JP7673366B2 - COMMUNICATION DEVICE AND COMMUNICATION METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、周波数利用効率を高くすることが可能な通信装置および通信方法に関する。 The present invention relates to a communication device and a communication method that can improve frequency utilization efficiency.
近年、無線通信に対する需要が増加の一途を辿っており、周波数リソースの不足が深刻化している。スペクトル利用効率を改善するために、これまでにも様々な技術が提案されてきた。その一つがIn-Band Full-Duplex(IBFDと適宜称する)である。基地局BS(Base Station)は、複数のユーザー装置UE(User Equipment)と双方向通信を行う。従来のHalf-Duplex(HDと適宜称する)では各UEとの上下リンクをそれぞれ別のタイムスロット(もしくは別の周波数リソース)に割り当てる必要があるが、IBFDではBSが同じ周波数帯で同時送受信することで、スペクトル利用効率を理想的には2倍にできる有望な技術として期待されてきた。また、IBFDは従来のHDと比較して、隠れ端末問題の解決や、トラフィック輻輳の低減など多くの利点も有する。 In recent years, the demand for wireless communication has been steadily increasing, and the shortage of frequency resources has become serious. Various technologies have been proposed to improve spectrum utilization efficiency. One of them is In-Band Full-Duplex (IBFD). A base station (BS) performs bidirectional communication with multiple user equipment (UE). In conventional Half-Duplex (HD), uplinks and downlinks with each UE must be assigned to different time slots (or different frequency resources), but IBFD has been expected to be a promising technology that can ideally double spectrum utilization efficiency by allowing the BS to simultaneously transmit and receive in the same frequency band. In addition, IBFD has many advantages over conventional HD, such as solving the hidden terminal problem and reducing traffic congestion.
一方で、自身の送信信号が受信信号(所望信号)に対して与える強力な干渉(Self-Interference,SI、自己干渉と適宜称する)信号が所望信号の受信品質を著しく劣化させるため、IBFDは未だ実用化に至っていない。これを解決するために、これまでにアンテナによるキャンセル技術(非特許文献1参照)、アナログ回路におけるキャンセル技術(非特許文献2参照)、およびデジタル回路におけるキャンセル技術(非特許文献3参照)などの様々な自己干渉キャンセル技術が提案されている。 However, IBFD has not yet been put to practical use because the strong interference (Self-Interference, SI) that the transmission signal causes to the received signal (desired signal) significantly deteriorates the reception quality of the desired signal. To solve this problem, various self-interference cancellation techniques have been proposed, such as antenna cancellation (see Non-Patent Document 1), analog circuit cancellation (see Non-Patent Document 2), and digital circuit cancellation (see Non-Patent Document 3).
非特許文献1に記載のものは、アンテナを三つ使用し、二つの送信アンテナ間の距離が大きいことで実用化は難しい問題がある。非特許文献2に記載のものは、サーキュレーターを用いてアナログ自己干渉キャンセルを実装しているが、サーキュレーターのハードウェア規模が大きい問題ある。非特許文献3に記載のものは、二つの同じ受信回路を用いてデジタル自己干渉キャンセルを実装していることで、ハードウェア規模が増大する問題がある。これらの技術では、自己干渉信号と所望信号の混合受信信号の時間波形から自己干渉信号成分の時間波形を直接差し引くことで自己干渉成分のキャンセルを試みる。それらのいくつかは、特定の環境下において十分なキャンセル性能が達成できると報告されているが、実装の複雑さやハードウェア規模の増大、また実現環境が極端に限定されるなど、各技術単体では十分に実用性があるとは言えない。
The technique described in Non-Patent
したがって、本発明の目的は、これらの従来自己干渉キャンセル技術適用後に残留した自己干渉信号をデジタル領域でキャンセルし、周波数利用効率を最大二倍にできることを可能とする通信装置および通信方法を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to provide a communication device and a communication method that can cancel the self-interference signal remaining after applying these conventional self-interference cancellation techniques in the digital domain, thereby making it possible to double the frequency utilization efficiency.
本発明は、第1のユーザー端末からのデータ受信と、第2のユーザー端末に対するデータ送信を、シングルキャリア伝送で同じ周波数帯で同時に行なう通信装置において、
トレーニング時に、既知のデータからなるトレーニング信号を送信する送信部及びアンテナと、
送信信号の送信タイミングを調整する送信タイミング調整部と、
データ送信に基づく自己干渉信号及びデータ受信に基づく所望信号を含む受信信号を受信するアンテナ及びトレーニング信号検出部を含む受信部と、
受信信号の受信サンプリングタイミングと、トレーニング信号に基づき自己干渉信号のアイパターンが一番開いている時刻もしくは所定のタイミングずれ以内の時刻でサンプリングする送信信号の送信サンプリングタイミングと、の時間差である送信タイミングのオフセットを計算するオフセット計算部と、
自己干渉信号と所望信号を分離する分離部とを備え、
送信タイミング調整部は、送信タイミングのオフセットに基づいて、送信信号の送信タイミングを調整して、送信サンプリングタイミングを受信サンプリングタイミングにほぼ一致させ、自己干渉信号のアイパターンが一番開いている時刻、もしくは所定のタイミングずれ以内において、受信信号のサンプリングが行われるように制御され、
分離部は、サンプリングの結果得られた信号から、複素平面上で自己干渉信号の成分を差し引いて残留複素信号を生成し、
残留複素信号を復調することで所望信号の復調結果を得るようになされた通信装置である。
The present invention relates to a communication device that simultaneously receives data from a first user terminal and transmits data to a second user terminal in the same frequency band using single carrier transmission ,
A transmitter and an antenna for transmitting a training signal consisting of known data during training;
a transmission timing adjustment unit that adjusts the transmission timing of a transmission signal;
a receiving unit including an antenna and a training signal detection unit for receiving a received signal including a self-interference signal based on data transmission and a desired signal based on data reception ;
an offset calculation unit that calculates a transmission timing offset , which is a time difference between a reception sampling timing of a reception signal and a transmission sampling timing of a transmission signal sampled at a time when an eye pattern of a self-interference signal is most open based on a training signal or at a time within a predetermined timing offset;
A separation unit that separates a self-interference signal and a desired signal,
the transmission timing adjustment unit adjusts the transmission timing of the transmission signal based on the transmission timing offset to substantially match the transmission sampling timing with the reception sampling timing , and controls so that sampling of the reception signal is performed at the time when the eye pattern of the self-interference signal is most open or within a predetermined timing offset;
The separator subtracts the self-interference signal component on a complex plane from the signal obtained as a result of the sampling to generate a residual complex signal;
The communication device is adapted to obtain a demodulated result of a desired signal by demodulating the residual complex signal.
本発明によれば、小さな回路規模であって、従来の自己干渉キャンセル技術による残留自己干渉をキャンセルし、周波数利用効率を高くすることができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、この発明中に記載されたいずれの効果であってもよい。また、以下の説明における例示された効果によりこの発明の内容が限定して解釈されるものではない。 According to the present invention, it is possible to cancel the residual self-interference caused by conventional self-interference cancellation technology with a small circuit scale, and to increase the frequency utilization efficiency. Note that the effects described here are not necessarily limited, and may be any of the effects described in this invention. Furthermore, the contents of this invention should not be interpreted as being limited by the effects exemplified in the following description.
以下、この発明の一実施形態について説明する。なお、以下に説明する一実施形態は、この発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において、特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限定されないものとする。 One embodiment of the present invention will be described below. Note that the embodiment described below is a preferred specific example of the present invention, and various technically preferable limitations are included, but the scope of the present invention is not limited to these embodiments unless otherwise specified in the following description to the effect that the present invention is limited.
図1を参照してIBFDについて説明する。基地局BS(Base Station)は、ユーザー装置UE1とUE2とそれぞれ双方向通信を行う。基地局BSは、実際にはより多くのユーザー端末と無線通信を行なうようにされている。ユーザー装置UE1もしくはUE2から基地局BSへの通信を上りリンク、基地局BSからユーザー装置UE1もしくはUE2への通信を下りリンクと呼称する。従来のHDでは、図2Aに示すように、各UEとの上下リンクをそれぞれ別のタイムスロットTS(もしくは別の周波数リソース)に割り当てる必要がある。例えば図2Aでは、TS1においてユーザー装置UE1から基地局BSへの上りリンク通信を実施し、TS2においてユーザー装置UE2から基地局BSへの上りリンク通信を実施し、TS3において基地局BSからユーザー装置UE1への下りリンク通信を実施し、TS4において基地局BSからユーザー装置UE2への下りリンク通信を実施する。したがって合計4つのタイムスロットTSを利用する。これに対して、図2Bに示すように、IBFDでは基地局BSが同じ周波数帯で同時送受信する事で、スペクトル利用効率を理想的には2倍にすることができる。例えば図2Bでは、TS1においてユーザー装置UE1から基地局BSへの上りリンク通信と、基地局BSからユーザー装置UE2への下りリンク通信を同時に実施し、TS2においてユーザー装置UE2から基地局BSへの上りリンク通信と、基地局BSからユーザー装置UE1への下りリンク通信を同時に実施する。したがって理想的には合計2つのタイムスロットTSの利用で済むため、最大二倍の周波数利用効率となる。また、IBFDは従来のHDと比較して、隠れ端末問題の解決や、トラフィック輻輳の低減など多くの利点も有する。 IBFD will be described with reference to FIG. 1. A base station BS (Base Station) performs bidirectional communication with each of user devices UE1 and UE2. In reality, the base station BS is designed to perform wireless communication with many more user terminals. Communication from the user device UE1 or UE2 to the base station BS is called the uplink, and communication from the base station BS to the user device UE1 or UE2 is called the downlink. In conventional HD, as shown in FIG. 2A, it is necessary to assign uplinks and downlinks with each UE to different time slots TS (or different frequency resources). For example, in FIG. 2A, uplink communication from the user device UE1 to the base station BS is performed in TS1, uplink communication from the user device UE2 to the base station BS is performed in TS2, downlink communication from the base station BS to the user device UE1 is performed in TS3, and downlink communication from the base station BS to the user device UE2 is performed in TS4. Therefore, a total of four time slots TS are used. In contrast, as shown in FIG. 2B, in IBFD, the base station BS simultaneously transmits and receives in the same frequency band, ideally doubling the spectrum utilization efficiency. For example, in FIG. 2B, in TS1, uplink communication from the user equipment UE1 to the base station BS and downlink communication from the base station BS to the user equipment UE2 are simultaneously performed, and in TS2, uplink communication from the user equipment UE2 to the base station BS and downlink communication from the base station BS to the user equipment UE1 are simultaneously performed. Therefore, ideally, only two time slots TS are required in total, resulting in a maximum doubling of spectrum utilization efficiency. In addition, IBFD has many advantages over conventional HD, such as solving the hidden terminal problem and reducing traffic congestion.
一方で、図3のように自身の送信信号が受信信号(所望信号)に対して与える強力な自己干渉信号(破線で示す)が所望信号の受信品質を著しく劣化させるため、IBFDは未だ実用化に至っていない。本発明は、かかる問題を解決するものである。 On the other hand, IBFD has not yet been put to practical use because the strong self-interference signal (shown by the dashed line) that the transmission signal itself gives to the received signal (desired signal) as shown in Figure 3 significantly deteriorates the reception quality of the desired signal. The present invention solves this problem.
本発明では、従来の自己干渉キャンセル技術のように、混合受信信号から直接自己干渉信号成分を時間波形として直接差し引く方式と異なり、BS受信側において受信信号(すなわち所望信号)に送信信号(すなわち自己干渉信号)をそのタイミングを調整した上で重畳して変調し、その重畳信号の変調特徴を用いて受信信号だけを取り出す「重畳変調特徴利用型信号分離受信技術」を提案する。 In contrast to conventional self-interference cancellation techniques that directly subtract the self-interference signal component from the mixed received signal as a time waveform, this invention proposes a "signal separation and reception technology using superimposed modulation characteristics" in which the BS receiver adjusts the timing of the transmitted signal (i.e., the self-interference signal) on the received signal (i.e., the desired signal) and modulates it, and then uses the modulation characteristics of the superimposed signal to extract only the received signal.
図4に本発明が提案する、「重畳変調特徴利用型信号分離受信技術」を導入したBSにおける送受信機構成の一例を示す。送信部1、送信高周波部2及び送信アンテナ3と、受信部11、受信高周波部12及び受信アンテナ13が設けられている。予めトレーニングを行なう時が設定されている。トレーニングは、初期設定の期間に行なうようにしてもよいし、受信中に行なうようにしてもよい。トレーニングによって得られた調整値は、例えば不揮発性メモリ(不図示)などに保持される。
Figure 4 shows an example of a transceiver configuration in a BS that introduces the "superimposed modulation feature-based signal separation reception technology" proposed by the present invention. A
送信部1には、送受信時とトレーニング時とで切り替えられる切替器4及び5が設けられている。送受信状態では、切替器4及び5によって選択されたデータ信号6が送信タイミング調整部8において送信タイミングが調整されてから、送信高周波部2及び送信アンテナ3を通じて送信される。トレーニング時では、切替器4及び5によって選択されたトレーニング信号7が送信タイミング調整部8において送信タイミングが調整され、送信タイミング調整部8からのトレーニング信号7が送信高周波部2及び送信アンテナ3を通じて送信される。トレーニング信号7は、送信信号と同様の変調がなされた信号であり、既知のデータである。
The
受信アンテナ13によって受信された受信信号が受信高周波部2で処理されて受信部11に供給される。送信部11には、送受信時とトレーニング時とで切り替えられる切替器14及び15が設けられている。送受信状態では、切替器14及び15によって選択された受信信号が分離部16に供給される。分離部16は、自己干渉信号を取り除いて所望信号を分離して出力する機能を有する。
The received signal received by the receiving
トレーニング時では、切替器15によって選択された受信信号から検出部17によってトレーニング信号が検出される。検出されたトレーニング信号がオフセット計算部18に供給される。オフセット計算部18では、送信タイミングのオフセットが計算される。送信タイミングのオフセットは、受信信号のサンプリングタイミングと送信信号のサンプリングタイミングの時間差のことである。一般的にパルス通信において、データ判定のためのサンプリングタイミングは、アイパターンが一番開いている時刻(中央の時刻)とされることが好ましい。受信信号と送信信号のサンプリングタイミングが一致していると、送信信号(自己干渉信号)が受信信号(所望信号)に対して与える影響を、後ほど説明する自己干渉信号と所望信号を分離する分離部16による処理によって、除去もしくは軽減しやすくすることができる。
During training, the
オフセット計算部18によって得られたオフセットが送信部1の送信タイミング調整部8に対して供給され、送信タイミング調整部8は、オフセットがなくなるように、送信信号のタイミングが調整される。なお、送信タイミング調整部8は、回路遅延等を考慮して送信信号の送出タイミングを調整する。自己干渉信号と所望信号を分離する分離部16によって両者が分離され、所望信号が取り出される。トレーニングが終了すると、切替器4及び5が切替られ、送受信動作がなされる。送信されるデータ信号6が送信タイミング調整部8を介して送信されるので、受信信号と自己干渉信号のサンプリングタイミングが一致したものとされ、分離部16において、所望信号と自己干渉信号の分離処理が良好になされる。
The offset obtained by the offset
次に、基地局BSがユーザー装置UE2に送信する信号の例を観察する。一例として、8ビットの情報ビット列(0,1,1,0,0,1,1,0)をQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)変調で送信する。ここでは、例として複素シンボル(1+j)に2ビットの情報ビット列(1,1)を、複素シンボル(-1+j)に2ビットの情報ビット列(0,1)を、複素シンボル(-1-j)に2ビットの情報ビット列(0,0)を、複素シンボル(1-j)に2ビットの情報ビット列(1,0)をマッピングするQPSKを考える。送信信号が受信されるまでに減衰もしくは増幅される係数をAとすると、QPSK変調された受信シンボルは図5の例では、(-A+jA,A-jA,-A+jA,A-jA)の4つの複素シンボルとなる。また図5では、ユーザー装置UE1が基地局BSに送信する所望信号もQPSKで変調されているが、どのシンボルが送信されているかわからない状況を示しており、図5Bのxで示す場所が全て所望信号の候補となる。基地局BSがユーザー装置UE2に送信する信号をs1(t-τ)(τは所望信号と自己干渉信号SIのサンプリングタイミングの時間差を表す)、基地局BSが受信するユーザー端末UE1からの所望信号をr1(t)とする。この時、自己干渉信号SIは、hs1(t-τ)と表される。ここでhはチャネル係数であり、図5の例ではh=Aである。 Next, an example of a signal transmitted from the base station BS to the user device UE2 is observed. As an example, an 8-bit information bit sequence (0,1,1,0,0,1,1,0) is transmitted by QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) modulation. Here, as an example, consider QPSK in which a 2-bit information bit sequence (1,1) is mapped to a complex symbol (1+j), a 2-bit information bit sequence (0,1) is mapped to a complex symbol (-1+j), a 2-bit information bit sequence (0,0) is mapped to a complex symbol (-1-j), and a 2-bit information bit sequence (1,0) is mapped to a complex symbol (1-j). If the coefficient by which the transmitted signal is attenuated or amplified before being received is A, the QPSK modulated received symbol is four complex symbols, (-A+jA, A-jA, -A+jA, A-jA), in the example of FIG. 5. Also, in Fig. 5, the desired signal transmitted by the user equipment UE1 to the base station BS is also modulated by QPSK, but it is not clear which symbol is being transmitted, and all the locations indicated by x in Fig. 5B are candidates for the desired signal. The signal transmitted by the base station BS to the user equipment UE2 is s 1 (t-τ) (τ represents the time difference between the sampling timing of the desired signal and the self-interference signal SI), and the desired signal received by the base station BS from the user terminal UE1 is r 1 (t). At this time, the self-interference signal SI is expressed as hs 1 (t-τ). Here, h is a channel coefficient, and in the example of Fig. 5, h=A.
図5Aは、基地局BSからユーザー端末UE2に送信する信号hs1(t-τ)の同相成分及び直交成分を表している。図5Aにおいて、横軸が時間を表しており、単位はサンプル時間となる。縦軸は信号の強さを表している。また、所望信号のサンプリングタイミングを破線で示す。受信信号のアイパターンが一番開いている時刻(中央の時刻)において、サンプリングされることがデータ判定の際に最適な受信性能を発揮する。しかしながら、このタイミングと所望信号のサンプリングのタイミングの間にオフセットが存在する。 Fig. 5A shows the in-phase and quadrature components of a signal hs 1 (t-τ) transmitted from a base station BS to a user terminal UE2. In Fig. 5A, the horizontal axis represents time, measured in units of sample time. The vertical axis represents signal strength. The sampling timing of the desired signal is also shown by a dashed line. Sampling at the time when the eye pattern of the received signal is most open (the central time) provides optimal reception performance during data determination. However, there is an offset between this timing and the sampling timing of the desired signal.
本発明と異なり、送信信号の送出タイミング調整を行わない場合、所望信号のサンプリングのタイミングで送信する信号もサンプリングされるので、図5Bに示すように、複素平面での所望信号の分布がランダムとなるため復調できない。すなわち、所望信号が複素平面の4個の象限のどこに存在するかが不明となり、所望信号をQPSK復調することができなくなる。 Unlike the present invention, if the timing of sending the transmission signal is not adjusted, the signal to be sent is also sampled at the timing of sampling the desired signal, and as shown in FIG. 5B, the distribution of the desired signal on the complex plane becomes random, making it impossible to demodulate. In other words, it becomes unclear where in the four quadrants of the complex plane the desired signal is located, and the desired signal cannot be QPSK demodulated.
本発明では、送信信号のタイミング調整を行なって、図6Aに示すように、送信信号のアイパターンが一番開いている時刻(中央の時刻)を完全に一致する、もしくは許容できるタイミングずれ以内とすることができる。したがって、図6Bに示すように、自己干渉信号及び所望信号の混合信号は例えばSingle Carrierの場合、送信信号(自己干渉信号)に受信信号(所望信号)がSuperposition Coding(重畳符号化)された状態となる。受信信号(所望信号)のコンスタレーション(変調複素信号)は、自己干渉信号分だけバイアスが付加された状態で受信される。したがって、図7に示すように、Superposition Codingの復調要領で、複素平面上で自己干渉信号成分を差し引き、残留複素信号成分を直接復調することで所望信号の復調結果を得ることができる。 In the present invention, the timing of the transmission signal is adjusted so that the time (center time) when the eye pattern of the transmission signal is most open is perfectly matched or within an acceptable timing deviation, as shown in FIG. 6A. Therefore, as shown in FIG. 6B, in the case of a single carrier, for example, the mixed signal of the self-interference signal and the desired signal is in a state in which the received signal (desired signal) is superposition coded (superposition coded) on the transmission signal (self-interference signal). The constellation (modulated complex signal) of the received signal (desired signal) is received with a bias added by the self-interference signal. Therefore, as shown in FIG. 7, the desired signal can be demodulated by subtracting the self-interference signal component on the complex plane in the manner of demodulation of superposition coding and directly demodulating the residual complex signal component.
さらに、本発明の処理についてより詳細に説明する。上述したように、基地局BSがユーザー装置UE2に対して、例えば4ビットの情報ビット列(0,0,1,1)をQPSK変調して送信する信号の例を観察する。基地局BSがユーザー装置UE2に送信する信号をs1(t-τ)(τは所望信号と自己干渉信号SIのサンプリングタイミングの時間差を表す)、基地局BSが受信するユーザー端末UE1からの所望信号をr1(t)とする。この時、自己干渉信号SIは、hs1(t-τ)と表される。 Further, the processing of the present invention will be described in more detail. As described above, an example of a signal that the base station BS transmits to the user equipment UE2, for example, a 4-bit information bit string (0,0,1,1) by QPSK modulation is observed. The signal that the base station BS transmits to the user equipment UE2 is s 1 (t-τ) (τ represents the time difference between the sampling timing of the desired signal and the self-interference signal SI), and the desired signal from the user terminal UE1 that the base station BS receives is r 1 (t). At this time, the self-interference signal SI is expressed as hs 1 (t-τ).
図8Aは、基地局BSからユーザー端末UE2に対して送信する信号を、基地局BS自身が受信した自己干渉信号hs1(t-τ)の同相成分を表し、図8Bは、この信号の直交成分を表している。横軸は時間を表しており、単位はサンプル時間となる。縦軸は信号の強さを表している。4ビットの情報ビット列(0,0,1,1)をQPSK変調して送信する信号の例を観察しているため、QPSK変調された送信シンボルは、(-1-j,1+j)の2つの複素シンボルとなる。ここで、チャネル係数h=A1であったとすると、受信される自己干渉信号の同相成分と直交成分は、それぞれ(-A1,A1)(-A1,A1)となり、それぞれ図8A及び図8Bの矢印で示す。パワーは、サンプリングの所では、一定の値をとる。今回の自己干渉信号の場合、大きさA1となる。図8A及び図8Bにおいて、サンプリング点におけるパワーが一定となるのは、送信側でナイキストフィルタのインパルス応答を畳み込む特徴である。 FIG. 8A shows the in-phase component of the self-interference signal hs 1 (t-τ) received by the base station BS itself, which is a signal transmitted from the base station BS to the user terminal UE2, and FIG. 8B shows the quadrature component of this signal. The horizontal axis shows time, with the unit being sample time. The vertical axis shows the signal strength. Since an example of a signal in which a 4-bit information bit string (0,0,1,1) is QPSK modulated and transmitted is observed, the QPSK modulated transmission symbol is two complex symbols of (-1-j,1+j). Here, if the channel coefficient h=A 1 , the in-phase component and quadrature component of the received self-interference signal are (-A 1 ,A 1 ) (-A 1 ,A 1 ), respectively, and are indicated by arrows in FIG. 8A and FIG. 8B. The power has a constant value at the sampling point. In the case of the self-interference signal in this case, the magnitude is A 1 . In FIGS. 8A and 8B, the power at the sampling points is constant, which is a feature of convolving the impulse response of a Nyquist filter on the transmitting side.
信号を時間領域と複素平面に同時に表したものが図9Cである。時間領域の波形(図9A及び図9B)は、図8A及び図8Bと同じものである。複素平面の横軸が同相成分(I軸)であり、その縦軸が直交成分(Q軸)である。 Figure 9C shows the signal simultaneously in the time domain and in the complex plane. The time domain waveforms (Figures 9A and 9B) are the same as those in Figures 8A and 8B. The horizontal axis of the complex plane is the in-phase component (I axis), and the vertical axis is the quadrature component (Q axis).
図10A,図10B,図10Cにユーザー端末UE1から基地局BSに送信する信号(所望信号)の一例を示す。送信情報ビット列は、(0,1,1,1)を想定し、その場合、QPSK変調した後の所望信号の同相成分及び直交成分は、(-1,1)(1,1)となる。チャネル係数がA2であるとすると、基地局BSにおいて受信される所望信号の同相成分及び直交成分は、(-A2,A2)(A2,A2)となり、それぞれ図10A及び図10Bにおける矢印で示す。図10Cは、受信された所望信号を複素平面に表したものである。複素平面の横軸が同相成分(I軸)であり、その縦軸が直交成分(Q軸)である。パワーは、サンプリングの所では、一定の値をとる。この自己干渉信号の場合、大きさA2となる。所望信号が自己干渉信号に比してパワーが小さいために、図10A,図10B,図10Cにおいては、A1に比べて振幅が小さな値A2となっている。 10A, 10B, and 10C show an example of a signal (desired signal) transmitted from a user terminal UE1 to a base station BS. The transmission information bit sequence is assumed to be (0, 1, 1, 1), in which case, the in-phase and quadrature components of the desired signal after QPSK modulation are (-1, 1) (1, 1). If the channel coefficient is A 2 , the in-phase and quadrature components of the desired signal received at the base station BS are (-A 2 , A 2 ) (A 2 , A 2 ), which are respectively indicated by arrows in FIG. 10A and FIG. 10B. FIG. 10C shows the received desired signal on a complex plane. The horizontal axis of the complex plane is the in-phase component (I axis), and the vertical axis is the quadrature component (Q axis). The power has a constant value at the sampling point. In the case of this self-interference signal, the magnitude is A 2 . Since the desired signal has a smaller power than the self-interference signal, the amplitude A2 is smaller than A1 in FIGS. 10A, 10B, and 10C.
本発明においては、所望信号と自己干渉信号SIのサンプリングタイミングの時間差τを0とするので、自己干渉信号の時間波形(図9A及び図9B)と所望信号の時間波形(図10A及び図10B)は、信号がある時刻で一致した状態で足し合わされる。 In the present invention, the time difference τ between the sampling timing of the desired signal and the self-interference signal SI is set to 0, so that the time waveform of the self-interference signal (Figures 9A and 9B) and the time waveform of the desired signal (Figures 10A and 10B) are added together when the signals are aligned at a certain time.
図11A及び図11Bは、足し合わされた結果の時間波形の同相成分及び直交成分を表してのり、図11Cは、複素平面上のプロットを示す。τ=0で足し合わせてあるので、情報信号のある所は一致している。信号波形の情報信号のある所の振幅は一定である。よって、足し合わせた波形の情報信号のある所の振幅は、同相成分、及び直交成分のそれぞれで(A1+A2)(A1-A2)(-A1+A2)(-A1-A2)の4個の可能性がある。 Figures 11A and 11B show the in-phase and quadrature components of the time waveforms resulting from the addition, and Figure 11C shows a plot on the complex plane. Since the addition is performed at τ=0, the information signals match where they exist. The amplitude of the signal waveforms where the information signals exist is constant. Therefore, there are four possible amplitudes for the in-phase and quadrature components where the information signals exist in the added waveforms: ( A1 + A2 ), ( A1 - A2 ), ( -A1 + A2 ), and ( -A1 - A2 ).
同相成分と直交成分がそれぞれ4個の可能性を持つので、IQ平面上では、16個の存在可能性箇所(候補)ができる。図11Cでは、白ドットが16個の候補中の2個を示している。黒ドットは、自己干渉信号の存在する所である。 Since there are four possibilities for the in-phase and quadrature components, there are 16 possible locations (candidates) on the IQ plane. In Figure 11C, the white dots indicate two of the 16 candidates. The black dots indicate where the self-interference signal exists.
このようにIQ平面上のConstellationを足し合わせてできた新たなConstellationをSuperposition Constellation と呼ぶことにする。その全部の可能性を示したのが図12である。図12において、黒ドットが自己干渉信号を表し、xが所望信号を表している。このようにして、Superposition Constellation を得た後に所望信号を取り出すためには、IQ平面上でSuperposition codingの要領に基づき自己干渉成分を取り除けばよい。その過程を表したのが図13である。まず受信信号が全て自己干渉信号だと仮定してQPSK復調を行い、その結果得られたビット列を再度QPSK復調し、推定した自己干渉信号成分の振幅成分A1を乗じ、レプリカ信号を生成する。この生成した自己干渉信号のレプリカ信号を、元々受信していた所望信号と自己干渉信号の合成信号から差し引くことで、所望信号のみが残る。この残留成分をQPSK復調することで、所望信号の受信ビット列を得る。 A new constellation obtained by adding up the constellations on the IQ plane in this way is called a superposition constellation. All the possibilities are shown in FIG. 12. In FIG. 12, black dots represent self-interference signals, and x represents the desired signal. In this way, in order to extract the desired signal after obtaining the superposition constellation, the self-interference component can be removed on the IQ plane based on the method of superposition coding. This process is shown in FIG. 13. First, the received signal is assumed to be all self-interference signals, and QPSK demodulation is performed. The resulting bit string is QPSK demodulated again, and a replica signal is generated by multiplying it by the amplitude component A1 of the estimated self-interference signal component. This generated replica signal of the self-interference signal is subtracted from the composite signal of the originally received desired signal and the self-interference signal, leaving only the desired signal. This residual component is QPSK demodulated to obtain the received bit string of the desired signal.
図14に本発明をSingle Carrierに適用した場合の計算機シミュレーションによる通信品質評価結果の一例を示す。図14の縦軸がBER(ビットエラーレート)であり、横軸がEB /NO (通信品質)である。BERは、下方に向かうほど良好なことを意味し、EB/NO は、右側に向かうほど良好なことを意味する。 Fig. 14 shows an example of the results of a communication quality evaluation by computer simulation when the present invention is applied to a single carrier. The vertical axis of Fig. 14 is BER (bit error rate), and the horizontal axis is E B /N O (communication quality). The lower the BER is, the better it is, and the further to the right the E B /N O is, the better it is.
例えばIBFDにおいては、自己干渉信号を110dB程度抑えないと、所望のBERが得られないとされている。既存の提案されている自己干渉信号の抑圧技術では、このような性能を得ることが難しかった。例えば60dB~70dB程度しか自己干渉信号を抑圧することができず、その結果、図14において、水平のグラフのように、高いBERとなり、実用に供することができなかった。 For example, in IBFD, it is said that the desired BER cannot be obtained unless the self-interference signal is suppressed by about 110 dB. With the existing proposed self-interference signal suppression technology, it was difficult to achieve such performance. For example, it was only possible to suppress the self-interference signal by about 60 dB to 70 dB, which resulted in a high BER, as shown in the horizontal graph in Figure 14, and was not suitable for practical use.
本発明は、既存の技術と組み合わせて使用することできる。例えば所望信号に対して自己干渉信号が110dB大きかった時に、70dB改善を行なうことができる既存の技術と組み合わせることによって、図14において破線で示すようなBERを実現できる。これはHD時のBERと一致する。したがって、本発明によれば、従来の自己干渉キャンセル技術における要求条件を緩和させることが期待できる。但し、本発明は、既存の自己干渉キャンセル技術と組み合わせることを必須とするものではなく、単独でも十分な効果を発揮することができる。 The present invention can be used in combination with existing technology. For example, when the self-interference signal is 110 dB larger than the desired signal, by combining it with existing technology that can improve it by 70 dB, it is possible to achieve a BER as shown by the dashed line in Figure 14. This coincides with the BER during HD. Therefore, according to the present invention, it is expected that the requirements for conventional self-interference cancellation technology can be relaxed. However, it is not essential that the present invention be combined with existing self-interference cancellation technology, and it can be sufficiently effective even when used alone.
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。 The above describes the embodiments of the present invention in detail, but the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications based on the technical concept of the present invention are possible.
1・・・送信部、2・・・送信高周波部、3・・・送信アンテナ、6・・・データ信号、
7・・・トレーニング信号、8・・・送信タイミング調整部、11・・・受信部、
12・・・受信高周波部、13・・・受信アンテナ、
18・・・送信タイミングオフセット計算部
1: transmitting unit, 2: transmitting high frequency unit, 3: transmitting antenna, 6: data signal,
7... training signal, 8... transmission timing adjustment unit, 11... receiving unit,
12: high frequency receiving unit, 13: receiving antenna,
18: Transmission timing offset calculation unit
Claims (4)
トレーニング時に、既知のデータからなるトレーニング信号を送信する送信部及びアンテナと、
送信信号の送信タイミングを調整する送信タイミング調整部と、
前記データ送信に基づく自己干渉信号及び前記データ受信に基づく所望信号を含む受信信号を受信するアンテナ及びトレーニング信号検出部を含む受信部と、
前記受信信号の受信サンプリングタイミングと、前記トレーニング信号に基づき前記自己干渉信号のアイパターンが一番開いている時刻もしくは所定のタイミングずれ以内の時刻でサンプリングする送信信号の送信サンプリングタイミングと、の時間差である送信タイミングのオフセットを計算するオフセット計算部と、
前記自己干渉信号と前記所望信号を分離する分離部とを備え、
前記送信タイミング調整部は、前記送信タイミングのオフセットに基づいて、前記送信信号の送信タイミングを調整して、前記送信サンプリングタイミングを前記受信サンプリングタイミングにほぼ一致させ、前記自己干渉信号のアイパターンが一番開いている時刻、もしくは所定のタイミングずれ以内において、前記受信信号のサンプリングが行われるように制御され、
前記分離部は、前記サンプリングの結果得られた信号から、複素平面上で前記自己干渉信号の成分を差し引いて残留複素信号を生成し、
前記残留複素信号を復調することで前記所望信号の復調結果を得るようになされた通信装置。 A communication device that simultaneously receives data from a first user terminal and transmits data to a second user terminal in the same frequency band using single carrier transmission ,
A transmitter and an antenna for transmitting a training signal consisting of known data during training;
a transmission timing adjustment unit that adjusts the transmission timing of a transmission signal;
a receiving unit including an antenna and a training signal detection unit for receiving a received signal including a self-interference signal based on the data transmission and a desired signal based on the data reception ;
an offset calculation unit that calculates a transmission timing offset , which is a time difference between a reception sampling timing of the reception signal and a transmission sampling timing of a transmission signal that is sampled based on the training signal at a time when the eye pattern of the self-interference signal is most open or at a time within a predetermined timing offset ;
a separation unit that separates the self-interference signal and the desired signal,
the transmission timing adjustment unit adjusts the transmission timing of the transmission signal based on the transmission timing offset to substantially match the transmission sampling timing with the reception sampling timing , and is controlled so that sampling of the reception signal is performed at the time when the eye pattern of the self-interference signal is most open or within a predetermined timing offset;
The separation unit generates a residual complex signal by subtracting a component of the self-interference signal on a complex plane from the signal obtained as a result of the sampling,
A communication device configured to obtain a demodulated result of the desired signal by demodulating the residual complex signal.
トレーニング時に、既知のデータからなるトレーニング信号を送信し、
送信タイミング調整部によって送信信号の送信タイミングを調整し、
前記データ送信に基づく自己干渉信号及び前記データ受信に基づく所望信号を含む受信信号を受信し、
オフセット計算部によって前記受信信号の受信サンプリングタイミングと、前記トレーニング信号に基づき前記自己干渉信号のアイパターンが一番開いている時刻もしくは所定のタイミングずれ以内の時刻でサンプリングする送信サンプリングタイミングと、の時間差である送信タイミングのオフセットを計算し、
分離部によって前記自己干渉信号と前記所望信号を分離し、
前記送信タイミングのオフセットに基づいて、前記送信信号の送信タイミングを調整して、前記送信サンプリングタイミングを前記受信サンプリングタイミングにほぼ一致させ、前記自己干渉信号のアイパターンが一番開いている時刻、もしくは所定のタイミングずれ以内において、前記受信信号のサンプリングを行うように、前記送信タイミング調整部を制御し、
前記分離部によって、前記サンプリングの結果得られた信号から、複素平面上で前記自己干渉信号の成分を差し引いて残留複素信号を生成し、
前記残留複素信号を復調することで前記所望信号の復調結果を得る通信方法。
A communication method in which data reception from a first user terminal and data transmission to a second user terminal are simultaneously performed in the same frequency band by single carrier transmission ,
During training, a training signal consisting of known data is transmitted;
A transmission timing adjustment unit adjusts the transmission timing of the transmission signal;
receiving a received signal including a self-interference signal based on the data transmission and a desired signal based on the data reception ;
an offset calculation unit calculates a transmission timing offset , which is a time difference between a reception sampling timing of the reception signal and a transmission sampling timing for sampling at a time when an eye pattern of the self-interference signal is most open or at a time within a predetermined timing offset based on the training signal ;
A separation unit separates the self-interference signal and the desired signal;
Based on the offset of the transmission timing , the transmission timing of the transmission signal is adjusted to approximately coincide with the transmission sampling timing, and the transmission timing adjustment unit is controlled so as to sample the reception signal at the time when the eye pattern of the self-interference signal is most open or within a predetermined timing offset;
The separating unit generates a residual complex signal by subtracting a component of the self-interference signal on a complex plane from the signal obtained as a result of the sampling;
A communication method comprising: demodulating the residual complex signal to obtain a demodulated result of the desired signal.
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| 長谷川 剛,5G無線方式に向けたフルデュプレックスOFDM送信タイミング制御の検討,電子情報通信学会2015年通信ソサイエティ大会講演論文集1,2015年08月25日,p.265 |
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