JP2004096745A

JP2004096745A - 最大尤度事後確率検出器

Info

Publication number: JP2004096745A
Application number: JP2003296341A
Authority: JP
Inventors: David Garrett; ディヴィッド　ギャレット
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-08-20
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2023-08-20
Also published as: DE60309546T2; US20040042565A1; EP1394978B1; KR20040019906A; EP1394978A1; DE60309546D1; KR100987913B1; US7609777B2; JP4347638B2

Abstract

【課題】少なくとも２つのアンテナに結合されたＭＬ−ＡＰＰ検出器を備える通信デバイスを提供すること。
【解決手段】ＭＬ−ＡＰＰ検出器は、少なくとも１つのＬＬＲユニットに結合された少なくとも１つのＨｘユニットを備える。Ｈｘユニットは、受信することができる全ての可能なシンボルの一部分、すなわち特別な部分を生成し、生成したシンボル候補それぞれをＬＬＲユニットに転送し、ＬＬＲユニットが、転送されたシンボル候補に対する変換操作を行って、特別な部分の一部分ではない別のシンボル候補を生成する。このようにすると、可能なシンボル候補全てがＬＬＲユニットによって得られる。ＬＬＲユニットは、シンボル候補を、受信されたシンボルと比較して、コスト計算を行う。全ての可能なシンボル候補のコスト計算から、最小コストを生み出すシンボル候補が、最良の候補として選択される。次いで、選択された候補に関連するソフト情報を使用して、選択された候補に対してＡＰＰデコーディングが行われる。このソフト情報は、ＬＬＲユニットによって生成される。
【選択図】図２

Description

　本発明は、一般に、通信システムに関し、より詳細には、通信システムで使用される受信機に関する。

　通信技術が発展するにつれて、通信システムは、より高速で情報を搬送（すなわち送信および／または受信）することができるようになっている。ワイヤレス通信システムでは、システムに関する帯域幅が、標準化機関および政府組織によって設定されている。第３世代のワイヤレス・システムに関するより高いデータ・スループットを達成するために、多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）アンテナ・システムが考察されている。高いデータ帯域幅のためのＭＩＭＯシステムは、ＢＬＡＳＴ（Ｂｅｌｌ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ　Ｌａｙｅｒｅｄ　Ｓｐａｃｅ　Ｔｉｍｅ）概念に基づいており、これは、複数の送信アンテナを用いて、同じスペクトルで様々な送信ストリームを送信し、受信機アンテナのアレイを備えるマルチパス・チャネルを利用して、独立したストリームを回復する。データ用の高速３Ｇ（第３世代）ワイヤレス通信に関する１つの新たな標準は、３ＧＰＰ（第３世代パートナーシップ・プログラム）高速ダウンリンク・パケット・アクセス（ＨＳＤＰＡ）標準である。ワイヤレス３ＧＰＰシステムは、比較的高速で加入者に情報を搬送するダウンリンクを有する。ＭＩＭＯアンテナ・システムで、情報は、２つ以上のアンテナによって独立して、かつ同時に送信および受信され、それにより比較的高いシステム・スループットを可能にする。ＭＩＭＯは、ＨＳＤＰＡに関する高いデータ転送速度を達成するために考慮されている一提案である。システム・スループットは通常、定義された時間枠にわたってシステム内で送信および受信される情報の総量と定義される。

　ＭＩＭＯ送信シンボルを検出するために開発された最初の方法の１つは、Ｖ−ＢＬＡＳＴ受信機（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　ＢＬＡＳＴ）であった。複数のアンテナを使用して複数の信号を受信するために、Ｖ−ＢＬＡＳＴ受信機は、情報の複数のストリームの相関解除する。Ｖ−ＢＬＡＳＴでは、情報シンボルの複数のストリームの相関解除は、本質的には、反復打消し方法であり、最大量のエネルギーを有するストリームが識別され、次いで打ち消される。この打消しは、全てのストリームが識別され、よく知られているデコーディング技法を使用して適切にデコードすることができるようになるまで繰り返される。Ｖ−ＢＬＡＳＴ検出器は、比較的多数のアンテナを含むＢＬＡＳＴシステム内で使用される。例えば、Ｖ−ＢＬＡＳＴは、１６本のアンテナを有するＢＬＡＳＴシステム内で使用される。Ｖ−ＢＬＡＳＴは、比較的多数のアンテナを有するシステムに関して使用されるが、他のタイプの受信機がより良い性能をもつので、「最適な」受信機ではない。

　ＭＬ検出器は、ある時間間隔にわたって送信することができるデータの全ての可能な組合せを調べ、次いで、受信機での受信シンボルの観察を仮定して送信される最大確率を有するデータ・セットを選択する。デジタル変調を使用する典型的なワイヤレス通信システムでは、情報が、デジタル情報を表すシンボルとして送信される。例えば、ＱＰＳＫ（直交位相偏移変調）を使用するワイヤレス通信システムでは、シンボルが、Ｉ（同相）およびＱ（直交位相）チャネルによって表される複素コンスタレーション平面内にマップすることができる２ビットの情報を表す。同相チャネルと直交位相チャネルは、互いに直交する。

　図１を参照すると、３つの異なるデジタル変調スキームに関する３つの異なる複素コンスタレーション平面が示されている。前述したように、ＱＰＳＫでは、各シンボルが２ビットの情報を表し、同相成分および直交成分を有する。さらに、各シンボルが複素振幅を有し、そのシンボルの大きさを記述するだけでなく、他のシンボルに対するシンボルの位相を記述する。８相位相偏移変調（８ＰＳＫ）では、各シンボルが、複素振幅を有し、３ビットの情報を表す。１６値直交振幅変調（１６ＱＡＭ）では、各シンボルが、４ビットの情報を表し、また、そのようなシンボルがそれぞれ複素振幅を有する。ＱＰＳＫ変調を用いた４つの送信アンテナを使用するＢＬＡＳＴシステムでは、システムが、シンボル期間にわたって計８ビットを同時に送信する。シンボル期間は、シンボルの送信中に経過する時間量である。ＭＩＭＯシステムの能力での比較的大きな利点は、単一の送信アンテナでは１つのコンスタレーション点のみしか送信することができないのに対して、同じ帯域幅で同時に複数のコンスタレーションからの複数のコンスタレーション点を送信することである。

　ＭＬ検出器が最大確率シンボルを計算するためには、シンボルが送信されるワイヤレス・チャネルの推定を有さなければならない。ＭＩＭＯシステムの場合、チャネルの推定は、あらゆる送信アンテナとあらゆる受信アンテナとの間の全ての取り得る経路に関するチャネルを表す行列である。例えば、４送信×４受信ＭＩＭＯシステムが、行列で１６個の個別チャネル推定を有する。チャネル行列は、シンボルが伝搬する通信チャネルを数学的に特徴付ける値を含む行列である。多くのワイヤレス通信システムでは、パイロット信号またはいくつかの他の基準信号が、システムの様々な通信チャネルを介して定期的に送信される。パイロット信号は、それ独自のチャネルを介して送信されるか、あるいは通信システムの加入者によって使用されるトラフィック・チャネルを介して送信することができる。振幅、位相、周波数特性などパイロット信号のパラメータは、送信前に分かっている。パイロット信号が送信され、受信された後、そのパラメータが測定され、そのパラメータの任意の修正は通信チャネルに起因するものである。したがって、４つの送信アンテナから４つの受信アンテナに送信される信号の取り得る経路全てに関するチャネルの特徴を表すチャネル行列が生成される。

　典型的には、通信チャネルが一様フェージングであり、比較的安定しているという仮定がなされる。これは、多くの通信チャネルに関して、そのような仮定が妥当であるだけでなく、比較的正確であるからである。一様フェージング・チャネルは、メモリを有さない通信チャネルである。すなわち、信号が送信されると、その信号が最終的に受信され、その際、遅延のある信号複製が存在しない。メモリを備える周波数選択チャネルが存在する場合さえ、ＭＬ検出器への入力が一様フェージング・チャネルと同様になるように受信信号を変換する技法が存在する。安定なチャネルは、特性が比較的ゆっくりと変わり、それによりチャネル行列がそれと同じ比較的ゆっくりとした速度で更新される通信チャネルである。

　信号ｘ（ここでｘはビットのグルーピングを表す１つまたは複数の信号のベクトルである）が、チャネル行列Ｈを有する通信チャネルを通って送信されるとき、受信された、結果として得られるシンボルはＨｘであることが通信理論でよく知られている。各シンボルが２ビットの情報を表す４つの送信／受信アンテナの場合（ＱＰＳＫ変調）、受信機は、４つの送信アンテナから８ビットを表すシンボルを受信する。ＭＬ検出器は、ｘの全ての取り得る値に関する全ての可能な候補Ｈｘを生成する。したがって、ｘが８ビット・グルーピングを表すとき、Ｈがシンボル期間中に変わらないと仮定して、２５６（すなわち２^８）の可能なＨｘ候補が存在する。すなわち、２５６個のｘグルーピングがそれぞれＨに乗算される。ＭＬ検出器は、２５６個のＨｘ値を発生し、そのような値それぞれを、受信された実際のシンボル（ｒ）と比較する。Ｈｘとｒの差はコスト関数Ｊと呼ばれ、ここでＪ＝‖ｒ−Ｈｘ‖^２であり、２５６個の比較値から、最小のＪを生成するＨｘが、最良の候補として選択される。したがって、コスト関数は、ＭＬ検出プロセスにより生成される。コスト関数は通常、受信された実際のシンボルと、チャネル行列から生成される推定されるシンボルとの差である。通常、最小コスト関数を有する候補が、最良の候補として選択される。

　ＭＬ検出器のさらなる改良は、最大確率経路の選択での信頼度の尺度を提供することである。これは、検出器の後で通常使用されるソフト入力フォワード・エラー・コレクション・コードの性能を大幅に改善することができる。ソフト入力フォワード・エラー・コレクション・コードを実施するデバイスは、受信された情報の処理中にソフト情報を使用する。一般に、ソフト情報は、受信された情報に関する確率データであり、そのようなデータは、受信された情報の値に起因する信頼度の表示を与える。エラー・コレクション・コーディングおよび他のチャネル・コーディング技法は、通信システムで使用されるよく知られているコーディング・スキームであり、通信システムの通信チャネルを介して送信される情報のブロックまたは情報グルーピングにビットが追加される。追加されたビットは、送信されたビット・グルーピングに対する冗長を導入し、それにより受信機が、受信された情報をより良くデコードし、受信された情報のエラーを訂正することができるようになる。多くの場合、エラー・コレクション・コーディングおよびチャネル・コーディングがソフト情報に鑑みて行われるとき、いくつかのビット値が変更される。ＭＬ検出器は、受信されたビットそれぞれに対する事後確率（ＡＰＰ）情報を提供する。例えば、次の最も近いＭＬ候補に関するコスト関数が高い場合、検出器は、その決定の信頼度が高い。しかし、次の最も近い候補が、選ばれた候補に関するコスト関数に近い場合、検出器は、その決定の信頼度がそれほど高くない。ソフト入力フォワード・エラー・コード検出器は、その情報を使用して、確率的に不正確であると考えられる場合に、低い信頼度のデータに関するビット決定を翻す助けをする。したがって、一般に、ＭＬ−ＡＰＰ検出器は、一組の全ての可能な候補から最良の候補としてシンボル候補を選択し、受信されたシンボルそれぞれに関するソフト情報を生成する受信機である。

　ＭＬ検出器は通常、ソフトウェアと共に実装されるので、かつ（生成された候補と受信されたシンボルとを比較する）比較的多数の比較がシンボル期間中に行われるので、ＭＬ検出器の使用は、３ＧＰＰ標準に適合する通信システムなど比較的高い情報レートのシステムに関しては実質的に実用できない。ＭＬ検出器の実用の難点は、ＭＬ検出を行うために使用される候補の数が指数的に増加するＭＩＭＯシステムでさらに顕著になる。ＱＰＳＫを使用する４送信／受信アンテナの場合でさえ、ＭＬ検出器のソフトウェア実装は、通信システムの処理速度要件に見合うほど十分に迅速には２５６の比較を行うことができない。特に、３ＧＰＰ標準に適合するワイヤレス通信システムでは、そのようなシステム内で情報が搬送される速度の増加が、ソフトウェア実装ＭＬ−ＡＰＰ検出器の使用をさらに実用的でないものにする。より高い情報レートでは、より多くのシンボルが、定義された時間枠中に搬送され、それによりシンボルを処理するのに利用可能な時間量は、それにしたがって減少する。ソフトウェア実装ＭＬ−ＡＰＰ検出器は、プロセッサ速度と、プロセッサをプログラムするために使用されるプログラミング言語の処理速度とに応じた速度で情報を処理する。

　本発明は、複数のアンテナに結合された検出器を備える通信デバイスである。一実施形態では、検出器がＭＬ−ＡＰＰ検出器である。ＭＬ−ＡＰＰ検出器は、少なくとも１つのＬＬＲ（対数尤度比）ユニットに結合された少なくとも１つのＨｘユニットを備える。少なくとも１つのＨｘユニットが、通信システムの一部である複数アンテナ・システムによって受信することができる全ての可能なシンボル候補のセットの特別な部分を生成するように構成される。少なくとも１つのＬＬＲユニットが、コスト関数解析を実施し、それにより、少なくとも１つのＨｘユニットによって生成されるシンボル候補それぞれを、通信システムの通信チャネルから受信されたシンボルと比較する。Ｈｘユニットが、全ての可能な候補の特別な部分を生成したとき、少なくとも１つのＬＬＲユニットが、現在生成されているシンボル候補に対する変換操作を行うことによって、可能な候補の残りを生成することができる。このようにすると、少なくとも１つのＬＬＲが、特定の変調スキームに関する可能なシンボル候補全てに関する比較操作を行うことができる。少なくとも１つのＬＬＲユニットは、最小コスト関数を生み出す候補を最良の候補として選択する。最良の候補を選択するための全ての比較操作を行うために使用される時間量は、計算期間と呼ばれる。したがって、少なくとも１つのＨｘユニットが、全ての可能なシンボル候補のセットの特別な部分を生成するとき、少なくとも１つのＬＬＲユニットが、生成されたシンボル候補に対する変換操作を行うことができ、全ての可能なシンボル候補のセットの残りを生成して、本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器が、シンボル期間以下の定義された時間枠内に受信シンボルをデコードすることができるようにする。このようにすると、本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器は、比較的高速で受信シンボルを検出することができる。

　本発明は、少なくとも２つのアンテナに結合された検出器を備える通信デバイスである。少なくとも２つのアンテナまたは複数のアンテナを、例えばＭＩＭＯシステムと共に実装することができる。検出器は、シンボル（例えば情報）を受信して、受信したシンボルをデコードする任意の受信機である。一実施形態では、検出器はＭＬ−ＡＰＰ検出器である。ＭＬ−ＡＰＰ検出器は、少なくとも１つのＬＬＲ（対数尤度比）ユニットに結合された少なくとも１つのＨｘユニットを備える。少なくとも１つのＨｘユニットは、通信システムの一部である多重アンテナ・システムによって受信することができる全ての可能なシンボル候補のセットの特別な部分を生成するように構成される。特別な部分は、（特定の変調スキームに関する）全ての可能な候補の任意のサブセットであり、そこから、変換操作を用いて、可能な候補の残りを生成することができる。変換操作は、生成されたシンボル候補を、生成されていない別のシンボル候補に変換する操作である。少なくとも１つのＨｘユニットは、チャネル行列Ｈへのアクセスを有し、この行列は、受信されたシンボルが搬送される通信システムの通信チャネルを特徴付ける。少なくとも１つのＨｘユニットは、何らかの個別の情報パターン（例えば信号コンスタレーションによって定義されるビット・パターン）をチャネル行列に乗算することによって、全ての可能なシンボル候補の全てまたは特別な部分を生成することができる。次いで、少なくとも１つのＨｘユニットは、生成したシンボルを１つまたは複数のＬＬＲユニットにブロードキャストすることができる。少なくとも１つのＨｘユニットの出力は、受信されるシンボルとは無関係であり、複数の受信シンボルを処理するために使用することができる。すなわち、シンボルがＬＬＲユニットによって受信されるときに、少なくとも１つのＨｘユニットが、シンボル候補の反復ブロックを生成する。ＬＬＲユニットは、少なくとも１つのＨｘユニットへのアクセスを有し、シンボルの反復ブロックが生成される任意の時点で、受信したシンボルと、少なくとも１つのＨｘユニットによって生成されたシンボル候補との比較を開始することができる。最終的に、各ＬＬＲユニットが、受信したシンボルを、使用される変調スキームに関して少なくとも１つのＨｘによって生成することができる可能なシンボル候補の全てと比較する。

　少なくとも１つのＬＬＲユニットが、コスト関数解析を行い、それにより、１つの受信シンボルを、少なくとも１つのＨｘユニットによって生成されブロードキャストされた特別な部分のシンボル候補全てと比較する。さらに、少なくとも１つのＨｘユニットが、全ての可能な候補のセットの特別な部分を生成するとき、少なくとも１つのＬＬＲユニットは、現在生成されているシンボル候補に対する変換操作を行うことによって、可能な候補の残りを生成する。このようにして、少なくとも１つのＬＬＲは、可能なシンボル候補全てに対する比較操作を行うことができる。受信されるシンボルはｒで表され、可能な候補はＨｘで表され、ここでＨはチャネル行列であり、ｘは、各送信アンテナから送信される特定の情報信号のベクトルである。このベクトルは、各送信アンテナに関するコンスタレーション点の連結であり、コンスタレーション点はビット・パターンから選択される。比較は、様々な様式で行うことができる。一実施形態では、受信されたシンボルと生成されたシンボルとの平均二乗誤差（ＭＳＥ）操作（すなわち‖ｒ−Ｈｘ‖^２）を行うことによって比較が行われる。比較操作の結果は、コスト関数Ｊと表される。すなわち、Ｊ＝‖ｒ−Ｈｘ‖^２である。可能なシンボル候補全てを受信シンボルと比較した後、少なくとも１つのＬＬＲユニットは、最小コスト関数を生み出す候補を最良の候補として選択する。また、少なくとも１つのＬＬＲユニットは、選択した候補に関するソフト情報を生成し、選択した候補と共にその情報をＡＰＰデコーダに送る。比較操作を全て行って、最良の候補を選択し、ソフト情報を生成するために使用される時間量は、計算期間と呼ばれる。次いで、選択された候補が、よく知られているチャネル・デコーディングおよびエラー・コレクション・デコーディング技法を使用してデコードされる。したがって、少なくとも１つのＨｘユニットが、全ての可能なシンボル候補のセットの特別な部分を生成することができるので、少なくとも１つのＬＬＲユニットは、生成されたシンボル候補に対する変換操作を行って、全ての可能なシンボル候補のセットの残りを生成し、本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器が、シンボル期間以下の定義された時間枠内に受信シンボルを検出することができるようにする。２つ以上のＬＬＲユニットが検出器内で使用される場合、各ＬＬＲユニットに関するデコーディングを、シンボル期間の倍数に設定することができる（すなわち、２つのＬＬＲユニットがそれぞれ、シンボル期間の２倍でデコードする）。定義される時間枠は、本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器で使用されるクロックの期間として設定される。このようにすると、本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器は、受信されたシンボルを比較的高速で検出することができる。定義される時間枠は、本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器で使用されるクロックの期間、またはクロックの期間の倍数として設定される。

　図２を参照すると、本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器が示されている。本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器が、提案されている３ＧＰＰ　ＨＳＤＰＡ標準に適合する通信システムの通信チャネルを介してＱＰＳＫ変調を使用して情報を搬送する４×４ＭＩＭＯアンテナ・システムを使用するワイヤレス通信システムの文脈で説明されていることに留意されたい。しかし、本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器の使用は当然、特定のデジタル変調スキームをもつ特定の通信システムに限定されず、かつ任意の特定のクロック周波数に限定されないことをよく理解されたい。図示される特定のＭＬ検出器に関して使用されるクロック周波数は１２２．８８ＭＨｚである。クロック信号（図示せず）は、図２に示される本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器の様々なデバイスに適用される。さらに、本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器を、任意の複数の送信および／または受信アンテナを有するシステムで使用することができる。本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器が使用されるワイヤレス通信システムは、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）システム、周波数分割多重接続（ＦＤＭＡ）システム、時分割多重接続（ＴＤＭＡ）システム、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）、またはこれら異なるタイプのワイヤレス通信システムの様々な組合せから形成されるシステムを含めた任意の他のタイプのワイヤレス通信システムであってよい。さらに、本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器は、ワイヤライン通信システムで使用することもできる。

　本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器は、別の４アンテナＭＩＭＯシステムによって送信されたシンボルを受信するために使用される４アンテナＭＩＭＯシステム（図示せず）に結合される。４つの受信アンテナに情報を送信する４つの送信アンテナが存在するので、各受信アンテナは、４つの送信アンテナの１つまたは全てからシンボルを受信することができる。すなわち、４つの送信アンテナと４つの受信アンテナの間に１６の取り得る送信経路が存在する。１６の取り得る経路は、４×４チャネル行列Ｈによって特徴付けられ、その値がデバイス１００に格納される。一般に、少なくとも１つのＨｘユニットは、シンボルを搬送するためにデジタル変調スキームを使用するワイヤレス通信システムのＬ個の取り得る通信経路を特徴付けるＭ×Ｎチャネル行列に対するアクセスを有し、ここでＭ、Ｎ、およびＬは２以上の整数であり、Ｌは、ＭとＮの演算上の積である。上に与えた例では、Ｍ＝Ｎ＝４、Ｌ＝１６であり、通信システムは３ＧＰＰ準拠のものであり、デジタル変調スキームはＱＰＳＫである。

　デバイス１００は、例えば、任意の知られている媒体（例えば磁気ディスク、光メモリ、半導体メモリ）と共に実装されるデータベース、またはメモリのブロックであってよい。チャネル行列Ｈの値は、パイロット信号など基準信号の様々なパラメータを測定することによって得られる。定義された時間枠が経過した後、チャネル行列が更新される。チャネル行列を更新するために使用される時間枠は、チャネルの変更を追跡するのに十分なレートに設定することができる。Ｈｘユニット１０２は、経路１１８を介するチャネル行列値へのアクセスを有する。本明細書では１つのＨｘユニットが示されていることに留意されたい。しかし、本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器は、複数のＨｘユニットを有することもでき、したがって、Ｑを１以上の整数としてＱ個のＨｘユニットが使用される。Ｑ個のＨｘユニットが存在する場合、各Ｈｘユニットが、ＬＬＲユニットの全てに結合される。したがって、Ｈｘユニットは、ＬＬＲユニットに並列に結合される。また、Ｈｘユニット１０２は、送信することができる情報パターンの全ての取り得る順列を表す情報パターンへのアクセスを有する。これは、図１に示されるＱＰＳＫコンスタレーションによって表される。４×４の場合、４つの信号コンスタレーションが同時に送信され、これが、８ビット・ベクトルｂをもたらす。これは、各アンテナが１度に２ビットを送信することができるためであり、それら２ビットの全ての確率が、図１のＱＰＳＫ信号コンスタレーションによって表される。すなわち、４つの送信アンテナが存在し、４つのアンテナがそれぞれ、ＱＰＳＫ変調を用いてシンボル期間中に２ビットの情報を送信することができるので、シンボル期間中に総計８ビットを受信することができる。したがって、８ビットに関して２５６（すなわち２^８）の取り得る組合せが存在する。Ｈｘユニット１０２は、２５６個の送信ビット・パターンを使用して、各パターンをチャネル行列Ｈに乗算することができる。特に、各８ビット・パターンは、複素数の４×１送信ベクトルとして表される。４×１シンボル候補ベクトルは、４×４チャネル行列に４×１送信ベクトルを乗算することによって生成される。生成されたシンボル候補はそれぞれ、Ｋ個のＬＬＲユニットにブロードキャストされ、ここでＫは１以上の整数であり、ＫをＱと等しくすることができ、しかし必ずしもＱと等しくなくてよい。生成されたシンボル候補は、経路１１２およびＨｘレジスタ１３０を介し、経路１２０を通してブロードキャストされ、Ｈｘレジスタ１３０は、候補を処理する準備が整ったＬＬＲユニットに（１つまたは複数の）候補が転送されるまで、１つまたは複数の生成されたシンボル候補を保持する一時メモリである。

　カウンタ１２８を使用して、Ｈｘユニット１０２は、ＱＰＳＫデジタル変調を使用して情報を搬送する４×４アンテナ・システムに関する全ての可能なシンボル候補の全てまたは特別な部分を生成することができる。カウンタ１２８は、送信ビット・パターンまたは送信ビット・パターンのサブセットを生成するＭビット・カウンタである。ここでＭは８以下である（すなわち、一般に、Ｍは、送信ベクトルでのビットの総数以下の整数である）。Ｈｘユニット１０２は、経路１１０を介して、生成されたビット・パターンへのアクセスを有する。取り得る２５６個のパターン全てがカウンタ１２８によって生成されないとき、送信ビット・パターン発生器の一例であるカウンタ１２８は、送信ビット・パターンの特別な部分を生成する。他のよく知られているビット・パターン発生器回路をカウンタ１２８の代わりに使用することもできる。Ｈｘユニット１０２は、生成されたビット・パターンそれぞれを行列に乗算して、シンボル候補の特別な部分を生成し、それらをＬＬＲ１〜ＬＬＲＫにブロードキャストする。カウンタ１２８はまた、生成されたビット・パターンをＬＬＲユニットに（経路１２６を介して）提供して、ＬＬＲユニットが、Ｈｘユニット１０２によってどの特定のシンボルが生成されたのかを判定することができるようにする。特別な部分は、Ｍビット・グルーピングの全ての取り得る順列（Ｍ＝８の場合、２５６の順列、すなわち２^Ｍ）のサブセットであり、そこから、ＬＬＲユニットによる変換操作によって順列の残りを得ることができる。例えばＭ＝８の場合、１２８個のシンボル候補を含む特別な部分をＨｘユニット１０２によって生成することができる。変換操作は、１２８個の生成されたシンボル候補の否定であってよい。カウンタ１２８が、全ての取り得るパターンのサブセットを生成するようにプログラムされているとき、Ｈｘユニット１０２は、シンボル候補の特別な部分を生成する。特別な部分は、例えば、ＱＰＳＫコンスタレーションでのいくつかの点を表すことができ、残りの点は、生成された点から１８０°回転することによって得ることができる。そのような場合、変換操作は否定操作である。したがって、ｘ_０を、特別な部分の１２８個の候補のセットからのビット・パターンであるとして、シンボル候補がＨｘ_０である場合、第２のシンボル候補Ｈｘ_１を計算することができ、ここでＨｘ_１＝−Ｈｘ_０、すなわちｘ_１＝−ｘ_０である。したがって、Ｈｘユニットは、８ビットの第１の１２８個のグルーピングを使用して、そのようなグルーピングから残りの１２８個のシンボル候補を生成することができる。第１の１２８個のシンボル候補が、特別な部分を表す。したがって、生成されたシンボル候補それぞれがＬＬＲユニットに転送された後、ＬＬＲユニットは、補数（例えば候補の否定）を生成して、別のシンボル候補を作成することができる。このようにすると、２５６個のシンボル候補のうち１２８個のみをＨｘユニットによって生成すればよい。これは、ＭＬ−ＡＰＰ検出器の動作速度の増大をもたらす。

　否定操作は、変換操作の一例である。他の変換操作を使用して、全ての可能なシンボル候補の１つの特別な部分からシンボル候補を生成することもできる。カウンタ１２８によって生成されるビット・パターンはそれぞれＬＬＲユニットで利用可能であるので、ＬＬＲユニットは、否定など変換操作の実施を補助するためにそのようなパターンを使用することができる。本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器の動作速度をさらに速くするために、少なくとも１つのＨｘユニットが、２つ以上のシンボル候補を同時にブロードキャストすることができる。そのような場合、２５６個のシンボル候補の、１２８個の肯定候補と１２８個の否定候補への分割がもう１度行われ、それにより１２８個の肯定候補は、６４個の肯定候補の２つのグループになり、１２８個の否定候補は、６４個の否定候補の２つのグループになる。次いで、少なくとも１つのＨｘユニットは、肯定セットから同時に２つのシンボル候補をブロードキャストすることができ、したがってＬＬＲユニットは、２つの受信された肯定シンボル候補を否定することによって２つの追加のシンボル候補を生成することができる。

　ＬＬＲユニット１０４_１〜１０４_Ｋは、受信されたシンボルｒを、生成されたシンボル候補と比較して、コストを計算する。比較は、複数の様式の任意の１つで行うことができる。例えば、コストＪは、受信されたシンボルｒと生成されたシンボルとのＭＳＥであってよい（すなわちＪ＝‖ｒ−Ｈｘ‖^２）。また、コストは、受信されたシンボルと生成されたシンボルとの平均絶対誤差（ＭＡＥ）を使用して計算することもできる。ＭＡＥが使用されるとき、コスト関数は、Ｊ＝‖ｒ−Ｈｘ‖である。ＬＬＲユニット１０４_１〜１０４_Ｋは、受信シンボルｒを、Ｈｘユニット１０２から転送される、生成されたシンボル候補と比較し、また、受信シンボルを、Ｈｘユニット１０２から転送されるシンボル信号に対する変換操作を行うことによって生成されたシンボル候補と比較する。したがって、特別な部分が１２８個のシンボル候補を含むとき、ＬＬＲユニットは、Ｈｘユニットから転送されたシンボル候補について２つの比較を行う。２つのシンボル候補がＨｘユニットから同時に送信されるとき、ＬＬＲユニットは、Ｈｘユニットから受信された２つのシンボル候補について４つの比較を行う。

　受信されるシンボルｒはそれぞれ、そのような受信シンボルを処理する準備が整っているＬＬＲユニットに関連付けられたレジスタ１０６_１〜１０６_Ｋに転送される。レジスタは、受信されたシンボルを一時的に格納し、（以下に論じる）適切な時間に、経路１２２を介して、受信されたシンボルを関連するＬＬＲユニット１０４に転送する。レジスタ１０６_１〜１０６_Ｋは、一時格納位置またはメモリ位置として実装することができる。レジスタ１０６は、ＬＬＲユニットが「利用可能」であるときに、関連するＬＬＲユニットに受信シンボルｒを転送する。各ＬＬＲユニットは、４つのモードを有する。すなわち、（１）利用可能、（２）ラン、（３）ダン（ｄｏｎｅ）、（４）利用不可能である。「利用可能」モードは、ＬＬＲユニットが、受信アンテナから受信シンボルを受け取り、受信したシンボルと、Ｈｘユニットから送られるシンボル候補との比較を開始する準備が整っていることを意味する。「ラン」モードは、ＬＬＲユニットが、受信シンボルｒを格納しており、Ｈｘユニットからの可能な候補の全てに関して１つまたは複数のコストを計算するプロセス中であることを意味する。「ラン」モードでは、ＬＬＲユニットは、任意のより多くの受信シンボルを受け入れない。「ラン」モードは、ＬＬＲユニットが全ての可能なシンボル候補を観察するまで続く。「ダン」モードは、「ランしている」ＬＬＲユニットがその計算を終え、選択した候補および全てのビット確率をバッファ１０８に転送したことを意味する。バッファ１０８は、ソフト情報および選択された候補を経路１１６を介してＡＰＰデコーダに転送する一時格納デバイスである。「利用不可能」モードは、ＬＬＲユニットがシンボル候補の全ての観察を終えており、しかし、依然としてビット確率をバッファ１０８に転送しなければならない状態である。

　ＬＬＲユニット１０４_１〜１０４_Ｋは、複数の格納位置を有し、そこに、受信されたワード（各ビットに関する「０」と「１」の組合せ）中の各ビット位置に関する全ての最小コストが格納される。例えば、ＱＰＳＫ変調を使用する４×４システムでは、ＬＬＲユニットが１６のコストを格納する。８つのコストが、シンボル候補ビットが「０」であるときの８ビット位置それぞれに関する最小コストを表し、８つのコストが、シンボル候補ビットが「１」であるときの８ビット位置それぞれに関する最小コストを表す。各ビットに関して対数尤度出力を割り当てるために、ＬＬＲユニットは、特定のビット「０」に関する最小コストをビット「１」に関する最小コストから差し引き、その値を対数尤度結果として報告する。この対数尤度結果は、後続のデコーディング・プロセスで使用されるソフト情報である。このプロセスは、可能な受信ベクトル中の各ビットに関して繰り返される（すなわち、４×４ＱＰＳＫに関しては８回）。選択されたシンボル候補、およびその関連する対数尤度値（すなわちソフト情報）は、経路１２４_１〜１２４_Ｋを介してＬＬＲユニットからバッファ１０８に転送される。したがって、ＬＬＲユニットは、シンボル候補の最小コストを選択するだけでなく、選択した候補に関連するソフト情報も生成する。転送中、ＬＬＲユニットは利用不可能であり、これは、ＬＬＲユニットが、その時間中にシンボル候補または受信シンボルｒを受信することができないことを意味する。転送が完了した後、バッファ１０８が、経路１２４_１〜１２４_Ｋを介してリセット信号を送信して、ＬＬＲユニットのモードを「利用可能」に設定する。ＬＬＲユニットによって行われる処理を交替で行う（ｓｔａｇｇｅｒ）ことができることに留意されたい。それにより、ＬＬＲユニット全てが、同時に処理を完了または開始する必要がなくなる。チャネル・デコーディングおよびエラー・コレクション・デコーディングが、比較操作中にＬＬＲユニットによって生成される（選択された候補に関する）ソフト情報を用いて行われる。

　Ｈｘユニット１０２と、ＬＬＲユニット１０４_１〜１０４_Ｋと、受信シンボル・レジスタ１０６_１〜１０６_Ｋと、カウンタ１２８と、Ｈｘレジスタ１３０と、チャネル推定デバイス１００と、バッファ１０８とによって行われる操作は、クロック信号（図示せず）と同期する。クロック信号は通常、特定の周波数の周期信号を発生する発振回路（図示せず）から生成される。受信されたシンボルは、クロック・サイクル中にレジスタ１０６から転送され、しかし、（前述したように）本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器は、１クロック期間に少なくとも１つのＬＬＲユニットに２つの（またはそれより多い）シンボル候補が転送される場合にその処理速度を高めることができ、処理速度が２倍になる。ＱＰＳＫ変調が使用される上述した場合には、２つのＬＬＲユニットを交互に使用することができ、その際、ＭＬ−ＡＰＰ検出器は、３２クロック・サイクルごとにシンボルを受信し、それにより、４つのシンボル候補を並列に処理するのに６４クロック・サイクルかかる。２つのＬＬＲユニットが並列に使用されるとき、ＭＬＡＰＰ検出器は、依然として、３２クロック・サイクルごとに、入ってくるシンボル・セットそれぞれに関してビット確率を生成することができる。一般に、交替で動作する少なくともＷＪ個のＬＬＲユニットが存在する場合があり、ここでＷは整数であり、Ｖ／Ｕに等しく、ここでＶは、ＬＬＲユニットによる変換操作中に経過するクロック・サイクルの数を表し、Ｕは、ＬＬＲユニットによるシンボルの受信の間に経過するクロック・サイクルの数に等しい整数である。したがって、上で与えた例では、Ｖ＝６４、Ｕ＝３２、Ｗ＝２である。

　本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器の別の実施形態では、Ｈｘユニットを１つだけ使用して、複数のＬＬＲユニットにシンボル候補を提供することができる。Ｈｘユニットによってクロック・サイクルごとに２つ以上のシンボル候補が生成されるとき（例えばクロック・サイクル当たり４つのシンボル候補）、ＬＬＲユニットは、５方向比較回路を使用して、前のシンボル候補に関する最小格納コストと、Ｈｘユニットからの４つの受信シンボル候補に関するコストとに基づいて最小コストを計算することができる。本発明の別の実施形態では、ＬＬＲユニットは、選択されたシンボル候補のビット位置それぞれに関するハード決定値を報告するために生成されたソフト情報を使用するように構成することができる。ハード決定値は、妥当な確実性で求められ、ソフト情報に基づいた結論値（「０」または「１」ビット）である。本発明のさらに別の実施形態では、少なくとも１つのＨｘユニットが、シンボル候補を計算して、Ｈｘレジスタ１３０に１つまたは複数の可能なシンボル候補を格納する。その後、Ｈ行列が変わらない限り、Ｈｘレジスタ１３０からの値がＬＬＲユニットに提供される。したがって、Ｈ行列が変わらない限り、シンボル候補（すなわちＨｘ値）を計算する必要はない。

　したがって、上述したＭＬ−ＡＰＰ検出器によって行われる本発明の方法を要約すると、第１の工程は、通信システムの通信チャネルにわたって搬送（すなわち送信および／または受信）されるシンボルを受信することである。受信されたシンボルは、受信シンボル・レジスタ（例えばレジスタ１０６_１〜１０６_Ｋ）に格納される。次いで、全ての可能なシンボル候補のセットの特別な部分がＨｘユニットによって生成される。本明細書では、シンボル候補の特別な部分セットを、シンボルが受信される前、または後に生成することができることに留意されたい。受信シンボルと共に、Ｈｘレジスタ１３０に一時的に格納されたシンボル候補の特別な部分セットが、利用可能なＬＬＲユニットに転送される。ＬＬＲユニットは、特別な部分セットからのシンボル候補に対する変換操作を行って、残りのシンボル候補を生成する。この時点で、（特定の変調スキームに関する）全ての可能なシンボル候補の完全なセットを用いて、ＬＬＲユニットが、受信されたシンボルと生成されたシンボル候補との比較操作を行って、各シンボル候補に関するコストを計算する。次いで、ＬＬＲユニットが、検出されたシンボルとして、最小コストを生み出すシンボル候補を選択する。

　以下の表１は、１２２．８８ＭＨｚのクロック周波数、およびアンテナ当たり２．４Ｍシンボル／秒のシンボル・スループットを使用する提案されたＨＳＤＰＡに関するスループットを維持するのに必要なＬＬＲユニットの数を示す。並列Ｈｘユニットの数が４である場合、４つの送信アンテナを用いた８ＰＳＫおよび１６ＱＡＭを除く全ての場合に関して、全体として必要なスループットを維持するために、２つのみのＬＬＲユニットが必要とされることに留意することが重要である。４つの送信アンテナを用いた８ＰＳＫシステムは、ＬＬＲユニットの数を２０まで増加させ、４つのアンテナを用いた１６ＱＡＭは、さらに、ＬＬＲユニットの数を３２０まで増加させる。

　本発明が属する技術分野の当業者は、本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器を、半導体、光学または電気光学技術を使用するデジタル論理回路および／またはアナログ回路で実装することができることを容易に理解されよう。

様々なデジタル変調スキームに関する様々なタイプの信号コンスタレーションを示す図である。本発明のＭＬ−ＡＰＰ検出器のアーキテクチャを示す図である。

Claims

　シンボル候補のサブセットから、１セットの可能なシンボル候補を生成するための検出器と、
　検出器に結合された少なくとも２つのアンテナと
　を備える通信デバイス。
　検出器が、シンボル候補の特別な部分セットからの候補に対する変換操作を行って、追加のシンボル候補を生成し、受信されたシンボルを、生成されたシンボル候補全てと比較することによってコストを計算するように構成された少なくとも１つのＬＬＲユニットを備えるＭＬ−ＡＰＰ検出器である請求項１に記載の通信デバイス。
　ＭＬ−ＡＰＰ検出器がさらに、前記少なくとも１つのＬＬＲユニットに結合された少なくとも１つのＨｘユニットを備え、前記少なくとも１つのＨｘユニットが、シンボル候補全てを生成するように構成されている請求項２に記載の通信デバイス。
　前記少なくとも１つのＬＬＲユニットが、利用可能モードと、ラン・モードと、利用不可能モードと、ダン・モードとを含む４つの操作モードを有する請求項２に記載の通信デバイス。
　さらに、
　前記少なくとも１つのＬＬＲそれぞれに結合されたレジスタを備え、レジスタに、受信されたシンボルが一時的に格納される請求項２に記載の通信デバイス。
　前記少なくとも１つのＬＬＲユニットが、選択されたシンボル候補の各ビット位置に関するハード決定値を求め、そのようなハード決定値が、選択されたシンボル候補に関連するソフト情報に基づいており、ソフト情報が、前記少なくとも１つのＬＬＲユニットによって生成される請求項２に記載の通信デバイス。
　ＭＬ−ＡＰＰ検出器がさらに、前記少なくとも１つのＬＬＲユニットに結合された少なくとも１つのＨｘユニットを備え、前記少なくとも１つのＨｘユニットが、シンボル候補の特別な部分セットを少なくとも生成するように構成されている請求項２に記載の通信デバイス。
　受信されたシンボルを検出するための方法であって、
　特定のデジタル変調スキームに関する可能な候補全てを生成するために、シンボル候補の特別な部分セットに対する変換操作を行う工程
　を含む方法。
　変換操作を行う工程がまた、
　シンボルを受信する工程と、
　シンボル候補の特別な部分セットを少なくとも生成する工程と
　を含む請求項８に記載の方法。
　生成されたシンボル候補のセットと、受信されたシンボルとからコストを計算する工程と、
　検出されたシンボルとして、最小コストを生み出すシンボル候補を選択する工程と
　を含む請求項８に記載の方法。