCE の 中 で 最 も 大 き な 演 算 量 を 必 要 と す る の は ,
3 項 が 雑 音 成 分 で あ る . た だ し , s 0 =[ s (0),… s ( N c − 1)] T ,
等化重み行列 W を生成するために必要な逆行列演算
s − 1 =[ s ( −N c ),…, s ( − 1)] T , η (q) =[ η (q) (0),…, η (q) ( N c − 1)] T で あ
で あ り , そ の 複 素 乗 算 回 数 は ( QN c ) 3 で あ る た め , 再 送
る .ま た ,h 0
(q)
, h−1
(q)
は そ れ ぞ れ Nc×Nc の チ ャ ネ ル イ ン
パルス応答行列であり,それぞれ次式で与えられる.
⎧
⎡h
0 ⎤
⎪
⎥
⎢
M
O
⎪
⎥
⎢
⎪
⎥
⎢h ( q )
O
(q)
L −1
⎪h 0 = ⎢
⎥
(q)
O
h0
⎪
⎥
⎢
⎪
⎥
⎢
O M O
⎪
⎥
⎢
q
q
(
)
(
)
⎪⎪
⎢⎣ 0
hL −1 L h0 ⎥⎦
⎨
⎡
hL( q−)1 L h1( q ) ⎤
⎪
⎥
⎢
⎪
O M ⎥
⎢
⎪
⎪ (q) ⎢
hL( q−)1 ⎥
⎥
⎪h −1 = ⎢
⎥
⎢
⎪
⎥
⎢
⎪
0
⎥
⎢
⎪
⎥⎦
⎢⎣
⎪⎩
(q)
0
{r
Overlap FDE が 要 す る 複 素 乗 算 回 数 は Q 2 N c 程 度 で あ り ,
SWCE に 比 べ 演 算 量 は 非 常 に 小 さ い .
表 1
Q 回 目 の 再 送 時 に お け る Overlap FDE と SWCE
の複素乗算回数(M チップ当たり)
No. of complex multiply
operations
(11)
SWCE
Overlap
FDE
次式のように,チップ等化と全同一受信信号
(q )
が起きるたびに演算量が大幅に増大する.一方,
Weight
generation
Chip
equalization
Total
N c -point FFT
Weight
generation
FDE
N c -point IFFT
Total
(Q 2 +Q+1)QN c 3 +QN c
QN c 2
2
(Q +Q+1)QN c 3 + QN c 2 +QN c
N c log 2 N c
(3Q+1)QN c
QN c
N c log 2 N c
2N c log 2 N c +(3Q+2)QN c
; q =0~ Q− 1} の パ ケ ッ ト 合 成 を MMSE 規 範 に 基 づ き
4. 計 算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン
同時に行う.
Q −1
rˆ = ∑ w r
(q)
q =0
(q)
(12)
表 2 に計算機シミュレーション条件を示す.ターボ
符 号 器 は 符 号 化 率 1/3 の (13,15) 再 帰 的 シ ス テ マ チ ッ ク
畳 み 込 み (RCS) 符 号 器 2 つ か ら 構 成 さ れ , パ ン ク チ ャ
い た め ,SWCE と Overlap FDE は ほ ぼ 同 等 の BER を 達
に よ り 符 号 化 率 R =1/2 の 符 号 化 系 列 を 生 成 し て い る .
成できる.ところが,周波数選択性が強まると,残留
拡 散 率 は SF =16 と し ,フ ル コ ー ド 多 重 伝 送 を 仮 定 す る .
IBI の 影 響 を 強 く 受 け る Overlap FDE に 比 べ ,SWCE の
チャネルは L パスの等電力遅延プロファイルを有する
方が優れたスループット特性を達成できる.
周波数選択性ブロックレイリーフェージングチャネル
Overlap FDE に お い て は , 等 化 窓 幅 N c を 広 げ る こ と
を 仮 定 し ,チ ッ プ 間 隔 の 遅 延 時 間 (τ l = l ) を 有 す る も の と
で , 残 留 IBI を さ ら に 抑 圧 で き る と 考 え ら れ る . そ こ
する.また,受信機でのタイミング再生およびチャネ
で ( N c , M )=(128, 1) の Overlap FDE と SWCE の ス ル ー プ
ル推定は理想的であるとしている.
ッ ト 特 性 比 較 を 図 6 に 示 す . パ ス 数 は L =16 と し て い
る .N c =128 と す る と 残 留 IBI を さ ら に 抑 圧 で き る た め ,
Turbo coding
HARQ
Data modulation
DS-CDMA
Channel
Equalization
Channel
estimation
計算機シミュレーション条件
No. of information
bits
Encoder
Coding rate
Interleaver
K=1018
(13,15) RSC
R=1/2
Block
Log-MAP
Decoding
with 8 iterations
Type I (Chase combining)
QPSK, 16QAM
Spreading codes
Walsh
Spreading factor
SF=16
Code multiplexing
U=SF
order
Frequency-selective block
Rayleigh fading
Power delay profile
L-path uniform
Delay time
τl = l
Overlap FDE, SWCE
Ideal
図 4 に L =8 パ ス ,図 5 に L =16 パ ス 環 境 下 で の Overlap
QPSK , 16QAM の ど ち ら の 場 合 も , Overlap FDE は
SWCE と ほ ぼ 同 等 の ス ル ー プ ッ ト 特 性 を 達 成 で き る こ
と が 図 5 か ら 分 か る .こ の と き の M チ ッ プ あ た り の 複
素 乗 算 回 数 は 再 送 回 数 が 1 回 ( Q =2) の 場 合 , Overlap
FDE は 約 3.6×10 3 ,SWCE で は 約 3×10 7 で あ り ,Overlap
FDE は SWCE の 0.01% の 演 算 量 で ほ ぼ 同 等 の ス ル ー プ
ット特性を達成できる.
2
QPSK
R=1/2
SF=U=16
Nc=64
L=8-path uniform
1.5
Thourghput (bps/Hz)
表 2
Overlap FDE
SWCE
M= 1
M = 16
M = 56
1
0.5
FDE と SWCE の ス ル ー プ ッ ト 特 性 を 示 す .等 化 窓 幅 を
N c =64 と し , 等 化 出 力 チ ッ プ ブ ロ ッ ク か ら 取 り 出 す チ
ッ プ 数 M を パ ラ メ ー タ と し て い る .横 軸 は 平 均 受 信 シ
0
ンボルエネルギー対雑音電力スペクトル密度比
0
5
E s / N 0 = SF ( E c / N 0 ) で あ る .L =8 パ ス の 場 合 ,QPSK の と き ,
10
15
20
25
30
Average received Es/N0 (dB)
M =56 を 用 い て も ,Overlap FDE は SWCE と 同 等 の ス ル
(a) QPSK
ー プ ッ ト 特 性 が 得 ら れ る こ と が 図 4(a) か ら 分 か る .
2
16QAM の と き , IBI の 影 響 を 強 く 受 け る M =56 を 除 い
て は ほ ぼ 同 等 の ス ル ー プ ッ ト 特 性 が 得 ら れ る .L =16 パ
ス の 厳 し い 周 波 数 選 択 性 チ ャ ネ ル で は , QPSK で は
る が , 16QAM の 場 合 は 高 E s / N 0 の 領 域 で Overlap FDE
の ス ル ー プ ッ ト が SWCE に 比 べ 低 下 し て し ま う .
Overlap FDE で は M の 値 を 小 さ く す る こ と で 残 留
IBI を 低 減 で き る が ,FFT 窓 の 中 央 部 分 に も IBI が 広 が
って お り ,M の値 を 小 さく して も ,特 性 の改 善 に 限界
1.5
Thourghput (bps/Hz)
M =56 を 除 い て ほ ぼ 同 等 の ス ル ー プ ッ ト 特 性 が 得 ら れ
Overlap FDE
SWCE
1
M= 1
M = 16
M = 56
0.5
16QAM
R=1/2
SF=U=16
Nc=64
L=8-path uniform
が 生 じ る .そ の た め ,16QAM の よ う な 高 多 値 変 調 の 場
合 は そ の 影 響 を 強 く 受 け , Overlap FDE で は ス ル ー プ
ッ ト が 低 下 し て し ま う . 一 方 , SWCE に お い て も 等 化
出 力 ブ ロ ッ ク の 両 端 に IBI が 残 留 す る が , ブ ロ ッ ク の
中 央 部 分 に は 広 が ら ず , Overlap FDE に 比 べ 残 留 IBI
の影響が小さい.パス数が少ない,すなわち周波数選
択 性 の 弱 い チ ャ ネ ル に お い て は 残 留 IBI の 影 響 が 小 さ
0
0
5
10
15
20
25
Average received Es/N0 (dB)
(b) 16QAM
図 4 ス ル ー プ ッ ト 特 性 ( N c =64, L =8)
30
2
1.5
Thourghput (bps/Hz)
5. ま と め
QPSK
R=1/2
SF=U=16
Nc=64
L=16-path uniform
Overlap FDE
本 報 告 で は Overlap FDE と SWCE を 用 い る と き の
SWCE
DS-CDMA HARQ の ス ル ー プ ッ ト 特 性 を 計 算 機 シ ミ ュ
M= 1
M = 16
M = 56
レ ー シ ョ ン に よ り 明 ら か に し た . Overlap FDE で は 残
留 IBI が 等 化 出 力 ブ ロ ッ ク の 中 央 部 分 に も 広 が っ て い
る た め , SWCE よ り も そ の 影 響 を 強 く 受 け て し ま う .
1
そ こ で , 等 化 窓 幅 を 広 げ る こ と で , 残 留 IBI を さ ら に
低 減 で き , Overlap FDE は 少 な い 演 算 量 で SWCE と ほ
ぼ同等のスループット特性を達成できることを明らか
0.5
にした.
文
0
0
5
10
15
20
25
30
Average received Es/N0 (dB)
(a) QPSK
2
16QAM
R=1/2
SF=U=16
Nc=64
L=16-path uniform
Thourghput (bps/Hz)
1.5
1
Overlap FDE
SWCE
0.5
M= 1
M = 16
M = 56
0
0
5
10
15
20
25
30
Average received Es/N0 (dB)
(b) 16QAM
図 5
ス ル ー プ ッ ト 特 性 ( N c =64, L =16)
2
Thourghput (bps/Hz)
1.5
16QAM
QPSK
1
Overlap FDE
SWCE
0.5
R=1/2
SF=U=16
Nc=128, M=1
L=16-path uniform
0
0
5
10
15
20
25
30
Average received Es/N0 (dB)
図 6
ス ル ー プ ッ ト 特 性 ( N c =128, M =1, L =16)
献
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