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 [1] W.C., Jakes Jr, Ed, Microwave mobile communications, Wiley, Newyork, 1974. [2] J.G. Proakis, Digital communications, 4th ed., McGraw-Hill, 2001. [3] F. Adachi, M. Sawahashi, and H. Suda, “Wideband DS-CDMA for next-generation mobile communications systems,” IEEE Commun. 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