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Blind compensation for MIMO single carrier systems with frequency-dependent IQ imbalance

Research Project

Project/Area Number 21K11868
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 60060:Information network-related
Research InstitutionTottori University

Principal Investigator

中川 匡夫  鳥取大学, 工学研究科, 教授 (50530804)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 笹岡 直人  鳥取大学, 工学研究科, 教授 (80432607)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2021: ¥130,000 (Direct Cost: ¥100,000、Indirect Cost: ¥30,000)
Keywords直交誤差 / IQインバランス / シングルキャリア / MIMO / チャネル推定 / ブラインド推定 / ブラインド補償 / タグフィルタ / GFDM / シングルユーザ
Outline of Research at the Start

申請者はブラインド推定が困難な周波数依存性のある直交誤差を有するシングルキャリア信号に対し、ブラインド推定・補償を行う技術を提案してきた。本研究の目的は、この技術を空間多重無線通信に拡張し、周波数依存性のある直交誤差を有するMIMO-シングルキャリア信号に対するブラインド推定・補償技術の確立することである。研究の方法としては、受信信号処理アルゴリズムと送信信号フォーマットをシミュレーションによって検討した上で、測定器と複数の送受信機を組み合わせたオフライン信号処理系を構築して検証実験を行い、アルゴリズムの確からしさと現実のハードウェアで考慮していない要因の有無を明らかにし、さらに改良を進める。

Outline of Annual Research Achievements

申請者は直交誤差を有するシングルキャリア信号に対し,ブラインド推定・補償を行う技術を提案してきた.本研究の目的は,さらなる高速化が可能となるようこの技術を空間多重無線通信に拡張し,周波数依存性のある直交誤差を有するMIMO-シングルキャリア信号に対するブラインド推定・補償技術の確立することである.
令和5年度は最初に提案した判定指向型アルゴリズム,昨年度の判定信号をチャネル推定に使う方法に加え,この2つの方法で補償した信号を再度入力側に帰還させる大きなループを追加する構成を考案し,シミュレーションを行った.その結果,既知信号であるトレーニング信号を用いた場合と同等の性能を実現する大きな改善効果を得た.
また2×2MIMO-シングルキャリア信号に判定信号をチャネル推定に使う方法を適用し,昨年度よりも改善効果を得た.さらに判定信号をMIMO分離に使う構成を構築し,既知信号の長さを減らすことが可能となった.
また昨年度に考案したタグフィルタを用いることでパイロット信号なしでMIMO分離とIQインバランスのブラインド推定・補償する技術に関して,位相回転に強い手法を導入することによりBit Error Rate特性を改善することが可能となった.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

周波数依存性のある直交誤差を有するMIMO-シングルキャリア信号に対するブラインド推定補償技術として当初計画では,CSI(チャネル状態情報)をフィードバックし,プリコーディングを行って送信データを変更することによって1回目の初期判定の特性をよくする方法を計画していた.しかしながらシミュレーション系を構築しアルゴリズムの検討を進める中で,パイロット信号とその平均化方法を工夫することによって, 送信データの変更なしに16QAM・2×2MIMO信号の分離と直交誤差のブラインド補償の両立が可能であることを明らかにした.
昨年度,判定信号をチャネル推定に使う方法を提案し,補償効果の改善を得た.今年度はこの技術をさらに発展させ,最初に提案した判定指向型アルゴリズム,昨年度の判定信号をチャネル推定に使う方法に加え,この2つの方法で補償した信号を再度入力側に帰還させる大きなループを追加する構成を考案し,シミュレーションを行った.その結果,既知信号であるトレーニング信号を用いた場合と同等の性能を実現する大きな改善効果を得た.
また2×2MIMO-シングルキャリア信号に判定信号をチャネル推定に使う方法を適用し,昨年度よりも改善効果を得た.さらに判定信号をMIMO分離に使う構成を構築し検証を行った.その結果,既知信号の長さを減らすことは可能となったが,完全にゼロとすることはできなかった.従ってMIMO分離のところはブラインド推定ではなく短いトレーニング信号を用いた推定,周波数オフセットとIQインバランスはブラインド推定を行う構成となった.
また昨年度に考案したタグフィルタを用いることでパイロット信号なしでMIMO分離とIQインバランスのブラインド推定・補償する技術に関して,位相回転に強い手法を導入することによりBit Error Rate特性を改善することが可能となった.

Strategy for Future Research Activity

ここまでに確立した信号処理技術を実験によって検証する.任意信号発生器で周波数依存性のある直交誤差を発生する広帯域なベースバンド信号を発生し,RFの直交変調器を変調して送信し,受信側ではRFの直交復調器を用いてベースバンド信号に戻してデジタル・ストレージ・オシロスコープに蓄積してPC上でオフライン信号処理を行う.信号処理技術を検証し,アルゴリズムの確からしさと現実のハードウェアで考慮していない要因の有無を明らかにし,必要に応じて信号処理アルゴリズムを再度ブラッシュアップする.

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (6 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] 広帯域シングルキャリア通信の周波数依存性IQインバランスに対する送受信機ブラインド逐次補償2024

    • Author(s)
      末次浩祐, 笹岡直人, 中川匡夫
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: 123 Pages: 60-65

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] 広帯域MIMO-OFDMにおけるブラインドIQインバランス補償及びチャネル等化に関する一検討2023

    • Author(s)
      山田拓磨, 笹岡直人, 中川匡夫
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: 123 Pages: 45-50

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] 広帯域シングルキャリアMIMO通信におけるブラインドチャネル情報推定を用いたMIMO信号分離とIQインバランス補償2023

    • Author(s)
      上野裕太, 笹岡直人, 中川匡夫
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: 123 Pages: 7-12

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] 広帯域シングルキャリア通信における周波数オフセット存在下のブラインドチャネル情報推定を用いたIQインバランス補償2023

    • Author(s)
      坪田勲南, 笹岡直人, 中川匡夫
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: 123 Pages: 1-6

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] 広帯域OFDM・シングルキャリア同時伝送システムにおける各種周波数依存性IQインバランスに対するブラインド補償2022

    • Author(s)
      太田龍聖, 玉田裕一郎, 笹岡直人, 中川匡夫
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: 122 Pages: 8-12

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Journal Article] 広帯域シングルキャリアMIMOの各種周波数依存性IQインバランスに対するブラインド補償2021

    • Author(s)
      玉田裕一郎, 安田浩平, 中川匡夫, 笹岡直人
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: 121 Pages: 24-29

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 広帯域シングルキャリア通信の送受信機周波数依存性IQインバランスに対するブラインド逐次補償2024

    • Author(s)
      末次 浩祐,中川匡夫
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 広帯域シングルキャリア通信におけるブラインドチャネル情報推定を用いたIQインバランス補償2023

    • Author(s)
      坪田勲南,笹岡直人, 中川匡夫
    • Organizer
      2023年度電気・情報関連学会中国支部連合大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Blind compensation for IQ imbalance in wideband single-carrier MIMO systems in the presence of carrier frequency offset2022

    • Author(s)
      Yuichiro Tamada, Yuta Ueno, Isana Tsubota, Naoto Sasaoka, and Tadao Nakagawa,
    • Organizer
      2022 International Conference on Emerging Technologies for Communications (ICETC 2022)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Transmission performance improvement using maximum likelihood decision and frequency domain equalization for multi-layer single-carrier optical wireless communications2022

    • Author(s)
      Hodaka Suzuki and Tadao Nakagawa,
    • Organizer
      2022 International Conference on Emerging Technologies for Communications (ICETC 2022)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 広帯域シングルキャリアMIMO通信における周波数オフセット存在下のIQインバランスに対するブランド補償2022

    • Author(s)
      玉田裕一郎,上野裕太,坪田勲南,笹岡直人, 中川匡夫
    • Organizer
      2022年度電気・情報関連学会中国支部連合大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 多重化シングルキャリア光無線通信に適した適応フィルタと最尤判定法による伝送特性改善2022

    • Author(s)
      鈴木穂孝, 中川匡夫
    • Organizer
      2022年度電気・情報関連学会中国支部連合大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] (依頼公演)低消費電力かつ高速な多重化シングルキャリア光無線通信の伝送特性改善に関する研究2022

    • Author(s)
      鈴木穂孝, 中川匡夫,
    • Organizer
      電子情報通信学会, ソサイエティ大会講
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 広帯域シングルキャリアMIMOのIQインバランスに対するブランド補償2021

    • Author(s)
      玉田裕一郎, 安田浩平, 中川匡夫, 笹岡直人
    • Organizer
      2021年度電気・情報関連学会中国支部連合大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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