JP2007282040A - Radio signal separating method, radio reception apparatus, program, and recording medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、MIMO(Multiple Input Multiple Output)チャネルを利用して複数の信号系列を同一の周波数上に送信し、無線受信装置において空間多重化された信号に対する信号検出(あるいは信号分離)を行う無線通信システムであって、特に、マルチキャリア変調方式であるOFDM(Orthogonal frequency division multiplex)変調方式とMIMO通信方式とを組み合わせたMIMO−OFDN通信方式を用いた無線信号分離方法、無線受信装置およびプログラム並びに記録媒体に関する。 The present invention wirelessly transmits a plurality of signal sequences on the same frequency using a MIMO (Multiple Input Multiple Output) channel and performs signal detection (or signal separation) on a spatially multiplexed signal in a wireless receiver. In particular, a radio signal separation method, a radio reception apparatus, and a program using a MIMO-OFDN communication system, which is a combination of an OFDM (Orthogonal frequency division multiplex) modulation system that is a multicarrier modulation system and a MIMO communication system, and a communication system The present invention relates to a recording medium.
無線通信システムにおいては、限られた周波数資源を用いて通信伝送量の大容量化を図るための周波数利用効率の向上が必須となっている。周波数利用効率を向上させる技術として、当該無線通信システムの無線送信装置側で複数の送信アンテナを備え、無線受信装置側で複数の受信アンテナを備え、同一時刻において同一周波数帯域上に空間多重チャネルを構成し、情報伝送レートを向上させるMIMOシステムが提案されている。 In wireless communication systems, it is essential to improve frequency utilization efficiency in order to increase the amount of communication transmission using limited frequency resources. As a technique for improving the frequency utilization efficiency, a plurality of transmission antennas are provided on the wireless transmission device side of the wireless communication system, a plurality of reception antennas are provided on the wireless reception device side, and spatial multiplexing channels are provided on the same frequency band at the same time. There has been proposed a MIMO system configured to improve the information transmission rate.
また情報信号を互いに直交する複数のサブキャリアに乗せて送信するOFDMマルチキャリア変調方式(以下、OFDM方式と呼ぶ)がある。OFDM方式は、各サブキャリアの帯域を狭くすることにより周波数選択性フェ−ジングをフラットフェ−ジング化することが可能な変調方式であり、更に、ガードインターバルを付加することによりマルチパスフェ−ジングによるシンボル間干渉の影響を軽減できる。従ってOFDM方式は無線LAN(Local Area Network)やデジタルテレビ放送などの無線通信や放送システムで広く用いられている。 In addition, there is an OFDM multicarrier modulation scheme (hereinafter referred to as an OFDM scheme) in which an information signal is transmitted on a plurality of subcarriers orthogonal to each other. The OFDM scheme is a modulation scheme capable of flattening frequency selective fading by narrowing the band of each subcarrier, and further by multipath fading by adding a guard interval. The influence of intersymbol interference can be reduced. Accordingly, the OFDM system is widely used in wireless communication and broadcasting systems such as wireless LAN (Local Area Network) and digital television broadcasting.
上記のMIMOシステムとOFDM方式が組み合わされたものをMIMO−OFDMシステムと呼ぶ。対照的に、単純にシングルキャリア変調方式を用いた場合にはMIMO−Singleシステムと呼ぶ。また両者を統一してMIMOシステムと呼ぶ。
ところで、従来の無線受信装置に備えられた信号検出装置(Signal Detector)では信号検出方法として、ZF(Zero-Forcing)方式、MMSE(Minimum Mean Square Error)方式、SIC(Successive Interference Cancellation)方式、MLD(Maximum Likelihood Detection)方式とそれらの基本方式を組み合わせたものなどが用いられている。この中でSIC方式では、受信誤り率特性と信号検出処理所要演算量の両立という観点では優れている。従ってMIMO伝送を実現するにはSIC方式は非常に実用性の高いアプローチと考えられる。またSIC方式は他の信号検出方法と比べて、同時ではなく、順次にT個の送信信号stを検出する処理が特徴である。ここで、SIC方式は大きく分けてZF基準とMMSE基準の二種類がある。ZF−SIC(ZF基準のSIC方式)方式における代表例としてはV−BLAST(Vertical Bell Laboratories Layered Space-Time) 方式がある。またMMSE−SIC(MMSE基準のSIC方式)方式も提案されており、この方式はZF−SIC方式と同じ所要演算量を有しながら、より優れた誤り率特性(つまり、受信品質)を持っていることが特徴である。以下、従来のMMSE−SIC方式について説明する。 By the way, in the signal detector (Signal Detector) with which the conventional radio | wireless receiver was equipped, as a signal detection method, ZF (Zero-Forcing) system, MMSE (Minimum Mean Square Error) system, SIC (Successive Interference Cancellation) system, MLD A combination of the (Maximum Likelihood Detection) method and those basic methods is used. Among these, the SIC method is excellent from the viewpoint of achieving both the reception error rate characteristics and the amount of computation required for signal detection processing. Therefore, the SIC method is considered to be a very practical approach for realizing MIMO transmission. The SIC scheme is compared with other signal detection process, rather than simultaneously, it is a process characterized to sequentially detect the T transmitted signals s t. Here, there are two types of SIC methods: ZF standards and MMSE standards. A representative example of the ZF-SIC (ZF-based SIC method) method is a V-BLAST (Vertical Bell Laboratories Layered Space-Time) method. An MMSE-SIC (MMSE standard SIC method) has also been proposed. This method has the same required calculation amount as the ZF-SIC method, but has better error rate characteristics (that is, reception quality). It is a feature. Hereinafter, a conventional MMSE-SIC method will be described.
信号検出装置への入力が伝搬路行列Hと係数α、受信信号ベクトルxであるとし、またMMSE−SIC方式による信号検出処理を経て出力する信号を検出信号^sとすると、当該信号検出装置は、
<a>送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素s=[s1,s2,・・・,sT]に対して、最大の検出後SINR(Signal to Interference plus noise ratio)を持つ送信系統における送信信号を次に信号検出対象と決定する。
<b>で決めた検出信号に対して、それを検出するためのMMSE(minimum mean square error)基準の抽出ベクトルを算出する。
<c>bで生成した抽出ベクトルを用いてs=[s1,s2,・・・,sT]の中に<a>で決定した順番にある要素信号を検出する。
<d>受信ベクトルxと伝搬路行列Hを更新する。
そして信号検出装置はa〜dの全ての処理についてT回の反復実行を行う。
If the input to the signal detection device is the propagation path matrix H, the coefficient α, and the received signal vector x, and the signal output through the signal detection processing by the MMSE-SIC method is the detection signal ^ s, the signal detection device is ,
<a> For the T elements s = [s 1 , s 2 ,..., S T ] in the transmission signal vector s, it has the maximum post-detection SINR (Signal to Interference plus noise ratio). Next, a transmission signal in the transmission system is determined as a signal detection target.
An extraction vector based on MMSE (minimum mean square error) for detecting the detection signal determined in <b> is calculated.
Element signals in the order determined in <a> are detected in s = [s 1 , s 2 ,..., S T ] using the extraction vector generated in <c> b.
<D> Update the reception vector x and the propagation path matrix H.
Then, the signal detection apparatus repeatedly executes T times for all processes a to d.
ここで従来のSIC方式であるMMSE−SIC方式を適用してMIMOシステムにおける空間多重信号を無線受信装置の信号検出装置において処理しようとすると以下の課題が存在する。
<課題1>処理演算量が膨大で所要演算回路規模が大きくなる(T回の擬似逆行列の演算が必要であり、所要演算量がO(T4)と大きくなる。特に送受信アンテナ数の多いMIMOシステムにおいては所要演算量が膨大となる。)
<課題2>所要記憶デバイス容量が大きくなる(擬似逆行列の演算は大きな記憶容量が必要となる。また伝搬路行列Hの更新や抽出ベクトルの保存などにも記憶デバイスが必要となる)
<課題3>小型化、軽量化が困難となる(無線送信装置、特に無線携帯端末においては小型化、軽量化を行うことが望ましいが、従来のMMSE−SICの方式では所要演算回路規模と記憶デバイスが大きいため、それによって無線送信装置の小型化、軽量化が困難となる)
<課題4>処理遅延が大きくなる(T回の擬似逆行列の演算の並列化は不可能であるため、処理の遅延が大きい。特に送信アンテナ数が多い場合では、擬似逆行列演算の回数が増え、リアルタイムでの信号処理は極めて困難である。それを解決するためには演算回路における動作クロック周波数を上げる方法があるが、それが所要消費電力の飛躍的増加に繋がる)
<課題5>所要消費電力が大きい(所要消費電力は所要演算回路規模やその動作クロック周波数などに比例するため、従来のMMSE−SIC方式では電力消費量が大きいと考えられる。従ってバッテリによって動作するMIMOシステムの十分な動作時間の確保が困難となる)
<課題6>製品の大量生産に適さない(上記課題1〜課題5を踏まえて、従来のMMSE−SIC方式による無線受信装置への実装は極めて困難である。つまり従来のMMSE−SIC方式を実装したMIMOシステムを備えた無線装置における製造コストが高くなり、大量生産に適さない)
Here, when the MMSE-SIC method, which is a conventional SIC method, is applied to process a spatially multiplexed signal in a MIMO system in a signal detection device of a wireless reception device, the following problems exist.
<
<
<
<
<Problem 5> Large required power consumption (Since the required power is proportional to the required arithmetic circuit scale and its operation clock frequency, it is considered that the conventional MMSE-SIC system consumes a large amount of power. It is difficult to secure sufficient operating time for the MIMO system)
<Problem 6> Not suitable for mass production of products (Based on the above-mentioned
そこでこの発明は、処理演算量と所要演算回路規模とを軽減することで、MIMOシステムによる無線通信を行う無線通信装置の小型化、軽量化や、無線通信装置の処理遅延や消費電力量の縮小を行い、大量生産に適した無線通信装置を提供することのできる、無線信号分離方法、無線受信装置およびプログラム並びに記録媒体を提供することを目的としている。 Accordingly, the present invention reduces the amount of processing computation and the required computation circuit scale, thereby reducing the size and weight of a wireless communication device that performs wireless communication using a MIMO system, and reducing the processing delay and power consumption of the wireless communication device. It is an object of the present invention to provide a radio signal separation method, a radio reception apparatus, a program, and a recording medium that can provide a radio communication apparatus suitable for mass production.
上記目的を達成するために、本発明は、MIMO(Multiple Input Multiple Output)システムにおいて伝搬路行列H、所定の係数α、受信信号ベクトルxを用いて受信信号の信号検出を行う無線受信装置における無線信号分離方法であって、無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストに記録し、前記伝搬路行列Hと前記係数αと単位行列Iとに基づいて算出した拡張伝搬路行列H’を、前記順番リストSに従い並び替えて行列H”を算出し、R行T列の前記行列H”をQR分解して、ユニタリー行列Qと三角行列Rとを算出し、前記行列QのR行の複素共役転置を使って受信ベクトルxをフィルタリングし、前記三角行列Rを用いて前記T個の送信信号を順次検出し、前記検出したT個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並びなおして出力することを特徴とする無線信号分離方法である。 In order to achieve the above object, the present invention provides a wireless reception apparatus for detecting a received signal using a propagation path matrix H, a predetermined coefficient α, and a received signal vector x in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system. In this signal separation method, the order of signal detection is determined for T elements in the transmission signal vector s of the signal transmitted by the wireless transmission device, recorded in an order list, and transmitted. The expanded propagation path matrix H ′ calculated based on the path matrix H, the coefficient α, and the unit matrix I is rearranged according to the order list S to calculate the matrix H ″, and the matrix H ″ of R rows and T columns is calculated. QR decomposition is performed to calculate a unitary matrix Q and a triangular matrix R, filter a received vector x using a complex conjugate transpose of R rows of the matrix Q, and use the triangular matrix R to transmit the T transmission signals. Sequentially A radio signal separation method comprising: detecting, rearranging and outputting the detected T transmission signals in the original transmitted spatial order according to the order list.
また本発明は、MIMO(Multiple Input Multiple Output)システムにおいて伝搬路行列H、所定の係数α、受信信号ベクトルxを用いて受信信号の信号検出を行う無線受信装置における無線信号分離方法であって、無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストに記録する検出順番決定処理と、前記伝搬路行列Hと前記係数αと単位行列Iとに基づいて算出した拡張伝搬路行列H’を、前記順番リストSに従い並び替えて行列H”を算出する並び替え処理と、R行T列の前記行列H”をQR分解して、ユニタリー行列Qと上三角行列Rとを算出するQR分解処理と、前記行列QのR行の複素共役転置を使って受信ベクトルxをフィルタリングするフィルタリング処理と、前記上三角行列Rの上三角構造を利用して、後退代入により前記T個の送信信号を順次検出する後退代入処理と、前記検出したT個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え処理と、を有することを特徴とする無線信号分離方法である。 The present invention also provides a radio signal separation method in a radio reception apparatus that performs signal detection of a received signal using a propagation path matrix H, a predetermined coefficient α, and a received signal vector x in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system, A detection order determination process for determining the order of signal detection for each of T elements in the transmission signal vector s of the signal transmitted by the wireless transmission device, and recording the order in the order list; Rearrangement processing for rearranging the extended channel matrix H ′ calculated based on H, the coefficient α, and the unit matrix I according to the order list S to calculate the matrix H ″, and the matrix H of R rows and T columns Is subjected to QR decomposition to calculate a unitary matrix Q and upper triangular matrix R, and filtering to filter the received vector x using complex conjugate transpose of R rows of the matrix Q Processing, backward substitution processing for sequentially detecting the T transmission signals by backward substitution using the upper triangular structure of the upper triangular matrix R, and the detected T transmission signals according to the order list. And a rearrangement process for rearranging the data in the transmitted spatial order and outputting the rearranged data.
また本発明は、上述の無線信号分離方法において、前記検出順番決定処理は、G=H’HH’により算出した行列Gと順番リスト生成式に従って、前記順番リストを生成し、前記並び替え処理は、前記算出した行列H”を出力し、前記QR分解処理は、前記行列Qと前記行列Rとを出力し、前記フィルタリング処理は、前記行列QのR行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルxとを乗算することによりベクトルyを算出し、前記後退代入処理は、前記列ベクトルyと前記上三角行列Rとを用いて、後退代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのT個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルyのk番目の要素ykから前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、前記順番並び替え処理は、検出送信信号ベクトルと前記順番リストとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力することを特徴とする。 Further, the present invention is the above-described radio signal separation method, wherein the detection order determination process generates the order list according to a matrix G calculated by G = H ′ H H ′ and an order list generation formula, and the rearrangement process Outputs the calculated matrix H ″, the QR decomposition process outputs the matrix Q and the matrix R, and the filtering process includes the complex conjugate transpose of the R rows of the matrix Q and the received signal vector. The vector y is calculated by multiplying x, and the backward substitution process uses the column vector y and the upper triangular matrix R to calculate the detected transmission signal vector by the backward substitution calculation process, and the detection by the T number of elements of the transmit signal vector is detected in order to calculate an interference component according to the interference component calculating equation, and subtracts the interference components from the k-th element y k of the column vector y A decision detection signal is calculated, a hard decision is performed on the soft decision detection signal based on the constellation applied at the time of modulation on the transmission side, and a hard decision detection signal is calculated. A signal vector and the order list are read, and after the detected transmission signal vectors are rearranged according to the list, the rearrangement result is output.
また本発明は、MIMO(Multiple Input Multiple Output)システムにおいて伝搬路行列H、所定の係数α、受信信号ベクトルxを用いて受信信号の信号検出を行う無線受信装置における無線信号分離方法であって、無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストに記録する検出順番決定処理と、前記伝搬路行列Hと前記係数αと単位行列Iとに基づいて算出した拡張伝搬路行列H’を、前記順番リストSに従い並び替えて行列H”を算出する並び替え処理と、R行T列の前記行列H”をQR分解して、ユニタリー行列Qと下三角行列Rとを算出するQR分解処理と、前記行列QのR行の複素共役転置を使って受信ベクトルxをフィルタリングするフィルタリング処理と、前記下三角行列Rの下三角構造を利用して、前進代入により前記T個の送信信号を順次検出する前進代入処理と、前記検出したT個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え処理と、を有することを特徴とする無線信号分離方法である。 The present invention also provides a radio signal separation method in a radio reception apparatus that performs signal detection of a received signal using a propagation path matrix H, a predetermined coefficient α, and a received signal vector x in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system, A detection order determination process for determining the order of signal detection for each of T elements in the transmission signal vector s of the signal transmitted by the wireless transmission device, and recording the order in the order list; Rearrangement processing for rearranging the extended channel matrix H ′ calculated based on H, the coefficient α, and the unit matrix I according to the order list S to calculate the matrix H ″, and the matrix H of R rows and T columns Is subjected to QR decomposition to calculate a unitary matrix Q and a lower triangular matrix R, and filtering to filter the received vector x using complex conjugate transpose of R rows of the matrix Q Processing, forward substitution processing that sequentially detects the T transmission signals by forward substitution using the lower triangular structure of the lower triangular matrix R, and the detected T transmission signals according to the order list And a rearrangement process for rearranging the data in the transmitted spatial order and outputting the rearranged data.
また本発明は、上述の無線信号分離方法において、前記検出順番決定処理は、G=H’HH’により算出した行列Gと順番リスト生成式に従って、前記順番リストを生成し、前記並び替え処理は、前記算出した行列H”を出力し、前記QR分解処理は、前記行列Qと前記行列Rとを出力し、前記フィルタリング処理は、前記行列QのR行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルxとを乗算することによりベクトルyを算出し、前記前進代入処理は、前記列ベクトルyと前記下三角行列Rとを用いて、前進代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのT個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルyのk番目の要素ykから前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、前記順番並び替え処理は、検出送信信号ベクトルと前記順番リストとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力することを特徴とする。 Further, the present invention is the above-described radio signal separation method, wherein the detection order determination process generates the order list according to a matrix G calculated by G = H ′ H H ′ and an order list generation formula, and the rearrangement process Outputs the calculated matrix H ″, the QR decomposition process outputs the matrix Q and the matrix R, and the filtering process includes the complex conjugate transpose of the R rows of the matrix Q and the received signal vector. The vector y is calculated by multiplying x, and the forward substitution process calculates the detected transmission signal vector by the forward substitution calculation process using the column vector y and the lower triangular matrix R, and the detection thereof. by the T number of elements of the transmit signal vector is detected in order to calculate an interference component according to the interference component calculating equation, and subtracts the interference components from the k-th element y k of the column vector y A decision detection signal is calculated, a hard decision is performed on the soft decision detection signal based on the constellation applied at the time of modulation on the transmission side, and a hard decision detection signal is calculated. A signal vector and the order list are read, and after the detected transmission signal vectors are rearranged according to the list, the rearrangement result is output.
また本発明は、MIMO(Multiple Input Multiple Output)システムにおいて伝搬路行列H、所定の係数α、受信信号ベクトルxを用いて受信信号の信号検出を行う無線受信装置であって、無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストに記録する手段と、前記伝搬路行列Hと前記係数αと単位行列Iとに基づいて算出した拡張伝搬路行列H’を、前記順番リストSに従い並び替えて行列H”を算出する手段と、R行T列の前記行列H”をQR分解して、ユニタリー行列Qと三角行列Rとを算出する手段と、前記行列QのR行の複素共役転置を使って受信ベクトルxをフィルタリングする手段と、前記三角行列Rを用いて前記T個の送信信号を順次検出する手段と、前記検出したT個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並びなおして出力する手段と、を備えることを特徴とする無線受信装置である。 The present invention also relates to a radio reception apparatus that performs signal detection of a received signal using a propagation path matrix H, a predetermined coefficient α, and a received signal vector x in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system, and the transmission of the radio transmission apparatus Means for determining each signal detection order for T elements in the transmission signal vector s of the transmitted signal and recording it in the order list, the channel matrix H, the coefficient α, and the unit matrix The extended propagation path matrix H ′ calculated based on I is rearranged according to the order list S to calculate a matrix H ″, and the matrix H ″ of R rows and T columns is subjected to QR decomposition to obtain a unitary matrix Q And means for calculating the triangular matrix R, means for filtering the received vector x using the complex conjugate transpose of the R rows of the matrix Q, and detecting the T transmission signals sequentially using the triangular matrix R Means and And a means for rearranging the detected T transmission signals in the original transmitted spatial order in accordance with the order list and outputting them.
また本発明は、MIMO(Multiple Input Multiple Output)システムにおいて伝搬路行列H、所定の係数α、受信信号ベクトルxを用いて受信信号の信号検出を行う無線受信装置であって、無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストに記録する検出順番決定手段と、前記伝搬路行列Hと前記係数αと単位行列Iとに基づいて算出した拡張伝搬路行列H’を、前記順番リストSに従い並び替えて行列H”を算出する並び替え手段と、R行T列の前記行列H”をQR分解して、ユニタリー行列Qと上三角行列Rとを算出するQR分解手段と、前記行列QのR行の複素共役転置を使って受信ベクトルxをフィルタリングするフィルタリング手段と、前記上三角行列Rの上三角構造を利用して、後退代入により前記T個の送信信号を順次検出する後退代入手段と、前記検出したT個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え手段と、を備えることを特徴とする無線受信装置である。 The present invention also relates to a radio reception apparatus that performs signal detection of a received signal using a propagation path matrix H, a predetermined coefficient α, and a received signal vector x in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system, and the transmission of the radio transmission apparatus Detection order determining means for determining each signal detection order for the T elements in the transmission signal vector s of the transmitted signal and recording it in the order list, the propagation path matrix H and the coefficient α And an expansion channel matrix H ′ calculated based on the unit matrix I according to the order list S, rearrangement means for calculating the matrix H ″, and QR decomposition of the matrix H ″ of R rows and T columns QR decomposition means for calculating the unitary matrix Q and the upper triangular matrix R, filtering means for filtering the received vector x using a complex conjugate transpose of R rows of the matrix Q, and the upper triangular matrix R Using the upper triangular structure, backward substitution means for sequentially detecting the T transmission signals by backward substitution, and arranging the detected T transmission signals in the original transmitted spatial order according to the order list. In addition, the wireless receiving apparatus includes: an order rearranging unit that outputs the result.
また本発明は、上述の無線受信装置において、前記検出順番決定手段は、G=H’HH’により算出した行列Gと順番リスト生成式に従って、前記順番リストを生成し、前記並び替え手段は、前記算出した行列H”を出力し、前記QR分解手段は、前記行列Qと前記行列Rとを出力し、前記フィルタリング手段は、前記行列QのR行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルxとを乗算することによりベクトルyを算出し、前記後退代入手段は、前記列ベクトルyと前記上三角行列Rとを用いて、後退代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのT個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルyのk番目の要素ykから前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、前記順番並び替え手段は、検出送信信号ベクトルと前記順番リストとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力することを特徴とする。 In the wireless reception device according to the present invention, the detection order determination unit generates the order list according to a matrix G calculated by G = H ′ H H ′ and an order list generation formula, and the rearrangement unit includes: , The calculated matrix H ″, the QR decomposition means outputs the matrix Q and the matrix R, and the filtering means outputs the complex conjugate transpose of the R rows of the matrix Q and the received signal vector x And the backward substitution means computes a detected transmission signal vector by backward substitution arithmetic processing using the column vector y and the upper triangular matrix R, and detects and transmits the vector. soft by detecting the T number of elements of the signal vector in order to calculate an interference component according to the interference component calculating equation, and subtracts the interference components from the k-th element y k of the column vector y A detection signal is calculated, a hard decision is performed on the soft decision detection signal based on a constellation applied at the time of modulation on the transmission side, and a hard decision detection signal is calculated. The vector and the order list are read, and the detected transmission signal vectors are rearranged according to the list, and then the rearrangement result is output.
また本発明は、MIMO(Multiple Input Multiple Output)システムにおいて伝搬路行列H、所定の係数α、受信信号ベクトルxを用いて受信信号の信号検出を行う無線受信装置であって、無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストに記録する検出順番決定手段と、前記伝搬路行列Hと前記係数αと単位行列Iとに基づいて算出した拡張伝搬路行列H’を、前記順番リストSに従い並び替えて行列H”を算出する並び替え手段と、R行T列の前記行列H”をQR分解して、ユニタリー行列Qと下三角行列Rとを算出するQR分解手段と、前記行列QのR行の複素共役転置を使って受信ベクトルxをフィルタリングするフィルタリング手段と、前記下三角行列Rの下三角構造を利用して、前進代入により前記T個の送信信号を順次検出する前進代入手段と、前記検出したT個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え手段と、を備えることを特徴とする無線受信装置である。 The present invention also relates to a radio reception apparatus that performs signal detection of a received signal using a propagation path matrix H, a predetermined coefficient α, and a received signal vector x in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system, and the transmission of the radio transmission apparatus Detection order determining means for determining each signal detection order for the T elements in the transmission signal vector s of the transmitted signal and recording it in the order list, the propagation path matrix H and the coefficient α And an expansion channel matrix H ′ calculated based on the unit matrix I according to the order list S, rearrangement means for calculating the matrix H ″, and QR decomposition of the matrix H ″ of R rows and T columns QR decomposition means for calculating unitary matrix Q and lower triangular matrix R, filtering means for filtering received vector x using complex conjugate transpose of R rows of matrix Q, and lower triangular matrix R Using the lower triangular structure, forward substitution means for sequentially detecting the T transmission signals by forward substitution, and arranging the detected T transmission signals in the original transmitted spatial order according to the order list. In addition, the wireless receiving apparatus includes: an order rearranging unit that outputs the result.
また本発明は、上述の無線受信装置において、前記検出順番決定手段は、G=H’HH’により算出した行列Gと順番リスト生成式に従って、前記順番リストを生成し、前記並び替え手段は、前記算出した行列H”を出力し、前記QR分解手段は、前記行列Qと前記行列Rとを出力し、前記フィルタリング手段は、前記行列QのR行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルxとを乗算することによりベクトルyを算出し、前記前進代入手段は、前記列ベクトルyと前記下三角行列Rとを用いて、前進代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのT個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルyのk番目の要素ykから前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、前記順番並び替え手段は、検出送信信号ベクトルと前記順番リストとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力することを特徴とする。 In the wireless reception device according to the present invention, the detection order determination unit generates the order list according to a matrix G calculated by G = H ′ H H ′ and an order list generation formula, and the rearrangement unit includes: , The calculated matrix H ″, the QR decomposition means outputs the matrix Q and the matrix R, and the filtering means outputs the complex conjugate transpose of the R rows of the matrix Q and the received signal vector x The forward substitution means computes a detected transmission signal vector by forward substitution calculation processing using the column vector y and the lower triangular matrix R, and detects and transmits the vector y. soft by detecting the T number of elements of the signal vector in order to calculate an interference component according to the interference component calculating equation, and subtracts the interference components from the k-th element y k of the column vector y A detection signal is calculated, a hard decision is performed on the soft decision detection signal based on a constellation applied at the time of modulation on the transmission side, and a hard decision detection signal is calculated. The vector and the order list are read, and the detected transmission signal vectors are rearranged according to the list, and then the rearrangement result is output.
また本発明は、MIMO(Multiple Input Multiple Output)システムにおいて伝搬路行列H、所定の係数α、受信信号ベクトルxを用いて受信信号の信号検出を行う無線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、無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストに記録する処理と、前記伝搬路行列Hと前記係数αと単位行列Iとに基づいて算出した拡張伝搬路行列H’を、前記順番リストSに従い並び替えて行列H”を算出する処理と、R行T列の前記行列H”をQR分解して、ユニタリー行列Qと三角行列Rとを算出し、前記行列QのR行の複素共役転置を使って受信ベクトルxをフィルタリングする処理と、前記三角行列Rを用いて前記T個の送信信号を順次検出する処理と、前記検出したT個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並びなおして出力する処理と、をコンピュータに実行させるプログラムである。 Further, the present invention is a program executed by a computer of a radio reception apparatus that performs signal detection of a received signal using a propagation path matrix H, a predetermined coefficient α, and a received signal vector x in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system. , A process of determining the order of signal detection for each of T elements in the transmission signal vector s of the signal transmitted by the wireless transmission device, and recording it in the order list; A process of rearranging the extended channel matrix H ′ calculated based on the coefficient α and the unit matrix I according to the order list S to calculate a matrix H ″, and QR decomposition of the matrix H ″ of R rows and T columns Then, a unitary matrix Q and a triangular matrix R are calculated, the received vector x is filtered using a complex conjugate transpose of R rows of the matrix Q, and the T number of matrixes are calculated using the triangular matrix R. A program for causing a computer to execute a process of sequentially detecting transmission signals and a process of outputting the detected T transmission signals in the order of the original transmitted space according to the order list.
また本発明は、MIMO(Multiple Input Multiple Output)システムにおいて伝搬路行列H、所定の係数α、受信信号ベクトルxを用いて受信信号の信号検出を行う無線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、無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストに記録する検出順番決定処理と、前記伝搬路行列Hと前記係数αと単位行列Iとに基づいて算出した拡張伝搬路行列H’を、前記順番リストSに従い並び替えて行列H”を算出する並び替え処理と、R行T列の前記行列H”をQR分解して、ユニタリー行列Qと上三角行列Rとを算出するQR分解処理と、前記行列QのR行の複素共役転置を使って受信ベクトルxをフィルタリングするフィルタリング処理と、前記上三角行列Rの上三角構造を利用して、後退代入により前記T個の送信信号を順次検出する後退代入処理と、前記検出したT個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え処理と、をコンピュータに実行させるプログラムである。 Further, the present invention is a program executed by a computer of a radio reception apparatus that performs signal detection of a received signal using a propagation path matrix H, a predetermined coefficient α, and a received signal vector x in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system. A detection order determination process for determining the order of signal detection for each of T elements in the transmission signal vector s of the signal transmitted by the wireless transmission device, and recording the order in the order list; Rearrangement processing for rearranging the extended channel matrix H ′ calculated based on the matrix H, the coefficient α, and the unit matrix I according to the order list S to calculate the matrix H ″, and the matrix of R rows and T columns QR decomposition of H ″ is performed to calculate the unitary matrix Q and upper triangular matrix R, and the received vector x is filtered using the complex conjugate transpose of the R rows of the matrix Q. Filtering processing, using the upper triangular structure of the upper triangular matrix R, backward substitution processing that sequentially detects the T transmission signals by backward substitution, and the detected T transmission signals according to the order list, This is a program for causing a computer to execute an order rearrangement process for rearranging and outputting the original transmitted spatial order.
また本発明は、前記検出順番決定処理においては、G=H’HH’により算出した行列Gと順番リスト生成式に従って、前記順番リストを生成し、前記並び替え処理においては、前記算出した行列H”を出力し、前記QR分解処理においては、前記行列Qと前記行列Rとを出力し、前記フィルタリング処理においては、前記行列QのR行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルxとを乗算することによりベクトルyを算出し、前記後退代入処理においては、前記列ベクトルyと前記上三角行列Rとを用いて、後退代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのT個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルyのk番目の要素ykから前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、前記順番並び替え処理においては、検出送信信号ベクトルと前記順番リストとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力する各処理をコンピュータに実行させるプログラムである。 According to the present invention, in the detection order determination process, the order list is generated according to a matrix G calculated by G = H ′ H H ′ and an order list generation formula, and in the rearrangement process, the calculated matrix is calculated. H ″ is output, and in the QR decomposition process, the matrix Q and the matrix R are output. In the filtering process, the R complex conjugate transpose of the matrix Q is multiplied by the received signal vector x. The vector y is calculated, and in the backward substitution process, the detected transmission signal vector is calculated by the backward substitution calculation process using the column vector y and the upper triangular matrix R, and the detected transmission signal vector the T number of elements detected in the order of the interference component calculation calculates the interference components according to formulas, the column vector k th element y k subtracting child said interference component from the y In the order rearrangement process, a soft decision detection signal is calculated, a hard decision is performed on the soft decision detection signal based on a constellation applied at the time of modulation on the transmission side, and a hard decision detection signal is calculated. This is a program that causes the computer to execute each process of reading the detected transmission signal vector and the order list, rearranging the detected transmission signal vector according to the list, and outputting the rearrangement result.
また本発明は、MIMO(Multiple Input Multiple Output)システムにおいて伝搬路行列H、所定の係数α、受信信号ベクトルxを用いて受信信号の信号検出を行う無線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、無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストに記録する検出順番決定処理と、前記伝搬路行列Hと前記係数αと単位行列Iとに基づいて算出した拡張伝搬路行列H’を、前記順番リストSに従い並び替えて行列H”を算出する並び替え処理と、R行T列の前記行列H”をQR分解して、ユニタリー行列Qと下三角行列Rとを算出するQR分解処理と、前記行列QのR行の複素共役転置を使って受信ベクトルxをフィルタリングするフィルタリング処理と、前記下三角行列Rの下三角構造を利用して、前進代入により前記T個の送信信号を順次検出する前進代入処理と、前記検出したT個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え処理と、をコンピュータに実行させるプログラムである。 Further, the present invention is a program executed by a computer of a radio reception apparatus that performs signal detection of a received signal using a propagation path matrix H, a predetermined coefficient α, and a received signal vector x in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system. A detection order determination process for determining the order of signal detection for each of T elements in the transmission signal vector s of the signal transmitted by the wireless transmission device, and recording the order in the order list; Rearrangement processing for rearranging the extended channel matrix H ′ calculated based on the matrix H, the coefficient α, and the unit matrix I according to the order list S to calculate the matrix H ″, and the matrix of R rows and T columns QR decomposition of H ″ to calculate a unitary matrix Q and a lower triangular matrix R, and a filter for filtering the received vector x using complex conjugate transpose of R rows of the matrix Q Using the filtering process and the lower triangular structure of the lower triangular matrix R, the forward substitution process for sequentially detecting the T transmission signals by forward substitution, and the detected T transmission signals according to the order list, This is a program for causing a computer to execute an order rearrangement process for rearranging and outputting the original transmitted spatial order.
また本発明は、前記検出順番決定処理においては、G=H’HH’により算出した行列Gと順番リスト生成式に従って、前記順番リストを生成し、前記並び替え処理においては、前記算出した行列H”を出力し、前記QR分解処理においては、前記行列Qと前記行列Rとを出力し、前記フィルタリング処理においては、前記行列QのR行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルxとを乗算することによりベクトルyを算出し、前記前進代入処理においては、前記列ベクトルyと前記下三角行列Rとを用いて、前進代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのT個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルyのk番目の要素ykから前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、前記順番並び替え処理においては、検出送信信号ベクトルと前記順番リストとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力する各処理をコンピュータに実行させるプログラムである。 According to the present invention, in the detection order determination process, the order list is generated according to a matrix G calculated by G = H ′ H H ′ and an order list generation formula, and in the rearrangement process, the calculated matrix is calculated. H ″ is output, and in the QR decomposition process, the matrix Q and the matrix R are output. In the filtering process, the R complex conjugate transpose of the matrix Q is multiplied by the received signal vector x. In the forward substitution process, the detected transmission signal vector is calculated by the forward substitution calculation process using the column vector y and the lower triangular matrix R, and the detected transmission signal vector is calculated. the T number of elements detected in the order of the interference component calculation calculates the interference components according to formulas, the column vector k th element y k subtracting child said interference component from the y In the order rearrangement process, a soft decision detection signal is calculated, a hard decision is performed on the soft decision detection signal based on a constellation applied at the time of modulation on the transmission side, and a hard decision detection signal is calculated. This is a program that causes the computer to execute each process of reading the detected transmission signal vector and the order list, rearranging the detected transmission signal vector according to the list, and outputting the rearrangement result.
また本発明は、上記プログラムのうち何れかを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体である。 Further, the present invention is a computer-readable recording medium that records any one of the above programs.
従来技術ではT回の擬似逆行列演算により、T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していた。しかしながら本発明では擬似逆行列を一回も計算することなく、まず、新規な方法により検出順番を決定し、次にQR分解演算により列ベクトルが並び替えられた拡張伝搬路行列H’の三角化を図り、最後に伝達係数行列の三角構造を利用して後退代入あるいは前進代入でT個の送信信号を検出し、元の送信された空間順番に並び直して出力する。
これにより、上述の実施例によれば、擬似逆行列演算をする必要は無く、主な演算量は検出順番決定演算と、QR分解演算と、後退あるいは前進代入演算となる。従って,所要演算量は従来のSIC方式と比較して極めて少なくなる。従って,従来に比べて、処理演算量が少なく所要演算回路規模が小さい無線受信装置の信号検出装置を提供することができる。
In the prior art, signal detection order determination and signal extraction vector generation for T transmission signals are performed by T pseudo inverse matrix operations, and transmission signals are detected in order using the extraction vectors. However, in the present invention, without first calculating the pseudo inverse matrix, the detection order is first determined by a novel method, and then the extended propagation path matrix H ′ in which the column vectors are rearranged by the QR decomposition operation is triangulated. Finally, using the triangular structure of the transfer coefficient matrix, T transmission signals are detected by backward substitution or forward substitution, rearranged in the original transmitted spatial order, and output.
Thus, according to the above-described embodiment, it is not necessary to perform the pseudo inverse matrix calculation, and main calculation amounts are the detection order determination calculation, the QR decomposition calculation, and the backward or forward substitution calculation. Accordingly, the required calculation amount is extremely small as compared with the conventional SIC method. Therefore, it is possible to provide a signal detection device for a wireless reception device that has a smaller amount of processing computation and a smaller required computation circuit size than conventional ones.
また本発明によれば、擬似逆行列の演算がないため必要な記憶容量が小さい。これにより、無線受信装置の信号検出装置の所要記憶デバイス容量を小さくすることができる。 Further, according to the present invention, since there is no calculation of the pseudo inverse matrix, the required storage capacity is small. Thereby, the required storage device capacity of the signal detection device of the wireless reception device can be reduced.
また本発明によれば、所要演算回路規模と記憶デバイスが小さいため無線受信装置の信号検出装置の小型化・軽量化を容易に行うことができる。 Further, according to the present invention, since the required arithmetic circuit scale and the storage device are small, it is possible to easily reduce the size and weight of the signal detection device of the wireless reception device.
また本発明によれば、T回の擬似逆行列の演算の代わりに、新規な方法により検出順番を決定し、次にQR分解演算により列ベクトルが並び替えられた拡張伝搬路行列H’の三角化を図り、最後に伝達係数行列の三角構造を利用して後退代入あるいは前進代入でT個の送信信号を検出する。このため、処理の遅延が大幅に削減することになる。これにより送信アンテナの数が多い場合においても、演算回路におけるクロック周波数を上げずにリアルタイム処理が可能である。つまり無線受信装置の信号検出装置の処理遅延を小さくすることができる。 Further, according to the present invention, instead of T times of pseudo inverse matrix calculation, the detection order is determined by a novel method, and then the triangle of the extended channel matrix H ′ in which column vectors are rearranged by QR decomposition calculation. Finally, using the triangular structure of the transfer coefficient matrix, T transmission signals are detected by backward substitution or forward substitution. For this reason, the processing delay is greatly reduced. As a result, even when the number of transmission antennas is large, real-time processing is possible without increasing the clock frequency in the arithmetic circuit. That is, the processing delay of the signal detection device of the wireless reception device can be reduced.
また本発明によれば、所要消費電力は所要演算回路規模やその動作クロック周波数などに比例するため、従来のSIC方式による電力消費量よりも本発明の無線受信装置の信号検出装置では電力消費量が少なくなる。従って、バッテリによって動作するMIMOシステムの動作時間の長持ちが実現可能となる。 Further, according to the present invention, since the required power consumption is proportional to the required arithmetic circuit scale, the operation clock frequency, etc., the power consumption in the signal detection device of the wireless receiver of the present invention is higher than the power consumption by the conventional SIC method. Less. Therefore, it is possible to realize a long operating time of the MIMO system operated by the battery.
また本発明によれば、無線受信装置の信号検出装置のハードウェア並びにソフトウェアへの経済的な実装において、上述の効果により、製造コストが安くなり大量生産に適したものとなる。 In addition, according to the present invention, in the economical implementation of hardware and software of the signal detection device of the wireless reception device, the above-described effects can reduce the manufacturing cost and make it suitable for mass production.
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。
図1はMIMO−OFDMシステムの構成を示す第1の図である。
図2はMIMO−OFDMシステムの構成を示す第2の図である。
図3はMIMO−Singleシステムの構成を示す第1の図である。
図4はMIMO−Singleシステムの構成を示す第2の図である。
これらのMIMOシステムにおいて、図1と図3で示したシステムの構成はチャネル符号化及びシンボルマッピングを一系列で処理している。また図2と図4で示したシステムでは送信アンテナの本数Tに合わせて、T個の信号系列を並列に処理する構成を新たに備えている。
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 first diagram showing a configuration of a MIMO-OFDM system.
FIG. 2 is a second diagram showing the configuration of the MIMO-OFDM system.
FIG. 3 is a first diagram illustrating a configuration of the MIMO-Single system.
FIG. 4 is a second diagram showing the configuration of the MIMO-Single system.
In these MIMO systems, the system configuration shown in FIGS. 1 and 3 processes channel coding and symbol mapping in one series. Further, the system shown in FIGS. 2 and 4 is newly provided with a configuration for processing T signal sequences in parallel according to the number T of transmission antennas.
MIMOシステムの無線送信装置(Transmitter)においては、T個の送信信号st(t=1,2,・・・,T)にベースバンド変調及びパスバンド処理を経た後、T本の送信アンテナより空間へ送出される。またMIMOシステムの無線受信装置(Receiver)においては、R本の受信アンテナを用いて空間で多重されているT個の送信信号を受信し、パスバンド処理とベースバンド復調を経た後、R個の受信信号xr(r=1,2,・・・,R)として信号検出装置へ入力される。そして信号検出装置(Signal Detector)は空間多重化された信号を検出する機能を有しており、その処理によって検出したT個の検出信号^stを出力する。ここで信号の検出とは、信号分離あるいは干渉キャンセラと呼ぶ場合もあるが本質は空間多重化された信号から、無線送信装置において送信した送信系統毎の信号を検出することである。 In the radio transmission apparatus (Transmitter) of the MIMO system, T transmission signals s t (t = 1, 2,..., T) are subjected to baseband modulation and passband processing, and then transmitted from T transmission antennas. Sent to space. In addition, in the MIMO system radio receiver (Receiver), T transmission signals multiplexed in space are received using R reception antennas, and after R band processing and baseband demodulation, R R signals are received. The received signal x r (r = 1, 2,..., R) is input to the signal detection device. The signal detection apparatus (Signal Detector) has a function of detecting a signal spatially multiplexed, and outputs the T number of detection signals ^ s t detected by this processing. Here, the signal detection may be referred to as signal separation or interference canceller, but the essence is to detect a signal for each transmission system transmitted by the wireless transmission device from a spatially multiplexed signal.
またMIMO−OFDMシステム並びにMIMO−Singleシステムにおいては、そのT個の送信信号stと、R個の受信信号xrとの関係を式(1)で表現できる。 In MIMO-OFDM system and MIMO-Single system can be expressed with its T transmit signal s t, the relationship between the R received signals x r in equation (1).
この式(1)において「s」はT×1(T行1列)の送信信号ベクトルを表している。また「x」はR×1(R行1列)の受信信号ベクトルを表している。また「w」はR×1の雑音成分ベクトルを表している。また「H」はR×T(R行T列)のシステム伝達係数行列(伝搬路行列)を表している。また、全ての下付数字は空間インデックスを表している。例えばs4は無線送信装置における4番目の送信アンテナにより送信された送信信号、x2は無線受信装置における2番目の受信アンテナにより受信された受信信号、w1は無線受信装置における1番目の受信アンテナで加わった雑音成分、h3,2は無線送信装置における2番目の送信アンテナと無線受信装置における3番目の受信アンテナの結ぶ無線リンクにおける伝達係数を表している。更に、MIMO−OFDMシステムにおいては、上記式(1)を下記の式(2)として表すことができる。 In this equation (1), “s” represents a transmission signal vector of T × 1 (T rows and 1 column). “X” represents a received signal vector of R × 1 (R rows and 1 column). “W” represents an R × 1 noise component vector. “H” represents a system transfer coefficient matrix (propagation path matrix) of R × T (R rows and T columns). All subscript numbers represent spatial indexes. For example, s 4 is a transmission signal transmitted by the fourth transmission antenna in the wireless transmission device, x 2 is a reception signal received by the second reception antenna in the wireless reception device, and w 1 is the first reception in the wireless reception device. Noise components added by the antenna, h 3 and 2 , represent transmission coefficients in the radio link connecting the second transmission antenna in the radio transmission apparatus and the third reception antenna in the radio reception apparatus. Furthermore, in the MIMO-OFDM system, the above equation (1) can be expressed as the following equation (2).
この式(2)においてnは時間インデックスを表している。またkは周波数インデックスを表している。また式(2)は式(1)を時刻n番目のOFDM信号のk番目のサブキャリアにおけるT個の送信信号とR個の受信信号との数学的関係に限定している。またMIMO−Singleシステムにおいては式(1)を式(3)として表すことが出来る。 In this equation (2), n represents a time index. K represents a frequency index. Further, Expression (2) limits Expression (1) to a mathematical relationship between T transmission signals and R reception signals in the kth subcarrier of the nth OFDM signal at the time. Further, in the MIMO-Single system, Expression (1) can be expressed as Expression (3).
この式(3)においてnは時間インデックスを表している。また式(3)は式(1)を、時刻n番目のシングルキャリア変調信号におけるT個の送信信号とR個の受信信号との数学的関係に限定している。ただし、本発明の信号検出方法では、MIMOシステムにおけるすべての時間インデックス及び周波数インデックスにおいて、同様に実施することが可能なため、以降の説明ではnとkを省略する。また時間と周波数が変化するにつれて伝搬路行列Hの値を推定しなおす必要があれば、その推定処理を行うこととする。更にMIMOシステムにおける送無線受信装置間の周波数及び時間の同期が正常に取れていることとする。以下、図1〜図4で示したMIMOシステムにおける無線受信装置の信号検出方法について説明する。 In this formula (3), n represents a time index. Further, Expression (3) limits Expression (1) to a mathematical relationship between T transmission signals and R reception signals in the n-th single carrier modulation signal. However, since the signal detection method of the present invention can be implemented in the same manner for all time indexes and frequency indexes in the MIMO system, n and k are omitted in the following description. If it is necessary to reestimate the value of the propagation path matrix H as time and frequency change, the estimation process is performed. Furthermore, it is assumed that the frequency and time are normally synchronized between the transmitting and receiving apparatuses in the MIMO system. Hereinafter, a signal detection method of the radio reception apparatus in the MIMO system shown in FIGS. 1 to 4 will be described.
<実施例1>
無線受信装置内の信号検出装置への入力が伝搬路行列Hと係数α、受信信号ベクトルxであるとし、また本実施形態による信号検出処理を経て出力する信号を検出信号^s(^の記号はハットを示す)とすると、当該信号検出装置は、
(ステップS1a)送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素s=[s1,s2,・・・,sT]に対して、それぞれの信号検出の順番を同時に決定し、リストSに記録する。
(ステップS1b)拡張伝搬路行列H’の列ベクトルをステップS1aで決めた順番リストSに従い並び替えを行い行列H”を算出する。
(ステップS1c)ステップS1bの並び替えによって算出された行列H”をQR分解し、行列Qと上三角行列Rとを算出する。
(ステップS1d)行列Qの最初のR行の複素共役転置を用いて受信ベクトルxをフィルタリングする。
(ステップS1e)行列Rの上三角構造を利用し、後退代入によりT個の送信信号を順次に検出する。
(ステップS1f)検出されたT個の送信信号をリストSに従い、元の送信された空間順番(アンテナ順番)に並べ直して出力する。
ここで、信号検出装置はステップS1eの処理のみが反復計算を含むが、それ以外のステップS1a〜1d、1fの処理については1回のみ実行すればよい。
<Example 1>
Assume that the input to the signal detection device in the wireless reception device is the propagation path matrix H, the coefficient α, and the reception signal vector x, and the signal output through the signal detection processing according to the present embodiment is the detection signal ^ s (symbol ^ Indicates a hat), the signal detection device
(Step S1a) With respect to T elements s = [s 1 , s 2 ,..., S T ] in the transmission signal vector s, the order of signal detection is simultaneously determined and the list S is obtained. Record.
(Step S1b) The column vector of the extended propagation path matrix H ′ is rearranged according to the order list S determined in Step S1a, and the matrix H ″ is calculated.
(Step S1c) The matrix H ″ calculated by the rearrangement in step S1b is subjected to QR decomposition to calculate a matrix Q and an upper triangular matrix R.
(Step S1d) The received vector x is filtered using the complex conjugate transpose of the first R rows of the matrix Q.
(Step S1e) Using the upper triangular structure of the matrix R, T transmission signals are sequentially detected by backward substitution.
(Step S1f) According to the list S, the detected T transmission signals are rearranged in the original transmitted spatial order (antenna order) and output.
Here, in the signal detection apparatus, only the process of step S1e includes iterative calculation, but the processes of other steps S1a to 1d and 1f need only be executed once.
ここで上記行列のQR分解とは、あるR行T列の行列Aを、R行T列の列ユニタリー行列Qと、T行T列の上三角行列Rとに分解すること、あるいはR行T列の行列Aを、R行R列のユニタリー行列Qと、上三角行列Rを含むR行T列の行列Uに分解することを意味する。つまりQR分解については、下記の式(4)あるいは式(5)のQR分解式で表すことができる。 Here, the QR decomposition of the matrix is to decompose a matrix A of R rows and T columns into a column unitary matrix Q of R rows and T columns and an upper triangular matrix R of T rows and T columns, or R rows T This means that the matrix A of columns is decomposed into a unitary matrix Q of R rows and R columns and a matrix U of R rows and T columns including an upper triangular matrix R. In other words, the QR decomposition can be expressed by the following QR decomposition formula (4) or (5).
ここで式(5)において、 Here, in equation (5),
となる。つまり、0nはn行T列のゼロ行列であり、0mはm行T列のゼロ行列である。更に(n,m=0,1,2,…,R−Tかつn+m=R−T)の条件が成り立つ。またRは式(8)のような上三角行列である。 It becomes. That is, 0 n is a zero matrix of n rows and T columns, and 0 m is a zero matrix of m rows and T columns. Furthermore, the condition (n, m = 0, 1, 2,..., RT and n + m = RT) is satisfied. R is an upper triangular matrix as shown in Equation (8).
次に、上述の(ステップS1a)〜(ステップS1f)の処理の詳細について説明する。
<ステップS1aの処理について>
送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素s=[s1,s2,・・・,sT]に対して、それぞれの信号検出順番を同時に決定し、リストSに記録する。そして、式(9)のように定義された拡張伝搬路行列H’を用いて、式(9)により行列Gを算出する。
Next, the details of the above-described processes (step S1a) to (step S1f) will be described.
<About Step S1a>
For the T elements s = [s 1 , s 2 ,..., S T ] in the transmission signal vector s, the respective signal detection orders are simultaneously determined and recorded in the list S. Then, the matrix G is calculated by Expression (9) using the extended propagation path matrix H ′ defined as Expression (9).
ただしH’はR+T行T列の行列を表す。また、α=σw/σsでり、σwとσsはそれぞれ雑音成分の分散と送信信号の分散を表す。仮に、σwとσsの値が既知でなければ、それらを推定してその推定値を用いて係数αを求めることが可能である。また、係数αをMIMOシステムの要求条件に合わせて他の値に設定することも可能である。例えば、α=0と設定し、その場合は拡張伝搬路行列H’のR+1番目の行からR+T番目の行までがゼロとなるため、拡張伝搬路行列H’の1番目の行からR番目の行までの部分(つまり、伝搬路行列H)のみを考慮すればよい。また、その時G=HHHとなる。以下の処理については、α=0の場合において拡張伝搬路行列H’=伝搬路行列Hと見なす。 Here, H ′ represents a matrix of R + T rows and T columns. Further, α = σ w / σ s, and σ w and σ s represent the variance of the noise component and the variance of the transmission signal, respectively. If the values of σ w and σ s are not known, it is possible to estimate them and obtain the coefficient α using the estimated values. Also, the coefficient α can be set to other values according to the requirements of the MIMO system. For example, α = 0 is set. In this case, since the R + 1th row to the R + Tth row of the extended channel matrix H ′ are zero, the Rth from the first row of the extended channel matrix H ′ is set. Only the part up to the line (that is, the propagation path matrix H) needs to be considered. At that time, G = H H H. The following processing is regarded as an extended channel matrix H ′ = channel matrix H when α = 0.
次に行列Gの要素を用いて、式(10)によりVpを算出する。ただしv(i,j)は式(11)のように定義される。 Next, using the elements of the matrix G, V p is calculated by Equation (10). However, v (i, j) is defined as in equation (11).
式(11)においてd1〜d5は本実施形態によるMIMOシステムのシステム要求条件に合わせて決定する値である。次に式(12)によりVpを用いてβpを算出する。 In Expression (11), d 1 to d 5 are values determined in accordance with the system requirements of the MIMO system according to the present embodiment. Next, β p is calculated using V p according to equation (12).
ここで拡張伝搬路行列H’はT個の列ベクトルがあるため、それに応じてβpの値はβ1からβTまでT個算出する。そして、算出したT個のβpを式(13)のように大小を比較して降順に並び替える。 Here, since the extended channel matrix H ′ has T column vectors, T values of β p are calculated from β 1 to β T accordingly. Then, rearranged the T beta p the calculated in descending order by comparing the magnitude as equation (13).
式(13)においてT=3である場合、ある拡張伝搬路行列H’に対してβ1=0.3,β2=5.7、β3=1.8と仮定する。すると式(13)によりβ2≧β3≧β1⇔βp1≧βp2≧βp3,p1=2,p2=3,p3=1となる。 When T = 3 in Equation (13), it is assumed that β 1 = 0.3, β 2 = 5.7, and β 3 = 1.8 for a certain extended channel matrix H ′. Then, according to the equation (13), β 2 ≧ β 3 ≧ β 1 ⇔β p1 ≧ β p2 ≧ β p3 , p 1 = 2, p 2 = 3, p 3 = 1.
次に式(13)の大小比較と並び替えで得られたp1からpTまでの数値を式(14)のようにT個の送信信号の検出順番リストSとして記録する。式(10)〜(14)を順番リスト生成式とする。 Next, the numerical values from p 1 to p T obtained by the magnitude comparison and rearrangement in Expression (13) are recorded as a detection order list S of T transmission signals as in Expression (14). Expressions (10) to (14) are taken as an order list generation expression.
上記の通り、T=3、ある拡張伝搬路行列H’に対してβ1=0.3,β2=5.7、β3=1.8と仮定すると、S={p3,p2,p1}={1,3,2}となる。つまり送信信号s2は1番目に、s3は2番目に、s1は3番目に検出することを意味する。なおpk(k=1,・・,T)とは、送信信号spkをk番目に検出することを意味している。 As described above, assuming T = 3, β 1 = 0.3, β 2 = 5.7, and β 3 = 1.8 for a certain extended channel matrix H ′, S = {p 3 , p 2 , P 1 } = { 1 , 3, 2 }. That is, the transmission signal s 2 is detected first , s 3 is detected second, and s 1 is detected third. Note that p k (k = 1,..., T) means that the transmission signal s pk is detected k-th.
<ステップS1bの処理について>
次に拡張伝搬路行列H’の列ベクトルをステップS1aで決めた順番リストSに従い並び替えを行う。式(15)はその並び替えを行うために用いる数式である。
<About Step S1b>
Next, the column vector of the extended propagation path matrix H ′ is rearranged according to the order list S determined in step S1a. Expression (15) is an expression used for performing the rearrangement.
この式(15)においてPは並び替え行列に相当し、その列ベクトルはepT,・・・,ep2,ep1により構成される。またekはT行1列の列ベクトルであり、そのk番目の要素は1でそれ以外は0である。式(15)のように並び替えを行った後、あるいはその並び替えに相当するような処理を施された後の伝搬路行列をH”と表す。例えばS={p3,p2,p1}={1,3,2}の場合ではP=[ep3,ep2,ep1]=[e1,e3,e2]である。従って式(16)で示すように拡張伝搬路行列H’の列ベクトルがPによって並べ替えられる。 In this equation (15), P corresponds to a rearrangement matrix, and its column vector is composed of e pT ,..., E p2 , e p1 . E k is a column vector of T rows and 1 column, the k th element is 1 and the others are 0. A channel matrix after rearrangement as shown in Expression (15) or after processing corresponding to the rearrangement is expressed as H ″. For example, S = {p 3 , p 2 , p In the case of 1 } = { 1 , 3 , 2 }, P = [e p3 , e p2 , e p1 ] = [e 1 , e 3 , e 2 ] Therefore, as shown in the equation (16), the extended propagation The column vector of the path matrix H ′ is rearranged by P.
ここで行列H’とPの乗算は実際には数学的演算をする必要がなく、行列Pは順番リストSに従い、H’の列ベクトルを並び替えるようにすればよい。つまり実際にステップS1bを実装する場合でも、拡張伝搬路行列H’の列ベクトルをリストSに従い並び替えるようにすればよい。 Here, the multiplication of the matrices H ′ and P does not actually require a mathematical operation, and the matrix P may be rearranged according to the order list S and the column vectors of H ′. That is, even when step S1b is actually implemented, the column vectors of the extended propagation path matrix H ′ may be rearranged according to the list S.
<ステップS1cの処理について>
次にステップS1bで並び替えられた行列H”をQR分解し、行列Qと上三角行列Rを算出する。行列Qと上三角行列Rを導く処理は式(17)で表される。
<Regarding Step S1c>
Next, the matrix H ″ rearranged in step S1b is subjected to QR decomposition to calculate a matrix Q and an upper triangular matrix R. A process for deriving the matrix Q and the upper triangular matrix R is expressed by Expression (17).
ここでQはR+T行T列の行列を表し、RはT行T列の行列を表す。なお式(17)のようなQR分解の方法はいくつか考えられる。例えば、Classical Gram-Schmidt QR分解法、Modified Gram-Schmidt QR分解法、Householder QR分解法、Given QR分解法などである。また必要であればステップS1aで算出した行列GをQR分解演算の入力として使用するようにしても良い。どのような分解法を使用するかは実装上の考慮を踏まえた上で決定される。 Here, Q represents a matrix of R + T rows and T columns, and R represents a matrix of T rows and T columns. Several QR decomposition methods such as the equation (17) are conceivable. For example, Classical Gram-Schmidt QR decomposition method, Modified Gram-Schmidt QR decomposition method, Householder QR decomposition method, Given QR decomposition method and the like. If necessary, the matrix G calculated in step S1a may be used as an input for the QR decomposition calculation. What kind of decomposition method to use is determined based on implementation considerations.
<ステップS1dの処理について>
次にステップS1cで算出した行列Qの最初のR行の複素共役転置を使って列ベクトルyを算出し、式(18)で示すように、受信ベクトルxをフィルタリングする。なお、式(18)において、行列Qの最初のRの行をQ1、残りのT行をQ2とする。
<About Step S1d>
Next, a column vector y is calculated using the complex conjugate transpose of the first R rows of the matrix Q calculated in step S1c, and the received vector x is filtered as shown in Expression (18). In Equation (18), the first R row of the matrix Q is Q 1 , and the remaining T rows are Q 2 .
ここで、α=0の場合は、拡張伝搬路行列H’=伝搬路行列Hとなり、Q=Q1である(つまりH’とQは共にR行しか存在しない)。またs’は行列PTにより送信信号ベクトルsの要素の順番が並び替えられた行列を表す。またvは線形フィルタリング処理を施した後の雑音成分ベクトルと干渉成分ベクトルの合成を表す。また列ベクトルyは、行列Rと列ベクトルs’との乗算及び雑音成分と干渉成分とを合成した列ベクトルvとで構成されている。 Here, when α = 0, the extended propagation path matrix H ′ = propagation path matrix H, and Q = Q 1 (that is, both H ′ and Q have only R rows). S ′ represents a matrix in which the order of elements of the transmission signal vector s is rearranged by the matrix PT . V represents the synthesis of the noise component vector and the interference component vector after the linear filtering process. The column vector y includes a column vector v obtained by multiplying the matrix R and the column vector s ′ and synthesizing the noise component and the interference component.
<ステップS1eの処理について>
次にRの上三角構造を利用して、後退代入によりT個の送信信号を順次検出する。上記算出した列ベクトルyは式(19)のように要素ごとに書き表すことができる。
<About Step S1e>
Next, using the upper triangular structure of R, T transmission signals are sequentially detected by backward substitution. The calculated column vector y can be written for each element as shown in equation (19).
式(19)においてrk,k、rk,i、vk(k=T,…,1)はそれぞれ行列Rとベクトルvの中の要素を表す。後退代入処理は、下記の式(20)、式(21)、式(22)の3つの演算を、k=Tからk=1まで(つまり、k=T,T−1,…,1)繰り返して行う。式(20)では、送信信号sk ’に対する干渉成分を算出する演算(干渉成分算出式)である。この演算においてK=Tの場合には、干渉成分は0、つまり^mT=0となる。また式(21)では列ベクトルのk番目要素ykから干渉成分^mkを減算し、送信信号の軟判定結果〜sk’(〜の記号はチルダを示す)を求める演算である。また式(22)は式(21)で得られた軟判定結果〜sk’に対して送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行う処理である。 In Equation (19), r k, k , r k, i , v k (k = T,..., 1) represent elements in the matrix R and the vector v, respectively. In the backward substitution process, the following three equations (20), (21), and (22) are calculated from k = T to k = 1 (that is, k = T, T-1,..., 1). Repeat. Expression (20) is an operation (interference component calculation expression) for calculating an interference component for the transmission signal s k ′ . In this calculation, when K = T, the interference component is 0, that is, ^ m T = 0. The subtracting the interference component ^ m k from the k-th element y k of the column vector Equation (21), the soft decision result ~ s k 'of the transmission signal (~ symbol indicates the tilde) is a calculation for obtaining a. The equation (22) is a process of performing a hard decision based on the cons sauce Deployment applied during modulation at the transmission side with respect to formula (21) soft decision result ~ s k obtained in '.
そして上記式(20)〜(22)による処理をk=Tからk=1までT回実行して、送信信号ベクトル^s’=[^s1’,^s2’,…,^sT’]が得られる。 Then, the processing according to the above equations (20) to (22) is executed T times from k = T to k = 1, and the transmission signal vector ^ s' = [^ s 1 ', ^ s 2 ', ..., ^ s T '] Is obtained.
<ステップS1fの処理について>
次に検出されたT個の送信信号を順番リストSに従い、元の送信された空間順番(アンテナ順番)に並びなおして出力する。式(23)のように行列Pの転置を用いて、上記ステップS1eで検出した送信信号^s’の順番の並び替え処理を行う。行列PはステップS1bの処理において検出順番リストSに従って得られる行列Pと同一のものである。
<Regarding Step S1f>
Next, the T transmission signals detected are rearranged in the original transmitted spatial order (antenna order) according to the order list S and output. Using the transpose of the matrix P as shown in Expression (23), the rearrangement processing of the order of the transmission signal ^ s ′ detected in Step S1e is performed. The matrix P is the same as the matrix P obtained according to the detection order list S in the process of step S1b.
例えば、ステップS1bと同様に、S={p3,p2,p1}={1,3,2}の場合ではP=[e1,e3,e2]=[e1,e3,e2]Tである。従って式(24)で示すように^s’の各要素がPによって並べ替えられる。 For example, similarly to step S1b, in the case of S = {p 3 , p 2 , p 1 } = { 1 , 3 , 2 }, P = [e 1 , e 3 , e 2 ] = [e 1 , e 3 , E 2 ] T. Therefore, each element of ^ s ' is rearranged by P as shown in Expression (24).
ここで式(24)で示した行列Pと^s’の乗算は、実際には数学的演算をする必要が無く、無線受信装置内部の信号検出装置は、行列Pが順番リストSに従い^s’の要素を並び替える機能を有していれば良い。そして並び替え処理が終わった後は、検出された送信信号ベクトル^sを信号検出装置から出力し、無線受信装置の次の処理部が処理を行う。 Here, the multiplication of the matrix P and ^ s' shown in the equation (24) does not actually require a mathematical operation, and the signal detection apparatus inside the wireless reception apparatus has the matrix P according to the order list S. It only needs to have a function to sort the elements of '. After the rearrangement processing is completed, the detected transmission signal vector ^ s is output from the signal detection device, and the next processing unit of the wireless reception device performs the processing.
次に信号検出装置の構成について説明する。
図5は信号検出装置の機能処理部を示す第1の図である。
図6は信号検出装置の機能処理部を示す第2の図である。
図7は信号検出装置の機能処理部を示す第3の図である。
まず図5において、符号11〜16の機能処理部はそれぞれ上述のステップS1a〜ステップS1fに対応する処理を行う機能処理部に対応する。ここで機能処理部とは、信号検出装置における回路群または当該装置で実行されるプログラム群を意味する。また、符号17は読み書き可能な記憶デバイスまたは情報のパイプライン(配線)を表す。
Next, the configuration of the signal detection device will be described.
FIG. 5 is a first diagram illustrating a function processing unit of the signal detection device.
FIG. 6 is a second diagram illustrating the function processing unit of the signal detection device.
FIG. 7 is a third diagram illustrating the function processing unit of the signal detection device.
First, in FIG. 5, function processing units denoted by
そして符号11は検出順番決定処理部(Ordering)である。検出順番決定処理部11は記憶デバイス(またはパイプライン)17から伝搬路行列Hと係数αを読み取るか或いは受け取り、演算処理によって順番リストSと行列Gを算出した後、それらを記憶デバイス17へ書込む(またはパイプラインへ出力する)。図6に示すように検出順番決定処理部11の構成は更に11aと11bに分けられる。11aは行列G計算処理部(G Computation)である。行列G計算処理部11aは記憶デバイス(またはパイプライン)17から伝搬路行列Hと係数αを読み取るか或いは受け取り、式(9)に従って行列Gを算出し、それを記憶デバイス17に記録する(またはパイプラインへ出力する)。また11bは順番リスト決定処理部(S Determination)である。順番リスト決定処理部11bは記憶デバイス(またはパイプライン)17から行列Gを読み取るか或いは受け取り、式(10)〜式(14)に従って、信号検出順番リストSを生成し、それを記憶デバイス17に書込む(またはパイプラインへ出力する)。
また符号12は拡張伝搬路行列ベクトル並び替え処理部(Column Exchange)である。拡張伝搬路行列ベクトル並び替え処理部12は記憶デバイス(またはパイプライン)17から信号検出順番リストSと拡張伝搬路行列H’とを読み取るか或いは受け取り、信号検出順番リストSに従って拡張伝搬路行列H’を並び替えた後で、その結果の行列H”を記憶デバイス17へ書込む(またはパイプラインへ出力する)。
また符号13はQR分解処理部(QR Decomposition)である。QR分解処理部13は記憶デバイス(またはパイプライン)17から行列H”または行列H”と行列Gの両方を読み取るか或いは受け取り、式(4)または式(5)に従ったQR分解処理によって行列Qと行列Rとを算出し、それらを記憶デバイス17に書込む(またはパイプラインへ出力する)。
また符号14はフィルタリング処理部(QH Filtering)である。フィルタリング処理部14は記憶デバイス(またはパイプライン)17から行列Q1と受信信号ベクトルxを読み取るか或いは受け取り、Q1の複素共役転置とxとを乗算することによりベクトルyを算出し、それを記憶デバイス17に書込む(またはパイプラインへ出力する)。
また符号15は後退代入処理部(Back Substitution)である。後退代入処理部15は記憶デバイス(またはパイプライン)17から列ベクトルyと行列Rを読み取るか或いは受け取り、後退代入演算処理によって、検出送信信号ベクトル^s’を算出し、その検出送信信号ベクトル^s’を記憶デバイス17へ書込む(またはパイプラインへ出力する)。図7に示すように、後退代入処理部15は更に、干渉成分計算処理部(Interference Computation)15a、減算処理部(subtractor)15b、量子化処理部(Quantiztion)15c、の機能処理部を備えている。そして、k=Tからk=1の場合まで、図7の各機能処理部をT回用いて検出信号ベクトル^s’の要素を^sT’から^s1’までの順番で検出する。そして干渉成分計算処理部15aは、記憶デバイス(またはパイプライン)17からrk,i(k=T,T−1,・・・,1)と^si’(i=k+1,k+2,…,T)を読み取るか或いは受け取り、式(20)に従って干渉成分^mkを算出し、それを減算処理部15bへ送出する。また減算処理部15bは記憶デバイス(またはパイプライン)17から列ベクトルyのk番目の要素ykを読み取るか或いは受け取り、当該要素ykから干渉成分^mkを減算することにより軟判定検出信号〜sk’を算出し、量子化処理部15cへ送出する。そして量子化処理部15cは、入力を受付けた軟判定検出信号〜sk’に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い、硬判定検出信号^sk’を算出し、それを記憶デバイス17に書込む(またはパイプラインへ出力する)。
また符号16は順番並び替え処理部(Row Exchange)である。順番並び替え処理部16は記憶デバイス(またはパイプライン)17から^s’と順番リストSとを読み取るか或いは受け取り、順番リストSに従って^s’を並び替えた後で、その結果送信信号ベクトル^sを信号検出装置から出力する。
<実施例2>
次に実施例2について説明する。
実施例1同様に、無線受信装置内の信号検出装置への入力が伝搬路行列Hと係数α、受信信号ベクトルxであるとし、また本実施形態による信号検出処理を経て出力する信号を検出信号^sとすると、当該信号検出装置は、
(ステップS2a)送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素s=[s1,s2,・・・,sT]に対して、それぞれの信号検出の順番を同時に決定し、リストSに記録する。
(ステップS2b)拡張伝搬路行列H’の列ベクトルをステップS2aで決めた順番リストSに従い並び替えを行い行列H”を算出する。
(ステップS2c)ステップS2bの並び替えによって算出された行列H”をQR分解し、行列Qと下三角行列Rとを算出する。
(ステップS2d)行列Qの最初のR行の複素共役転置を用いて受信ベクトルxをフィルタリングする。
(ステップS2e)行列Rの下三角構造を利用し、前進代入によりT個の送信信号を順次に検出する。
(ステップS2f)検出されたT個の送信信号をリストSに従い、元の送信された空間順番(アンテナ順番)に並べ直して出力する。
ここで、信号検出装置はステップS2eの処理のみが反復計算を含むが、それ以外のステップS2a〜2d、2fの処理については1回のみ実行すればよい。
<Example 2>
Next, Example 2 will be described.
As in the first embodiment, it is assumed that the input to the signal detection device in the wireless reception device is the propagation path matrix H, the coefficient α, and the reception signal vector x, and the signal output through the signal detection processing according to the present embodiment is the detection signal. When ^ s, the signal detection device is
(Step S2a) For the T elements s = [s 1 , s 2 ,..., S T ] in the transmission signal vector s, the order of signal detection is simultaneously determined and Record.
(Step S2b) The column vector of the extended propagation path matrix H ′ is rearranged according to the order list S determined in Step S2a to calculate the matrix H ″.
(Step S2c) The matrix H ″ calculated by the rearrangement in step S2b is subjected to QR decomposition to calculate a matrix Q and a lower triangular matrix R.
(Step S2d) The received vector x is filtered using the complex conjugate transpose of the first R rows of the matrix Q.
(Step S2e) Using the lower triangular structure of the matrix R, T transmission signals are sequentially detected by forward substitution.
(Step S2f) According to the list S, the detected T transmission signals are rearranged in the original transmitted spatial order (antenna order) and output.
Here, in the signal detection apparatus, only the process of step S2e includes iterative calculation, but the other processes of steps S2a to 2d and 2f need only be executed once.
ここで上記行列のQR分解とは、あるR行T列の行列Aを、R行T列の列ユニタリー行列Qと、T行T列の下三角行列Rとに分解すること、あるいはR行T列の行列Aを、R行R列のユニタリー行列Qと、下三角行列Rを含むR行T列の行列Lに分解することを意味する。つまりQR分解については、下記の式(25)あるいは式(26)のQR分解式で表すことができる。 Here, the QR decomposition of the matrix is to decompose a matrix A of R rows and T columns into a column unitary matrix Q of R rows and T columns and a lower triangular matrix R of T rows and T columns, or R rows T This means that the matrix A of columns is decomposed into a unitary matrix Q of R rows and R columns and a matrix L of R rows and T columns including a lower triangular matrix R. That is, the QR decomposition can be expressed by the following QR decomposition formula (25) or (26).
ここで式(26)において、 Here, in equation (26),
となる。つまり、0nはn行T列のゼロ行列であり、0mはm行T列のゼロ行列である。更に(n,m=0,1,2,…,R−Tかつn+m=R−T)の条件が成り立つ。またRは式(29)のような下三角行列である。 It becomes. That is, 0 n is a zero matrix of n rows and T columns, and 0 m is a zero matrix of m rows and T columns. Furthermore, the condition (n, m = 0, 1, 2,..., RT and n + m = RT) is satisfied. R is a lower triangular matrix as shown in equation (29).
次に、上述の(ステップS2a)〜(ステップS2f)の処理の詳細について説明する。
<ステップS2aの処理について>
送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素s=[s1,s2,・・・,sT]に対して、それぞれの信号検出順番を同時に決定し、リストSに記録する。そして、式(9)のように定義された拡張伝搬路行列H’を用いて、式(30)により行列Gを算出する。
Next, details of the above-described processes of (Step S2a) to (Step S2f) will be described.
<About Step S2a>
For the T elements s = [s 1 , s 2 ,..., S T ] in the transmission signal vector s, the respective signal detection orders are simultaneously determined and recorded in the list S. Then, the matrix G is calculated by Equation (30) using the extended propagation path matrix H ′ defined as Equation (9).
ただしH’はR+T行T列の行列を表す。また、α=σw/σsでり、σwとσsはそれぞれ雑音成分の分散と送信信号の分散を表す。仮に、σwとσsの値が既知でなければ、それらを推定してその推定値を用いて係数αを求めることが可能である。また、係数αをMIMOシステムの要求条件に合わせて他の値に設定することも可能である。例えば、α=0と設定し、その場合は拡張伝搬路行列H’のR+1番目の行からR+T番目の行までがゼロとなるため、拡張伝搬路行列H’の1番目の行からR番目の行までの部分(つまり、伝搬路行列H)のみを考慮すればよい。また、その時G=HHHとなる。以下の処理については、α=0の場合において拡張伝搬路行列H’=伝搬路行列Hと見なす。 Here, H ′ represents a matrix of R + T rows and T columns. Further, α = σ w / σ s, and σ w and σ s represent the variance of the noise component and the variance of the transmission signal, respectively. If the values of σ w and σ s are not known, it is possible to estimate them and obtain the coefficient α using the estimated values. Also, the coefficient α can be set to other values according to the requirements of the MIMO system. For example, α = 0 is set. In this case, since the R + 1th row to the R + Tth row of the extended channel matrix H ′ are zero, the Rth from the first row of the extended channel matrix H ′ is set. Only the part up to the line (that is, the propagation path matrix H) needs to be considered. At that time, G = H H H. The following processing is regarded as an extended channel matrix H ′ = channel matrix H when α = 0.
次に行列Gの要素を用いて、式(31)によりVpを算出する。ただしv(i,j)は式(32)のように定義される。 Next, using the elements of the matrix G, V p is calculated by Equation (31). However, v (i, j) is defined as in Expression (32).
式(32)においてd1〜d5は本実施形態によるMIMOシステムのシステム要求条件に合わせて決定する値である。次に式(33)によりVpを用いてβpを算出する。 In Expression (32), d 1 to d 5 are values determined according to the system requirements of the MIMO system according to the present embodiment. Next, β p is calculated using V p according to equation (33).
ここで拡張伝搬路行列H’はT個の列ベクトルがあるため、それに応じてβpの値はβ1からβTまでT個算出する。そして、算出したT個のβpを式(34)のように大小を比較して降順に並び替える。 Here, since the extended channel matrix H ′ has T column vectors, T values of β p are calculated from β 1 to β T accordingly. Then, the calculated T β p are rearranged in descending order by comparing the magnitudes as shown in Equation (34).
式(34)においてT=3である場合、ある拡張伝搬路行列H’に対してβ1=0.3,β2=5.7、β3=1.8と仮定する。すると式(34)によりβ2≧β3≧β1⇔βp1≧βp2≧βp3,p1=2,p2=3,p3=1となる。 When T = 3 in Equation (34), it is assumed that β 1 = 0.3, β 2 = 5.7, and β 3 = 1.8 for a certain extended channel matrix H ′. Then, according to the equation (34), β 2 ≧ β 3 ≧ β 1 ⇔β p1 ≧ β p2 ≧ β p3 , p 1 = 2, p 2 = 3, p 3 = 1.
次に式(34)の大小比較と並び替えで得られたp1からpTまでの数値を式(35)のようにT個の送信信号の検出順番リストSとして記録する。式(31)〜(35)を順番リスト生成式とする。 Next, the numerical values from p 1 to p T obtained by the magnitude comparison and rearrangement in Expression (34) are recorded as a detection order list S of T transmission signals as in Expression (35). Expressions (31) to (35) are taken as an order list generation expression.
上記の通り、T=3、ある拡張伝搬路行列H’に対してβ1=0.3,β2=5.7、β3=1.8と仮定すると、S={p1,p2,p3}={2,3,1}となる。つまり送信信号s2は1番目に、s3は2番目に、s1は3番目に検出することを意味する。なおpk(k=1,・・,T)とは、送信信号spkをk番目に検出することを意味している。 As described above, assuming T = 3, β 1 = 0.3, β 2 = 5.7, and β 3 = 1.8 for a certain extended channel matrix H ′, S = {p 1 , p 2 , P 3 } = {2, 3, 1 }. That is, the transmission signal s 2 is detected first , s 3 is detected second, and s 1 is detected third. Note that p k (k = 1,..., T) means that the transmission signal s pk is detected k-th.
<ステップS2bの処理について>
次に拡張伝搬路行列H’の列ベクトルをステップS2aで決めた順番リストSに従い並び替えを行う。式(36)はその並び替えを行うために用いる数式である。
<About Step S2b>
Next, the column vector of the extended propagation path matrix H ′ is rearranged according to the order list S determined in step S2a. Expression (36) is an expression used for performing the rearrangement.
この式(36)においてPは並び替え行列に相当し、その列ベクトルはe1T,e2T,・・・,epTにより構成される。またekはT行1列の列ベクトルであり、そのk番目の要素は1でそれ以外は0である。式(36)のように並び替えを行った後、あるいはその並び替えに相当するような処理を施された後の伝搬路行列をH”と表す。例えばS={p1,p2,p3}={2,3,1}の場合ではP=[ep1,ep2,ep3]=[e2,e3,e1]である。従って式(37)で示すように拡張伝搬路行列H’の列ベクトルがPによって並べ替えられる。 In this equation (36), P corresponds to a rearrangement matrix, and its column vector is composed of e 1T , e 2T ,..., EpT . E k is a column vector of T rows and 1 column, the k th element is 1 and the others are 0. A channel matrix after rearrangement as shown in Expression (36) or after processing corresponding to the rearrangement is expressed as H ″. For example, S = {p 1 , p 2 , p In the case of 3 } = { 2 , 3 , 1 }, P = [e p1 , e p2 , e p3 ] = [e 2 , e 3 , e 1 ], so that the extended propagation as shown in the equation (37). The column vector of the path matrix H ′ is rearranged by P.
ここで行列H’とPの乗算は実際には数学的演算をする必要がなく、行列Pは順番リストSに従い、H’の列ベクトルを並び替えるようにすればよい。つまり実際にステップS2bを実装する場合でも、拡張伝搬路行列H’の列ベクトルをリストSに従い並び替えるようにすればよい。 Here, the multiplication of the matrices H ′ and P does not actually require a mathematical operation, and the matrix P may be rearranged according to the order list S and the column vectors of H ′. That is, even when step S2b is actually implemented, the column vectors of the extended propagation path matrix H ′ may be rearranged according to the list S.
<ステップS2cの処理について>
次にステップS2bで並び替えられた行列H”をQR分解し、行列Qと下三角行列Rを算出する。行列Qと下三角行列Rを導く処理は式(38)で表される。
<About Step S2c>
Next, the matrix H ″ rearranged in step S2b is subjected to QR decomposition to calculate a matrix Q and a lower triangular matrix R. A process for deriving the matrix Q and the lower triangular matrix R is expressed by Expression (38).
ここでQはR+T行T列の行列を表し、RはT行T列の行列を表す。なお式(38)のようなQR分解の方法はいくつか考えられる。例えば、Classical Gram-Schmidt QR分解法、Modified Gram-Schmidt QR分解法、Householder QR分解法、Given QR分解法などである。また必要であればステップS2aで算出した行列GをQR分解演算の入力として使用するようにしても良い。どのような分解法を使用するかは実装上の考慮を踏まえた上で決定される。 Here, Q represents a matrix of R + T rows and T columns, and R represents a matrix of T rows and T columns. Several QR decomposition methods such as the equation (38) are conceivable. For example, Classical Gram-Schmidt QR decomposition method, Modified Gram-Schmidt QR decomposition method, Householder QR decomposition method, Given QR decomposition method and the like. If necessary, the matrix G calculated in step S2a may be used as an input for the QR decomposition calculation. What kind of decomposition method to use is determined based on implementation considerations.
<ステップS2dの処理について>
次にステップS2cで算出した行列Qの最初のR行(Q1)の複素共役転置を使って列ベクトルyを算出し、式(39)で示すように、受信ベクトルxを線形フィルタリング(つまり乗算処理)する。なお、式(39)において、行列Qの最初のRの行をQ1、残りのT行をQ2とする。
<About Step S2d>
Next, a column vector y is calculated using the complex conjugate transpose of the first R row (Q 1 ) of the matrix Q calculated in step S2c, and the received vector x is linearly filtered (that is, multiplied) as shown in Expression (39). Process). In Equation (39), the first R row of the matrix Q is Q 1 and the remaining T rows are Q 2 .
ここで、α=0の場合は、拡張伝搬路行列H’=伝搬路行列Hとなり、Q=Q1である(つまりH’とQは共にR行しか存在しない)。またs’は行列PTにより送信信号ベクトルsの要素の順番が並び替えられた行列を表す。またvは線形フィルタリング処理を施した後の雑音成分ベクトルと干渉成分ベクトルの合成を表す。また列ベクトルyは、行列Rと列ベクトルs’との乗算及び雑音成分と干渉成分とを合成した列ベクトルvとで構成されている。 Here, when α = 0, the extended propagation path matrix H ′ = propagation path matrix H, and Q = Q 1 (that is, both H ′ and Q have only R rows). S ′ represents a matrix in which the order of elements of the transmission signal vector s is rearranged by the matrix PT . V represents the synthesis of the noise component vector and the interference component vector after the linear filtering process. The column vector y includes a column vector v obtained by multiplying the matrix R and the column vector s ′ and synthesizing the noise component and the interference component.
<ステップS2eの処理について>
次にRの下三角構造を利用して、前進代入によりT個の送信信号を順次検出する。上記算出した列ベクトルyは式(40)のように要素ごとに書き表すことができる。
<About Step S2e>
Next, using the lower triangular structure of R, T transmission signals are sequentially detected by forward substitution. The calculated column vector y can be written for each element as shown in Equation (40).
式(40)においてrk,k、rk,i、vk(k=T,…,1)はそれぞれ行列Rとベクトルvの中の要素を表す。前進代入処理は、下記の式(41)、式(42)、式(43)の3つの演算を、k=1からk=Tまで(つまり、k=1,2,…,T)繰り返して行う。式(41)では、送信信号sk ’に対する干渉成分を算出する演算(干渉成分算出式)である。この演算においてK=1の場合には、干渉成分は0、つまり^m1=0となる。また式(42)では列ベクトルのk番目要素ykから干渉成分^mkを減算し、送信信号の軟判定結果〜sk’(〜の記号はチルダを示す)を求める演算である。また式(43)は式(42)で得られた軟判定結果〜sk’に対して送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行う処理である。 In Equation (40), r k, k , r k, i , v k (k = T,..., 1) represent elements in the matrix R and the vector v, respectively. In the forward substitution process, the following three expressions (41), (42), and (43) are repeated from k = 1 to k = T (that is, k = 1, 2,..., T). Do. Expression (41) is an operation (interference component calculation expression) for calculating an interference component for the transmission signal s k ′ . In this calculation, when K = 1, the interference component is 0, that is, ^ m 1 = 0. The subtracting the interference component ^ m k from the k-th element y k of the column vector Equation (42), the soft decision result ~ s k 'of the transmission signal (~ symbol indicates the tilde) is a calculation for obtaining a. The equation (43) is a process of performing a hard decision based on the cons sauce Deployment applied during modulation at the transmission side with respect to formula (42) soft decision result ~ s k obtained in '.
そして上記式(41)〜(42)による処理をk=1からk=TまでT回実行して、送信信号ベクトル^s’=[^s1’,^s2’,…,^sT’]が得られる。 Then, the processing according to the above equations (41) to (42) is executed T times from k = 1 to k = T, and the transmission signal vector ^ s' = [^ s 1 ', ^ s 2 ', ..., ^ s T '] Is obtained.
<ステップS2fの処理について>
次に検出されたT個の送信信号を順番リストSに従い、元の送信された空間順番(アンテナ順番)に並びなおして出力する。式(44)のように行列Pの転置を用いて、上記ステップS2eで検出した送信信号^s’の順番の並び替え処理を行う。行列PはステップS2bの処理において検出順番リストSに従って得られる行列Pと同一のものである。
<About Step S2f>
Next, the T transmission signals detected are rearranged in the original transmitted spatial order (antenna order) according to the order list S and output. Using the transpose of the matrix P as shown in Expression (44), the rearrangement processing of the order of the transmission signal ^ s ′ detected in Step S2e is performed. The matrix P is the same as the matrix P obtained according to the detection order list S in the process of step S2b.
例えば、ステップS2bと同様に、S={p1,p2,p3}={2,3,1}の場合ではP=[e2,e3,e1]=[e3,e1,e2]Tである。従って式(45)で示すように^s’の各要素がPによって並べ替えられる。 For example, similarly to step S2b, in the case of S = {p 1 , p 2 , p 3 } = { 2 , 3 , 1 }, P = [e 2 , e 3 , e 1 ] = [e 3 , e 1 , E 2 ] T. Therefore, each element of ^ s ' is rearranged by P as shown in Expression (45).
ここで式(45)で示した行列Pと^s’の乗算は、実際には数学的演算をする必要が無く、無線受信装置内部の信号検出装置は、行列Pが順番リストSに従い^s’の要素を並び替える機能を有していれば良い。そして並び替え処理が終わった後は、検出された送信信号ベクトル^sを信号検出装置から出力し、無線受信装置の次の処理部が処理を行う。 Here, the multiplication of the matrix P and ^ s' shown in the equation (45) does not actually require a mathematical operation, and the signal detection apparatus inside the wireless reception apparatus has the matrix P according to the order list S. It only needs to have a function to sort the elements of '. After the rearrangement processing is completed, the detected transmission signal vector ^ s is output from the signal detection device, and the next processing unit of the wireless reception device performs the processing.
次に信号検出装置の構成について説明する。
図8は信号検出装置の機能処理部を示す第4の図である。
図9は信号検出装置の機能処理部を示す第5の図である。
図10は信号検出装置の機能処理部を示す第6の図である。
まず図8において、符号21〜26の機能処理部はそれぞれ上述のステップS2a〜ステップS2fに対応する処理を行う機能処理部に対応する。ここで機能処理部とは、信号検出装置における回路群または当該装置で実行されるプログラム群を意味する。また、符号27は読み書き可能な記憶デバイスまたは情報のパイプライン(配線)を表す。
Next, the configuration of the signal detection device will be described.
FIG. 8 is a fourth diagram illustrating the function processing unit of the signal detection device.
FIG. 9 is a fifth diagram illustrating the function processing unit of the signal detection device.
FIG. 10 is a sixth diagram illustrating the function processing unit of the signal detection device.
First, in FIG. 8, function processing units denoted by
そして符号21は検出順番決定処理部(Ordering)である。検出順番決定処理部21は記憶デバイス(またはパイプライン)27から伝搬路行列Hと係数αを読み取るか或いは受け取り、演算処理によって順番リストSと行列Gを算出した後、それらを記憶デバイス27へ書込む(またはパイプラインへ出力する)。図9に示すように検出順番決定処理部21の構成は更に21aと21bに分けられる。21aは行列G計算処理部(G Computation)である。行列G計算処理部21aは記憶デバイス(またはパイプライン)27から伝搬路行列Hと係数αを読み取るか或いは受け取り、式(30)に従って行列Gを算出し、それを記憶デバイス27に記録する(またはパイプラインへ出力する)。また21bは順番リスト決定処理部(S Determination)である。順番リスト決定処理部21bは記憶デバイス(またはパイプライン)27から行列Gを読み取るか或いは受け取り、式(31)〜式(35)に従って、信号検出順番リストSを生成し、それを記憶デバイス27に書込む(またはパイプラインへ出力する)。
また符号22は拡張伝搬路行列ベクトル並び替え処理部(Column Exchange)である。拡張伝搬路行列ベクトル並び替え処理部22は記憶デバイス(またはパイプライン)27から信号検出順番リストSと拡張伝搬路行列H’とを読み取るか或いは受け取り、信号検出順番リストSに従って拡張伝搬路行列H’を並び替えた後で、その結果の行列H”を記憶デバイス27へ書込む(またはパイプラインへ出力する)。
また符号23はQR分解処理部(QR Decomposition)である。QR分解処理部23は記憶デバイス(またはパイプライン)27から行列H”または行列H”と行列Gの両方を読み取るか或いは受け取り、式(25)または式(26)に従ったQR分解処理によって行列Qと行列Rとを算出し、それらを記憶デバイス27に書込む(またはパイプラインへ出力する)。
また符号24はフィルタリング処理部(QH Filtering)である。フィルタリング処理部24は記憶デバイス(またはパイプライン)27から行列Q1と受信信号ベクトルxを読み取るか或いは受け取り、Q1の複素共役転置とxとを乗算することによりベクトルyを算出し、それを記憶デバイス27に書込む(またはパイプラインへ出力する)。
また符号25は前進代入処理部(Back Substitution)である。前進代入処理部25は記憶デバイス(またはパイプライン)17から列ベクトルyと行列Rを読み取るか或いは受け取り、前進代入演算処理によって、検出送信信号ベクトル^s’を算出し、その検出送信信号ベクトル^s’を記憶デバイス27へ書込む(またはパイプラインへ出力する)。図10に示すように、前進代入処理部25は更に、干渉成分計算処理部(Interference Computation)25a、減算処理部(subtractor)25b、量子化処理部(Quantiztion)25c、の機能処理部を備えている。そして、k=1からk=Tの場合まで、図10の各機能処理部をT回用いて検出信号ベクトル^s’の要素を^s1’から^sT’までの順番で検出する。そして干渉成分計算処理部25aは、記憶デバイス(またはパイプライン)27からrk,i(k=1,2,・・・,T)と^si’(i=1,2,・・・,k−1)を読み取るか或いは受け取り、式(41)に従って干渉成分^mkを算出し、それを減算処理部25bへ送出する。また減算処理部25bは記憶デバイス(またはパイプライン)27から列ベクトルyのk番目の要素ykを読み取るか或いは受け取り、当該要素ykから干渉成分^mkを減算することにより軟判定検出信号〜sk’を算出し、量子化処理部25cへ送出する。そして量子化処理部25cは、入力を受付けた軟判定検出信号〜sk’に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い、硬判定検出信号^sk’を算出し、それを記憶デバイス27に書込む(またはパイプラインへ出力する)。
また符号26は順番並び替え処理部(Row Exchange)である。順番並び替え処理部26は記憶デバイス(またはパイプライン)27から^s’と順番リストSとを読み取るか或いは受け取り、順番リストSに従って^s’を並び替えた後で、その結果送信信号ベクトル^sを信号検出装置から出力する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、従来技術ではT回の擬似逆行列演算により、T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していた。しかしながら本発明では擬似逆行列を一回も計算することなく、まず、新規な方法により検出順番を決定し、次にQR分解演算により列ベクトルが並び替えられた拡張伝搬路行列H’の三角化を図り、最後に伝達係数行列の三角構造を利用して後退代入あるいは前進代入でT個の送信信号を検出し、元の送信された空間順番に並び直して出力する。
これにより、上述の実施例によれば、擬似逆行列演算をする必要は無く、主な演算量は検出順番決定演算と、QR分解演算と、後退あるいは前進代入演算となる。従って,所要演算量は従来のSIC方式と比較して極めて少なくなる。従って,従来に比べて、処理演算量が少なく所要演算回路規模が小さい無線受信装置の信号検出装置を提供することができる。
As described above, the embodiments of the present invention have been described. In the prior art, the signal detection order determination and signal extraction vector generation in T transmission signals are performed by T pseudo inverse matrix operations, and further, the order is determined using the extraction vectors. The transmission signal was detected. However, in the present invention, without first calculating the pseudo inverse matrix, the detection order is first determined by a novel method, and then the extended propagation path matrix H ′ in which the column vectors are rearranged by the QR decomposition operation is triangulated. Finally, using the triangular structure of the transfer coefficient matrix, T transmission signals are detected by backward substitution or forward substitution, rearranged in the original transmitted spatial order, and output.
Thus, according to the above-described embodiment, it is not necessary to perform the pseudo inverse matrix calculation, and main calculation amounts are the detection order determination calculation, the QR decomposition calculation, and the backward or forward substitution calculation. Accordingly, the required calculation amount is extremely small as compared with the conventional SIC method. Therefore, it is possible to provide a signal detection device for a wireless reception device that has a smaller amount of processing computation and a smaller required computation circuit size than conventional ones.
また本発明によれば、擬似逆行列の演算がないため必要な記憶容量が小さい。これにより、無線受信装置の信号検出装置の所要記憶デバイス容量を小さくすることができる。 Further, according to the present invention, since there is no calculation of the pseudo inverse matrix, the required storage capacity is small. Thereby, the required storage device capacity of the signal detection device of the wireless reception device can be reduced.
また本発明によれば、所要演算回路規模と記憶デバイスが小さいため無線受信装置の信号検出装置の小型化・軽量化を容易に行うことができる。 Further, according to the present invention, since the required arithmetic circuit scale and the storage device are small, it is possible to easily reduce the size and weight of the signal detection device of the wireless reception device.
また本発明によれば、T回の擬似逆行列の演算の代わりに、新規な方法により検出順番を決定し、次にQR分解演算により列ベクトルが並び替えられた拡張伝搬路行列H’の三角化を図り、最後に伝達係数行列の三角構造を利用して後退代入あるいは前進代入でT個の送信信号を検出する。このため、処理の遅延が大幅に削減することになる。これにより送信アンテナの数が多い場合においても、演算回路におけるクロック周波数を上げずにリアルタイム処理が可能である。つまり無線受信装置の信号検出装置の処理遅延を小さくすることができる。 Further, according to the present invention, instead of T times of pseudo inverse matrix calculation, the detection order is determined by a novel method, and then the triangle of the extended channel matrix H ′ in which column vectors are rearranged by QR decomposition calculation. Finally, using the triangular structure of the transfer coefficient matrix, T transmission signals are detected by backward substitution or forward substitution. For this reason, the processing delay is greatly reduced. As a result, even when the number of transmission antennas is large, real-time processing is possible without increasing the clock frequency in the arithmetic circuit. That is, the processing delay of the signal detection device of the wireless reception device can be reduced.
また本発明によれば、所要消費電力は所要演算回路規模やその動作クロック周波数などに比例するため、従来のSIC方式による電力消費量よりも本発明の無線受信装置の信号検出装置では電力消費量が少なくなる。従って、バッテリによって動作するMIMOシステムの動作時間の長持ちが実現可能となる。 Further, according to the present invention, since the required power consumption is proportional to the required arithmetic circuit scale, the operation clock frequency, etc., the power consumption in the signal detection device of the wireless receiver of the present invention is higher than the power consumption by the conventional SIC method. Less. Therefore, it is possible to realize a long operating time of the MIMO system operated by the battery.
また本発明によれば、無線受信装置の信号検出装置のハードウェア並びにソフトウェアへの経済的な実装において、上述の効果により、製造コストが安くなり大量生産に適したものとなる。 In addition, according to the present invention, in the economical implementation of hardware and software of the signal detection device of the wireless reception device, the above-described effects can reduce the manufacturing cost and make it suitable for mass production.
なお本発明の実施形態において最も重要な特徴は、1.新規な信号検出順番決定方法を考案したこと、2.QR分解によって拡張伝搬路行列H’を三角化する方法を考案したこと、3.拡張伝搬路行列H’の三角構造を利用した後退あるいは前進代入によって信号検出を行う方法を考案したこと、4.(1.)と(2.)と(3.)とを組合わせる方法を考案したことである。 The most important features in the embodiment of the present invention are: 1. A new signal detection order determination method has been devised. 2. devised a method of triangulating the extended channel matrix H 'by QR decomposition; 3. Invented a method of signal detection by backward or forward substitution using the triangular structure of the extended channel matrix H '. That is, a method of combining (1.), (2.) and (3.) was devised.
なお、上述の無線受信装置の信号検出装置は内部に、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。 Note that the signal detection device of the above-described wireless reception device has a computer system therein. 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.
11,21・・・検出順番決定処理部
12,22・・・伝搬路行列ベクトル並び替え処理部
13,23・・・QR分解処理部
14,24・・・フィルタリング処理部
15・・・後退代入処理部
25・・・前進代入処理部
16,26・・・順番並び替え処理部
17,27・・・記憶デバイス
11, 21... Detection order
Claims (16)
無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストに記録し、
前記伝搬路行列Hと前記係数αと単位行列Iとに基づいて算出した拡張伝搬路行列H’を、前記順番リストSに従い並び替えて行列H”を算出し、
R行T列の前記行列H”をQR分解して、ユニタリー行列Qと三角行列Rとを算出し、
前記行列QのR行の複素共役転置を使って受信ベクトルxをフィルタリングし、
前記三角行列Rを用いて前記T個の送信信号を順次検出し、
前記検出したT個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並びなおして出力する
ことを特徴とする無線信号分離方法。 A radio signal separation method in a radio reception apparatus that performs signal detection of a received signal using a propagation path matrix H, a predetermined coefficient α, and a received signal vector x in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system,
Determine the order of signal detection for each of T elements in the transmission signal vector s of the signal transmitted by the wireless transmission device, and record it in the order list;
The expanded channel matrix H ′ calculated based on the channel matrix H, the coefficient α, and the unit matrix I is rearranged according to the order list S to calculate a matrix H ″,
QR decomposition of the matrix H ″ of R rows and T columns to calculate a unitary matrix Q and a triangular matrix R;
Filtering the received vector x using a complex conjugate transpose of R rows of the matrix Q;
Sequentially detecting the T transmission signals using the triangular matrix R;
The radio signal separation method, wherein the detected T transmission signals are rearranged in the original transmitted spatial order according to the order list and output.
無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストに記録する検出順番決定処理と、
前記伝搬路行列Hと前記係数αと単位行列Iとに基づいて算出した拡張伝搬路行列H’を、前記順番リストSに従い並び替えて行列H”を算出する並び替え処理と、
R行T列の前記行列H”をQR分解して、ユニタリー行列Qと上三角行列Rとを算出するQR分解処理と、
前記行列QのR行の複素共役転置を使って受信ベクトルxをフィルタリングするフィルタリング処理と、
前記上三角行列Rの上三角構造を利用して、後退代入により前記T個の送信信号を順次検出する後退代入処理と、
前記検出したT個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え処理と、
を有することを特徴とする無線信号分離方法。 A radio signal separation method in a radio reception apparatus that performs signal detection of a received signal using a propagation path matrix H, a predetermined coefficient α, and a received signal vector x in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system,
A detection order determination process for determining the order of signal detection for each of T elements in the transmission signal vector s of the signal transmitted by the wireless transmission device, and recording it in an order list;
A rearrangement process for rearranging the extended channel matrix H ′ calculated based on the channel matrix H, the coefficient α, and the unit matrix I according to the order list S to calculate a matrix H ″;
QR decomposition of the matrix H ″ of R rows and T columns to calculate a unitary matrix Q and an upper triangular matrix R by QR decomposition;
A filtering process for filtering the received vector x using a complex conjugate transpose of R rows of the matrix Q;
Using the upper triangular structure of the upper triangular matrix R, backward substitution processing for sequentially detecting the T transmission signals by backward substitution;
An order rearrangement process for rearranging the detected T transmission signals according to the order list and outputting them in the original transmitted spatial order;
A radio signal separation method comprising:
前記並び替え処理は、前記算出した行列H”を出力し、
前記QR分解処理は、前記行列Qと前記行列Rとを出力し、
前記フィルタリング処理は、前記行列QのR行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルxとを乗算することによりベクトルyを算出し、
前記後退代入処理は、前記列ベクトルyと前記上三角行列Rとを用いて、後退代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのT個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルyのk番目の要素ykから前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、
前記順番並び替え処理は、検出送信信号ベクトルと前記順番リストとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力する
ことを特徴とする請求項2に記載の無線信号分離方法。 The detection order determination process generates the order list according to the matrix G calculated by G = H ′ H H ′ and the order list generation formula,
The rearrangement process outputs the calculated matrix H ″,
The QR decomposition process outputs the matrix Q and the matrix R;
The filtering process calculates a vector y by multiplying the complex conjugate transpose of R rows of the matrix Q and the received signal vector x,
The backward substitution process uses the column vector y and the upper triangular matrix R to calculate a detected transmission signal vector by a backward substitution calculation process, and sequentially detects T elements of the detected transmission signal vector. Then, an interference component is calculated according to an interference component calculation formula, a soft decision detection signal is calculated by subtracting the interference component from the kth element y k of the column vector y, and transmitted to the soft decision detection signal. The hard decision is made based on the constellation applied during modulation on the side, and the hard decision detection signal is calculated,
The order rearrangement process reads the detected transmission signal vector and the order list, outputs the rearrangement result after rearranging the detected transmission signal vector according to the list. The radio signal separation method as described.
無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストに記録する検出順番決定処理と、
前記伝搬路行列Hと前記係数αと単位行列Iとに基づいて算出した拡張伝搬路行列H’を、前記順番リストSに従い並び替えて行列H”を算出する並び替え処理と、
R行T列の前記行列H”をQR分解して、ユニタリー行列Qと下三角行列Rとを算出するQR分解処理と、
前記行列QのR行の複素共役転置を使って受信ベクトルxをフィルタリングするフィルタリング処理と、
前記下三角行列Rの下三角構造を利用して、前進代入により前記T個の送信信号を順次検出する前進代入処理と、
前記検出したT個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え処理と、
を有することを特徴とする無線信号分離方法。 A radio signal separation method in a radio reception apparatus that performs signal detection of a received signal using a propagation path matrix H, a predetermined coefficient α, and a received signal vector x in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system,
A detection order determination process for determining the order of signal detection for each of T elements in the transmission signal vector s of the signal transmitted by the wireless transmission device, and recording it in an order list;
A rearrangement process for rearranging the extended channel matrix H ′ calculated based on the channel matrix H, the coefficient α, and the unit matrix I according to the order list S to calculate a matrix H ″;
QR decomposition processing for calculating the unitary matrix Q and the lower triangular matrix R by QR decomposition of the matrix H ″ of R rows and T columns;
A filtering process for filtering the received vector x using a complex conjugate transpose of R rows of the matrix Q;
Using the lower triangular structure of the lower triangular matrix R, forward substitution processing for sequentially detecting the T transmission signals by forward substitution;
An order rearrangement process for rearranging the detected T transmission signals according to the order list and outputting them in the original transmitted spatial order;
A radio signal separation method comprising:
前記並び替え処理は、前記算出した行列H”を出力し、
前記QR分解処理は、前記行列Qと前記行列Rとを出力し、
前記フィルタリング処理は、前記行列QのR行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルxとを乗算することによりベクトルyを算出し、
前記前進代入処理は、前記列ベクトルyと前記下三角行列Rとを用いて、前進代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのT個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルyのk番目の要素ykから前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、
前記順番並び替え処理は、検出送信信号ベクトルと前記順番リストとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力する
ことを特徴とする請求項4に記載の無線信号分離方法。 The detection order determination process generates the order list according to the matrix G calculated by G = H ′ H H ′ and the order list generation formula,
The rearrangement process outputs the calculated matrix H ″,
The QR decomposition process outputs the matrix Q and the matrix R;
The filtering process calculates a vector y by multiplying the complex conjugate transpose of R rows of the matrix Q and the received signal vector x,
The forward substitution process uses the column vector y and the lower triangular matrix R to calculate a detected transmission signal vector by a forward substitution calculation process, and sequentially detects T elements of the detected transmission signal vector. Then, an interference component is calculated according to an interference component calculation formula, a soft decision detection signal is calculated by subtracting the interference component from the kth element y k of the column vector y, and transmitted to the soft decision detection signal. The hard decision is made based on the constellation applied during modulation on the side, and the hard decision detection signal is calculated,
The order rearrangement process reads the detected transmission signal vector and the order list, rearranges the detected transmission signal vector according to the list, and outputs the rearrangement result. The radio signal separation method as described.
無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストに記録する手段と、
前記伝搬路行列Hと前記係数αと単位行列Iとに基づいて算出した拡張伝搬路行列H’を、前記順番リストSに従い並び替えて行列H”を算出する手段と、
R行T列の前記行列H”をQR分解して、ユニタリー行列Qと三角行列Rとを算出する手段と、
前記行列QのR行の複素共役転置を使って受信ベクトルxをフィルタリングする手段と、
前記三角行列Rを用いて前記T個の送信信号を順次検出する手段と、
前記検出したT個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並びなおして出力する手段と、
を備えることを特徴とする無線受信装置。 A radio receiving apparatus that performs signal detection of a received signal using a propagation path matrix H, a predetermined coefficient α, and a received signal vector x in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system,
Means for determining each signal detection order for T elements in the transmission signal vector s of the signal transmitted by the wireless transmission device, and recording the order in an order list;
Means for rearranging the extended channel matrix H ′ calculated based on the channel matrix H, the coefficient α, and the unit matrix I according to the order list S to calculate the matrix H ″;
Means for QR decomposition of the matrix H ″ of R rows and T columns to calculate a unitary matrix Q and a triangular matrix R;
Means for filtering the received vector x using a complex conjugate transpose of R rows of the matrix Q;
Means for sequentially detecting the T transmission signals using the triangular matrix R;
Means for rearranging and outputting the detected T transmission signals in the original transmitted spatial order according to the order list;
A radio receiving apparatus comprising:
無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストに記録する検出順番決定手段と、
前記伝搬路行列Hと前記係数αと単位行列Iとに基づいて算出した拡張伝搬路行列H’を、前記順番リストSに従い並び替えて行列H”を算出する並び替え手段と、
R行T列の前記行列H”をQR分解して、ユニタリー行列Qと上三角行列Rとを算出するQR分解手段と、
前記行列QのR行の複素共役転置を使って受信ベクトルxをフィルタリングするフィルタリング手段と、
前記上三角行列Rの上三角構造を利用して、後退代入により前記T個の送信信号を順次検出する後退代入手段と、
前記検出したT個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え手段と、
を備えることを特徴とする無線受信装置。 A radio receiving apparatus that performs signal detection of a received signal using a propagation path matrix H, a predetermined coefficient α, and a received signal vector x in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system,
Detection order determining means for determining the order of signal detection for each of T elements in the transmission signal vector s of the signal transmitted by the wireless transmission device, and recording it in an order list;
Rearrangement means for rearranging the extended propagation path matrix H ′ calculated based on the propagation path matrix H, the coefficient α, and the unit matrix I according to the order list S to calculate the matrix H ″;
QR decomposition means for QR decomposition of the matrix H ″ of R rows and T columns to calculate a unitary matrix Q and an upper triangular matrix R;
Filtering means for filtering the received vector x using a complex conjugate transpose of R rows of the matrix Q;
Using the upper triangular structure of the upper triangular matrix R, backward substitution means for sequentially detecting the T transmission signals by backward substitution;
Order rearrangement means for rearranging the detected T transmission signals in the order of the original transmitted spatial order according to the order list;
A radio receiving apparatus comprising:
前記並び替え手段は、前記算出した行列H”を出力し、
前記QR分解手段は、前記行列Qと前記行列Rとを出力し、
前記フィルタリング手段は、前記行列QのR行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルxとを乗算することによりベクトルyを算出し、
前記後退代入手段は、前記列ベクトルyと前記上三角行列Rとを用いて、後退代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのT個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルyのk番目の要素ykから前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、
前記順番並び替え手段は、検出送信信号ベクトルと前記順番リストとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力する
ことを特徴とする請求項7に記載の無線受信装置。 The detection order determining means generates the order list according to the matrix G calculated by G = H ′ H H ′ and the order list generation formula,
The sorting means outputs the calculated matrix H ″,
The QR decomposition means outputs the matrix Q and the matrix R;
The filtering means calculates a vector y by multiplying the complex conjugate transpose of R rows of the matrix Q and the received signal vector x,
The backward substitution means calculates a detected transmission signal vector by backward substitution arithmetic processing using the column vector y and the upper triangular matrix R, and sequentially detects T elements of the detected transmission signal vector. Then, an interference component is calculated according to an interference component calculation formula, a soft decision detection signal is calculated by subtracting the interference component from the kth element y k of the column vector y, and transmitted to the soft decision detection signal. The hard decision is made based on the constellation applied during modulation on the side, and the hard decision detection signal is calculated,
The order rearranging unit reads the detected transmission signal vector and the order list, rearranges the detected transmission signal vector according to the list, and outputs the rearrangement result. The wireless receiver described.
無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストに記録する検出順番決定手段と、
前記伝搬路行列Hと前記係数αと単位行列Iとに基づいて算出した拡張伝搬路行列H’を、前記順番リストSに従い並び替えて行列H”を算出する並び替え手段と、
R行T列の前記行列H”をQR分解して、ユニタリー行列Qと下三角行列Rとを算出するQR分解手段と、
前記行列QのR行の複素共役転置を使って受信ベクトルxをフィルタリングするフィルタリング手段と、
前記下三角行列Rの下三角構造を利用して、前進代入により前記T個の送信信号を順次検出する前進代入手段と、
前記検出したT個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え手段と、
を備えることを特徴とする無線受信装置。 A radio receiving apparatus that performs signal detection of a received signal using a propagation path matrix H, a predetermined coefficient α, and a received signal vector x in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system,
Detection order determining means for determining the order of signal detection for each of T elements in the transmission signal vector s of the signal transmitted by the wireless transmission device, and recording it in an order list;
Rearrangement means for rearranging the extended propagation path matrix H ′ calculated based on the propagation path matrix H, the coefficient α, and the unit matrix I according to the order list S to calculate the matrix H ″;
QR decomposition means for QR decomposition of the matrix H ″ of R rows and T columns to calculate a unitary matrix Q and a lower triangular matrix R;
Filtering means for filtering the received vector x using a complex conjugate transpose of R rows of the matrix Q;
Forward substitution means for sequentially detecting the T transmission signals by forward substitution using the lower triangular structure of the lower triangular matrix R;
Order rearrangement means for rearranging the detected T transmission signals in the order of the original transmitted spatial order according to the order list;
A radio receiving apparatus comprising:
前記並び替え手段は、前記算出した行列H”を出力し、
前記QR分解手段は、前記行列Qと前記行列Rとを出力し、
前記フィルタリング手段は、前記行列QのR行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルxとを乗算することによりベクトルyを算出し、
前記前進代入手段は、前記列ベクトルyと前記下三角行列Rとを用いて、前進代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのT個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルyのk番目の要素ykから前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、
前記順番並び替え手段は、検出送信信号ベクトルと前記順番リストとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力する
ことを特徴とする請求項9に記載の無線受信装置。 The detection order determining means generates the order list according to the matrix G calculated by G = H ′ H H ′ and the order list generation formula,
The sorting means outputs the calculated matrix H ″,
The QR decomposition means outputs the matrix Q and the matrix R;
The filtering means calculates a vector y by multiplying the complex conjugate transpose of R rows of the matrix Q and the received signal vector x,
The forward substitution means calculates a detection transmission signal vector by forward substitution calculation processing using the column vector y and the lower triangular matrix R, and sequentially detects T elements of the detection transmission signal vector. Then, an interference component is calculated according to an interference component calculation formula, a soft decision detection signal is calculated by subtracting the interference component from the kth element y k of the column vector y, and transmitted to the soft decision detection signal. The hard decision is made based on the constellation applied during modulation on the side, and the hard decision detection signal is calculated,
The order rearranging means reads the detected transmission signal vector and the order list, rearranges the detected transmission signal vector according to the list, and outputs the rearrangement result. The wireless receiver described.
無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストに記録する処理と、
前記伝搬路行列Hと前記係数αと単位行列Iとに基づいて算出した拡張伝搬路行列H’を、前記順番リストSに従い並び替えて行列H”を算出する処理と、
R行T列の前記行列H”をQR分解して、ユニタリー行列Qと三角行列Rとを算出し、
前記行列QのR行の複素共役転置を使って受信ベクトルxをフィルタリングする処理と、
前記三角行列Rを用いて前記T個の送信信号を順次検出する処理と、
前記検出したT個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並びなおして出力する処理と、
をコンピュータに実行させるプログラム。 A program that is executed by a computer of a wireless reception device that performs signal detection of a received signal using a propagation path matrix H, a predetermined coefficient α, and a received signal vector x in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system,
A process of determining the order of signal detection for each of the T elements in the transmission signal vector s of the signal transmitted by the wireless transmission device, and recording the order in the order list;
Processing for rearranging the extended channel matrix H ′ calculated based on the channel matrix H, the coefficient α, and the unit matrix I according to the order list S to calculate the matrix H ″;
QR decomposition of the matrix H ″ of R rows and T columns to calculate a unitary matrix Q and a triangular matrix R;
Filtering received vector x using a complex conjugate transpose of R rows of matrix Q;
A process of sequentially detecting the T transmission signals using the triangular matrix R;
A process of rearranging the detected T transmission signals in the original transmitted spatial order according to the order list and outputting them;
A program that causes a computer to execute.
無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストに記録する検出順番決定処理と、
前記伝搬路行列Hと前記係数αと単位行列Iとに基づいて算出した拡張伝搬路行列H’を、前記順番リストSに従い並び替えて行列H”を算出する並び替え処理と、
R行T列の前記行列H”をQR分解して、ユニタリー行列Qと上三角行列Rとを算出するQR分解処理と、
前記行列QのR行の複素共役転置を使って受信ベクトルxをフィルタリングするフィルタリング処理と、
前記上三角行列Rの上三角構造を利用して、後退代入により前記T個の送信信号を順次検出する後退代入処理と、
前記検出したT個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え処理と、
をコンピュータに実行させるプログラム。 A program that is executed by a computer of a wireless reception device that performs signal detection of a received signal using a propagation path matrix H, a predetermined coefficient α, and a received signal vector x in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system,
A detection order determination process for determining the order of signal detection for each of T elements in the transmission signal vector s of the signal transmitted by the wireless transmission device, and recording it in an order list;
A rearrangement process for rearranging the extended channel matrix H ′ calculated based on the channel matrix H, the coefficient α, and the unit matrix I according to the order list S to calculate a matrix H ″;
QR decomposition of the matrix H ″ of R rows and T columns to calculate a unitary matrix Q and an upper triangular matrix R by QR decomposition;
A filtering process for filtering the received vector x using a complex conjugate transpose of R rows of the matrix Q;
Using the upper triangular structure of the upper triangular matrix R, backward substitution processing for sequentially detecting the T transmission signals by backward substitution;
An order rearrangement process for rearranging the detected T transmission signals according to the order list and outputting them in the original transmitted spatial order;
A program that causes a computer to execute.
前記並び替え処理においては、前記算出した行列H”を出力し、
前記QR分解処理においては、前記行列Qと前記行列Rとを出力し、
前記フィルタリング処理においては、前記行列QのR行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルxとを乗算することによりベクトルyを算出し、
前記後退代入処理においては、前記列ベクトルyと前記上三角行列Rとを用いて、後退代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのT個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルyのk番目の要素ykから前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、
前記順番並び替え処理においては、検出送信信号ベクトルと前記順番リストとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力する
各処理をコンピュータに実行させる請求項12に記載のプログラム。 In the detection order determination process, the order list is generated according to the matrix G calculated by G = H ′ H H ′ and the order list generation formula,
In the rearrangement process, the calculated matrix H ″ is output,
In the QR decomposition process, the matrix Q and the matrix R are output,
In the filtering process, a vector y is calculated by multiplying the complex conjugate transpose of the R rows of the matrix Q and the received signal vector x,
In the backward substitution process, a detected transmission signal vector is calculated by a backward substitution calculation process using the column vector y and the upper triangular matrix R, and T elements of the detected transmission signal vector are sequentially detected. Calculating an interference component according to an interference component calculation formula, subtracting the interference component from the k-th element y k of the column vector y, calculating a soft decision detection signal, and for the soft decision detection signal, Based on the constellation applied at the time of modulation on the transmission side, hard decision is performed and a hard decision detection signal is calculated,
In the order rearrangement process, the detection transmission signal vector and the order list are read, and after the detection transmission signal vector is rearranged according to the list, each process of outputting the rearrangement result is executed by the computer. Item 13. The program according to item 12.
無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルsの中にあるT個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストに記録する検出順番決定処理と、
前記伝搬路行列Hと前記係数αと単位行列Iとに基づいて算出した拡張伝搬路行列H’を、前記順番リストSに従い並び替えて行列H”を算出する並び替え処理と、
R行T列の前記行列H”をQR分解して、ユニタリー行列Qと下三角行列Rとを算出するQR分解処理と、
前記行列QのR行の複素共役転置を使って受信ベクトルxをフィルタリングするフィルタリング処理と、
前記下三角行列Rの下三角構造を利用して、前進代入により前記T個の送信信号を順次検出する前進代入処理と、
前記検出したT個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え処理と、
をコンピュータに実行させるプログラム。 A program that is executed by a computer of a wireless reception device that performs signal detection of a received signal using a propagation path matrix H, a predetermined coefficient α, and a received signal vector x in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system,
A detection order determination process for determining the order of signal detection for each of T elements in the transmission signal vector s of the signal transmitted by the wireless transmission device, and recording it in an order list;
A rearrangement process for rearranging the extended channel matrix H ′ calculated based on the channel matrix H, the coefficient α, and the unit matrix I according to the order list S to calculate a matrix H ″;
QR decomposition processing for calculating the unitary matrix Q and the lower triangular matrix R by QR decomposition of the matrix H ″ of R rows and T columns;
A filtering process for filtering the received vector x using a complex conjugate transpose of R rows of the matrix Q;
Using the lower triangular structure of the lower triangular matrix R, forward substitution processing for sequentially detecting the T transmission signals by forward substitution;
An order rearrangement process for rearranging the detected T transmission signals according to the order list and outputting them in the original transmitted spatial order;
A program that causes a computer to execute.
前記並び替え処理においては、前記算出した行列H”を出力し、
前記QR分解処理においては、前記行列Qと前記行列Rとを出力し、
前記フィルタリング処理においては、前記行列QのR行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルxとを乗算することによりベクトルyを算出し、
前記前進代入処理においては、前記列ベクトルyと前記下三角行列Rとを用いて、前進代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのT個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルyのk番目の要素ykから前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、
前記順番並び替え処理においては、検出送信信号ベクトルと前記順番リストとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力する
各処理をコンピュータに実行させる請求項14に記載のプログラム。 In the detection order determination process, the order list is generated according to the matrix G calculated by G = H ′ H H ′ and the order list generation formula,
In the rearrangement process, the calculated matrix H ″ is output,
In the QR decomposition process, the matrix Q and the matrix R are output,
In the filtering process, a vector y is calculated by multiplying the complex conjugate transpose of the R rows of the matrix Q and the received signal vector x,
In the forward substitution process, a detected transmission signal vector is calculated by a forward substitution calculation process using the column vector y and the lower triangular matrix R, and T elements of the detected transmission signal vector are sequentially detected. Calculating an interference component according to an interference component calculation formula, subtracting the interference component from the k-th element y k of the column vector y, calculating a soft decision detection signal, and for the soft decision detection signal, Based on the constellation applied at the time of modulation on the transmission side, hard decision is performed and a hard decision detection signal is calculated,
In the order rearrangement process, the detection transmission signal vector and the order list are read, and after the detection transmission signal vector is rearranged according to the list, each process of outputting the rearrangement result is executed by the computer. Item 15. The program according to Item 14.
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