JP2008092519A - 受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】演算量削減型の最尤判定法において、精度の高い軟判定値を得ることが可能な受信装置を得ること。
【解決手段】複数のアンテナによる受信信号および当該受信信号の伝送路応答に基づき硬判定系列を推定し、当該硬判定系列と第１の尤度情報とを出力する第１の信号判定部４１と、送信シンボルのビット位置ごとに、受信信号のとりうる全ての信号点から、対象ビット位置のビット値が硬判定系列の同一位置のビット値と一致する信号点を除いた、新たな信号点配置を生成する信号点情報生成部４３と、新たな信号点配置を用いて受信信号および伝送路応答に基づく信号判定を行い、当該信号判定結果に対応する第２の尤度情報を算出して出力する第２の信号判定部４４と、第１の尤度情報と第２の尤度情報を用いて軟判定値を計算する軟判定計算部４５とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数のアンテナで受信した信号を復調する受信装置に関するものであり、特に最尤判定法を用いて復調を行う受信装置に関するものである。

ディジタル通信におけるデータ判定法の一つとして最尤判定法がある。最尤判定法を用いた受信装置（以下、受信機と呼ぶ）は、伝送路応答および送信シンボル候補（送信シンボルのビット値の組み合わせ候補）に基づいてレプリカを作成し、受信信号とレプリカの差を表すメトリックを計算する。このとき、考えられる全ての送信シンボル候補についてレプリカが作成され、メトリックが計算される。そして、メトリックが最小となるレプリカに対応する送信シンボル候補が判定結果として出力される。この最尤判定法は、優れた受信性能を有するが、考えられる全ての送信ビットの組み合わせについてメトリックを計算するため、一般に膨大な演算量を必要とする。

この演算量を削減するための技術として、たとえば、下記非特許文献１に記載されているように演算量削減型の最尤判定法が提案されている。下記非特許文献１によれば、メトリックを計算する送信シンボル候補を、受信信号からの距離が一定の領域内にあるもののみに制限することにより、最尤判定に要する演算量を削減している。

一方、上記演算量削減型の最尤判定法は、誤り訂正復号に用いる軟判定値の計算が困難であるという問題点を有する。一般に、ビット単位の軟判定値は、当該ビットが「−１」である場合の尤度と、「＋１」である場合の尤度との対数尤度比によって求められる。しかしながら、上記演算量削減型の最尤判定法は、全ての送信シンボル候補についてメトリックを計算するわけではない。そのため、メトリックを計算する送信シンボル候補中に「−１」または「＋１」を含むシンボルが全く存在しない可能性があり、そのような場合には軟判定値を計算できない。

また、上記演算量削減型の最尤判定法の課題を解決する手法として、たとえば、下記特許文献１に記載の技術がある。下記特許文献１に記載の技術では、演算量削減型の最尤判定法において、「−１」と「＋１」のどちらかに対応するメトリックが計算されない場合には、平均雑音電力等からあらかじめ決定した閾値をその計算されないメトリックの代用として用い、軟判定値を計算する。

特開２００６−５０４３２号公報 Emanuele Viterbo, Joseph Boutros, "A Universal Lattice Code Decoder for Fading Channels", IEEE Transactions on Information Theory， Vol.45，No.5，pp.1639-1642, July 1999.

しかしながら、上記従来の技術によれば、演算量削減型の最尤判定法において軟判定値を計算する際に、計算されないメトリックの代わりに平均雑音電力等からあらかじめ決定した閾値を用いるため、軟判定値の精度が十分ではなく、その結果、良好な復号特性が得られない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、演算量削減型の最尤判定法において、精度の高い軟判定値を得ることを可能とし、良好な通信を提供することが可能な受信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数のアンテナにより受信した信号（受信信号と呼ぶ）を、最尤判定法を用いて復調する受信装置であって、前記受信信号および当該受信信号の伝送路応答に基づいて硬判定系列を推定し、当該硬判定系列と当該硬判定系列に対応する第１の尤度情報とを出力する第１の信号判定手段と、送信シンボルのビット位置ごとに、前記受信信号のとりうる全ての信号点から、対象ビット位置のビット値が前記硬判定系列における同一ビット位置のビット値と一致する信号点を除いた、新たな信号点配置を生成する信号点情報生成手段と、送信シンボルのビット位置ごとに生成された前記新たな信号点配置を用いて、前記受信信号および前記伝送路応答に基づく信号判定を行い、当該信号判定結果に対応する第２の尤度情報を算出して出力する第２の信号判定手段と、前記第１の尤度情報と前記第２の尤度情報を用いて軟判定値を計算する軟判定計算手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、送信シンボルのビット位置ごとに、当該ビット位置のビット値が硬判定系列の当該ビット位置のビット値と一致する信号点を除いた信号点配置を用いて信号判定を行うことにより、硬判定系列と反対のビットの尤度情報を算出することにしたので、演算量削減型の最尤判定を行う場合でも、精度の高い軟判定値を得ることができ、良好な通信を提供することができるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる受信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる受信装置（以下、受信機と呼ぶ）の実施の形態１の構成例を示す図である。本実施の形態の受信機は、アンテナ１−１〜１−Ｎ（Ｎはアンテナの本数）と、アナログ信号処理部２−１〜２−Ｎと、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換部３−１〜３−Ｎと、本発明の特徴的な動作を行うディジタル信号復調部４と、デインターリーブ部５と、復号部６と、を備えている。

本実施の形態の受信機の全体動作を、図１を用いて説明する。まず、アンテナ１−１〜１−Ｎは高周波アナログ信号（変調信号）を受信する。アナログ信号処理部２−１〜２−Ｎは、アンテナ１−１〜１−Ｎが受信した信号に対してダウンコンバート等のアナログ信号処理を行い、Ａ／Ｄ変換部３−１〜３−Ｎに出力する。つぎに、Ａ／Ｄ変換部３−１〜Ｎは、アナログ信号処理部２−１〜２−Ｎから入力されたアナログ信号をベースバンドディジタル信号に変換し、ディジタル信号復調部４に出力する。ディジタル信号復調部４は、入力された信号に対して後述する復調処理を行い、復調データをデインターリーブ部５に出力する。デインターリーブ部５は、この復調データに対し、送信機が行ったインターリーブと逆の処理を行い、復号部６に出力する。そして、復号部６は、デインターリーブ部５からの出力信号に対して軟判定復号である誤り訂正復号処理を行い、その結果を復号ビット系列として出力する。

なお、本実施の形態においては、送信機が行ったインターリーブ処理方法や、送信機のアンテナ数、送信ビット数などの送信機に関する情報が既知であることを前提とする。

つづいて、本実施の形態の特徴であるディジタル信号復調部４が入力信号を復調する動作（復調処理）について説明する。図２は、ディジタル信号復調部４の構成例を示す図である。ディジタル信号復調部４は、第１の信号判定部４１と、伝送路推定部４２と、信号点情報生成部４３と、第２の信号判定部４４と、軟判定計算部４５と、を備えている。

まず、ディジタル信号復調部４には、Ａ／Ｄ変換部３−１〜３−Ｎからの出力であるＮ系統のベースバンドディジタル信号が入力される。以下、説明の便宜上、これらの入力信号を、Ｎ次元の列ベクトルで表現し、「受信信号ベクトル」と呼ぶことにする。ディジタル信号復調部４は、Ａ／Ｄ変換部３−１〜３−Ｎから受信信号ベクトルを受け取ると、まず、伝送路推定部４２が、受信信号ベクトルに基づいて希望信号の伝送路応答を推定する。この伝送路応答の推定方法には特に限定はないが、たとえば、送信アンテナ間で直交するように作成された既知系列（パイロット信号など）を事前に送信し、既知系列のデータと、その既知系列のデータの受信信号とを用いて最小２乗法により伝送路応答を算出する方法が考えられる。

送信機が、Ｍ（Ｍは１以上の整数）素子アンテナから同一周波数を用いてＭ個の異なる信号を同時に送信した場合、伝送路応答は、Ｍと受信機の受信アンテナ数Ｎとを用いてＮ行Ｍ列の行列で表すことができる。なお、伝送路応答がベクトルやスカラーとなる場合もあるが、その場合はＭやＮの値（行や列の要素数）を１と考えればよく、本説明においては、その場合も含めて伝送路応答を「伝送路応答行列」と呼ぶことにする。したがって、伝送路推定部４２の伝送路応答の推定結果も、伝送路推定行列（伝送路応答行列の推定結果）と呼ぶ。また、伝送路応答行列がベクトルやスカラーとなるような場合においても本発明はそのまま適用可能である。

つぎに、第１の信号判定部４１は、Ａ／Ｄ変換部３−１〜３−Ｎから出力された受信信号ベクトルおよび伝送路推定部４２から出力された伝送路推定行列に基づいて、送信シンボルの推定を行い、推定結果である硬判定系列を求める。また、第１の信号判定部４１は、この硬判定系列に対応する尤度情報αを計算する。そして、第１の信号判定部４１は、推定した硬判定系列を信号点情報生成部４３と軟判定計算部４５へ、硬判定系列に対応する尤度情報αを軟判定計算部４５へ、それぞれ出力する。

なお、第１の信号判定部４１の推定処理としては、たとえば、「sphere decoding」のような演算量削減型の最尤判定法など、想定する通信システムに適した任意の信号判定技術が使用可能である。また、本実施の形態では、尤度情報として、受信信号ベクトルと、伝送路推定行列および送信シンボル候補から生成されるレプリカベクトルと、の２乗誤差によるメトリックを用いるものとするが、これに限らず軟判定に入力するための尤度情報であれば任意のものが使用可能である。

つぎに、信号点情報生成部４３は、第１の信号判定部４１で推定した硬判定系列に基づいて、送信シンボルのビット位置ごとに、硬判定系列のビット値と同一であるものを含まない新たな信号点配置を生成し、第２の信号判定部４４へ出力する。

図３−１〜図３−４を用いて信号点情報生成部４３の処理について詳細に説明する。図３は、第１の信号判定部４１の出力である硬判定系列が”１−１，１１”であった場合の、信号点情報生成部４３が生成する新たな信号点配置の例を示している。詳細には、図３において、図３−１の３１は第１ビット目に硬判定系列の第１ビット目である”１”を含まない信号点配置、図３−２の３２は第２ビット目に硬判定系列の第２ビット目である”−１”を含まない信号点配置、図３−３の３３は第３ビット目に硬判定系列の第３ビット目である”１”を含まない信号点配置、図３−４の３４は第４ビット目に硬判定系列の第４ビット目である”１”を含まない信号点配置を示す。

なお、この例では、本実施の形態の受信機で受信した信号は、ＱＰＳＫ変調を行うＭ＝２の送信機から送信された信号とする（各アンテナ２ビットずつの合計４ビット伝送に相当）。第１の送信アンテナが送信したシンボルをシンボル＃１、第２の送信アンテナが送信したシンボルをシンボル＃２とするとき、硬判定系列を、“「シンボル＃１の第１ビット目」「シンボル＃１の第２ビット目」，「シンボル＃２の第１ビット目」「シンボル＃２の第２ビット目」”と記すこととし、以下では、シンボル＃１の第１ビット目を第１ビット目、シンボル＃１の第２ビット目を第２ビット目、シンボル＃２の第１ビット目を第３ビット目、シンボル＃２の第２ビット目を第４ビット目と呼ぶ。なお、第１の信号判定部４１で用いる信号点配置は、シンボル＃１、シンボル＃２ともに、“１１”，“１−１”，“−１１”，“-１−１"の４点である。

たとえば、本実施の形態の場合、硬判定系列の第１ビット目は”１”であるので、信号点情報生成部４３は、第１ビット目が”１”を含む信号点、すなわちシンボル＃１の”１１”および”１−１”の信号点を全部で４点の信号点から削除した新たな信号点配置（図３−１の３１）を生成し、第１ビット目に対する新たな信号点配置として出力する。同様に第２ビット目から第４ビット目に対する新たな信号点配置として、それぞれ図３−２の３２，図３−３の３３、図３−４の３４を出力する。

つぎに、第２の信号判定部４４は、受信信号ベクトル，伝送路推定行列，信号点情報生成部４３で生成した伝送ビット数分の新たな信号点配置を入力として、信号判定と尤度情報β_i（ｉは、対応する伝送ビットを示す。伝送ビット数をｊとするとき、ｉ＝１〜ｊの整数）の計算を行う。第１の信号判定部４１が全ての信号点を含む信号配置を用いて推定を行っているのに対し、第２の信号判定部４４では、伝送ビットごとに、送信機が信号点情報生成部４３で生成した新たな信号点配置を用いて信号を送信しているものと仮定して、信号点配置の信号点それぞれに対して信号判定を行って送信シンボルを推定する。そして、推定結果（伝送ビットごと）に対応する尤度情報β_iを算出し、尤度情報β_iを軟判定計算部４５に出力する。

既に説明したように、信号点情報生成部４３で生成した新たな信号点配置は、伝送ビットの各ビットに対して硬判定系列の当該ビットと同じビット値となるものを含まないように生成されている。したがって、第２の信号判定部４４の判定結果は、ビットごとに、第１の信号判定部４１で推定した硬判定系列と反対のビットを有する系列が推定結果として得られることになる。

なお、第２の信号判定部４４で用いる信号判定方式には任意の方式を適用することができる。例えば、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）規範に基づくフィルタを用いて信号分離を行った後、信号点情報生成部４３で作成した、新たな信号点配置を用いて信号判定を行う手法などが考えられる。

つぎに、軟判定計算部４５は、第１の信号判定部４１から入力された尤度情報αおよび第２の信号判定部４４から入力された伝送ビット数個の尤度情報β_iに基づいて各ビットに対する軟判定値を計算し、得られた軟判定値をデインターリーブ部５に出力する。

ここで、軟判定値は、一般に、軟判定値を算出する対象となるビットが「−１」である尤度情報と「＋１」である尤度情報との対数尤度比で表すことができる。尤度情報として受信信号ベクトルとレプリカベクトルとの２乗誤差によるメトリックを用いた場合、第ｋ番目のビットの軟判定値は、次式（１）に示すように「−１」に対応するメトリックと「＋１」に対応するメトリックとの差を計算することにより簡単に算出できる。

（第ｋ番目のビットの軟判定値）
＝（「−１」に対応するメトリック）−（「＋１」に対応するメトリック） …（１）

式（１）の右辺のうち、第１項と第２項には、本実施の形態の尤度情報αと尤度情報β_iのいずれかが対応する。例えば、前述の図３の説明で用いた例において、各ビットに対する軟判定値は次式（２）〜（５）を用いて計算できる。

（第１番目のビットの軟判定値）
＝（図３−１の３１を用いて推定した尤度情報β₁）−（尤度情報α） …（２）

（第２番目のビットの軟判定値）
＝（尤度情報α）−（図３−２の３２を用いて推定した尤度情報β₂） …（３）

（第３番目のビットの軟判定値）
＝（図３−３の３３を用いて推定した尤度情報β₃）−（尤度情報α） …（４）

（第４番目のビットの軟判定値）
＝（図３−４の３４を用いて推定した尤度情報β₄）−（尤度情報α） …（５）

つぎに、デインターリーブ部５は、以上の手順で計算された軟判定値に、送信機が行ったインターリーブと逆の処理を施し、復号部６に出力する。復号部６は、その入力信号を用いて軟入力復号を行う。このようにして、最終的な復号された信号が得られる。

なお、本実施の形態においては、信号点情報生成部４３が伝送ビット数と等しい個数の新たな信号点配置を生成し、それを受けた第２の信号判定部４４が伝送ビット数個の尤度情報β_iを計算するような構成としたが、伝送ビットのうち、第１の信号判定部４１において「＋１」のメトリックと「−１」のメトリックの双方が既に計算されているビットに対しては、これらの既に計算済みであるメトリックを用いて軟判定計算を行う構成としてもよい。これによって、演算量を削減することができる。

また、本実施の形態では、ディジタル信号復調部４が、信号判定部として、第１の信号判定部４１と第２の信号判定部４４の２つを備えることとしたが、２つの信号判定部を１つに統合して実現してもよい。たとえば、前述の「sphere decoding」では、演算量削減型の最尤判定を行う過程にＺＦ（Zero Forcing）規範やＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）規範のフィルタを用いて信号分離を行う処理を含んでいる。そのため、第２の信号判定部４４に相当する信号判定処理を、第１の信号判定部４１の「sphere decoding」に含まれるこれらの処理で代用する構成とすることも可能である。

このように、本実施の形態においては、送信シンボルのビット位置ごとに、当該ビット位置のビット値が硬判定系列の当該ビット位置のビット値と一致する信号点を除いた信号点配置を用いて信号判定を行うことにより、硬判定系列と反対のビットの尤度情報（上記尤度情報β_i）を算出することとした。これにより、演算量削減型の最尤判定を行う場合でも、非常に高精度な軟判定値を生成することができ、良好な通信を提供することができる。

実施の形態２．
図４は、本発明にかかる受信機の実施の形態２のディジタル信号復調部４ａの構成例を示す図である。本実施の形態のディジタル信号復調部４ａ以外の構成は、実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１と異なる部分について説明する。

本実施の形態のディジタル信号復調部４ａは、図４に示すように、実施の形態１のディジタル復調部４の第２の信号判定部４４の代わりに第２の信号判定部４４ａを備える。実施の形態１と同様の機能のものは同一の符号を付して説明を省略する。

図５は、本実施の形態のディジタル信号復調部４ａにおける第２の信号判定部４４ａの構成例を示す図である。図５に示すように、第２の信号判定部４４ａは、シンボル判定部４４１、レプリカ減算部４４２、第３の信号判定部４４３で構成される。

本実施の形態における第２の信号判定部４４ａは、受信信号が複数のシンボルから成る場合に、軟判定値を計算するビット（第ｉ番目のビットとする）を含むシンボルと、それ以外のシンボルに分け、軟判定値を計算するビットを含むシンボルを先に判定し、その後に、残りのシンボルの判定を行うものである。

以下、本実施の形態の第２の信号判定部４４ａの信号判定手順について説明する。まず、シンボル判定部４４１は、軟判定値を計算するビット位置とそのビットの値をもとに、信号点情報生成部４３で生成された新たな信号点配置のなかから、軟判定値を計算するビットを含むシンボル（同一送信アンテナから送信されたシンボル）の信号点のみを選択する。

つぎに、受信信号ベクトルと伝送路推定行列に基づき、任意の信号判定手段を用いて、上記の選択した信号点を用いて判定を行う。すなわち、信号点情報生成部４３において生成された信号点配置の信号点数を削減して判定する。たとえば、図３−１の３１で示した例では、第１ビット目の軟判定値を計算する場合、シンボル＃１を選択（２つの信号点を選択）し、その信号判定を行う。

シンボル判定部４４１は、まず、伝送路推定行列，受信信号ベクトルを用いて、たとえばＭＭＳＥ規範に基づくフィルタを用いる方法に基づき、受信信号ベクトルから選択されたシンボルの成分とそれ以外のものに分離する。そして、分離した選択されたシンボルの成分と伝送路推定行列を用いて、実施の形態１の第２の信号判定部４４の処理と同様の手法で信号判定を行い、判定値（軟判定値を計算するビットを含む送信シンボルの推定値）をレプリカ減算部４４２へ出力する。

つぎに、レプリカ減算部４４２は、シンボル判定部４４１から出力された判定値と伝送路推定行列とを用いて当該シンボルのレプリカを作成し、そのレプリカを受信信号ベクトルから減算する。そして、減算結果を第３の信号判定部４４３へ出力する。

つぎに、第３の信号判定部４４３は、レプリカ減算部４４２から出力された信号および伝送路推定行列に基づき、シンボル判定部４４１で判定したシンボル以外のシンボルに関する信号判定を行い、その判定結果に対応する尤度情報β_iの計算を行う。ここで、判定に用いる信号点配置は、信号点情報生成部４３で生成した新たな信号点配置でもよいし、伝送に用いられる通常の信号点配置でもよい。また、信号判定に用いる手法も任意のものを適用することができる。

以上の処理を伝送ビット数分だけ繰り返すことにより、すべてのビットに対応する尤度情報β_iを求める。尤度情報β_iの算出以外の処理は実施の形態１と同様である。

このように、本実施の形態においては、第２の信号判定部４４ａにおいて、軟判定値計算の対象となっているビットを含むシンボルを先に判定し、その判定結果から算出したレプリカを受信信号ベクトルから除去した後、残りの信号判定を実施する構成とし、軟判定値計算の対象となっているビットを含むシンボルについて、通常の信号点配置より少ない状態で判定を行うこととした。そのため、軟判定値計算の対象となっているビットを含むシンボルの判定は、他の信号点まで含めて判定を行う場合より誤りが少なく精度が高いと考えられる。さらに高精度に推定された信号の影響を除去した後で、残りのシンボル判定を行っているので、全体として高精度の尤度情報を得ることができる。

実施の形態３．
図６は、本発明にかかる受信機の実施の形態３のディジタル信号復調部４ｂの構成例を示す図である。本実施の形態のディジタル信号復調部４ｂ以外の構成は、実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１と異なる部分について説明する。

本実施の形態のディジタル信号復調部４ｂは、図６に示すように、実施の形態１のディジタル復調部４の第２の信号判定部４４の代わりに第２の信号判定部４４ｂを備える。実施の形態１と同様の機能のものは同一の符号を付して説明を省略する。

図７は、本実施の形態のディジタル信号復調部４ｂにおける第２の信号判定部４４ｂの構成例を示す図である。図７に示すように、第２の信号判定部４４ｂは、ビット判定部４４４、ビット確率計算部４４５、期待値計算部４４６、尤度情報計算部４４７で構成される。本実施の形態は、第２の信号判定部４４ｂにおいてシンボルの期待値を用いた尤度情報計算を実行する。

以下、本実施の形態の第２の信号判定部４４ｂの処理について説明する。まず、第２の信号判定部４４ｂのビット判定部４４４は、受信信号ベクトル，伝送路推定行列，信号点情報生成部４３で生成した新たな信号点配置に基づき、軟判定値の計算対象のビットが前記硬判定系列と異なるビット系列の推定を行うとともに、当該ビット系列に対する軟判定値を算出する。この処理は、伝送ビット数個の新たな信号点配置に対して実行され、伝送ビット数通りの軟判定値の組（軟判定系列）が得られる。なお、このとき、硬判定値のビット値を反転させたビット位置については確率を計算する必要がないので（ビット値を固定しているため）、軟判定値は算出しない。ビット判定部４４４の処理としては、任意の軟判定手法が適用可能である。たとえば、ＭＭＳＥ規範に基づくフィルタを用いた信号分離を行うことで実現できる。また、ビット判定部４４４の処理として、演算量削減型の最尤判定法を用いると、本発明の課題と同様の問題が生じる可能性がある。そのような場合でも、例えばビット判定部４４４の内部で本発明の処理を繰り返し適用することで、軟判定値の計算対象のビットが前記硬判定系列と異なるビット系列に対する軟判定値を計算可能である。そして、推定された軟判定値をビット確率計算部４４５に出力する。

ビット確率計算部４４５では、入力された軟判定値を用いて各ビットが「−１」である確率と「＋１」である確率を計算する。この計算は、たとえば、ビット判定部４４４で対数尤度比を用いた軟判定値計算を行った場合には、第ｋ番目のビットに対する軟判定値をＬで表すと、次式（６），（７）で計算することができる。

（第ｋ番目のビットが「−１」である確率）＝ ｅ^L／（ｅ^L ＋ １） …（６）

（第ｋ番目のビットが「＋１」である確率）＝ １／（ｅ^L ＋ １） …（７）

つぎに、ビット確率計算部４４５は、上記の各ビットが「−１」である確率と「＋１」である確率の計算結果を、期待値計算部４４６へ出力する。

期待値計算部４４６は、入力された確率と新たな信号点配置に基づき、送信シンボルの期待値を計算する。

ここで、期待値の求め方について、図３−１の３１で示される信号点配置を例にとって説明する。図３−１の３１のシンボル＃１では、”−１１”に対応する信号点と”-１−１”に対応する信号点の２つが存在する。シンボル＃１に対する期待値を計算する場合は、まず、”−１１”の信号点が出現する確率と”-１−１”の信号点が出現する確率を計算する。ただし、この場合、第１ビット目は“−１”に固定（確率１に相当）の信号点配置で判定しているため、計算に必要なのは、第２ビット目に“１”が出現する確率と第２ビット目に“−１”が出現する確率だけである。その後、各々の確率と、対応する信号点座標値（各ビットの値を２軸とする２次元座標とするときの座標値に相当）とを乗算し、足し合わせることで期待値を計算する。同様にシンボル＃２に対する期待値も、”−１−１”,“−１１”,“１−１”,“１１”の各信号点が出現する確率と対応する信号点座標値を乗算し、足し合わせることにより計算する。

ここで計算されたシンボルの期待値は、必ずしも新たな信号点配置上の信号点と一致するわけではなく、信号点からずれた位置を示すことがある。たとえば、図３−１の３１のシンボル＃１に対する期待値は、”−１１”，”-１−１”の確率が各々０．３，０．７であった場合には、“−１−０．４”となる。

以上の処理を、送信ビット数分行い、送信シンボルの期待値を尤度情報計算部４４７に出力する。

尤度情報計算部４４７では、受信信号ベクトルと、期待値計算部４４６で計算したシンボルの期待値と伝送路推定行列とを乗算したレプリカの期待値と、の間のメトリックを計算し、尤度情報β_iとする。尤度情報β_iの算出以外の処理は実施の形態１と同様である。

このように、本実施の形態においては、第２の信号判定部４４ｂで、硬判定系列の各ビットの反対のビット値の尤度情報（上記尤度情報β_iに相当）をシンボルの期待値を用いて算出することとした。これによって、硬判定系列の各ビットの反対のビット値の尤度情報を推定する際に誤ったシンボル判定結果から尤度情報を計算した場合の誤差を最小限に抑えることが可能になり、結果として高精度の軟判定計算に寄与する。

実施の形態４．
図８は、本発明にかかる受信機の実施の形態４のディジタル信号復調部４ｃの構成例を示す図である。本実施の形態のディジタル信号復調部４ｃ以外の構成は、実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１と異なる部分について説明する。

本実施の形態のディジタル信号復調部４ｃは、図８に示すように、実施の形態１のディジタル信号復調部４の第１の信号判定部４１の代わりに第１の信号部４１ａを備え、さらに、尤度情報補正部４６を備える。実施の形態１と同様の機能のものは同一の符号を付して説明を省略する。

図９に第１の信号判定部４１ａの構成例を示す。第１の信号判定部４１ａは、第４の信号判定部４１１，第５の信号判定部４１２の２つの信号判定部と、重み係数計算部４１３で構成される。本実施の形態は、第１の信号判定部４１ａと第２の信号判定部４４との判定手法の差による誤差を補正する。

なお、第１の信号判定部４１ａと第２の信号判定部４４で同じ手法により判定を行ってもよいが、一般には、第１の信号判定部４１ａでは高精度な判定を行い、第２の信号判定部４４では速度を優先した判定が行われることが予想される。その場合、本実施の形態のような補正による精度向上手法が有効となる。

以下、第１の信号判定部４１ａの処理について説明する。まず、第１の信号判定部４１ａの第４の信号判定部４１１は、入力信号である受信信号ベクトルおよび伝送路推定部４２から受け取った伝送路推定行列に基づいて、硬判定系列を推定するとともに、当該硬判定系列に対応する尤度情報αを計算する。

また、第５の信号判定部４１２は、第２の信号判定部４４で用いる信号判定手法と同一の手法を用いて、入力信号である受信信号ベクトルおよび伝送路推定部４２から受け取った伝送路推定行列に基づいて、硬判定系列および尤度情報θを計算する。たとえば、第４の信号判定部４１１には、「sphere decoding」のような演算量削減型の最尤判定法を適用し、第５の信号判定部４１２には、ＭＭＳＥ規範に基づくフィルタによる信号判定を適用する。

そして、第４の信号判定部４１１は、得られた硬判定系列を軟判定計算部４５へ、尤度情報αを軟判定計算部４５と重み係数計算部４１３へ出力する。第５の信号判定部４１２は、得られた尤度情報θを重み係数計算部４１３へ出力する。

つぎに、重み係数計算部４１３では、入力である尤度情報αとθから、重み付け係数を算出し、尤度情報補正部４６へ出力する。２つの尤度情報αとθは、第４の信号判定部４１１および第５の信号判定部４１２において、同じ信号に対して異なる信号判定手法を用いて計算された尤度情報であり、αとθの値の違いは２つの信号判定手法の信号判定精度の違いを表す。重み係数計算部４１３では、２つの尤度情報間の精度の差を補正するための重み係数を計算する。たとえば、重み係数として、尤度情報αとθの比を計算し、複数シンボル間で平均化した値を用いる。

尤度情報補正部４６は、第２の信号判定部４４から出力された尤度情報β_iと第１の信号判定部４１ａから出力された重み係数とを用いて尤度情報β_iの補正を行い、補正値β_i´を軟判定計算部４５に出力する。尤度情報β_iの補正は、重み係数の算出方法に応じて、誤差を補正するように適切な方法で行う。たとえば、前述の尤度情報αとθの比の平均値を重み係数とする場合は、重み係数と尤度情報β_iを乗算して補正後の尤度情報とする方法が考えられる。

なお、第１の信号判定部４１ａと尤度情報補正部４６以外の処理は実施の形態１と同様である。

このように、本実施の形態においては、硬判定系列に対応する尤度情報と、硬判定系列の各ビットごとの反対のビット値の尤度情報と、の間に存在する精度の差を、重み係数を用いて補正する構成とした。これによって、軟判定値の精度が向上し、その結果、通信品質を向上させることができる。

なお、本実施の形態においては、全ての信号判定部が独立に存在するような構成としているが、たとえば前述した「sphere decoding」などの信号判定法では、演算量削減型の最尤判定の処理過程にＺＦ規範やＭＭＳＥ規範に基づくフィルタによる信号分離が含まれている。このため、第４の信号判定部４１１で「sphere decoding」などの信号判定法を採用する場合、そこに含まれるＺＦ規範やＭＭＳＥ規範に基づく信号分離機能を用いて第５の信号判定部４１２や第２の信号判定部４４の機能を実現することも可能である。たとえば、図８および図９で説明した第４の信号判定部４１１，第５の信号判定部４１２，第２の信号判定部４４のうちのいずれか２つまたは全部を１つの信号判定部とする構成をとることも可能である。

実施の形態５．
図１０は、本発明にかかる受信機の実施の形態５の構成例を示す図である。本実施の形態では、実施の形態１のディジタル信号復調部４，復号部６の代わりに、ディジタル信号復調部４ｄ，復号部６ａをそれぞれ備える。さらに、本実施の形態では、インターリーブ部８，加算器７，９が追加されている。実施の形態１と同様の機能のものは同一の符号を付して説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる部分について説明する。

本実施の形態においては、デインターリーブ部５、復号部６ａ、インターリーブ部８、加算器７および９が、全体として信号復号手段として動作する。復号部６ａは、いわゆる軟入力軟出力復号器であり、本実施の形態の受信機は、この復号部６ａが出力する復号データに基づいて事前情報を生成し、この事前情報に基づきディジタル信号復調部４ｄが信号復調動作を行う。そして、信号復号手段とディジタル信号復調部４ｄとの間で事前情報および軟判定値のやりとりを所定回数実施した後に、復号部６ａが、算出した復号データを最終データとして出力する。このようにして、判定精度の向上を図ることができる。

図１１は、本実施の形態のディジタル信号復調部４ｄの構成例を示す図である。ディジタル信号復調部４ｄは、上述した実施の形態１のディジタル信号復調部４の第１の信号判定部４１，第２の信号判定部４４に代えて、それぞれ第１の信号判定部４１ｂおよび第２の信号判定部４４ｃを備える。なお、実施の形態１と同様の機能のものは同一の符号を付して説明を省略する。

第１の信号判定部４１ｂは、受信信号ベクトル、伝送路推定行列、および後述するインターリーブ部８からの出力信号である事前情報に基づいて信号判定を行い硬判定系列とそれに対応する尤度情報αとを出力する。たとえば、第１の信号判定部４１ｂは、事前情報を考慮した尤度情報の生成方法として知られているＭＡＰ（Maximum A posteriori Probability）推定を行う「sphere decoding」等を使用して尤度情報を生成する。また、第１の信号判定部４１ｂは、推定した尤度情報αを軟判定計算部４５へ、硬判定系列を信号点情報生成部４３および軟判定計算部４５へそれぞれ出力する。

一方、第２の信号判定部４４ｃは、受信信号ベクトル、伝送路推定行列、信号点情報生成部４３で生成される新たな信号点配置、およびインターリーブ部８からの出力信号である事前情報を用いて、事前情報を考慮した信号判定が実行され、その結果として尤度情報β_iを得る。ここで用いる信号判定方式は、事前情報を考慮した信号判定が可能な方式であれば任意のものを適用可能であるが、たとえば、ＭＭＳＥ規範に基づいたフィルタを用いる方式が適用可能である。第２の信号判定部４４ｃで得られた尤度情報β_iは軟判定値計算部４５へ出力される。

つぎに、軟判定値計算部４５は、第１の信号判定部４１ｂから受け取った尤度情報αおよび硬判定系列、第２の信号判定部４４ｃから受け取った尤度情報β_iに基づいて軟判定値を算出する。

つぎに、上記ディジタル信号復調部４ｄから軟判定値を受け取った加算器７は、その軟判定値からインターリーブ部８の出力信号である事前情報を減算し、その結果をデインターリーブ部５に対して出力する。デインターリーブ部５は、送信信号に対して送信機が行ったインターリーブと逆の処理を行い、その結果を復号部６ａおよび加算器９に対して出力する。

復号部６ａは、たとえば、ＳＯＶＡ（Soft Output Viterbi Algorithm）復号器や、ＭＡＰ復号器などの、いわゆる軟入力軟出力復号器により実現されるものであり、デインターリーブ部５から受け取った信号に対して復号処理を行う。また、加算器９は、デインターリーブ部５から受け取った信号を復号部６ａの出力信号（軟出力）から減算し、その結果をインターリーブ部８に対して出力する。インターリーブ部８は、送信機が行ったインターリーブと同じ処理を行い、その結果を事前情報として第１の信号判定部４１ｂ，第２の信号判定部４４ｃ，および加算器７に出力する。

以上の処理を所定回数繰り返した後に、復号部６ａが最終的な復号データを出力する。

なお、本実施の形態においては、上述した実施の形態１にかかる受信機にインターリーブ部８などを追加した構成としたが、これに限らず、上述した実施の形態２〜４のいずれか１つの受信機に対してインターリーブ部８などを追加した構成としてもよい。

このように、本実施の形態においては、ディジタル信号復調部４ｄと復号部６ａとの間で、上記加算器７，デインターリーブ部５，加算器９，インターリーブ部８を介して軟判定値および事前情報をやりとりしながら、上述した軟判定値の生成処理および復号処理を所定回数にわたって繰り返し、最終的に得られた復号データを最終結果として出力するようにした。これにより、判定データの精度が向上し、前述した実施の形態１〜４に比べてさらに良好な通信を実現することができる。

実施の形態６．
図１２は、本発明にかかる受信機の実施の形態６の構成例を示す図である。本実施の形態では、実施の形態１のディジタル信号復調部４の代わりに、ディジタル信号復調部４ｅを備え、さらに、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部１０−１〜Ｎと並直列変換部１１が追加されている。実施の形態１と同様の機能のものは同一の符号を付して説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる部分について説明する。

本実施の形態の処理について図１２を用いて説明する。まず、アンテナ１−１〜１−Ｎを介して受信したマルチキャリア高周波アナログ信号（たとえば、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access），ＭＣ−ＣＤＭＡ（Multi Carrier-Code Division Multiple Access）方式の信号）は、アナログ信号処理部２−１〜２−Ｎにおいて所定の受信処理が行われた後、ＦＦＴ部１０−１〜１０−Ｎに入力される。ＦＦＴ部１０−１〜１０−Ｎは、入力信号に対し、離散フーリエ変換または高速離散フーリエ変換を行うことにより、時間領域信号をサブキャリアごとの周波数領域信号に変換し、その結果をディジタル信号復調部４ｅに出力する。

ディジタル信号復調部４ｅは、上述した実施の形態１〜５のいずれか一つの受信機が備えるディジタル信号復調部と同様の構成および機能を有し、同様の手順により軟判定値を出力する。ただし、本実施の形態のディジタル信号復調部４ｅは、入力の受信信号のかわりにサブキャリアごとの周波数領域信号を入力信号とし、サブキャリアごとに軟判定値を計算する。そして、並直列変換部１１は、ディジタル信号復調部４ｅにおいて推定された各サブキャリアの復調データを直列に並び替え、その結果をデインターリーブ部に出力する。以降、デインターリーブ部５、復号部６において、サブキャリアごとに、実施の形態１と同様の処理を行う。

なお、本実施の形態においては、上述した実施の形態１にかかる受信機にＦＦＴ部１０−１〜１０−Ｎなどを追加した構成としたが、これに限らず、上述した実施の形態２〜５のいずれか１つの受信機に対してＦＦＴ部１０−１〜１０−Ｎを追加し、サブキャリアごとに軟判定値を出力するようにしてもよい。

このように、本実施の形態においては、ＯＦＤＭやＯＦＤＭＡ，ＭＣ−ＣＤＭＡにおけるマルチキャリア信号を受信する場合に、受信信号をサブキャリアごとに復調することとし、前述したディジタル信号復調部による処理を適用することとした。これにより、ＯＦＤＭやＯＦＤＭＡ，ＭＣ−ＣＤＭＡを採用する場合であっても、前述した実施の形態１〜５と同様の効果を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる受信装置は、複数のアンテナで受信した信号を復調する通信装置として有用であり、特に、最尤判定法を用いて復調を行う通信に適している。

実施の形態１の受信機の構成例を示す図である。 実施の形態１のディジタル信号復調部の構成例を示す図である。 信号点情報生成部の生成する信号点配置の例を示す図である。 信号点情報生成部の生成する信号点配置の例を示す図である。 信号点情報生成部の生成する信号点配置の例を示す図である。 信号点情報生成部の生成する信号点配置の例を示す図である。 実施の形態２のディジタル信号復調部の構成例を示す図である。 実施の形態２の第２の信号判定部の構成例を示す図である。 実施の形態３のディジタル信号復調部の構成例を示す図である。 実施の形態３の第２の信号判定部の構成例を示す図である。 実施の形態４のディジタル信号復調部の構成例を示す図である。 実施の形態４の第１の信号判定部の構成例を示す図である。 実施の形態５の受信機の構成例を示す図である。 実施の形態５のディジタル信号復調部の構成例を示す図である。 実施の形態６の受信機の構成例を示す図である。

符号の説明

１−１〜１−Ｎ アンテナ
２−１〜２−Ｎ アナログ信号処理部
３−１〜３−Ｎ Ａ／Ｄ変換部
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ ディジタル信号復調部
５ デインターリーブ部
６，６ａ 復号部
７，９ 加算器
８ インターリーブ部
１０−１〜１０−Ｎ ＦＦＴ部
１１ 並直列変換部
４１，４１ａ，４１ｂ 第１の信号判定部
４２ 伝送路推定部
４３ 信号点情報生成部
４４，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ 第２の信号判定部
４５ 軟判定計算部
４１１ 第４の信号判定部
４１２ 第５の信号判定部
４１３ 重み係数計算部
４４１ シンボル判定部
４４２ レプリカ減算部
４４３ 第３の信号判定部
４４４ ビット判定部
４４５ ビット確率計算部
４４６ 期待値計算部
４４７ 尤度情報計算部

Claims (6)

1. 複数のアンテナにより受信した信号（受信信号と呼ぶ）を、最尤判定法を用いて復調する受信装置であって、
   前記受信信号および当該受信信号の伝送路応答に基づいて硬判定系列を推定し、当該硬判定系列と当該硬判定系列に対応する第１の尤度情報とを出力する第１の信号判定手段と、
   送信シンボルのビット位置ごとに、前記受信信号のとりうる全ての信号点から、対象ビット位置のビット値が前記硬判定系列における同一ビット位置のビット値と一致する信号点を除いた、新たな信号点配置を生成する信号点情報生成手段と、
   送信シンボルのビット位置ごとに生成された前記新たな信号点配置を用いて、前記受信信号および前記伝送路応答に基づく信号判定を行い、当該信号判定結果に対応する第２の尤度情報を算出して出力する第２の信号判定手段と、
   前記第１の尤度情報と前記第２の尤度情報を用いて軟判定値を計算する軟判定計算手段と、
   を備えることを特徴とする受信装置。
2. 前記第２の信号判定手段は、
   前記受信信号を前記軟判定値の計算対象のビットを含むシンボルとそれ以外のシンボルに分離し、前記軟判定値の計算対象のビットを含むシンボルについて信号判定を行う第３の信号判定手段と、
   前記信号判定の結果と前記伝送路応答とを用いてレプリカを作成し、前記受信信号から当該レプリカを減算した信号を生成するレプリカ減算手段と、
   前記レプリカ減算手段で生成された信号と前記伝送路応答とを用いて、送信シンボルのうち前記第３の信号判定手段で判定されていないシンボルの信号判定を行う第４の判定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 前記第２の信号判定手段は、前記受信信号と前記伝送路応答と前記新たな信号点配置から、軟判定値の計算対象のビットが前記硬判定系列と異なるビット系列に対する軟判定値を算出し、当該軟判定値を用いて軟判定値の計算対象のビットが前記硬判定系列と異なるビット系列に対応する送信シンボルの期待値を計算し、当該期待値に基づいて第２の尤度情報を計算することを特徴とする請求項１または２に記載の受信装置。
4. 前記第２の判定手段の出力を所定の補正係数を用いて補正する尤度情報補正手段、
   をさらに備え、
   前記第１の信号判定手段が、前記受信信号および前記伝送路応答に基づいて前記第２の信号判定手段と同一の手法による信号判定を行い、前記信号判定の結果に対応する第３の尤度情報を算出し、その後、前記第１の尤度情報と前記第３の尤度情報とを用いて前記所定の補正係数を算出することを特徴とする請求項１、２または３に記載の受信装置。
5. 前記軟判定計算手段により計算された軟判定値に基づいて、軟入力軟出力の復号を所定回数にわたって繰り返し実行する復号手段、
   をさらに備え、
   前記第１の信号判定手段および前記第２の信号判定手段は、前記復号手段の出力に基づいて信号判定を前記所定回数にわたって繰り返し実行することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の受信装置。
6. 時間領域の受信信号を周波数領域信号に変換しサブキャリア信号を算出する信号変換手段、
   をさらに備え、
   前記受信信号がマルチキャリア変調方式の信号である場合に、前記第１の信号判定手段および第２の信号判定手段は、前記サブキャリア信号を受信信号として判定し、前記軟判定計算手段は、サブキャリア信号ごとに軟判定値を計算することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の受信装置。

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