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- I D
M
A方式におけるアンテナダイバーシチと繰
り返し復号の性能評価 ( スマートインフォメディア
システム)
著者
田島 茜, 吉澤 真吾, 谷本 洋
雑誌名
電子情報通信学会技術研究報告 = I EI CE t ec hni c al
r epor t : 信学技報
巻
SI S2014
号
105
ページ
79- 84
発行年
2015- 03- 05
一 般 社 団 法 人 電 子 情 報 通 信 学 会
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方式におけるアンテナダイバーシチと
繰 り 返 し 復 号 の 性 能 評 価
田 島 茜 ↑
吉 津 真 吾 ↑
谷 本 洋 ↑
↑ 北 見 工 業 大 学 大 学 院 工 学 研 究 科 電 気 電 子 工 学 専 攻 干
0
9
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8
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7
北海道北見市公園町
5
1
6
あらまし
M2M
(
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)
通信の需要拡大に伴い，小パケットで多数のユーザが同時通信可能な無線通信シ
ステムの実現が求められており，ユーザに個別のインターリーバを割り当てて多重伝送する
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叩)
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A
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が検討されている.
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A
方式にアンテナダイパーシチや繰り返し復号を適用したときの受
信機構成について検討し，計算機シミュレーションにより通信特性を評価する.受信機側の
I
D
M
A
の干渉除去処理に
おいてダイパーシチのブランチ合成と誤り訂正後の情報を用いた尤度値の符号補正を行うことで、マルチパスフェージ
ング環境下での通信特性を改善できることを明らかにした.
キーワード
移
動
通
信
，
O
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，アンテナダイパーシチヲ繰り返し復号
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1 . は じ め に
移動体通信において限られた周波数を複数のユーザ間で効率的 に利用するため様々な多元接続手法が研究されている.
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の 他 に ， 時 間 ・ 周 波 数 領 域 を よ り 効 率 的 に 利 用 す るO
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な ど が あ る . 近 年 ， 機 械 と 機 械 が 通 信 ネ ッ ト ワ ー ク を 介 し て 情 報 を 交 換 す る
M2M
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M
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通 信 の 需 要 が 拡 大 することから，小パケットで、多数のユーザが同時通信可能な無 線 通 信 シ ス テ ム の 実 現 が 求 め ら れ て お り ， イ ン タ ー リ ー ブ 分 割 多 元 接 続e
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A
)
が 検 討 さ れ て い る.
]
1
[
I
D
M
A
は ユ ー ザ 毎 に 異 な る イ ン タ ー リ ー ブパ タ ー ン と 符 号 化 率 の 低 い 誤 り 訂 正 符 号 を 用 い る こ と で ， 比 較 的少ない演算量で、優れた性能を持つマルチユーザ、検出を実現す ることができる.また，マノレチパスフェージング環境で、は伝搬 路の影響を周波数領域で容易にチャネル等化で、きる
O
F
D
M
を 組み合わせたO
F
D
M
-
I
D
M
A
]
2
[
が効果的であり，セルラシステ ムでの適用が検証されている.
]
3
[
また，M
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)
-
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A
-
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M
方式のシミュレーション評価 が行われている4
[
，
.
]
]
5
[
本稿では，
O
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M
A
方式においてアンテナダイパーシチ や繰り返し復号を適用したときの受信機構成について検討し，シミュレーションによりその伝送特性を評価する.
O
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-
I
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M
A
の 実 証 実 験 が 最 近 の 研 究
6
[
ト
]
8
[
で行われているが，アンテナダ イ バ ー シ チ を 適 用 す る こ と で 通 信 特 性 が 大 幅 に 改 善 さ れ る こ と が報告されている.
]
8
[
た だ し ， 文 献]
8
[
では，I
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干 渉 除 去- 7 9
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器 出 力 後 の 各 ブ ラ ン チ の 尤 度 値 を 合 成 す る の み で あ り ， 誤 り 訂 正符号や干渉キャンセラの繰り返し処理内でブランチ合成する
ことは検討されていなかった.本研究では，受信機側の IDMA
の干渉除去処理においてブランチ合成を行い，誤り訂正後の情 報を用いた尤度値の符号補正を行うことで， IDMA 復号性能の 強化を行っている.シミュレーションでは， OFDM-IDMA 実証 実験
-
]
6
[
]
8
[
から測定された実伝搬データから見通し内と見通し 外のチャネノレモデ、ルを作成し，ユーザ数8でのOFDM-IDMA通信特性評価を行っている.
本 稿 の 以 下 の 構 成 は 下 記 の 通 り で あ る . 第 2章 はOFDM -IDMA 方 式 を 説 明 し ， 第3章 で は ダ イ パ ー シ チ 方 式 と 文 献]8[
で行われたOFDM-IDMA 受信機にアンテナダイパーシチを適
用した構成を述べる.第 4章では，誤り訂正符号を導入した送
受信機構成，干渉除去処理内にブランチ合成，誤り訂正復号，
尤度値符号補正を挿入した受信機構成を述べる，第5章で各受
信機構成に対するシミュレーション評価結果を示す.第 6章に
まとめと今後の課題を述べる.
2
.
O
F
D
M
-
I
D
卦f
A
方 式
2.1 送 受 信 機 構 成
OFDM-IDMA 送 受 信 機 構 成 と 上 り リ ン ク の 伝 搬 路 を 図 1 に 示 す . 端 末 側 と な る 各 ユ ー ザ の 送 信 機 は ， 情 報 ピ ッ ト 系列
)
O
(
k
b
[
=
k
b
)
1
，(
k
b
，…，)
b
n
(
k
b
γ・o，N
b
k
(
b
-
E
]
)
1
O
{
ぅ1
N
b
}
0
(
豆
町妥
N
b
-
)
1
からN
r 回 同 じ ピ ッ ト を 並 べ る 繰 り 返 し 符 号r
(
k > 符 号 化 率 Rr=1/N r) に よ り 符 号 化 ビ ッ ト 系 列C
k
=
[
C
k
(
0
)
)
1
，(
k
C
γ・o(
，k
C
η
)
，… ，c
k
(
N
c - 1)]ε{0 ，1}N c(
0
壬
η
豆
N
c
-1) を生成する.ηb は 情 報 ピ ッ ト 数Nb に対するピット 番号であり， Nc(=NbNr) は 繰 り 返 し 符 号 化 後 の ピ ッ ト 数 ，k
は ユ ー ザ 数K に対する IDMA ユ ー ザ 番 号0(
壬
k ｾ＠ K -)1で あ る . 符 号 化 ピ ッ ト 系 列 を 各 ユ ー ザ に 固 有 の イ ン タ リ ー ブ パ タ ー ン
m
で 系 列 の 順 序 を 入 れ 替 え ， 送 信 符 号 化 系 列e
kを 生 成 す る . 変 調 器 に よ り QPSK 変調したデータシンボ、ノレ
X
k
=
[
X
k
(
O
)
邦)
1
(
k
，ooo邦(
k
η
)
，… ，x
k
(
N
-
]
)
1
0
(
豆
η
壬
N
-1
，N = N
!
c
Nbps ぅNbps はシンボ、ルあたりのピット数)を生成し，OFDM シンボノレとサブキャリア単位で配置をする.逆離散フー リエ変換による周波数・時間領域変換と CPcilycC( )ixferP を 付加する OFDM 変調処理により， OFDM-IDMA 送 信 信 号Xk
を生成する.
上りリンク伝搬路では各ユーザのOFDM-IDMA 送 信 信 号 仇 に伝搬路係数んが乗算され，基地局側となる受信機で全ユーザ
の信号を合成した
U
を得る.受信機で CP 除去と離散フーリエ変換による時間・周波数領域変換を行うことで周波数領域の受 信信号U を得る.また， OFDM パケットの先頭に付加されたト レーニング信号からチャネル推定を行うことで、全ユーザ分の伝 搬路係数h o，h
1γー
，h
K
-1 を算出する.マルチユーザ検出処理は
K ユーザ分のマルチユーザ干渉キャンセラで並列型の繰り返し
復号が行われる.干渉キャンセラでは ESE(Elementary lagniS E
s t i m a t o r
) か ら 出 力 さ れ た 尤 度 値 入)ke(ced にデインターリー ブ
π
γ
処 理 を 行 い ， 繰 り 返 し 符 号 の 復 号 処 理r
f
を行うこと で、マルチユーザ干渉除去を行う.干渉キャンセラから出力されKUsers
( a )msnarT i t t e r
h o
( b ) Uplink Channel
( c )revieceR
図1 OFDM-IDMA 送受信機構成及び上りリンクの伝搬路モデ、ル
た外部値入rnud(Ck) か ら 復 号 処 理 を 行 う . 復 号 器 か ら 出 力 さ れ た 尤 度 値 に 対 し て イ ン タ ー リ ー ブ 処 理 引 を 行 い ， 干 渉 キ ヤ ン セラの外部値入力入dec(ι) とする繰り返し処理を実行する.所 定 の 繰 り 返 し 回 数retiN に達したら，干渉キャンセラから出力
した尤度値を硬判定することで、復号ピット系列仏を得る.
2.2 干渉キャンセラ
図1の受信機において周波数領域受信信号 U を所望信号と干
渉成分に分けて表現すると以下の式となる.
υ
)
n
(
=(
k
h
η(
k
X
)
η)+
h
(
η)0、
、
l
ノ
1
2
i
〆，・
1
、
ただし ，
h
(
η
)
は第n シンボルにおける他ユーザからの干渉成 分と雑音成分の和である.K - l
h
(
η)=乞
(
z
h
η(
z
x
)
η)+ (zη)z
=
o
，z
宇k(
2
)
ただし ，
(
z
η
)
は白色ガウス雑音である.干渉キャンセラと復号 器の繰り返し処理による干渉キャンセラは以下の手順で与えら れる.(
A
)
干渉キャンセラへの入力となる外部値入ε(ced)
k
を復号器出 力の外部値をインターリーブ処理することで得る.入ced (
ε
)
k
=
π(
k
入(ced)
)
k
C
)
3
(
た だ し ， 繰 り 返 し 処 理 に お け る 初 回 は ね)
k
C
(
c
e
=
0 とする.(
B
)
干 渉 成 分 に 対 す る 期 待 値E
k
及 び 分 散 値 九 と そ の 全 ユ ー ザ に 対 す る 期 待 値 合 計E
と分散値合計V
を計算する.E
k
(
m
)
= hk(m){ta(hn 入(cedゐ
m))/2)(2十jtanh( 入(ced 九(2m+1))/2)} )4(
九
m
)
(
=
1( -2
)
]
)
(
m
E
k
[
R
e
十1
(
j
-
)
2
]
)
m
(
k
E
[
m
I
)5(E
(
m
)
=
L
E
k
(
m
)
V
(
m
)
ニ
乞
九
(
m
)
(
6
)
(
7
)
ただし，式(1)の η を偶数番号2m と奇数番号
2m+
1に分け て表現し， 0 ｾ ｭＺＺＺ ｎＯＲＭＱ Ｎ(
0
)
干渉キャンセラの外部値出力入ε(dum)
k
をLLR(Log -keLi li h o o
d tio)Ra により計算する.
ｅｾＨｭＩ＠
=
れ)
(
m
-
E
(
m
)
+
E
k
(
m
)
ば
m
)
(
=
V
(
m
)
一 九(
m
)
+
(
1
+
j
)
σ2入mud(ek(2m))
(
8
)
(
9
)
2 I h k ( m ) 1
2 . ｒ･｛ｅｾＨｭＩｨｫＨｭＩ｝＠
(
1
0
)
R
e[
同
(m)2
j
eR[η]
)
m
(
+
ｉｭ｛ｨｫＨｭＩ ｪＲ ｉｭ｛ｖｾＨｭＩ｝＠入mud(ek(2m
+
))12 I h k ( m ) 1 2
. ｉｭ｛ｅｾＨｭＩ ＨｭＩ｝
( 1 1 ) Re[(h
k
(m)2
j
Im[η]
)
m
(
十(m[I同
(m)2
j
Re[η]
)
m
(
ただし， (72 は伝搬路の雑音電力である.
(
D
)
デ イ ン タ ー リ ー ブ 処 理 に よ り に 復 号 器 入 力 の 外 部 値 入m吋)
k
C
(
を得る.入ud(Ck)m
=
π
1
(
;
;
入mud()
)
k
C
)
2
1
(
( E
) 外部値入ced
)
k
C
(
を計算する.Nr-l
T
k
(
η)
b
=
玄
入
mud(州
r+N; 川))b)
3
1
(
入(ced
)
k
C
=
T
k
(
k
r
)
入mud(Ck))
4
1
(
ただし， 0三五ηb三五Nb -1 である.
れは
)
O
(
k
T
，.，..(
k
T
η)
b
，…，T
k
(
N
b
-
1
)
に対して各々 Nr個 並 べ る 繰 り 返 し 符 号 処 理 を 表 す . ＨａＩｾＨｅＩ処理を行う. (
F
) 硬判定による復号ピット出力
b
k
(
n
b
)
=
Tη(kod(meD!)
b
)
)
5
1
(
ただし， ｏｾ＠ nb 話Nb -，1 !Demod は硬判定処理を表す.
3
.
ダ イ バ ー シ チ 方 式
3.1 アンテナダイバーシチ
移動通信では送信された電波はブェージング、の影響を受ける ため受信電力が低下する.受信電力が小さいと伝送信号の品質 劣 化 が 生 じ る た め ， 高 品 質 伝 送 を 維 持 す る こ と が 困 難 と な る . また，フェージングは送信された信号に対し，ランダムな信号 で変調するために，送信時に変調された信号とフェージング変 動 と の 区 別 が 困 難 に な り 伝 送 信 号 の 劣 化 が 著 し い . こ れ ら の
ブェージングの影響を軽減させる対策としてダイパーシチ技術 がある.ダイパーシチ方式には，空間的に十分離れた複数の受 信アンテナを用いる空間ダイバーシチや同一の信号を複数の異 なる周波数を用いて送信する周波数ダイパーシチや同一の信号
K U sers
図2 アンテナダイパーシチを用いた受信機構成
を時間をずらして複数回送信する時間ダイパーシチなどがある. 本稿で扱う OFDM-IDMA 通信は上りリンクを想定している ので基地局側に複数アンテナが設置しであることを前提とする. そのため，ダイパーシチ方式ではアンテナ(空間)ダイパーシ チを用いた受信機構成を検討する. OFDM-IDMA においても フェージングにより各ユーザ、やサブキャリアにおける信号SNR
がぱらつくことで、マルチユーザ、検出性能が低下することが報告 されている
.
]
8
[
図2
にダイパーシチブ、ランチ合成に最大比合 成を適用したときの受信機構成を示す.アンテナブランチ数をR で表している.各ブランチの干渉キャンセラ出力に対して加
算処理(図では SUM) を行うことで最大比合成を実現できる. これは式)01( ，)11( に示すLLR 計算において，推定した伝搬 チャネルの複素共役を乗算しているためであり，各ブランチの 位相を揃える処理はこの部分で行われているためである.
4
.
誤り訂正および繰り返し復号
4.1 誤り訂正符号
過 去 の 研 究 開 で は 最 大 比 合 成 を 適 用 し た OFDM-IDMA 受 信機構成の通信特性評価が行われているが，誤り訂正符号を挿 入した場合の評価は行われていなかった.最初に送信機に畳み 込み符号化器，受信機にピダピ復号器を挿入した構成を検討す
る.誤り訂正符号及び復号処理を挿入した送受信機構成を図 3
に示す.送信機では，情報ピット系列
k
b
を符号化器(ENO) で畳み込み符号化し，誤り訂正符号を付加したピット系列dk を
得る.繰り返し符号化以降の処理は誤り訂正符号無しの場合と 同様である.受信機では，干渉キャンセラ出力に対して硬判定 処理でなく，ピダピ復号器(DEO) により軟判定復号を行う.
4
.
2
繰り返し復号干渉キャンセラ内における繰り返し処理内で誤り訂正処理を 行う繰り返し復号を行うことで、マノレチユーザ検出性能が向上す る こ と が 期 待 さ れ る . 本 稿 で は 図 4 に 示 す 繰 り 返 し 復 号 を 導 入し た受 信機構成を 検討す る.ピタ ピ復号器 (DEC) の出力は ピット系列であるので干渉キャンセラの外部値入力として使用
できないが，ビタピ復号器出力を再符号化したときの2値デー
( a )rettimnsarT
KUsers
I n t e r f e r e n c
e erlelcanC
( b ) rveeiecR
図3 誤 り 訂 正 符 号 お よ び 復 号 処 理 を 挿 入 し た 送 受 信 機 構 成 KUsers ....
.
.
.
.
.
図4 繰 り 返 し 復 号 を 導 入 し た 受 信 機 構 成
号化(RENC) ，繰り返し再符号化
)
k
r
(
，尤度値補正(COMP)の処理を干渉キャンセラ内部に挿入し，繰り返し符号の復号器 (
r
k
1
)の尤度値に対する符号補正を行う.ただし，繰り返し処
理の初期段階ではピット誤りを多く含んでいるためビタビ復号 器の出力の信頼性は低く，干渉キャンセラの繰り返し処理の初 期段階で符号補正を行うと逆に通信特性が悪くなると予想され る.そのため，計算機シミュレーションにおいて適切な符号補 正回数を検討する.
5
.
計算機シミュレーション
5.1 シミュレーション条件
表1にシミュレーション諸元を示す.チャネノレモデ、ルにおい
ては， 1パスモデ、ルは各ユーザの送信信号に位相ランダムな複
素係数を乗算したものである.受信機から見た周波数スペクト ルは平坦となる.実環境のマルチパスブェージングを表す見通
し内 (LOS) 環 境 ， 見 通 し 外(NLOS) 環境は， OFDM-IDMA
実 証 実 験
6
[
ト
]
8
[
か ら 得 ら れ た 実 測 チ ャ ネ ル デ ー タ を 利 用 し て いる.表 1 シミュレ}ション条件
変 調 方 式 QPSK-OFDM-IDMA OFDM サプキャリア数 652 OFDM-IDMA パ ケ ッ ト サ イ ズ 215 stib
パ ケ ッ ト 数 0001
繰 り 返 し 符 号 長 8
ユ ー ザ 数 8
干 渉 キ ャ ン セ ラ 繰 り 返 し 回 数 01
受 信 ア ン テ ナ 数 1， 2， 4
チャネルモデ、/レ 1パス， LOS ，NLOS
誤 り 訂 正 符 号 畳み込み符号
符 号 化 率
復 号 ピタピ復号
B u i l d i n g
ハ
川
〉
20 m -. NonthgiS-fo-eniL
う/¥(N LOS)
L i n e -o f
-S t:hh:!.. ，，，，;
γ
-
-
-
¥
( L O S
)
ー
く
ニ
コ l
、
¥LTX
ノ
Am n I 1 a D i r e c t i o
n
v
d
与
B u i l d i n g
図5 見 通 し 内 お よ び 見 通 し 外 環 境 の 測 定 条 件
LOS 環境， NLOS 環境の測定条件を図5に示す.送信機側で 指向性アンテナ，受信機側で無指向性アンテナを使用し， LOS
環境では送受信機のアンテナが対向するように設置する. NLOS
環境では，送信機を
0
9
度回転させて電波の放出方向を建物に向けることで直接波が受信機に到来しないようにしている.送信 機の設置アンテナ数の制限により，シミュレーションでもユー ザ数は8 としている.
5.2 シミュレーション結果
図
6
にダイパーシチのみの場合の受信アンテナ数1，2
，4
に対 するピット誤り率特性を示す.受信アンテナ数を増やすことにより伝送特性は大きく改善されており，ピ、ツト誤り率BER=10-4
に対してEb/NO で最大6.4 dB (LOS) ， 1.5 dB (NLOS) ， 3.2 dB phta)-enO( 低減されている.特に NLOS 環境でのEb/NO
改善度が大きい結果となった.
関7に誤り訂正処理を適用した場合の受信アンテナ数1， 2，
4に対するピット誤り率特性を示す.ピ、ツト誤り率 BER= 1O
-4
に対してEb/NO で最大5.2 dB (LOS) ， 2.4 dB (NLOS) ， 3.3 dB (One- h)pat 低減されている.ダイバーシチのみの場合と同 様にNLOS 環境でEb/NO 改善度が最も大きい結果となった.
図8に繰り返し復号を導入した時の干渉キャンセラの繰り返
し処理の後ろに行われる尤度値の符号補正回数に対する BER
特性を示す.ここでは，受信アンテナ数 4での結果を示す. LOS
環境， NLOS 環境 ，Eb/NO 条件に関係なく，尤度値の符号補正
回数が1のときにピット誤り率が最小となることから，尤度値
の符号補正回数が1のときが最適であることがわかる.今回の
シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で は 干 渉 キ ャ ン セ ラ の 繰 り 返 し 回 数 は10 回
82-1 0
0
1 0 - 3
E
104
仁
一
φ
ーR=し(1 OS)
一 憲 トR=2(LOS)
1 0
-
l
5k
吋ト嗣(LOS)--Eトー R=(1NωS)
一信網開R=2(NLβS)
ｾ R=4(NLOS4)
Ｑｏ ＭＶｾＱ ｒ］ ＱＨ ｏｮ･Ｍ
R=2( One-path)
R =4( One-path)
5 1
0 - 7
0 10 15
E/N
o
[ d B ]
20
図6 ダイパーシチのみの場合のピット誤り率特性
1 0
0
1 0
-3
z 出
1
ι
二
一
G- R=l( しOS) - E 芽 一 昨 (2七OS)
1 O
-
l
5k
四噛戸間(LOS) -E善問暢 R=(1NLOS)
園田Eト四R=2(NLOS) --6- R=4(NLOS4)
Ｑｏ ＭＶｾＱ＠ -い， R=(1O吋出) R=2(One 守h)atp I
R = 4(One-path)
5 1
0 - 7
0 10 15
E，INn[dB]
b ' "0
図7 誤 り 訂 正 符 号 処 理 を 導 入 し た の 場 合 の ピ ッ ト 誤 り 率 特 性
で あ る の で ， 繰 り 返 し 処 理9回 目 に ピ タ ゼ 復 号 器 か ら の 再 符 号 化 し た 情 報 に よ る 尤 度 値 の 符 号 補 正 を 行 い ， そ の 補 正 後 の 尤 度 値 を 繰 り 返 し 処 理10 回 目 の 外 部 値 と し て 使 用 す る こ と を 意 味 す る . そ の た め ， 繰 り 返 し 処 理8---1 回 目 は ピ タ ピ 復 号 か ら の 出 力 情 報 を 利 用 し な い こ と か ら ， 実 際 の 復 号 器 の 計 算 量 は 少 な くて済むとも言える.
図9に 繰 り 返 し 復 号 を 導 入 し た 場 合 の 受 信 ア ン テ ナ 数1，2，
4に対するピ、ット誤り率特性を示す.なお，尤度値の符号補正回
数は1としている.ビ、ツト誤り率お ER=10
-4
に対してEb/NO
で最大9.5 dB (LO)S ， 44. dB (NLOS) ， 6.7dB )hta-pOen( 低 減されている. 1パスモデ、/レでの Eb/NO 改 善 度 が 最 も 大 き い 結果となった.
ア ン テ ナ 数4お よ びBER=10
-4
に 対 す る 所 要Eb/NO をま とめたものを表2 に 示 す . 誤 り 訂 正 処 理 の 適 用 に よ り ダ イ パ ー シ チ の み と 比 較 し て ， 所 要Eb/NO を1. 7dB (LOS) ， 3.2 dB (NLOS) ， 8.2 dB ht)-pane(O 低減している.さらに，繰り返し 復 号 処 理 は 干 渉 キ ャ ン セ ラ 後 の 誤 り 訂 正 処 理 を 比 較 し て ， 所 要
Eb/NO を0.5 dB (LOS) ， 2.5 dB (NLOS) ， 0.5 dB (On
←
h)tpa低減することがわかった.
1 0
-1
ぽ
凶
凶
2 5
む=ゴ血叫舎一 E/N
O
= 5(LOS)
ｾ＠ EjN n=5(NLOS) b ' "0
-骨一 E，/N 二(6しOS) b 日 目輔自由圃E. /N エ6(NLOS)
b ' "0
血吋袋一E./N 二7(LOS)
む o
-唱島- EjN n=7(NLOS)
b O
4 10
Number ofnigs compensations
図8 尤 度 値 符 号 補 正 回 数 に 対 す る ピ ッ ト 誤 り 率 特 性
1 0
0
20
5 10 51
E . / N n [
d 臼]
b ' "0
図9 繰 り 返 し 復 号 を 導 入 し た の 場 合 の ピ ッ ト 誤 り 率 特 性
6
.
ま
と
め
本研究では， OFDM-IDMA 方 式 に お い て ア ン テ ナ ダ イ パ ー シ チ や 繰 り 返 し 復 号 を 適 用 し た と き の 受 信 機 構 成 に つ い て 検 討 し，計算機シミュレーションにより伝送特性を評価した.誤り 訂 正 処 理 を 適 用 し た と き ダ イ バ ー シ チ の み の 場 合 と 比 較 し て ，
BER=10
-4
を達成するEb/NO を最大で8.2 dB 低 減 す る 結 果 が 得 ら れ た . さ ら に ， 繰 り 返 し 復 号 処 理 の 導 入 に よ り ， 誤 り 訂 正処理の場合と比較して， BER=10
-4
を達成する Eb/NO を最 大 で2.5 dB 低減する結果が得られた.
文 献]4[ や]5[ のMIMO-OFDM-IDMA シ ス テ ム で も 繰 り 返 し 復 号 処 理 が 行 わ れ て い る が ， 誤 り 訂 正 処 理 と し て は
いる.繰り返し復号にピタピ復号と MAP 復号を適用したとき の通信特性比較についても今後検討する予定である.
文 献
[ 1
] iL Ping ， iahiL Liu ， W. K. Leung ，“A Silpme Approach t
o ear-ωNmlatipO uresMitlu :notiecteD valeertnI -eonvisiDi M
u l t i p l e -A c c e s
s ，"IEEE esselriW Communications and Net -w
orking ， Vo.11， p93.p1-396 ， M a.r.0320 [
2
] Li Ping
，
Qinghua Guo，
Jun Tonι“
The OFDM-IDMA ap -pr
oach otsseleriw communicaiton systems ，" IEEE lessWire Communicatinos ， Vo.l 14 ， .eussI 3， .pp 1842- ， June 7.002
[ 3
] 松 本 知 子 ? 畑 川 養 幸 ? 小 西 聡 セ ノ レ ラ シ ス テ ム 上 り リ ン ク に お け る イ ン タ ー リ ー ブ 分 割 多 元 接 続 方 式 の 特 性 電 子 情 報 通
信学会技術研究報告，RCS 研究会うRCS2010-143 ， .pp 5-10 ，
Nov.2010. [ 4
] 式 回 潤 ， 須 山 聡 ? 鈴 木 博 ， 府 川 | 和 彦 ， “ MIMO-OFDM IDMA に お け る 繰 り 返 し マ ル チ ユ ー ザ 検 出
f
電 子 情 報 通 信 学 会技術研究報告， RCS 研究会， RCS2009-42 ， .pp 79-84 う.Jun 20 0 9 .
[ 5
] 式回 潤 ? 須 山 聡 ， 鈴 木 博 ， 府 川 | 和彦，“簡略化マノレチユー ザ検出器を用いたMIMO-OFDM IDMA 繰 り 返 し 受 信 機'J 電 子情報通信学会技術研究報告， RCS 研究会， RC2S009-166 ， .pp 1
95-200 ， Nov_ 9.002
[ 6
] 畑川養幸ヲ小西聡，吉津真吾，引山裕貴，岩泉洋紀?筒井弘?宮永
喜一?“ IDMA 屋 外 伝 送 実 験 の 概 要f 電 子 情 報 通 信 学 会 総 合 大 会， B-5-44 ， p.p 439 ， M a.r4.201
[ 7
] ヲ|山裕貴，岩泉洋紀ヲ吉津真吾，畑1
J
1養幸，小西聡?筒井弘，宮永喜一，“屋外伝送実験における IDMA 方 式 の 特 性 評 価 電 子 情 報通信学会総合大会，B-5-45 ， p.p 440 ， Mar. 4.012
[ 8
] 吉津真吾?畑川|養幸?小西聡，引山裕貴?岩泉洋紀，筒井弘，宮
永喜一， "IDMA 屋外伝送実験における受信ダイパーシチ効果 電子情報通信学会総合大会，B-5-46 ， pp. 441 ， M a.r 14.20
