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 DS-CDMA 周波数領域信号検出における MMSE 等化重みに関する一考察 山本 哲矢† 武田 一樹† 安達 文幸‡ †‡ 東北大学大学院 工学研究科 電気・通信工学専攻 〒980-8579 仙台市青葉区荒巻字青葉 6-6-05 E-mail: † {yamamoto, kazuki}@mobile.ecei.tohoku.ac.jp, ‡ adachi@ecei.tohoku.ac.jp あらまし 周波数選択性フェージング環境下での直接拡散符号分割マルチアクセス(DS-CDMA)の伝送特性を改 善する技術として,最小平均二乗誤差(MMSE)規範に基づく 1 タップ周波数領域等化(FDE)が知られている.しかし ながら,等化後の残留チップ間干渉(ICI)がビット誤り率(BER)特性の改善に限界を与える.筆者らはこれまで,周 波数領域で等化と逆拡散を同時に行うことで残留 ICI を抑圧する周波数領域ジョイント等化・逆拡散を提案してき た.しかし,1 タップの周波数領域ジョイント等化・逆拡散では,従来の MMSE-FDE に比べて BER 特性の改善効 果はわずかである.本論文では,すべての周波数での総合平均二乗誤差を最小とする MMSE 等化重みを導出し,マ ルチタップの周波数領域ジョイント等化・逆拡散を用いた時の DS-CDMA 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 およびこれまで用いていた 1 タップ周波数領域 ジョイント等化・逆拡散との比較を行っている. キーワード DS-CDMA,周波数領域信号検出,MMSE 重み A Study on MMSE Weight of Frequency-Domain Signal Detection for Multi-Code DS-CDMA Tetsuya YAMAMOTO† 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: † {yamamoto, kazuki}@mobile.ecei.tohoku.ac.jp, ‡ adachi@ecei.tohoku.ac.jp Abstract One-tap frequency-domain equalization (FDE) based on the minimum mean square error (MMSE) criterion is a powerful technique to improve the bit error rate (BER) performance of direct sequence code division multiple access (DS-CDMA) signal transmission in a frequency-selective fading channel. However, the presence of the residual inter-chip interference (ICI) limits the improvement of the BER performance of DS-CDMA. In our previous paper, we proposed joint FDE and despreading which can simultaneously perform equalization and despreading in the frequency-domain to reduce the residual ICI. However, one-tap joint FDE and despreading can achieve only slightly better BER performance than the conventional one-tap MMSE-FDE. In this paper, we derive the MMSE weight of joint FDE and despreading for multi-code DS-CDMA by taking into account the totality of equalization errors at all frequency. We evaluate, by the computer simulation, the average BER performance and the BER performance of the multi-tap joint FDE and despreading using a new MMSE weight is compared with that of the conventional one-tap MMSE-FDE and the one-tap joint FDE and despreading. Keyword DS-CDMA, frequency-domain signal detection, MMSE weight 1. 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 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 , タ伝送の実現が望まれている.しかし,移動無線チャ DS-CDMA の BER 特 性 を 大 幅 に 改 善 で き る [5].従 来 の ネルは,遅延時間の異なる様々な伝搬路から構成され MMSE-FDE で は ,ま ず 受 信 信 号 を 周 波 数 領 域 信 号 に 変 る周波数選択性フェージングチャネルであり,厳しい 換 し た 後 に 1 タ ッ プ MMSE-FDE を 行 い , そ の 後 に 時 符 号 間 干 渉 が 発 生 す る [1, 2]. 周 波 数 領 域 等 化 (FDE)を 間領域信号に戻して逆拡散を行っている.しかし, 用いれば,周波数ダイバーシチ効果を得ることができ MMSE-FDE 後 に 残 留 す る チ ッ プ 間 干 渉 (ICI)が BER 特 る の で , の ビ ッ ト 誤 り 率 (BER)特 性 を 大 幅 に 改 善 で き 性 の 改 善 に 限 界 を 与 え て し ま う [6]. る [3]. 第 3 世 代 移 動 無 線 通 信 で Rake 合 成 が 用 い ら れ 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 こ こ で Ec は 1 コ ー ド チ ャ ネ ル 当 た り の チ ッ プ エ ネ ル ギ 時 に 行 う 信 号 検 出 法 (周 波 数 領 域 ジ ョ イ ン ト 等 化・逆 拡 ー ,T c は チ ッ プ 長 で あ る .最 後 に ,SF チ ッ プ ブ ロ ッ ク 散 )を 提 案 し た [7]. 文 献 [7]で は , 1 タ ッ プ で 等 化 と 逆 の 後 尾 N g チ ッ プ を コ ピ ー し て ,各 ブ ロ ッ ク の 先 頭 の ガ 拡散を同時に行うために,各周波数成分ごとに平均二 ー ド イ ン タ ー バ ル (GI) に 挿 入 し て 送 信 す る . つ ま り , 乗 等 化 誤 差 を 最 小 と す る よ う な MMSE 等 化 重 み (以 下 拡 散 率 SF と FFT ブ ロ ッ ク サ イ ズ は 同 じ で あ る . で は MMSE 重 み type I と 呼 ぶ )を 導 出 し て い た . し か 送信信号は L 個の離散パスから構成される周波数選 し,マルチコード伝送の場合,逆高速フーリエ変換 択性ブロックフェージングチャネルを伝搬して受信さ (IFFT)が 不 要 と な る こ と に よ る 演 算 量 低 減 効 果 は あ る れるものとする.チャネルのインパルス応答は次式で も の の , BER 特 性 の 改 善 効 果 は わ ず か で あ る . 与えられる. 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 L −1 h(τ) = ∑ hl δ(τ − τ l ) こ こ で , hl 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 , E[∑l = 0 hl ] = 1 で あ る も の と L −1 し て い る . GI を 削 除 し た 後 の 受 信 チ ッ プ 系 列 L −1 r (t ) = ∑ hl s (t − τ l ) + η(t ) l =0 = いて述べる.第 3 章では周波数領域ジョイント等化・ 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 {r(t);t=0~SF − 1} は 次 式 の よ う に な る . い る . 第 2 章 で は マ ル チ コ ー ド DS-CDMA 伝 送 系 に つ 逆 拡 散 に つ い て 述 べ ,MMSE 重 み type II を 導 出 し て い (2) l =0 2 Ec Tc U −1 L −1 u =0 l =0 (3) ∑ d u ∑ hl c~u (t − τ l ) + η(t ) こ こ で , c~u (t ) = cu (t mod SF )c scr (t ) は , 直 交 拡 散 符 号 と ス ク ラ ン ブ ル 符 号 の 積 で あ る .η (t) は 零 平 均 で 分 散 2N 0 /T c の 複 素 ガ ウ ス 過 程 で あ り ,N 0 は 加 法 性 白 色 ガ ウ ス 雑 音 (AWGN) の 片 側 電 力 ス ペ ク ト ル 密 度 で あ る . 2. マ ル チ コ ー ド DS-CDMA 伝 送 系 c0(t) … S/P converter Data Data modulation 受 信 機 で は ,GI を 削 除 し た 後 ,受 信 チ ッ プ 系 列 {r (t); +GI t=0~SF − 1} に SF ポ イ ン ト FFT を 適 用 し て 周 波 数 領 域 信 s(t) 号 {R(k); k=0~SF − 1} に 変 換 す る .R(k) は 次 式 で 与 え ら れ る. cscr(t) R (k ) = cU-1(t) 図 1 SF = マ ル チ コ ー ド DS-CDMA 送 信 系 マ ル チ コ ー ド DS-CDMA 送 信 系 を 図 1 に 示 す . 本 論 文 で は ,チ ッ プ 時 間 T c 間 隔 の 離 散 低 域 等 価 表 現 を 用 い る.送信側では,2 値送信データ系列をデータ変調シ ンボル系列に変換し,U 個の並列シンボル系列に直/ 並 列 変 換 す る . 第 u 系 列 (u=0~U−1)の デ ー タ シ ン ボ ル を d u ,拡 散 率 SF の 拡 散 符 号 を {c u (t); t=0~SF−1}と す る (u=0~U−1).U 個 の デ ー タ シ ン ボ ル を そ れ ぞ れ 直 交 拡 散 符 号 を 用 い て 拡 散 し ,加 算 す る (こ れ を コ ー ド 多 重 と い う ). コ ー ド 多 重 後 に ス ク ラ ン ブ ル 符 号 c scr (t)を 乗 算 し て 得 ら れ る 送 信 チ ッ プ ブ ロ ッ ク の 等 価 低 域 表 現 {s(t); t=0∼SF−1}は 次 式 の よ う に 表 せ る . s (t ) = 2 Ec Tc U −1 ∑d u =0 u ⋅ cu (t mod SF )cscr (t ) 1 SF −1 ⎛ t ⎞ ∑ r (t ) exp⎜⎝ − j 2πk SF ⎟⎠ t =0 (4) U −1 2 Ec H ( k )∑ d u C u ( k ) + Π ( k ) Tc u =0 こ こ で , C u (k) , H(k) お よ び Π (k) は , そ れ ぞ れ { c~u (t ) ; t=0~SF − 1} の 第 k 周 波 数 成 分 ,チ ャ ネ ル 利 得 お よ び 雑 音 の第 k 周波数成分であり,次式で与えられる. ⎧ 1 SF −1~ t ⎞ ⎛ cu (t ) exp⎜ − j 2 πk ⎟ ∑ ⎪Cu (k ) = SF SF t = 0 ⎝ ⎠ ⎪ L −1 τl ⎞ ⎛ ⎪⎪ ⎟ ⎨ H (k ) = ∑ hl exp⎜ − j 2πk SF ⎠ ⎝ l =0 ⎪ ⎪ 1 SF −1 t ⎞ ⎛ ⎪Π (k ) = η(t ) exp⎜ − j 2πk ⎟ ∑ ⎪⎩ SF SF t = 0 ⎝ ⎠ (5) 3. 周 波 数 領 域 ジ ョ イ ン ト 等 化 ・ 逆 拡 散 (1) 周波数領域ジョイント等化・逆拡散を用いるマルチ コ ー ド DS-CDMA 受 信 系 を 図 2 に 示 す .次 式 の よ う に , 周 波 数 成 分 毎 に 周 波 数 領 域 重 み W u (k) を 乗 算 し て 周 波 数領域ジョイント等化・逆拡散を行う. 3.2. MMSE 重 み type II 第 k 周 波 数 成 分 の み を 考 慮 し た 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 Rˆ u (k ) = R (k )Wu (k ) (6) ~ 送 信 シ ン ボ ル du の 軟 判 定 値 du は は 他 コ ー ド に よ る 残 留 ICI を 抑 圧 で き な い た め , す べ てのデータ系列および周波数成分を考慮したマルチタ ッ プ の MMSE 重 み type II{ Wu( II ) (k ) ; u=0~U−1, k=0~SF−1} を 導 出 す る . マ ル チ タ ッ プ MMSE 重 み を 導 ~ SF −1 d u = ∑ R (k )Wu (k ) (7) k =0 出 す る た め ,式 (4) の 周 波 数 領 域 受 信 信 号 を 次 式 の よ う にベクトル表記する. と な る . 以 下 に , 周 波 数 領 域 重 み W u (k) に つ い て 述 べ る . 3.1 節 で は , 文 献 [7] で 提 案 し た 1 タ ッ プ で 等 化 と R = [ R (0),..., R ( SF − 1)]T = 逆 拡 散 を 同 時 に 行 う た め の MMSE 等 化 重 み (MMSE 重 2 Ec HCd + Π Tc (10) H は SF×SF チ ャ ネ ル 利 得 行 列 ,C は SF×U 周 波 数 領 域 成 分 を 考 慮 し た MMSE 等 化 重 み (MMSE 重 み type II) を 拡 散 符 号 行 列 , d =[d 0 , ..., d U− 1 ] T は デ ー タ 変 調 シ ン ボ ル 導出する. ベ ク ト ル ,Π=[Π (0), ..., Π(SF−1)] T は 周 波 数 領 域 雑 音 ベ Wu(0) Σ Data de-modulation −GI ク ト ル で あ る .チ ャ ネ ル 利 得 行 列 H お よ び 周 波 数 領 域 ・ ・ ・ SF-point FFT み type I) に つ い て 述 べ る . 3.2 節 で , す べ て の 周 波 数 Received data Wu(SF−1) 図 2 周波数領域ジョイント等化・逆拡散を用いる DS-CDMA 受 信 系 3.1. MMSE 重 み type I 文 献 [7] で は ,周 波 数 成 分 毎 に 1 タ ッ プ 周 波 数 領 域 ジ ョイント等化・逆拡散を行うため第 k 周波数成分にお け る 等 化 誤 差 {e u (k); k=0~SF − 1} を eu (k ) = Rˆ u (k ) − d u (8) 拡散符号行列 C は次式で与えられる. ⎧ 0 ⎡ H ( 0) ⎤ ⎪ ⎢ ⎥ H ( 1 ) ⎪H = ⎢ ⎥ ⎪ ⎢ ⎥ O ⎪ ⎢ ⎥ H ( SF − 1)⎦ ⎪ ⎣ 0 ⎪ L CU −1 (0) ⎤ ⎡ C 0 ( 0) ⎪⎪ ⎢ ⎥ ⎨ ⎢ ⎥ ⎪ ⎢ ⎥ ⎪ ⎢ ⎥ ⎪C = ⎢ M O M ⎥ ⎪ ⎢ ⎥ ⎪ ⎢ ⎥ ⎪ ⎢ ⎥ ⎪ ⎢C ( SF − 1) L C ( SF − 1)⎥ ⎪⎩ U −1 ⎣ 0 ⎦ 式 (10) か ら ,拡 散 と 伝 搬 路 の 連 結 HC は 等 価 的 な SF×U マ ル チ 送 受 信 ア ン テ ナ (MIMO) チ ャ ネ ル と 見 な す こ と のように定義して各データ系列の第 k 周波数成分のみ 2 を 考 慮 し て 平 均 二 乗 誤 差 E [ eu ( k ) ] を 最 小 と す る MMSE 重 み type I{ Wu( I ) (k ) ; u=0~U − 1, k=0~SF − 1} を 導 出 が で き る . つ ま り , HC を チ ャ ネ ル と 見 な し て Wiener 理 論 に よ り MMSE 重 み を 導 出 で き る [8] . U×1 誤 差 ベ ク ト ル e を 次 式 の よ う に 定 義 す る . し た . MMSE 重 み type I は 次 式 で 与 え ら れ る . {Cu (k ) H (k )} ⎛ 1 Es ⎞ 2 2 ⎟⎟ Cu ′ (k ) H (k ) + ⎜⎜ ∑ u′= 0 ⎝ SF N 0 ⎠ U −1 2 Ec d Tc e = W ( II ) R − * Wu( I ) (k ) = (11) −1 (9) こ こ で ,E s /N 0 は 1 シ ン ボ ル あ た り の 受 信 信 号 エ ネ ル ギ MMSE 重 み W ( II ) は ,誤 差 ベ ク ト ル の 共 分 散 行 列 の ト レ ー ス tr[E( ee H )] を 最 小 と す る よ う な W ( II ) で あ り , 次 式 で与えられる. ー対雑音電力スペクトル密度である. 式 (7) を 用 い て 軟 判 定 値 を 得 る .MMSE 重 み type I を 用いれば,1 タップで周波数領域等化と逆拡散が同時 に行える.周波数領域で等化と逆拡散を同時に行うこ と で ,自 コ ー ド に よ る 残 留 ICI は 発 生 し な い .し か し , 第 k 周波数成分のみしか考慮していないため,他コー ド に よ る 残 留 ICI を 抑 圧 で き な い . (12) W ( II ) ⎡W0( II ) (0) W0( II ) (1) ⎢ ( II ) W (0) W1( II ) (1) =⎢ 1 ⎢ M M ⎢ ( II ) ( II ) ⎢⎣WU −1 (0) WU −1 (1) L W0( II ) ( SF − 1)⎤ ⎥ L W1( II ) ( SF − 1)⎥ ⎥ O M ⎥ ( II ) L WU −1 ( SF − 1)⎥⎦ −1 ⎡ ⎛ 1 Es ⎞ ⎤ H H ⎜ ⎟ ⎢ = C H HCC H + ⎜ ⎟ I⎥ ⎢⎣ ⎝ SF N 0 ⎠ ⎥⎦ H H −1 (13) (.) H は エ ル ミ ー ト 転 置 操 作 を 表 し , I は SF×SF 単 位 行 イ ン ト 等 化・逆 拡 散 に 比 べ て 大 幅 に BER 特 性 を 改 善 で 列である. きる.これはすべての周波数における等化誤差を考慮 式 (7) を 用 い て 軟 判 定 値 を 得 る . MMSE 重 み type II し た MMSE 重 み を 用 い て い る た め で あ る . 16QAM を を用いた場合,マルチタップの周波数領域ジョイント 用 い た 場 合 ,従 来 の 1 タ ッ プ MMSE-FDE と 比 較 し て , 等 化・逆 拡 散 と な る .U×U 逆 行 列 演 算 が 必 要 と な る た BER=10 −4 を 達 成 す る 所 要 E b /N 0 を U=4 で は 3.6dB , め 演 算 量 は 従 来 の 1 タ ッ プ MMSE-FDE お よ び MMSE U=16 で は 6.2dB 低 減 で き る . し か し な が ら , U=64 の 重 み type I を 用 い る 1 タ ッ プ 周 波 数 領 域 ジ ョ イ ン ト 等 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 化・逆拡散に比べて大幅に増加する. 用いる 1 タップ周波数領域ジョイント等化・逆拡散の 4. 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 N g =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. Modulation QPSK, 16QAM GI N g =16 Spreading sequence Spreading factor No. of parallel codes Scramble code Fading type Channel Receiver (13) 内 の CC H 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 E b /N 0 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 表 1 計算機シミュレーション諸元 Transmitter BER 特 性 は 同 等 で あ る . こ れ は , U=SF の と き は , 式 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 Walsh sequence 特 性 か ら BER を 改 善 す る た め に は ,U を 大 幅 に 小 さ く SF=64 して等価拡散率を大きくし伝送レートを落とさなけれ U=1~64 Long PN sequence Frequency-selective 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 block Rayleigh か に 増 加 し , U=64 に 近 づ く に つ れ て BER 特 性 の 劣 化 Power delay L=16-path uniform が急峻になる.つまり,等価拡散率を少し大きくして profile power delay profile 伝 送 レ ー ト を 少 し 落 と す だ け で 等 価 拡 散 率 SF/U=1 の FFT block size SF 特 性 か ら BER を 大 幅 に 改 善 で き る . QPSK の 場 合 の Ideal BER=10 -4 を 満 た す 所 要 E b /N 0 =15dB を 達 成 で き る コ ー Channel estimation ド 多 重 数 を 比 較 す る と , 従 来 の 1 タ ッ プ MMSE-FDE 図 3 に MMSE 重 み type II を 用 い る マ ル チ タ ッ プ 周 お よ び MMSE 重 み type I を 用 い る 1 タ ッ プ 周 波 数 領 域 波 数 領 域 ジ ョ イ ン ト 等 化・逆 拡 散 の 平 均 BER 特 性 を 示 ジ ョ イ ン ト 等 化 ・ 逆 拡 散 で は U=20 で あ る の に 対 し , す . こ こ で , 横 軸 E b /N 0 (=(E s /N 0 )(SF+N g )/log 2 M) は 1 ビ MMSE 重 み type II を 用 い る マ ル チ タ ッ プ 周 波 数 領 域 ジ ットあたりの平均信号エネルギー対雑音電力スペクト ョ イ ン ト 等 化 ・ 逆 拡 散 で は U=55 と な り , 2.75 倍 の レ ル 密 度 で あ る (M は 変 調 レ ベ ル で あ る ) . ま た , 比 較 の ー ト で 伝 送 で き る . 16QAM の 場 合 は , BER=10 -4 を 満 た め 従 来 の 1 タ ッ プ MMSE-FDE の 平 均 BER 特 性 , た す 所 要 E b /N 0 =20dB で 比 較 す る と ,約 7 倍 の レ ー ト で MMSE 重 み type I を 用 い る 1 タ ッ プ 周 波 数 領 域 ジ ョ イ 伝送できる. ン ト 等 化・逆 拡 散 の 平 均 BER 特 性 お よ び 理 論 的 下 界 [9] MMSE 重 み type II を 用 い れ ば , U<64 の 場 合 , 従 来 の 特 性 も 示 す . MMSE 重 み type I を 用 い る 1 タ ッ プ 周 の 1 タ ッ プ MMSE-FDE に 比 べ て BER 特 性 を 大 幅 に 改 波 数 領 域 ジ ョ イ ン ト 等 化 ・ 逆 拡 散 で は ICI を 十 分 に 低 善 で き る .し か し ,U×U 逆 行 列 演 算 が 必 要 と な る た め 減 で き な い た め , 従 来 の 1 タ ッ プ MMSE-FDE に 比 べ U が 大 き く な る に つ れ て 演 算 量 は 増 加 す る .16QAM の て BER の 改 善 効 果 は U=4 ま た は 16 の 時 に わ ず か に 得 場 合 の BER=10 -4 を 満 た す 所 要 E b /N 0 =20dB で 比 較 す る ら れ る 程 度 で あ る .一 方 ,MMSE 重 み type II を 用 い る と ,MMSE 重 み type-2 を 用 い る マ ル チ タ ッ プ 周 波 数 領 マ ル チ タ ッ プ 周 波 数 領 域 ジ ョ イ ン ト 等 化・逆 拡 散 で は , 域 ジ ョ イ ン ト 等 化 ・ 逆 拡 散 は , 演 算 量 は 約 300 倍 と 非 U=4 お よ び 16 の 時 ,従 来 の 1 タ ッ プ MMSE-FDE お よ 常に大きくなってしまうものの,従来の 1 タップ び MMSE 重 み type I を 用 い る 1 タ ッ プ 周 波 数 領 域 ジ ョ MMSE-FDE に 比 べ て 約 7 倍 の レ ー ト で 伝 送 す る こ と が 1.0E-01 可能である. One-tap MMSE-FDE One-tap joint FDE & Despreading Multi-tap joint FDE & Despreading Lower bound 5. 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 1.0E-02 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 Average BER 慮 し た MMSE 等 化 重 み (MMSE 重 み type II) を 導 出 し , チタップ周波数領域ジョイント等化・逆拡散では, U=4 U=16 U=64 1.0E-03 1.0E-04 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 1.0E-05 5 と を 示 し た .MMSE 重 み type II を 用 い る 周 波 数 領 域 ジ QPSK SF=64 Ng=16 10 15 20 Average received Eb/N0 (dB) ョイント等化・逆拡散では,伝送レートをわずかに落 (a) QPSK と す だ け で 等 価 拡 散 率 SF/U=1 の 特 性 か ら BER を 大 幅 -4 に 改 善 で き る た め , BER=10 を 満 た す 所 要 E b /N 0 が 同 1.0E-01 One-tap MMSE-FDE One-tap joint FDE & Despreading Multi-tap joint FDE & Despreading Lower bound 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 1.0E-02 文 献 [1] W. C., Jakes Jr., Ed,. Microwave mobile communications, Wiley, New York, 1974. [2] J. G. Proakis, Digital communications, 4 t h ed., McGraw-Hill, 2001. [3] D. Falconer, S. L. Ariyavisitakul, A. Benyamin- Seeyar B. Edison, “Frequency domain equalization for single-carrier broadband wireless systems,” IEEE Commun. Mag., Vol. 40, No. 4, pp. 58-66. Apr. 2002. [4] F. Adachi, M. Sawahashi, and H. Suda, “Wideband DS-CDMA for next generation mobile communications systems,” IEEE Trans. Mag., Vol. 36, No.9, pp. 56-69, Sept. 1998. [5] F. Adachi, D. Garg, S. Takaoka, and K. Takeda, “Broadband CDMA techniques,” Special Issue on Modulation, Coding and Signal Processing, IEEE Wireless Commun. Mag., Vol. 12, No. 2, pp. 8-18, Apr. 2005. [6] K. Takeda, K. Ishihara, and F. Adachi, “Frequency-domain ICI cancellation with MMSE equalization for DS-CDMA downlink,” IEICE Trans. Commun., Vol. E89-B No. 12, pp. 3335-3343, Dec. 2006. [7] T. Yamamoto, K. Takeda, and F. Adachi, “Joint frequency-domain equalization and despreading for DS-CDMA cyclic delay transmit diversity,” The 14th Asia-Pacific Conference on Communications, Tokyo, Japan, Oct. 2008. [8] S. Haykin, Adaptive Filter Theory, 4th ed., Prentice Hall, 1996. [9] F. Adachi and K. Takeda, “Bit error rate analysis of DS-CDMA with joint frequency-domain equalization and antenna diversity combining,” IEICE Trans. Commun., Vol. E87-B, No. 10, pp.2991-3002, Oct. 2004. Average BER 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. 25 U=4 U=16 U=64 1.0E-03 1.0E-04 1.0E-05 10 16QAM SF=64 Ng=16 15 20 25 Average received Eb/N0 (dB) 30 (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 Average received Eb/N0 at average BER=10-4 (dB) 20 One-tap MMSE-FDE One-tap joint FDE & Despreading Multi-tap joint FDE & Despreading 18 16 14 12 QPSK SF=64 Ng=16 10 0 64 48 32 16 Code multiplexing order U (a) QPSK Average received Eb/N0 at average BER=10-4 (dB) 28 One-tap MMSE-FDE One-tap joint FDE & Despreading Multi-tap joint FDE & Despreading 26 24 22 20 18 16 14 16QAM SF=64 Ng=16 0 32 48 16 Code multiplexing order U (b) 16QAM 図 4 コード多重数の影響 64
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