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JP7543166B2 - Wireless Transmission System - Google Patents
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Description

本発明は、送信装置から受信装置へ無線によりデータ伝送を行う無線伝送システムに関する。 The present invention relates to a wireless transmission system that transmits data wirelessly from a transmitting device to a receiving device.

放送局では、FPU(Field Pickup Unit)と称する無線伝送装置を用いて、音声や映像を現場から放送局まで無線中継している。FPUは、送受信間に遮蔽物が無い良好な見通し環境や、見通し外で反射波が多く混入するような劣悪環境など、様々な伝搬環境で運用される。また、FPUは生中継で運用されることも多く、伝送エラーによる映像破綻が生じるとテレビの視聴に影響を与えてしまうため、伝送エラーが生じてはならない。そのため、伝送エラーまでの伝送マージンを正確に把握し、フェージングなどの急激な伝搬路変動にも耐えられるように、所定のマージンを確保しながら運用を行っている。 Broadcasting stations use a wireless transmission device called an FPU (Field Pickup Unit) to wirelessly relay audio and video from the site to the broadcasting station. FPUs are operated in a variety of propagation environments, including good line-of-sight environments with no obstructions between the transmitter and receiver, and poor environments where there is a lot of reflected waves outside the line of sight. FPUs are also often used for live broadcasts, and since any image breakdown caused by a transmission error would affect television viewing, transmission errors must not occur. For this reason, the transmission margin up to the transmission error must be accurately understood, and a certain margin must be secured in order to withstand sudden propagation path fluctuations such as fading, and the system is operated accordingly.

この伝送マージンは、受信信号強度を示すRSSI(Received Signal Strength Indicator)やMER(Modulation Error Ratio;変調誤差比)に基づいて算出される。MERは、一般的には送信信号の変調精度指標であるが、伝搬路を経由した受信信号の受信精度にも用いられることが多い。MERは、下記の式(1)により算出される。すなわち、受信部での波形等化後の受信コンスタレーションをR(ω,t)とし(ここで、ωは周波数、tは時間を表す)、変調方式に基づいて判定した結果を理想的な送信信号であると仮定すると、受信コンスタレーションと判定結果の二乗誤差平均がMERとなる。 This transmission margin is calculated based on the received signal strength indicator (RSSI) and modulation error ratio (MER). MER is generally an index of modulation accuracy of a transmission signal, but is also often used to indicate the reception accuracy of a signal received via a propagation path. MER is calculated using the following formula (1). That is, if the received constellation after waveform equalization at the receiving unit is R(ω,t) (where ω represents frequency and t represents time), and the result determined based on the modulation method is assumed to be an ideal transmission signal, the mean square error between the received constellation and the determination result is the MER.

Figure 0007543166000001
ここで、 ̄は平均を示し、DEC[ ]は所定の変調方式による判定関数を示す。
Figure 0007543166000001
Here, denotes the average, and DEC[ ] denotes a decision function according to a predetermined modulation method.

無線通信で用いる指標の数値は、10-10 ~103 などと幅広い範囲である。このため、数値表現を扱い易くするために単位をdB(またはdBm)とすることが多く、上記のRSSIやMERの単位もdBm、dBで表現している。このように、運用を行う上ではdBの単位が扱い易く、伝送マージンの単位もdBとしている。 The numerical values of the indices used in wireless communication are in a wide range, such as 10-10 to 103. For this reason, the units are often dB (or dBm) to make numerical expressions easier to handle, and the units of the above RSSI and MER are also expressed in dBm and dB. In this way, the unit dB is easy to handle in operation, and the unit of the transmission margin is also dB.

伝送マージンの算出に関しては、これまでに種々の発明が提案されている。例えば、特許文献1には、受信信号から誤り訂正符号化の符号化ビットに対する対数尤度比を算出し、符号化ビットに対する対数尤度比に対して平均相互情報量を算出し、平均相互情報量と所要ビット誤り率を満たす復号部入力相互情報量もしくは復調物出力相互情報量から伝送マージンを算出する発明が開示されている。 Various inventions have been proposed so far regarding the calculation of the transmission margin. For example, Patent Document 1 discloses an invention that calculates the log-likelihood ratio for the coded bits of the error correction coding from the received signal, calculates the average mutual information for the log-likelihood ratio for the coded bits, and calculates the transmission margin from the average mutual information and the decoder input mutual information or demodulated product output mutual information that satisfies the required bit error rate.

国際公開第2016/186000号WO 2016/186000

ARIB STD-B33 1.3版 テレビジョン放送番組素材伝送用可搬形OFDM方式デジタル無線伝送システムARIB STD-B33 1.3 Edition Portable OFDM digital wireless transmission system for transmitting television broadcast program material ARIB STD-B71 1.0版 超高精細度テレビジョン放送番組素材伝送用可搬形マイクロ波帯OFDM方式デジタル無線伝送システムARIB STD-B71 Version 1.0 Portable microwave OFDM digital wireless transmission system for transmitting ultra-high definition television broadcasting program material

上記で示した伝送マージンは伝搬路環境によっては誤差が発生し、精度の良い伝送マージンを算出することは困難であった。以下、マージン誤差に関して詳細に説明する。
伝搬路が完全な見通し環境であれば、伝送劣化を生じさせる主要因は、受信部に設けられている低雑音増幅器(Low Noise Amplifier)によって生じる熱雑音である。このような環境は、AWGN(Additive White Gaussian Noise)と呼ばれている。AWGN環境では、下記の式(2)に示すように、RSSIやMERと復号後のBER(Bit Error Rate)とは一対一の関係である。このため、RSSIやMERを観測することで、BER特性を一意に推測することができる。
The above-mentioned transmission margin may be subject to error depending on the propagation path environment, making it difficult to calculate a highly accurate transmission margin. The margin error will be described in detail below.
If the propagation path is a completely line-of-sight environment, the main cause of transmission degradation is thermal noise generated by a low noise amplifier (Low Noise Amplifier) provided in the receiving section. Such an environment is called AWGN (Additive White Gaussian Noise). In an AWGN environment, as shown in the following formula (2), there is a one-to-one relationship between RSSI and MER and the BER (Bit Error Rate) after decoding. Therefore, by observing RSSI and MER, the BER characteristic can be uniquely estimated.

Figure 0007543166000002
ここで、func1( )はRSSIとBERを対応付ける関数であり、func2( )はMERとBERを対応付ける関数である。
Figure 0007543166000002
Here, func1( ) is a function that associates RSSI with BER, and func2( ) is a function that associates MER with BER.

しかしながら、上述したような見通し外伝送では、反射波が伝送特性に大きく影響を与えてしまう。例えば、反射波が混入すると、周波数帯域内でディップが生じてしまう周波数選択性フェージングが発生する。このディップの深さは、反射波のレベルによって異なる。反射波のレベルが直接波と同一になると、直接波と反射波が完全に相殺される周波数が存在し、その周波数は深いディップとなる。このディップによって受信の復調特性は大きく劣化し、その劣化量はディップの深さに大きく依存する。
このように、反射波環境では式(2)で示すような関数でBER特性を正確に推定することは困難であり、RSSIやMERを用いる従来のFPUでは伝送マージンに誤差が生じていた。
However, in non-line-of-sight transmission as described above, reflected waves have a significant effect on the transmission characteristics. For example, when reflected waves are mixed in, frequency selective fading occurs, which causes a dip in the frequency band. The depth of this dip varies depending on the level of the reflected waves. When the level of the reflected waves becomes the same as that of the direct waves, there exists a frequency where the direct waves and the reflected waves are completely offset, and this frequency becomes a deep dip. This dip significantly deteriorates the demodulation characteristics of the receiver, and the amount of deterioration depends greatly on the depth of the dip.
As described above, in a reflected wave environment, it is difficult to accurately estimate the BER characteristics using a function such as that shown in equation (2), and errors occur in the transmission margin in conventional FPUs that use RSSI or MER.

ところで、非特許文献1に示すような従来のFPUでは、誤り訂正方式に畳み込み符号が用いられている。図2に示すように、畳み込み符号はCNR対BER特性が緩やかなカーブを呈し、畳み込み復号後のBERが10-4以下であれば、後続するRS復号によって疑似エラーフリーとなることが知られている。そのため、RSSIやMERを用いた誤差の多い伝送マージンは参考値として用いられ、伝送破綻までの伝送マージンの正確な把握には畳み込み復号後のBERが用いられていた。 Incidentally, in conventional FPUs as shown in Non-Patent Document 1, convolutional codes are used in the error correction method. As shown in Fig. 2, the convolutional code shows a gentle curve of CNR vs. BER characteristics, and it is known that if the BER after convolutional decoding is 10-4 or less, the following RS decoding will make it pseudo-error-free. Therefore, the transmission margin with many errors using RSSI or MER is used as a reference value, and the BER after convolutional decoding is used to accurately grasp the transmission margin until transmission failure.

しかしながら、非特許文献2に示すような新しいFPUの規格では、誤り訂正符号にLDPC(Low Density Parity Check)が用いられている。図2に示すように、LDPCはBER特性のカーブが急峻であり、伝送破綻寸前までエラーフリーとなり、急に伝送破綻に陥ってしまう。このように、LDPCやターボ符号などの高度誤り訂正方式では、BER特性を観測しながら運用を行うことは困難という課題が生じる。 However, in the new FPU standard shown in Non-Patent Document 2, LDPC (Low Density Parity Check) is used as the error correction code. As shown in Figure 2, LDPC has a steep BER characteristic curve, and the system remains error-free until it is on the verge of a transmission failure, at which point it suddenly falls into a transmission failure. Thus, with advanced error correction methods such as LDPC and turbo codes, there is the problem that it is difficult to operate while monitoring the BER characteristics.

本発明は、上記のような従来の事情に鑑みて為されたものであり、高精度な伝送マージンを算出することが可能な無線伝送システムを提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned conventional circumstances, and aims to provide a wireless transmission system that can calculate a transmission margin with high accuracy.

上記目的を達成するために、本発明では、無線伝送システムを以下のように構成した。
すなわち、送信装置から受信装置へ無線によりデータ伝送を行う無線伝送システムにおいて、受信装置は、反射波強度と伝送マージンの特性データとを予め対応付けて記憶しており、伝送路推定の結果に基づいて反射波強度を算出し、当該算出した反射波強度に対応する特性データに基づいて伝送マージンを算出することを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the present invention, a wireless transmission system is configured as follows.
That is, in a wireless transmission system in which data is transmitted wirelessly from a transmitting device to a receiving device, the receiving device pre-stores a correspondence between the reflected wave intensity and characteristic data of the transmission margin, calculates the reflected wave intensity based on the result of the transmission path estimation, and calculates the transmission margin based on the characteristic data corresponding to the calculated reflected wave intensity.

ここで、伝送マージンの特性データは、受信信号強度、変調誤差比、相互情報量のいずれかの指標と伝送マージンとの関係を示すデータであり、受信装置は、受信信号強度、変調誤差比、相互情報量のいずれかの指標を算出し、当該算出した指標を前記算出した反射波強度に対応する特性データに照らして伝送マージンを算出ようにしてもよい。 Here, the characteristic data of the transmission margin is data showing the relationship between the transmission margin and any one of the indices of the received signal strength, the modulation error ratio, and the mutual information, and the receiving device may calculate the transmission margin by calculating any one of the indices of the received signal strength, the modulation error ratio, and the mutual information, and referring to the calculated indices and the characteristic data corresponding to the calculated reflected wave intensity.

また、受信装置は、時間領域の反射波強度を算出してもよく、周波数領域の反射波強度を算出してもよい。 The receiving device may also calculate the reflected wave intensity in the time domain, or the reflected wave intensity in the frequency domain.

本発明によれば、高精度な伝送マージンを算出することが可能な無線伝送システムを提供することができる。 The present invention provides a wireless transmission system that can calculate a transmission margin with high accuracy.

本発明の一実施形態に係る無線伝送システムの構成例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of the configuration of a wireless transmission system according to an embodiment of the present invention. 畳み込み符号及びLDPCのCNR対BER特性を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the CNR vs. BER characteristics of convolutional codes and LDPC. MER対伝送マージンの特性を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the characteristics of MER versus transmission margin. 相互情報量MI対マージンの特性を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the characteristics of mutual information MI versus margin. 遅延プロファイルの例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a delay profile.

本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1には、本発明の一実施形態に係る無線伝送システムの構成例を示してある。本例の無線伝送システムは、送信装置及び受信装置を含むFPUとして実装される。送信装置(FPU送信部)は、誤り訂正符号部1と、変調部2と、送信高周波部3とを有する。受信装置(FPU受信部)は、受信高周波部4と、RSSI算出部5と、伝送路推定部6と、反射波強度算出部7と、復調部8と、MER算出部9と、誤り訂正復号部10と、MI算出部11と、マージン算出部12と、受信支援機能部13とを有する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 shows an example of the configuration of a wireless transmission system according to an embodiment of the present invention. The wireless transmission system of this example is implemented as an FPU including a transmitting device and a receiving device. The transmitting device (FPU transmitting unit) has an error correction code unit 1, a modulation unit 2, and a transmitting high frequency unit 3. The receiving device (FPU receiving unit) has a receiving high frequency unit 4, an RSSI calculation unit 5, a transmission path estimation unit 6, a reflected wave intensity calculation unit 7, a demodulation unit 8, a MER calculation unit 9, an error correction decoding unit 10, an MI calculation unit 11, a margin calculation unit 12, and a reception support function unit 13.

FPUでは、主として映像、音声を伝送する。映像、音声の符号化データは、FPU送信部における誤り訂正符号部1に入力される。誤り訂正符号部1では、畳み込み符号やLDPC、ターボ符号などの誤り訂正符号化の処理が施される。誤り訂正符号化されたデータは、変調部2に入力される。変調部2は、シングルキャリア、OFDMなどの変調処理を行い、変調信号を生成する。その後、変調信号は送信高周波部3によってキャリア周波数に変換され、アンテナから電波として送出される。 The FPU mainly transmits video and audio. The encoded video and audio data is input to the error correction coding unit 1 in the FPU transmission unit. The error correction coding unit 1 performs error correction coding processing such as convolutional coding, LDPC, and turbo coding. The error correction coded data is input to the modulation unit 2. The modulation unit 2 performs modulation processing such as single carrier and OFDM to generate a modulated signal. The modulated signal is then converted to a carrier frequency by the transmission high frequency unit 3 and sent out as radio waves from the antenna.

FPU送信部から送出された電波は、FPU受信部の受信アンテナに向かって伝搬する。このとき、受信アンテナで受信された電波には、受信アンテナに直接到達した直接波成分と、建物などに反射して直接波成分とは異なった伝搬経路を経由し、経路差分の遅延時間を伴って受信アンテナに到達する反射波成分とが存在することがある。前述したように見通し外環境では、反射波成分の割合が多くなることが多い。 The radio waves sent from the FPU transmitter propagate towards the receiving antenna of the FPU receiver. At this time, the radio waves received by the receiving antenna may contain a direct wave component that reaches the receiving antenna directly, and a reflected wave component that is reflected off a building or other object and travels a different propagation path from the direct wave component, reaching the receiving antenna with a delay time due to the path difference. As mentioned above, in non-line-of-sight environments, the proportion of reflected wave components is often high.

このような伝搬路を経由して受信アンテナに到達した信号は、受信高周波部4によってキャリア周波数から中間周波数に変換される。また、受信高周波部4に設けられているAGC(Automatic Gain Controller)において、受信電力RSSIを計測し、適切な信号電力になるように増幅度を調整する。RSSI算出部5では、この受信電力をRSSIとして算出する。一般的に、RSSIの単位としてdBmが用いられる。 The signal that reaches the receiving antenna via such a propagation path is converted from the carrier frequency to an intermediate frequency by the receiving high frequency unit 4. In addition, the AGC (Automatic Gain Controller) provided in the receiving high frequency unit 4 measures the received power RSSI and adjusts the amplification so that the signal power is appropriate. The RSSI calculation unit 5 calculates this received power as RSSI. Generally, dBm is used as the unit of RSSI.

受信高周波部4から出力される受信信号は伝送路推定部6に入力され、送受信間の伝送路特性の推定に使用される。伝送路特性は、OFDMでは信号帯域内に挿入されているパイロットキャリアを周波数方向及び時間方向に内挿補間することや、フレーム先頭に付加されている既知のプリアンブル信号と受信プリアンブルとの相互相関演算することにより、推定することができる。伝送路特性は、時間、周波数で異なる。ここでは、伝送路推定結果をH^(ω,t)と定義する。ここで、^(ハット)は推定を意味し、ωは周波数、tは時間を表す。 The received signal output from the receiving high frequency unit 4 is input to the transmission path estimation unit 6 and used to estimate the transmission path characteristics between the transmitter and the receiver. In OFDM, the transmission path characteristics can be estimated by interpolating pilot carriers inserted in the signal band in the frequency and time directions, or by calculating the cross-correlation between a known preamble signal added to the beginning of the frame and the received preamble. The transmission path characteristics differ depending on time and frequency. Here, the transmission path estimation result is defined as H^(ω,t). Here, ^ (hat) means estimation, ω represents frequency, and t represents time.

伝送路推定結果H^(ω,t)は、反射波強度算出部7及び復調部8に入力される。反射波強度算出部7については後述する。復調部8では、受信信号X(ω,t)と伝送路推定結果H^(ω,t)に基づいて送信信号を推定する復調処理を行う。復調処理では、ZF(Zero Forcing)方式やMMSE(Minimum Mean Square Error)方式などにより送信信号を推定し、推定結果から送信符号を推定する。例えば、ZF方式は、下記の式(3)に示すように受信信号X(ω,t)と推定伝送路特性H^(ω,t)から受信コンスタレーションR(ω,t)を算出する。 The transmission channel estimation result H^(ω,t) is input to the reflected wave intensity calculation unit 7 and the demodulation unit 8. The reflected wave intensity calculation unit 7 will be described later. The demodulation unit 8 performs demodulation processing to estimate the transmission signal based on the received signal X(ω,t) and the transmission channel estimation result H^(ω,t). In the demodulation processing, the transmission signal is estimated using the ZF (Zero Forcing) method or the MMSE (Minimum Mean Square Error) method, and the transmission code is estimated from the estimation result. For example, the ZF method calculates the reception constellation R(ω,t) from the received signal X(ω,t) and the estimated transmission channel characteristic H^(ω,t) as shown in the following equation (3).

Figure 0007543166000003
Figure 0007543166000003

ZFやMMSE以外にもMLD(Maximum Lilelihood Detection)方式がある。MLD方式は、下記の式(4)、式(5)に示すように、受信信号X(ω,t)と推定伝送路特性H^(ω,t)から算出した受信レプリカX^i (ω,t)との二乗誤差L(ω,t)が最も少なくなる受信信号レプリカX^min (ω,t)を検出し、その結果に基づいて復調を行う。 Besides ZF and MMSE, there is also the MLD (Maximum Lilelihood Detection) method. As shown in the following formulas (4) and (5), the MLD method detects a received signal replica X^min(ω,t) that minimizes the square error L(ω,t) between the received signal X(ω,t) and a received replica X^ i (ω,t) calculated from an estimated transmission channel characteristic H^(ω,t), and performs demodulation based on the result.

Figure 0007543166000004
Figure 0007543166000004

Figure 0007543166000005
Figure 0007543166000005

復調部8では、式(3)もしくは式(5)を用いて送信符号を推定する。送信符号の推定結果としては、受信信号が符号“0”もしくは符号“1”の尤もらしさを示すLLR(Log Likelihood Ratio)を用いることが多い。LLRは、その絶対値が大きいほど確からしいことを示す。 The demodulator 8 estimates the transmission code using equation (3) or equation (5). As an estimation result of the transmission code, LLR (Log Likelihood Ratio), which indicates the likelihood that the received signal is code "0" or code "1", is often used. The larger the absolute value of the LLR, the more likely it is.

復調部8で算出されたLLRは、誤り訂正復号部10に入力される。誤り訂正復号部10は、入力されたLLRから、誤り訂正符号部1に対応する誤り訂正復号方式を用いて、伝搬路で生じた符号誤りを訂正する。誤り訂正復号部10からは、再生された音声、映像の符号データが出力される。このようにして、FPUによる無線伝送が実現される。 The LLR calculated by the demodulation unit 8 is input to the error correction decoding unit 10. The error correction decoding unit 10 corrects the code errors that occurred in the propagation path from the input LLR using an error correction decoding method corresponding to the error correction coding unit 1. The error correction decoding unit 10 outputs the reproduced audio and video code data. In this way, wireless transmission by the FPU is realized.

次に、MER算出部9とMI算出部11について説明する。MER算出部9とMI算出部11は、どちらも受信特性を示す指標を算出し、マージン算出部12に提供する。
MER算出部9では、受信コンスタレーションR(ω,t)を用いて、式(1)に示す演算式によりMERを算出する。あるいは、式(4)の最小受信レプリカ距離L(ω,t)を用いて、下記の式(6)に示す演算式であってもよい。
Next, a description will be given of the MER calculation unit 9 and the MI calculation unit 11. The MER calculation unit 9 and the MI calculation unit 11 both calculate an index indicating reception characteristics and provide it to the margin calculation unit 12.
The MER calculation unit 9 calculates the MER by the calculation formula shown in formula (1) using the reception constellation R(ω,t). Alternatively, the MER may be calculated by the calculation formula shown in formula (6) below using the minimum reception replica distance L(ω,t) of formula (4).

Figure 0007543166000006
MERは、受信CNRに近い値となるため、伝送マージンを算出するための指標として用いられている。
Figure 0007543166000006
Since the MER is close to the received CNR, it is used as an index for calculating the transmission margin.

次に、MI算出部11では、誤り訂正復号部10に入力されたLLRを用いて、下記の式(7)により相互情報量MI(Mutula Information)を算出する。 Next, the MI calculation unit 11 uses the LLR input to the error correction decoding unit 10 to calculate the mutual information MI (Mutual Information) according to the following formula (7).

Figure 0007543166000007
Figure 0007543166000007

LLRに基づいて算出された相互情報量MIは、復調受信信号の信頼性を示しており、“0”から“1”の範囲で表現される指標である。相互情報量MIが“0”であれば符号誤りが多く、受信信号から何ら情報を得られていない状態を示し、“1”であれば符号誤りが全くない状態を示している。相互情報量MIは誤り訂正符号の復号特性と深い関係があり、EXIT(EXtrinsic Information Transfer)チャートと称する解析手法を用いることで、エラーフリーとなるための所要相互情報量を算出することができる。 The mutual information MI calculated based on the LLR indicates the reliability of the demodulated received signal, and is an index expressed in the range of "0" to "1." A mutual information MI of "0" indicates a state in which there are many code errors and no information is obtained from the received signal, while a value of "1" indicates a state in which there are no code errors at all. The mutual information MI is closely related to the decoding characteristics of error-correcting codes, and the required mutual information to become error-free can be calculated by using an analytical method called the EXIT (EXtrinsic Information Transfer) chart.

このように、相互情報量MIとBERは一対一の関係にあり、その関係性も高い精度で一致しているため、伝送マージンを算出するための指標として用いることができる。
以上説明した、RSSI算出部5にて算出したRSSI、MER算出部9にて算出したMER、MI算出部11にて算出した相互情報量MIは、いずれも受信特性を示す指標であり、マージン算出部12に入力されて、伝送マージンを算出するに用いられる。しかしながら、前述したように、これらの指標をdB単位のマージンとして用いる場合、AWGN環境と反射波環境ではその傾きが異なる。
In this way, there is a one-to-one relationship between the mutual information MI and the BER, and this relationship coincides with a high degree of accuracy, so that it can be used as an index for calculating the transmission margin.
The RSSI calculated by the RSSI calculation unit 5, the MER calculated by the MER calculation unit 9, and the mutual information MI calculated by the MI calculation unit 11 described above are all indices indicating reception characteristics, and are input to the margin calculation unit 12 and used to calculate the transmission margin. However, as described above, when these indices are used as margins in dB units, the slopes differ between the AWGN environment and the cluttered wave environment.

図3には、MER対伝送マージンの特性を示してある。反射波のないAWGN環境と反射波環境では、マージンが“0”となる所要MERも異なり、またその傾きも異なっている。 Figure 3 shows the MER versus transmission margin characteristics. The required MER for the margin to become "0" differs between an AWGN environment with no reflected waves and a reflected wave environment, and the slope also differs.

図4には、図3と同様に、相互情報量MI対マージンの特性を示してある。相互情報量MIの場合は、反射波の有無に関わらず、所要相互情報量でマージンが“0”となる。しかしながら、反射波強度が強くなると、その傾きは急になるような特性を示す。ただし、所要相互情報量は、誤り訂正符号の特性により異なる。 As in Figure 3, Figure 4 shows the characteristics of mutual information MI versus margin. In the case of mutual information MI, the margin is "0" at the required mutual information regardless of whether or not there is a reflected wave. However, as the reflected wave strength increases, the slope becomes steeper. However, the required mutual information differs depending on the characteristics of the error correcting code.

図3、図4で示したように、反射波の強度によりマージンが“0”となる値や、マージンに対するカーブの傾きが異なる。そのため、本例のシステムでは、反射波強度算出部7によって算出された反射波強度に基づいて、マージン算出に使用するマージンカーブ(図3、図4)を選択する。以下に、反射波強度算出部7について説明する。 As shown in Figures 3 and 4, the value at which the margin becomes "0" and the slope of the curve for the margin vary depending on the intensity of the reflected wave. Therefore, in the system of this example, the margin curve (Figures 3 and 4) to be used for margin calculation is selected based on the reflected wave intensity calculated by the reflected wave intensity calculation unit 7. The reflected wave intensity calculation unit 7 is described below.

反射波強度算出部7には、伝送路推定部6で推定された伝送路特性H^(ω,t)が入力される。反射波強度MS(Multipath Strength)の算出の基本的な概念は、下記の式(8)のように表すことができる。すなわち、最も大きな信号電力を直接波成分PD とし、それ以外の反射波成分の総電力PR を反射波電力とすると、直接波成分PD と反射波成分の総電力PR の比が反射波強度MSとなる。 The reflected wave intensity calculation unit 7 receives the transmission path characteristic H^(ω,t) estimated by the transmission path estimation unit 6. The basic concept of calculating the reflected wave intensity MS (Multipath Strength) can be expressed as in the following equation (8). That is, if the greatest signal power is the direct wave component P D and the total power P R of the other reflected wave components is the reflected wave power, the ratio of the direct wave component P D to the total power P R of the reflected wave components becomes the reflected wave intensity MS.

Figure 0007543166000008
ここで、PRiは、i番目の反射波電力を示している。
Figure 0007543166000008
Here, P Ri indicates the power of the i-th reflected wave.

直接波成分PD と反射波成分PR の算出手法について、時間領域と周波数領域で算出する2つの方式について言及するが、それ以外の手法を用いても差し支えない。
まずは、時間領域の算出方法について説明する。図5は、遅延プロファイルを示している。遅延プロファイルは、信号電力と遅延時間の関係を表す。時間領域の直接波成分PD は、最も大きな信号電力成分とする。また、時間領域の反射波成分PR は、雑音による擾乱成分と区別するための閾値を上回る信号電力の総和とする。ただし、時間領域でパス分離可能な時間分解能は帯域幅の逆数の2~4倍程度であり、それ以下の遅延時間の反射波は分離することが困難という問題もある。
Regarding the method of calculating the direct wave component P D and the reflected wave component P R , two methods of calculation in the time domain and in the frequency domain will be mentioned, but other methods may also be used.
First, the calculation method of the time domain will be explained. Figure 5 shows a delay profile. The delay profile shows the relationship between signal power and delay time. The direct wave component P D in the time domain is the largest signal power component. The reflected wave component P R in the time domain is the sum of signal powers that exceed a threshold value for distinguishing from disturbance components due to noise. However, the time resolution at which paths can be separated in the time domain is about 2 to 4 times the reciprocal of the bandwidth, and there is a problem in that it is difficult to separate reflected waves with delay times shorter than that.

次に、周波数領域の算出方法について説明する。ここでは、説明の簡略化のため、時間tについては省略する。周波数領域の直接波成分PD は、下記の式(9)に示すように、推定した伝送路特性H^(ω)の二乗平均とする。 Next, a calculation method in the frequency domain will be described. Here, for simplicity of explanation, time t will be omitted. The direct wave component P D in the frequency domain is the root mean square of the estimated transmission path characteristic H^(ω) as shown in the following equation (9).

Figure 0007543166000009
Figure 0007543166000009

また、周波数領域の反射波成分PR は、下記の式(10)に示すように、伝送路特性H^(ω)の二乗から直接波成分PD を減算した値の二乗平均の平方根とする。式(9)では、伝送路特性H^(ω)の二乗平均を直接波成分PD として算出し、式(10)では、その標準偏差を反射波成分PR として算出している。 Moreover, the reflected wave component P R in the frequency domain is the square root of the mean square of the value obtained by subtracting the direct wave component P D from the square of the transmission path characteristic H^(ω), as shown in the following equation (10). In equation (9), the mean square of the transmission path characteristic H^(ω) is calculated as the direct wave component P D , and in equation (10), the standard deviation is calculated as the reflected wave component P R.

Figure 0007543166000010
Figure 0007543166000010

周波数領域で算出する場合は、時間領域と比較して低遅延の反射波が混入する場合であっても、高精度に反射波強度MSを算出することができる。
以上の処理により反射波強度MSを算出し、図3、図4に示したような、MSに対するマージン特性を選択し、MERやMIから伝送マージンを算出する。
When calculating in the frequency domain, the reflected wave intensity MS can be calculated with high accuracy even when reflected waves with short delays are mixed in as compared to the time domain.
The reflected wave intensity MS is calculated by the above processing, and the margin characteristic for MS as shown in FIG. 3 and FIG. 4 is selected, and the transmission margin is calculated from MER and MI.

図3、図4のようなマージン特性は、システム運用前のシミュレーションなどオフラインで算出することが可能であり、計算結果のデータが受信装置のメモリテーブルなどに設定される。メモリテーブルには、例えば、反射波強度MSの値に対応付けて、MERに対するマージン特性(図3)やMIに対するマージン特性(図4)などの特性データが記憶される。従って、システム運用時には、MERとMS、あるいはMIとMSに基づいてメモリテーブルを参照することで、容易に伝送マージンを算出することが可能である。なお、上記の説明ではMERやMIについて言及したが、RSSI算出部5にて得られるRSSIに関しても同様である。更に、上記の説明ではマージンの単位をdBとしていたが、dB以外の単位を用いても差し支えない。 The margin characteristics as shown in Figures 3 and 4 can be calculated offline, such as by simulation before the system is put into operation, and the data of the calculation results is set in the memory table of the receiving device. The memory table stores characteristic data such as the margin characteristics for MER (Figure 3) and the margin characteristics for MI (Figure 4) in association with the value of the reflected wave intensity MS, for example. Therefore, when the system is in operation, the transmission margin can be easily calculated by referring to the memory table based on MER and MS, or MI and MS. Note that while the above explanation refers to MER and MI, the same applies to the RSSI obtained by the RSSI calculation unit 5. Furthermore, although the above explanation uses dB as the unit of margin, units other than dB may be used.

マージン算出部12にて算出された伝送マージンは、受信支援機能部13に入力される。受信支援機能部13では、入力された伝送マージンに従い、伝送破綻が生じる前に運用者にアラームを発報する。アラームの発報手法は、視覚的な情報や聴覚的な情報であってもよいし、所定のマージンを下回った場合には、伝送経路を切り替えるなどの電子的な情報であっても良い。 The transmission margin calculated by the margin calculation unit 12 is input to the reception support function unit 13. The reception support function unit 13 issues an alarm to the operator before a transmission failure occurs according to the input transmission margin. The alarm may be issued in the form of visual or auditory information, or electronic information such as switching the transmission path if the margin falls below a specified margin.

以上のように、本例の無線伝送システムでは、受信装置(FPU受信部)が、反射波強度と伝送マージンの特性データとを予め対応付けて記憶しており(図3、図4)、反射波強度算出部7にて、伝送路推定の結果に基づいて反射波強度MSを算出し、マージン算出部12にて、当該算出した反射波強度MSに対応する特性データに基づいて伝送マージンを算出するよう構成されている。このように、反射波強度に対応する特性データに基づいて伝送マージンの算出を行うことで、高精度な伝送マージンを算出することができる。このため、誤り訂正のBER特性が急峻であったとしても、BER特性を参照することなく伝送破綻までの伝送マージンを正確に把握することが可能となる。 As described above, in the wireless transmission system of this example, the receiving device (FPU receiving unit) is configured to previously associate and store the reflected wave intensity with the characteristic data of the transmission margin (Figures 3 and 4), and the reflected wave intensity calculation unit 7 calculates the reflected wave intensity MS based on the result of the transmission path estimation, and the margin calculation unit 12 calculates the transmission margin based on the characteristic data corresponding to the calculated reflected wave intensity MS. In this way, by calculating the transmission margin based on the characteristic data corresponding to the reflected wave intensity, it is possible to calculate a highly accurate transmission margin. Therefore, even if the BER characteristic of the error correction is steep, it is possible to accurately grasp the transmission margin until transmission failure without referring to the BER characteristic.

ここで、伝送マージンの特性データとしては、RSSI、MER、MIなどの指標と伝送マージンとの関係を表すデータを用いることができる。なお、RSSI、MER、MIの他に、反射波強度に応じて伝送マージンとの関係が変化する他の指標を用いてもよいし、これらを組み合わせて用いてもよい。また、反射波強度は、時間領域で算出してもよく、周波数領域で算出してもよい。また、他の方式で反射波強度を算出してもよいし、これらの組み合わせを用いてもよい。 Here, data showing the relationship between the transmission margin and indexes such as RSSI, MER, and MI can be used as the characteristic data of the transmission margin. Note that in addition to RSSI, MER, and MI, other indexes whose relationship with the transmission margin changes depending on the reflected wave intensity may be used, or a combination of these may be used. Also, the reflected wave intensity may be calculated in the time domain or in the frequency domain. Also, the reflected wave intensity may be calculated using other methods, or a combination of these may be used.

以上、本発明について一実施形態に基づいて説明したが、本発明はここに記載された構成に限定されるものではなく、他の構成のシステムに広く適用することができることは言うまでもない。
また、本発明は、例えば、上記の処理に関する技術的手順を含む方法や、上記の処理をプロセッサにより実行させるためのプログラム、そのようなプログラムをコンピュータ読み取り可能に記憶する記憶媒体などとして提供することも可能である。
The present invention has been described above based on one embodiment, but it goes without saying that the present invention is not limited to the configuration described here and can be widely applied to systems with other configurations.
Furthermore, the present invention can also be provided as, for example, a method including technical procedures related to the above-mentioned processing, a program for causing a processor to execute the above-mentioned processing, or a storage medium for storing such a program in a computer-readable manner.

なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。更に、本発明の範囲は、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。 The scope of the present invention is not limited to the exemplary embodiments shown and described, but includes all embodiments that achieve equivalent effects to those intended by the present invention. Furthermore, the scope of the present invention can be defined by any desired combination of specific features among all the respective features disclosed.

本発明は、送信装置から受信装置へ無線によりデータ伝送を行う無線伝送システムに利用することができる。 The present invention can be used in a wireless transmission system that transmits data wirelessly from a transmitting device to a receiving device.

1:誤り訂正符号部、 2:変調部、 3:送信高周波部、 4:受信高周波部、 5:RSSI算出部、 6:伝送路推定部、 7:反射波強度算出部、 8:復調部、 9:MER算出部、 10:誤り訂正復号部、 11:MI算出部、 12:マージン算出部、 13:受信支援機能部

1: Error correction coding unit, 2: Modulation unit, 3: Transmission high frequency unit, 4: Reception high frequency unit, 5: RSSI calculation unit, 6: Transmission path estimation unit, 7: Reflected wave intensity calculation unit, 8: Demodulation unit, 9: MER calculation unit, 10: Error correction decoding unit, 11: MI calculation unit, 12: Margin calculation unit, 13: Reception support function unit

Claims (5)

送信装置から受信装置へ無線によりデータ伝送を行う無線伝送システムにおいて、
前記受信装置は、異なる複数の反射波強度のそれぞれに対して、その反射波強度が得られる環境での受信信号強度、変調誤差比、相互情報量のいずれかの指標の変移と伝送マージンの変移とを対応付けた特性データを予め記憶しており、伝送路推定の結果に基づいて反射波強度を算出し、当該算出した反射波強度に対応する特性データを選択し、前記いずれかの指標を算出して前記選択した特性データに照らすことで伝送マージンを算出することを特徴とする無線伝送システム。
In a wireless transmission system for wirelessly transmitting data from a transmitting device to a receiving device,
The receiving device pre -stores characteristic data that associates, for each of a plurality of different reflected wave intensities, a change in one of the indices of received signal strength, modulation error ratio, or mutual information in the environment in which the reflected wave intensity is obtained with a change in transmission margin, and calculates the reflected wave intensity based on the result of transmission path estimation , selects characteristic data corresponding to the calculated reflected wave intensity, calculates one of the indices, and calculates the transmission margin by comparing it with the selected characteristic data, characterized in that the wireless transmission system.
請求項1に記載の無線伝送システムにおいて、
前記特性データは、対応する反射波強度が得られる環境での相互情報量の変移と伝送マージンの変移とを対応付けたデータであり、
前記受信装置は、相互情報量を算出し、当該算出した相互情報量を前記算出した反射波強度に対応する特性データに照らして伝送マージンを算出することを特徴とする無線伝送システム。
2. The wireless transmission system according to claim 1,
The characteristic data is data in which a change in mutual information and a change in transmission margin in an environment in which a corresponding reflected wave intensity is obtained are associated with each other ,
The wireless transmission system is characterized in that the receiving device calculates mutual information , and calculates a transmission margin by comparing the calculated mutual information with characteristic data corresponding to the calculated reflected wave intensity.
請求項1又は請求項2に記載の無線伝送システムにおいて、
前記受信装置は、時間領域の反射波強度を算出することを特徴とする無線伝送システム。
3. The wireless transmission system according to claim 1,
The wireless transmission system is characterized in that the receiving device calculates the reflected wave intensity in the time domain.
請求項1又は請求項2に記載の無線伝送システムにおいて、
前記受信装置は、周波数領域の反射波強度を算出することを特徴とする無線伝送システム。
3. The wireless transmission system according to claim 1,
The wireless transmission system is characterized in that the receiving device calculates the reflected wave intensity in the frequency domain.
送信装置から受信装置へ無線によりデータ伝送を行う無線伝送方法において、
前記受信装置が、異なる複数の反射波強度のそれぞれに対して、その反射波強度が得られる環境での受信信号強度、変調誤差比、相互情報量のいずれかの指標の変移と伝送マージンの変移とを対応付けた特性データを予め記憶しており、伝送路推定の結果に基づいて反射波強度を算出し、当該算出した反射波強度に対応する特性データを選択し、前記いずれかの指標を算出して前記選択した特性データに照らすことで伝送マージンを算出することを特徴とする無線伝送方法。
A wireless transmission method for wirelessly transmitting data from a transmitting device to a receiving device, comprising:
The wireless transmission method is characterized in that the receiving device pre-stores characteristic data that associates, for each of a plurality of different reflected wave intensities, a change in one of the indices, namely, received signal strength, modulation error ratio, or mutual information, in the environment in which the reflected wave intensity is obtained, with a change in the transmission margin, calculates the reflected wave intensity based on the result of transmission path estimation , selects characteristic data corresponding to the calculated reflected wave intensity, and calculates one of the indices and compares it against the selected characteristic data to calculate the transmission margin.
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