JP2007049267A - Receiver of wireless communication system, method and program for detecting wireless signal transmitted from transmitter and recording medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、同一周波数チャネルを用いてそれぞれ無線信号を送信するNT本(NT≧2、NTは整数)の送信アンテナを備えた送信装置と、前記送信された無線信号をNR本(NR≧NT≧2、NRは整数)の受信アンテナでそれぞれ受信する受信装置と、により構成されるMIMO(Multiple Input Multiple Output)通信を行なう無線通信システムの受信装置、送信装置の送信した無線信号の検出方法並びにそのプログラムと記録媒体に関する。 The present invention relates to a transmission apparatus including N T (N T ≧ 2, N T is an integer) transmission antennas each transmitting a radio signal using the same frequency channel, and N R transmission radio signals are transmitted. Transmission of a receiving apparatus and a transmitting apparatus of a wireless communication system that performs MIMO (Multiple Input Multiple Output) communication configured with a receiving apparatus that receives each of the receiving antennas (N R ≧ N T ≧ 2, N R is an integer) The present invention relates to a method for detecting a radio signal, a program thereof, and a recording medium.
MIMOのような多入力多出力デジタル無線通信システムでは、送信装置は、無線信号を送信するNT本の送信アンテナを備え、また受信装置は、前記送信された無線信号を受信するNR本の受信アンテナを備えている。つまり、このような多入力多出力デジタル無線通信システムでは、送信装置が、NT個の信号要素を持つ送信信号sを送り出し、それらの信号は伝搬路を通して受信装置側へ到達し、受信装置ではNR個の信号要素を持つ受信信号xとして受け取る。そして、受信装置側の各アンテナに対応する受信系統で生じる雑音をwとすると、 In a multi-input multi-output digital radio communication system such as MIMO, a transmission apparatus includes NT transmission antennas that transmit radio signals, and a reception apparatus receives N R transmission antennas that receive the transmitted radio signals. A receiving antenna is provided. That is, in such a multi-input multi-output digital wireless communication system, the transmission device sends out a transmission signal s having NT signal elements, and these signals reach the reception device side through the propagation path. Received as a received signal x having N R signal elements. And, if the noise generated in the receiving system corresponding to each antenna on the receiving device side is w,
のような数学的関係で表すことができる。なお、xはNR次元の信号要素を持つ受信信号のベクトル、sはNT次元の信号要素を持つ送信信号のベクトル、wはNR次元の雑音ベクトル、HはNR行NT列の伝搬路行列を表す。 It can be expressed by a mathematical relationship such as Incidentally, x is N vector of received signal having a R-dimensional signal-element, s is the vector of transmitted signals having a signal component of the N T dimensional, w is N R-dimensional noise vector, H is the N R rows N T columns Represents a propagation path matrix.
そして、上述のような多入力多出力デジタル無線通信システムにおいて、受信装置は、通信目的を実現するために、検出した受信信号ベクトルxおよび既知の伝搬路行列Hと雑音wとを用いて、未知の送信信号ベクトルsを正確に検出することが求められる。なお、MIMOシステムにおいて同じ周波数帯域で同時に送られた複数の送信信号を、受信側で分離する技術が公開されている(非特許文献1参照)。
ここで、従来における送信信号ベクトルsの検出処理は、以下のような処理手順であった。
(a)NT個の送信信号に対してそれぞれの信号を検出する順番を決定する(NT回の反復計算が必要)。
(b)NT個の送信信号に対して、それぞれを検出する為のNT個の抽出ベクトル(nulling vectorあるいはweight vector)を決定する(NT回の反復計算が必要)。
(c)上記(a)で決定した順番に従い、(b)で生成した抽出ベクトルを用いて送信信号sを検出する(NT回の反復計算が必要)。
(d)受信ベクトルxと伝搬路行列Hを更新する(NT回の反復計算が必要)。
Here, the detection processing of the transmission signal vector s in the related art is the following processing procedure.
(A) The order in which each signal is detected for N T transmission signals is determined (N T iterative calculations are required).
(B) with respect to the N T transmitted signals, (requires N T iterations calculations) to determine the N T number of extraction vectors for detecting (nulling vector or weight vector), respectively.
(C) The transmission signal s is detected using the extraction vector generated in (b) in accordance with the order determined in (a) above (N T iterations are required).
And (d) updating the receive vector x with channel matrix H (required N T iterations calculation).
しかしながら、上述の(a)〜(d)で示すように送信信号ベクトルsの検出処理では、以下の問題が発生していた。
(1)NT回の擬似逆行列の演算が必要であり、所要演算量が膨大となってしまう。
(2)擬似逆行列の演算処理には大きな記憶容量が必要となり、また、毎回擬似逆行列の計算結果をメモリなどの記憶装置に書き込む処理が発生し、処理負荷がかかる。
(3)回路規模は所要演算量に比例するので、したがって所要回路規模も非常に大きくなり、装置の小型化が困難となる。
(4)所要演算量が大きい為、比例して所要消費電力も大きくなり、装置の動作寿命(バッテリーによる駆動時間)が短くなる。
(5)NT回の擬似逆行列演算は並列化は不可能であるため、処理の遅延が非常に大きく、リアルタイムでの信号処理は極めて困難となる。
However, as shown in the above (a) to (d), the following problem occurs in the detection processing of the transmission signal vector s.
(1) NT pseudo-inverse matrix computation is required, and the required computation amount is enormous.
(2) The pseudo-inverse matrix calculation process requires a large storage capacity, and every time a calculation result of the pseudo-inverse matrix is written to a storage device such as a memory, a processing load is applied.
(3) Since the circuit scale is proportional to the required amount of computation, the required circuit scale is therefore very large, making it difficult to reduce the size of the apparatus.
(4) Since the required calculation amount is large, the required power consumption is proportionally increased, and the operating life of the apparatus (drive time by the battery) is shortened.
(5) Since the NT pseudo-inverse matrix operation cannot be parallelized, the processing delay is very large, and signal processing in real time becomes extremely difficult.
そこでこの発明は、送信信号ベクトルsの検出処理における処理量の軽減と、回路規模の軽減を行なうことで、製造コストを低く抑えることのできる、無線通信システムの受信装置、送信装置の送信した無線信号の検出方法並びにそのプログラムと記録媒体を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention reduces the processing amount in the detection processing of the transmission signal vector s and the circuit scale, thereby reducing the manufacturing cost. The receiving apparatus of the wireless communication system and the wireless transmitted by the transmitting apparatus can be reduced. It is an object of the present invention to provide a signal detection method, a program thereof, and a recording medium.
上記目的を達成するために、本発明は、同一周波数チャネルを用いてそれぞれ無線信号を送信するNT本(NT≧2、NTは整数)の送信アンテナを備えた送信装置と、前記送信された無線信号をNR本(NR≧NT≧2、NRは整数)の受信アンテナでそれぞれ受信する受信装置と、により構成されるMIMO(Multiple Input Multiple Output)通信を行なう無線通信システムの、前記受信装置であって、前記NT本の送信信号に対してそれぞれの信号検出順番を決定する信号検出順番決定手段と、伝搬路行列Hの列ベクトルを、前記信号検出順番に基づいて並び替えを行なう伝搬路行列並び替え手段と、前記並び替え後の行列をQR分解し、当該行列をユニタリー行列Qと上三角行列Rに変換する行列変換手段と、前記ユニタリー行列Qを用いて受信ベクトルxをフィルタリングする受信ベクトルフィルタリング手段と、前記上三角行列Rと前記フィルタリングの結果とを用いて、後退代入により前記NT本の各送信アンテナで送信した無線信号それぞれを検出する送信時無線信号検出手段と、を備えることを特徴とする受信装置。 To achieve the above object, the present invention, N T present for transmitting a radio signal respectively, using the same frequency channel (N T ≧ 2, N T is an integer) and the transmission device having a transmission antenna, said transmission Communication system for performing MIMO (Multiple Input Multiple Output) communication comprising receiving apparatuses that receive received radio signals with N R (N R ≧ N T ≧ 2, N R is an integer) receiving antennas, respectively. A signal detection order determining means for determining each signal detection order for the N T transmission signals, and a column vector of the propagation path matrix H based on the signal detection order. Channel matrix rearranging means for rearranging, matrix transforming means for QR-decomposing the rearranged matrix and converting the matrix into a unitary matrix Q and an upper triangular matrix R; and the unitary matrix Q A received vector filtering means for filtering the received vector x by using the transmission by using the results of the filtering and the upper triangular matrix R, detecting each said N T present a radio signal transmitted on each transmit antenna of the backward substitution And a time radio signal detecting means.
また本発明は、前記信号検出順番決定手段が、前記伝搬路行列Hの各列ベクトルのノルムを計算し、前記伝搬路行列Hの各列ベクトル間それぞれの相関を計算し、前記ノルムと前記相関とに基づいて、前記信号検出順番を決定することを特徴とする。 Further, in the present invention, the signal detection order determination unit calculates a norm of each column vector of the propagation path matrix H, calculates a correlation between each column vector of the propagation path matrix H, and calculates the norm and the correlation. Based on the above, the signal detection order is determined.
また本発明は、前記受信ベクトルフィルタリング手段が、前記ユニタリー行列Qの複素共役転置と前記受信ベクトルxとを乗算して、前記受信ベクトルxをフィルタリングすることを特徴とする。 The reception vector filtering means may filter the reception vector x by multiplying the complex conjugate transpose of the unitary matrix Q and the reception vector x.
また本発明は、前記送信時無線信号検出手段が、上三角行列Rの三角構造を利用して、前記フィルタリング結果で得られた受信ベクトルの各要素を順じ求め、当該各要素の軟判定結果と、その軟判定結果の量子化による硬判定結果を求めることにより、前記NT本の各送信アンテナで送信した無線信号それぞれを検出することを特徴とする。 In the present invention, the transmission radio signal detection means sequentially obtains each element of the reception vector obtained by the filtering result using the triangular structure of the upper triangular matrix R, and the soft decision result of each element Then, by obtaining a hard decision result by quantization of the soft decision result, each of the radio signals transmitted from the N T transmitting antennas is detected.
また本発明は、同一周波数チャネルを用いてそれぞれ無線信号を送信するNT本(NT≧2、NTは整数)の送信アンテナを備えた送信装置と、前記送信された無線信号をNR本(NR≧NT≧2、NRは整数)の受信アンテナでそれぞれ受信する受信装置と、により構成されるMIMO(Multiple Input Multiple Output)通信を行なう無線通信システムの、前記送信装置の送信した無線信号の検出方法であって、前記受信装置の信号検出順番決定手段が、前記NT本の送信信号に対してそれぞれの信号検出順番を決定し、前記受信装置の伝搬路行列並び替え手段が、伝搬路行列Hの列ベクトルを、前記信号検出順番に基づいて並び替えを行ない、前記受信装置の行列変換手段が、前記並び替え後の行列をQR分解し、当該行列をユニタリー行列Qと上三角行列Rに変換し、前記受信装置の受信ベクトルフィルタリング手段が、前記ユニタリー行列Qを用いて受信ベクトルxをフィルタリングし、前記受信装置の送信時無線信号検出手段が、前記上三角行列Rと前記フィルタリングの結果とを用いて、後退代入により前記NT本の各送信アンテナで送信した無線信号それぞれを検出することを特徴とする無線信号の検出方法である。 The present invention, N T present a transmitting device having a transmitting antenna (N T ≧ 2, N T integer), the transmitted radio signals N R for transmitting a radio signal respectively, using the same frequency channel Transmission of the transmission device of a wireless communication system that performs MIMO (Multiple Input Multiple Output) communication constituted by a reception device that receives each of the reception antennas (N R ≧ N T ≧ 2, N R is an integer) The signal detection order determining unit of the receiving apparatus determines each signal detection order for the N T transmission signals, and the channel matrix rearranging unit of the receiving apparatus. However, the column vector of the propagation path matrix H is rearranged based on the signal detection order, and the matrix conversion means of the receiving device performs QR decomposition on the rearranged matrix, and unitizes the matrix. Column Q and upper triangular matrix R are converted, and the reception vector filtering means of the receiving device filters the reception vector x using the unitary matrix Q, and the transmission radio signal detection means of the receiving device is the upper triangular matrix. A radio signal detection method comprising: detecting a radio signal transmitted from each of the N T transmit antennas by backward substitution using a matrix R and the filtering result.
また本発明は、上述の無線信号の検出方法において、前記信号検出順番決定手段は、前記伝搬路行列Hの各列ベクトルのノルムを計算し、前記伝搬路行列Hの各列ベクトル間それぞれの相関を計算し、前記ノルムと前記相関とに基づいて、前記信号検出順番を決定することを特徴とする。 In the wireless signal detection method according to the present invention, the signal detection order determination unit calculates a norm of each column vector of the propagation path matrix H, and correlates each of the column vectors of the propagation path matrix H. And the signal detection order is determined based on the norm and the correlation.
また本発明は、上述の無線信号の検出方法において、前記受信ベクトルフィルタリング手段は、前記ユニタリー行列Qの複素共役転置と前記受信ベクトルxとを乗算して、前記受信ベクトルxをフィルタリングすることを特徴とする。 Further, the present invention is the above-described radio signal detection method, wherein the reception vector filtering means filters the reception vector x by multiplying the complex conjugate transpose of the unitary matrix Q and the reception vector x. And
また本発明は、上述の無線信号の検出方法において、前記送信時無線信号検出手段は、上三角行列Rの三角構造を利用して、前記フィルタリング結果で得られた受信ベクトルの各要素を順じ求め、当該各要素の軟判定結果と、その軟判定結果の量子化による硬判定結果を求めることにより、前記NT本の各送信アンテナで送信した無線信号それぞれを検出することを特徴とする。 According to the present invention, in the above-described radio signal detection method, the transmission radio signal detection means uses the triangular structure of the upper triangular matrix R to order each element of the received vector obtained by the filtering result. Each of the radio signals transmitted from the N T transmitting antennas is detected by obtaining a soft decision result of each element and a hard decision result by quantization of the soft decision result.
また本発明は、同一周波数チャネルを用いてそれぞれ無線信号を送信するNT本(NT≧2、NTは整数)の送信アンテナを備えた送信装置と、前記送信された無線信号をNR本(NR≧NT≧2、NRは整数)の受信アンテナでそれぞれ受信する受信装置と、により構成されるMIMO(Multiple Input Multiple Output)通信を行なう無線通信システムの、前記受信装置のコンピュータに実行させるプログラムであって、前記NT本の送信信号に対してそれぞれの信号検出順番を決定する信号検出順番決定処理と、伝搬路行列Hの列ベクトルを、前記信号検出順番に基づいて並び替えを行なう伝搬路行列並び替え処理と、前記並び替え後の行列をQR分解し、当該行列をユニタリー行列Qと上三角行列Rに変換する行列変換処理と、前記ユニタリー行列Qを用いて受信ベクトルxをフィルタリングする受信ベクトルフィルタリング処理と、前記上三角行列Rと前記フィルタリングの結果とを用いて、後退代入により前記NT本の各送信アンテナで送信した無線信号それぞれを検出する送信時無線信号検出処理と、をコンピュータに実行させるプログラムである。 The present invention, N T present a transmitting device having a transmitting antenna (N T ≧ 2, N T integer), the transmitted radio signals N R for transmitting a radio signal respectively, using the same frequency channel A computer of the reception apparatus of a wireless communication system that performs MIMO (Multiple Input Multiple Output) communication, and a reception apparatus that receives each of the reception antennas (N R ≧ N T ≧ 2, N R is an integer) A signal detection order determination process for determining each signal detection order for the NT transmission signals and a column vector of the propagation path matrix H are arranged based on the signal detection order. A channel matrix rearrangement process for performing the rearrangement, a matrix conversion process for performing QR decomposition on the rearranged matrix and converting the matrix into a unitary matrix Q and an upper triangular matrix R; A received vector filtering process for filtering the received vector x by using the tally matrix Q, by using the results of the filtering and the upper triangular matrix R, the N T radio signals transmitted by each transmit antenna of the present respectively by back substitution This is a program for causing a computer to execute a radio signal detection process at the time of transmission for detecting.
また本発明は、上記プログラムの信号検出順番決定処理においては、前記伝搬路行列Hの各列ベクトルのノルムを計算し、前記伝搬路行列Hの各列ベクトル間それぞれの相関を計算し、前記ノルムと前記相関とに基づいて、前記信号検出順番を決定することを特徴とする。 According to the present invention, in the signal detection order determination process of the above program, a norm of each column vector of the propagation path matrix H is calculated, a correlation between each column vector of the propagation path matrix H is calculated, and the norm is calculated. The signal detection order is determined based on the correlation and the correlation.
また本発明は、上記プログラムの前記受信ベクトルフィルタリング処理は、前記ユニタリー行列Qの複素共役転置と前記受信ベクトルxとを乗算して、前記受信ベクトルxをフィルタリングすることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the reception vector filtering process of the above program filters the reception vector x by multiplying the complex conjugate transpose of the unitary matrix Q and the reception vector x.
また本発明は、上記プログラムの前記送信時無線信号検出処理は、上三角行列Rの三角構造を利用して、前記フィルタリング結果で得られた受信ベクトルの各要素を順じ求め、当該各要素の軟判定結果と、その軟判定結果の量子化による硬判定結果を求めることにより、前記NT本の各送信アンテナで送信した無線信号それぞれを検出することを特徴とする。 According to the present invention, the transmission radio signal detection processing of the program uses the triangular structure of the upper triangular matrix R to sequentially obtain each element of the reception vector obtained by the filtering result, Each of the radio signals transmitted from the N T transmitting antennas is detected by obtaining a soft decision result and a hard decision result by quantization of the soft decision result.
また本発明は、上述のプログラムを記憶する記録媒体である。 The present invention is a recording medium for storing the above-described program.
本発明によれば、擬似逆行列を一回も計算することなく、伝搬路行列Hの列ベクトル間の相関と、各列ベクトルのノルムの情報により、検出順番の決定を行い、更に、列ベクトルを並び替えた伝搬路行列をQR分解し、R行列の三角構造を利用して一回の後退代入で順番に送信信号を検出する。従って、従来のような、NT回の擬似逆行列演算により、NT個の送信信号における信号検出順番決定と、信号抽出ベクトル生成を行い、更に、抽出ベクトルを用いて順番に送信信号を検出手法に比べて、所要演算量が少なくなる。 According to the present invention, the detection order is determined based on the correlation between the column vectors of the channel matrix H and the norm information of each column vector without calculating the pseudo inverse matrix once. Are subjected to QR decomposition, and the transmission signal is detected in order by one backward substitution using the triangular structure of the R matrix. Therefore, as in the conventional case, the signal detection order is determined and the signal extraction vector is generated in NT transmission signals by NT pseudo-inverse matrix calculation, and the transmission signals are detected in order using the extraction vectors. Compared to the method, the required calculation amount is reduced.
以下、本発明の一実施形態による無線通信システムを図面を参照して説明する。そして、図1は同実施形態による無線通信システムの構成を示すブロック図である。この図において、符号10は送信機(送信装置)であり、送信情報を変調符号化する変調符号化処理部11と、NT個の送信アンテナ12−1〜12−NTとを備えている。ここで、各送信アンテナ12−1〜12−NTで送信される送信信号をs1〜sNTとする。また符号20は受信器(受信装置)であり、NR個の受信アンテナ21−1〜21−NRと、信号検出処理部22と、復調複合化処理部23とを備えている。ここで各受信アンテナ21−1〜21―NRで受信する受信信号をx1〜xNRとする。また、受信アンテナ21−1〜21―NRそれぞれの受信系統で発生する雑音をw1〜wNRとする。また信号検出処理部22で検出された送信信号をs~1〜s~NTとする。また送信機10と受信器20の間の無線信号の伝搬路行列をHとする。
Hereinafter, a wireless communication system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the wireless communication system according to the embodiment. In this figure,
そして、本無線通信システムにおいては、送信機10から送信された無線信号を受信器20が受信アンテナ21−1〜21―NRで受信する。そして、信号検出処理部22が伝搬路行列Hと、受信信号x1〜xNRと、雑音をw1〜wNRと、の情報を用いて、送信機で送信される送信信号s1〜sNTの予測検出結果である、s~1〜s~NTを算出する。この時、以下の処理により、従来の処理と比べて、処理量の軽減できる手法を用いて、予測送信信号s~1〜s~NTを算出する。
Then, in this radio communication system, received by the
図2は予測送信信号の算出処理のフローを示す図である。
次に図2を用いて、本実施形態による予測送信信号s~1〜s~NTの算出処理について説明する。
まず、伝搬路行列Hと、雑音w1〜wNRの値は、予め計測されており、信号検出処理部22で記憶している。また受信信号x1〜xNRは、受信アンテナ21−1〜21―NRで検出される信号であるので、以降、これらの情報を用いて、信号検出処理部22は、予測送信信号s~1〜s~NTの算出処理を行なう。
FIG. 2 is a diagram illustrating a flow of a predicted transmission signal calculation process.
Next, referring to FIG. 2, it will be described process for calculating the predicted transmission signal s ~ 1~s ~ N T according to this embodiment.
First, the channel matrix H, the value of the noise w1 to wN R is measured in advance, and stores the signal
<ステップS1>
まず、NT個の送信信号に対してそれぞれの信号検出順番を決定する。
この処理において、信号検出処理部22は、伝搬路行列Hの各列ベクトルのノルムを計算する。ノルムの計算は、
<Step S1>
First, each signal detection order is determined for NT transmission signals.
In this processing, the signal
により行なわれる。次に、信号検出処理部22は、伝搬路行列Hの各列ベクトル間の相関を計算する。各列ベクトル間の相関は、
It is done by. Next, the signal
により行なわれる。また信号検出処理部22は、式(3)により得られた値を用いて式(4)を計算する。
It is done by. Further, the signal
そして、信号検出処理部22は、式(2)でと式(4)の結果を用いて式(5)を計算する。
And the signal
上記式(5)による算出結果はNT個である。そして、この結果を式(6)で示すように降順に並び替える。 The number of calculation results by the above equation (5) is NT . And this result is rearranged in descending order as shown by Formula (6).
つまり、γmax1は、式(6)で計算したγkのうち、最も大きい値を示すものである。そして送信信号s1〜sNTの検出順番をsPi(Pi=1,・・・,NT)として、それぞれのPiを要素に持つベクトルPについて、 That is, γ max1 indicates the largest value among γ k calculated by Equation (6). Then, the detection order of the transmission signals s1 to sN T is s Pi (Pi = 1,..., N T ), and a vector P having each Pi as an element,
とし、式(6)の並び替えで得られたインデックスmaxiに対応するk(1,・・・,NT)の送信信号を、信号検出の順番Piとする。以上の処理により1回の計算で信号検出の順番を決定することができる。なおこの時Piとmaxiとkの値を対応付けて記憶しておく。 And the transmission signal of k (1,..., N T ) corresponding to the index maxi obtained by the rearrangement of Expression (6) is set as the signal detection order Pi. With the above processing, the order of signal detection can be determined by one calculation. At this time, Pi, maxi, and k are stored in association with each other.
<ステップS2>
次に、伝搬路行列Hの列ベクトルの順番並び替えを行なって行列H~を生成する。
<Step S2>
Next, the order of the column vectors of the propagation path matrix H is rearranged to generate the matrix H˜.
<ステップS3>
また、行列H~に対してQR分解を行なう。
<Step S3>
Also, QR decomposition is performed on the matrix H ~.
QR分解とは、NR行NT列の行列H~を、NR行NT列のの列ユニタリー行列Qと、NT行NT列の上三角行列Rに分解することである。列ユニタリー行列Qは、その行列の列ベクトルのノルムが常に1であり、また、上三角行列Rは、その行列の体格要素より下にある要素が全て0である行列である。このQR分解は1回の計算で行なうことができる。 The QR decomposition, the matrix H ~ a N R rows N T columns, and column unitary matrix Q to the N R rows N T columns is to decompose the N T row N T upper triangular matrix R of the column. The column unitary matrix Q is a matrix whose column vector norm is always 1, and the upper triangular matrix R is a matrix in which all the elements below the physique elements of the matrix are 0. This QR decomposition can be performed by one calculation.
<ステップS4>
次に、行列Qを使って受信ベクトルxをフィルタリングする。この時、信号検出処理部22は、行列Qの複素共役転置と受信ベクトルxとを乗算する。すると、式(10)が得られる。
<Step S4>
Next, the received vector x is filtered using the matrix Q. At this time, the signal
なおs~は送信ベクトルsの要素をベクトルPに従って順番を並び替えたものである。そして式(10)の演算により並び替えが実現できる。 Note that s˜ is obtained by rearranging the elements of the transmission vector s according to the vector P. Then, rearrangement can be realized by the calculation of equation (10).
<ステップS5>
次に、行列Rの三角構造を利用し、後退代入により、NT個の予測送信信号s~を順番に検出する。この処理においては、式(11)
<Step S5>
Next, using the triangular structure of the matrix R, NT predicted transmission signals s˜ are sequentially detected by backward substitution. In this process, equation (11)
を用いて Using
の軟判定結果を求める。また式(12) The soft decision result is obtained. Moreover, Formula (12)
を用いて軟判定結果を量子化し、 Quantize the soft decision result using
の硬判定結果を求める。そして、式(11)、式(12)により、s~の要素1つが出力され、これを繰り返すことで、sp1からspNTを出力する。
The hard decision result is obtained. Then, equation (11), by the equation (12), one
<ステップS6>
次に、ステップS5において出力した(sp1・・spi・・spNT)について、ステップS2で行なった並び替えとは逆の並び替えを行なう。つまりステップS1でPiとmaxiとkとを対応付けて記憶したが、kの順番に並び替える。これにより、
<Step S6>
Next, the rearrangement opposite to the rearrangement performed in step S2 is performed on (s p1 ··· s pi ··· s pNT ) output in step S5. That is, Pi, maxi, and k are stored in association with each other in step S1, but are rearranged in the order of k. This
で示すようなNT個の予測送信信号s~を検出する。 NT predicted transmission signals s˜ as shown in FIG.
なお、本実施形態で示した数式においては以下の様に記号や用語を定義する。
ai:または(A)i: =行列Aのi番目ベクトル
aj:または(A):j =行列Aのj番目列ベクトル
aij =行列Aのi番目行j番目列の要素
AH =行列Aの複素共役転置
AT =行列Aの転置
||a|| =ベクトルaのノルム
a←b =bの値をaに与える
a~ =aに対する検出結果
Note that symbols and terms are defined as follows in the mathematical formulas shown in the present embodiment.
a i: or (A) i: = i-th vector of matrix A a j: or (A) : j = j-th column vector of matrix A a ij = element A H = i-th row and j-th column of matrix A = Complex conjugate transpose of matrix A A T = transpose of matrix A
|| a || = The norm of the vector a gives the value of a ← b = b to a. The detection result for a˜ = a
以上説明したように、本発明では擬似逆行列を一回も計算することなく、伝搬路行列Hの列ベクトル間の相関と、各列ベクトルのノルムの情報により、検出順番の決定を行い、更に、列ベクトルを並び替えた伝搬路行列をQR分解し、R行列の三角構造を利用して一回の後退代入で順番に送信信号を検出する。従って、従来のような、NT回の擬似逆行列演算により、NT個の送信信号における信号検出順番決定と、信号抽出ベクトル生成を行い、更に、抽出ベクトルを用いて順番に送信信号を検出手法に比べて、所要演算量が少なくなる。つまり、本発明の主な演算は、(1)伝搬路行列Hの各列ベクトル間の相関の計算、(2)一回のQR分解の計算、(3)一回の後退代入の3つとなる。これにより、所要演算量は従来技術と比較して極めて少ない。 As described above, in the present invention, the detection order is determined based on the correlation between the column vectors of the channel matrix H and the norm information of each column vector without calculating the pseudo inverse matrix once. Then, the propagation path matrix in which the column vectors are rearranged is subjected to QR decomposition, and transmission signals are detected in order by one backward substitution using the triangular structure of the R matrix. Therefore, as in the conventional case, the signal detection order is determined and the signal extraction vector is generated in NT transmission signals by NT pseudo-inverse matrix calculation, and the transmission signals are detected in order using the extraction vectors. Compared to the method, the required calculation amount is reduced. That is, there are three main operations of the present invention: (1) calculation of correlation between column vectors of channel matrix H, (2) calculation of one QR decomposition, and (3) one backward substitution. . Thereby, the required calculation amount is extremely small as compared with the prior art.
また、擬似行列演算が無いため、必要な記憶部の容量を軽減することができる。また回路規模は所要演算量に比例するので、従って、本発明による所要回路規模も非常に小さくなる。また後退代入以外の演算では並列実装が可能であるため、処理の遅延は非常に小さく押さえられ、これによりリアルタイムでの信号処理に適するという効果が得られる。以上の効果を踏まえて、本発明によるハードウェアでの実装は極めて実現性が高くなる。また所要回路規模と記憶部の容量を小さくすることができるため、従来技術を実装した装置の小型化が用意となる。また本発明を用いた装置は、小型化、低消費電力化、低処理遅延化、低製造コスト化が可能となり、大量製造に適するという効果が得られる。 In addition, since there is no pseudo-matrix operation, the required storage capacity can be reduced. Also, since the circuit scale is proportional to the required amount of computation, the required circuit scale according to the present invention is also very small. In addition, since operations other than backward substitution can be implemented in parallel, processing delay can be suppressed to a very small level, thereby obtaining an effect suitable for signal processing in real time. Based on the above effects, the hardware implementation according to the present invention is extremely feasible. In addition, since the required circuit scale and the capacity of the storage unit can be reduced, it is possible to reduce the size of the device mounted with the conventional technique. In addition, an apparatus using the present invention can be reduced in size, reduced in power consumption, reduced in processing delay, and reduced in manufacturing cost, so that an effect of being suitable for mass production can be obtained.
上述の送信機や受信器は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。 The above transmitter and receiver have a computer system inside. The process described above is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the above process is performed by the computer reading and executing this program. Here, the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Alternatively, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。 The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
10:送信機
11:変調符号化処理部
12−1,12−2,・・・,12−NT:送信アンテナ
20:受信器
21−1,21−2,・・・,21−NT:送信アンテナ
22:信号検出処理部
23:復調復号化処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Transmitter 11: Modulation encoding process part 12-1, 12-2, ..., 12-N T : Transmitting antenna 20: Receiver 21-1, 21-2, ..., 21-N T : Transmitting antenna 22: Signal detection processing unit 23: Demodulation decoding processing unit
Claims (13)
前記NT本の送信信号に対してそれぞれの信号検出順番を決定する信号検出順番決定手段と、
伝搬路行列Hの列ベクトルを、前記信号検出順番に基づいて並び替えを行なう伝搬路行列並び替え手段と、
前記並び替え後の行列をQR分解し、当該行列をユニタリー行列Qと上三角行列Rに変換する行列変換手段と、
前記ユニタリー行列Qを用いて受信ベクトルxをフィルタリングする受信ベクトルフィルタリング手段と、
前記上三角行列Rと前記フィルタリングの結果とを用いて、後退代入により前記NT本の各送信アンテナで送信した無線信号それぞれを検出する送信時無線信号検出手段と、
を備えることを特徴とする受信装置。 The N T, each transmit radio signals using the same frequency channel (N T ≧ 2, N T is an integer) and the transmission device having a transmission antenna, the transmitted radio signal N R present (N R ≧ N T ≧ 2 and N R is an integer) receiving device, respectively, and the receiving device of a wireless communication system that performs MIMO (Multiple Input Multiple Output) communication,
Signal detection order determining means for determining each signal detection order for the NT transmission signals;
Channel matrix rearrangement means for rearranging the column vectors of the channel matrix H based on the signal detection order;
Matrix conversion means for performing QR decomposition on the rearranged matrix and converting the matrix into a unitary matrix Q and an upper triangular matrix R;
A reception vector filtering means for filtering the reception vector x using the unitary matrix Q;
A transmission-time radio signal detecting means for detecting each radio signal transmitted from each of the N T transmit antennas by backward substitution using the upper triangular matrix R and the filtering result;
A receiving apparatus comprising:
前記伝搬路行列Hの各列ベクトルのノルムを計算し、
前記伝搬路行列Hの各列ベクトル間それぞれの相関を計算し、
前記ノルムと前記相関とに基づいて、前記信号検出順番を決定する
ことを特徴とする請求項1に記載の受信装置。 The signal detection order determining means includes
Calculating the norm of each column vector of the channel matrix H;
Calculating a correlation between each column vector of the channel matrix H;
The receiving apparatus according to claim 1, wherein the signal detection order is determined based on the norm and the correlation.
前記ユニタリー行列Qの複素共役転置と前記受信ベクトルxとを乗算して、前記受信ベクトルxをフィルタリングする
ことを特徴とする請求項1に記載の受信装置。 The reception vector filtering means includes:
The reception apparatus according to claim 1, wherein the reception vector x is filtered by multiplying the complex conjugate transpose of the unitary matrix Q and the reception vector x.
上三角行列Rの三角構造を利用して、前記フィルタリング結果で得られた受信ベクトルの各要素を順じ求め、当該各要素の軟判定結果と、その軟判定結果の量子化による硬判定結果を求めることにより、前記NT本の各送信アンテナで送信した無線信号それぞれを検出する
ことを特徴とする請求項1に記載の受信装置。 The transmission radio signal detection means includes:
Using the triangular structure of the upper triangular matrix R, the elements of the received vector obtained by the filtering result are sequentially obtained, and the soft decision result of each element and the hard decision result by quantization of the soft decision result are obtained. The receiving apparatus according to claim 1, wherein each of the radio signals transmitted from each of the N T transmitting antennas is detected.
前記受信装置の信号検出順番決定手段が、前記NT本の送信信号に対してそれぞれの信号検出順番を決定し、
前記受信装置の伝搬路行列並び替え手段が、伝搬路行列Hの列ベクトルを、前記信号検出順番に基づいて並び替えを行ない、
前記受信装置の行列変換手段が、前記並び替え後の行列をQR分解し、当該行列をユニタリー行列Qと上三角行列Rに変換し、
前記受信装置の受信ベクトルフィルタリング手段が、前記ユニタリー行列Qを用いて受信ベクトルxをフィルタリングし、
前記受信装置の送信時無線信号検出手段が、前記上三角行列Rと前記フィルタリングの結果とを用いて、後退代入により前記NT本の各送信アンテナで送信した無線信号それぞれを検出する
ことを特徴とする無線信号の検出方法。 The N T, each transmit radio signals using the same frequency channel (N T ≧ 2, N T is an integer) and the transmission device having a transmission antenna, the transmitted radio signal N R present (N R ≧ Detection of a radio signal transmitted by the transmission device in a wireless communication system that performs MIMO (Multiple Input Multiple Output) communication, and a reception device that receives each of the reception devices with N T ≧ 2 and N R is an integer) A method,
The signal detection order determination means of the receiver determines each signal detection order for the NT transmission signals,
The propagation path matrix rearranging means of the receiving device rearranges the column vectors of the propagation path matrix H based on the signal detection order,
The matrix conversion means of the receiving device performs QR decomposition on the rearranged matrix, converts the matrix into a unitary matrix Q and an upper triangular matrix R,
The reception vector filtering means of the reception device filters the reception vector x using the unitary matrix Q,
The transmission radio signal detection means of the receiver detects each radio signal transmitted from each of the N T transmit antennas by backward substitution using the upper triangular matrix R and the filtering result. A wireless signal detection method.
前記伝搬路行列Hの各列ベクトルのノルムを計算し、
前記伝搬路行列Hの各列ベクトル間それぞれの相関を計算し、
前記ノルムと前記相関とに基づいて、前記信号検出順番を決定する
ことを特徴とする請求項5に記載の無線信号の検出方法。 The signal detection order determining means includes
Calculating the norm of each column vector of the channel matrix H;
Calculating a correlation between each column vector of the channel matrix H;
The radio signal detection method according to claim 5, wherein the signal detection order is determined based on the norm and the correlation.
前記ユニタリー行列Qの複素共役転置と前記受信ベクトルxとを乗算して、前記受信ベクトルxをフィルタリングする
ことを特徴とする請求項5に記載の無線信号の検出方法。 The reception vector filtering means includes:
The radio signal detection method according to claim 5, wherein the reception vector x is filtered by multiplying the complex conjugate transpose of the unitary matrix Q and the reception vector x.
上三角行列Rの三角構造を利用して、前記フィルタリング結果で得られた受信ベクトルの各要素を順じ求め、当該各要素の軟判定結果と、その軟判定結果の量子化による硬判定結果を求めることにより、前記NT本の各送信アンテナで送信した無線信号それぞれを検出する
ことを特徴とする請求項5に記載の無線信号の検出方法。 The transmission radio signal detection means includes:
Using the triangular structure of the upper triangular matrix R, the elements of the received vector obtained by the filtering result are sequentially obtained, and the soft decision result of each element and the hard decision result by quantization of the soft decision result are obtained. 6. The radio signal detection method according to claim 5, wherein each radio signal transmitted from each of the N T transmit antennas is detected by obtaining the radio signal.
前記NT本の送信信号に対してそれぞれの信号検出順番を決定する信号検出順番決定処理と、
伝搬路行列Hの列ベクトルを、前記信号検出順番に基づいて並び替えを行なう伝搬路行列並び替え処理と、
前記並び替え後の行列をQR分解し、当該行列をユニタリー行列Qと上三角行列Rに変換する行列変換処理と、
前記ユニタリー行列Qを用いて受信ベクトルxをフィルタリングする受信ベクトルフィルタリング処理と、
前記上三角行列Rと前記フィルタリングの結果とを用いて、後退代入により前記NT本の各送信アンテナで送信した無線信号それぞれを検出する送信時無線信号検出処理と、
をコンピュータに実行させるプログラム。 The N T, each transmit radio signals using the same frequency channel (N T ≧ 2, N T is an integer) and the transmission device having a transmission antenna, the transmitted radio signal N R present (N R ≧ A program to be executed by a computer of the receiving device in a wireless communication system that performs MIMO (Multiple Input Multiple Output) communication, each of which is received by a receiving device of N T ≧ 2, N R is an integer). There,
A signal detection order determination process for determining each signal detection order for the NT transmission signals;
A channel matrix rearrangement process for rearranging the column vectors of the channel matrix H based on the signal detection order;
A matrix conversion process for performing QR decomposition on the rearranged matrix and converting the matrix into a unitary matrix Q and an upper triangular matrix R;
A reception vector filtering process for filtering the reception vector x using the unitary matrix Q;
Using the upper triangular matrix R and the result of the filtering, a radio signal detection process during transmission for detecting each radio signal transmitted from each of the N T transmit antennas by backward substitution;
A program that causes a computer to execute.
前記伝搬路行列Hの各列ベクトルのノルムを計算し、
前記伝搬路行列Hの各列ベクトル間それぞれの相関を計算し、
前記ノルムと前記相関とに基づいて、前記信号検出順番を決定する
ことを特徴とする請求項9に記載のプログラム。 In the signal detection order determination process,
Calculating the norm of each column vector of the channel matrix H;
Calculating a correlation between each column vector of the channel matrix H;
The program according to claim 9, wherein the signal detection order is determined based on the norm and the correlation.
前記ユニタリー行列Qの複素共役転置と前記受信ベクトルxとを乗算して、前記受信ベクトルxをフィルタリングする
ことを特徴とする請求項9に記載のプログラム。 The received vector filtering process includes:
The program according to claim 9, wherein the received vector x is filtered by multiplying the complex conjugate transpose of the unitary matrix Q and the received vector x.
上三角行列Rの三角構造を利用して、前記フィルタリング結果で得られた受信ベクトルの各要素を順じ求め、当該各要素の軟判定結果と、その軟判定結果の量子化による硬判定結果を求めることにより、前記NT本の各送信アンテナで送信した無線信号それぞれを検出する
ことを特徴とする請求項9に記載のプログラム。 The transmission radio signal detection process is:
Using the triangular structure of the upper triangular matrix R, the elements of the received vector obtained by the filtering result are sequentially obtained, and the soft decision result of each element and the hard decision result by quantization of the soft decision result are obtained. 10. The program according to claim 9, wherein each of the radio signals transmitted from each of the N T transmitting antennas is detected.
A recording medium for storing the program according to claim 9.
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