JP2009100408A - 最尤復号化方法、最尤復号装置、及び受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】ＱＲＭ−ＭＬＤ処理において個別に送信信号の候補を推定すると他の送信信号の影響が反映されず推定解の品質が劣化する。
【解決手段】複数の受信アンテナで受信した複数の受信信号を、複数の送信アンテナで送信した複数の送信信号に分離する最尤復号化方法であって、前記受信信号に対応するチャネルインパルス応答から、チャネル行列を生成し、前記生成されたチャネル行列を複数の小行列に分割し、前記分割された小行列に対応する前記受信信号の部分を特定し、前記分割された小行列の逆行列を用いて前記分割された小行列を変換し、前記変換された小行列をＱＲ分解することによって三角行列を取得し、前記取得した三角行列を用いて前記各部分の受信信号を変換し、前記変換された受信信号に対応する前記送信信号の各部分の組み合わせ候補を一つ決定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の送受信アンテナを用いて高速かつ安定な通信を行う無線通信方法及び無線通信装置に関し、特に、受信信号の最尤復号の処理に関する。

複数の送信受信アンテナを用いて無線通信を行うＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）方式は、高い伝送速度を達成できる。しかし、高い伝送速度を達成するために、受信信号に混在する複数の送信信号の干渉を正確に分離し、検出する処理が必要である。最尤復号（ＭＬＤ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）は、最も優れた特性が得られる検出方法であるが、処理が複雑になるため、膨大な演算量を必要とする。そこで、実用的な近似方法としてＱＲＭ−ＭＬＤ処理が提案されている。

非特許文献１には、逆行列演算（ゼロフォーシング）の処理を予め実行し、一つの送信信号の候補数を一定数（例えば、４）に限定してから全ての送信信号をＭＬＤ処理によって推定する技術が記載されている。

また、特許文献１には、非特許文献１に記載されている逆行列演算の処理を実行後、各送信信号のＳＮ比に応じて各送信信号の候補数を設定し、全ての送信信号をＭＬＤ処理によって推定する技術が記載されている。

ここで、図１０及び図１１を用いて従来のＱＲＭ−ＭＬＤ処理について説明する。

図１０は、従来技術のＱＲＭ−ＭＬＤ処理を実行するＱＲＭ−ＭＬＤ処理部の構成図である。

ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部は、各チャネル推定部７１、チャネル行列生成部７２、ＱＲ分解処理部７３、信号変換部７４、及びＭＬＤ処理部７５を備える。

各チャネル推定部７１は、既知のパイロット信号を用いて、各伝搬路のチャネルインパルス応答を推定する。

チャネル行列生成部７２は、各チャネル推定部７１で推定されたチャネルインパルス応答を行列要素とするチャネル行列Ｈを生成する。

ＱＲ分解処理部７３は、チャネル行列生成部７２で生成されたチャネル行列をＱＲ分解する。例えば、送信アンテナ及び受信アンテナの数が４本ずつの場合、送信信号Ｔと受信信号Ｒとの関係はＲ＝ＨＴであり、次式で表される。

そして、チャネル行列のＱＲ分解は、Ｈ＝ＱＨ’であり、次式で表される。

ＱＲ分解は、一意の行列の変換であり、右辺の一つ目の行列Ｑは、ユニタリー行列（複素共役転置との行列積が単位行列に等しい）である。また、二つ目の行列Ｈ’は、上三角行列である。

次に、行列Ｑの複素共役転置行列をＱ^*と表し、式（１）の両辺に左側からＱ^*を乗算して左辺をＱ^*Ｒ＝Ｚとおく場合、右辺はＱ^*ＨＴ＝Ｑ^*（ＱＨ’）Ｔ＝Ｈ’Ｔとなり、次式で表される。

信号変換部７４は、ＱＲ分解によって得られるユニタリー行列の複素共役転置行列を受信信号に乗算し、受信信号を新たな信号に変換する。例えば、式（３）で表されるように、受信信号行列Ｒに複素共役転置行列Ｑ^*を乗算し、信号行列Ｚに変換する。

ＭＬＤ処理部７５は、ＭＬＤ処理によって送信信号を推定する。

次に、ＱＲ分解後のＭＬＤ処理の詳細を説明する。まず、式（３）においてｔ₄に着目すると、ｚ₄＝ｈ₄₄’ｔ₄が成立する。ここで、変復調にＱＰＳＫ方式を用いることを考えると、送信信号のシンボル候補は、多値数に応じて４種類となる。各シンボル候補について、ｈ₄₄’ｔ₄を計算し、ｚ₄との２乗ユークリッド距離を算出する。算出されたユークリッド距離のうち、最も短いシンボルの候補が、正しい送信信号である確率が高いと推定される。次に、ｔ₃に着目すると、ｚ₃＝ｈ₃₃’ｔ₃＋ｈ₃₄’ｔ₄が成立するため、ｔ₃及びｔ₄のシンボル候補の組み合わせ（４×４＝１６種類）について、ｈ₃₃’ｔ₃＋ｈ₃₄’ｔ₄を計算し、ｚ₃との２乗ユークリッド距離を算出する。ｚ₃との２乗ユークリッド距離及びｚ₄との２乗ユークリッド距離を合わせて、１６種類のシンボル候補のユークリッド距離を算出する。算出されたユークリッド距離のうち、最も短いシンボルの候補が正しい信号であると推定される。同様の処理をｔ₁まで続けるのがＭＬＤ処理である。なお、ｔ₁では、４の４乗（＝２５６）種類のシンボル候補について距離計算が必要となり、一般に、多値数Ｃのシンボルで送信アンテナ数Ｎを用いて送信する場合、ＣのＮ乗という膨大な演算量が必要となる。そこで、演算量を削減するため、Ｍアルゴリズムが適用される。

図１１は、従来技術のＭアルゴリズムの処理の動作図である。

まず、送信信号ｔ₄の候補として、Ｃ₁〜Ｃ₄の４種類の信号レプリカを生成する。信号レプリカとは、受信装置で仮に設定される信号である。具体的には、推定されたチャネルインパルス応答に基づいて受信信号として想定された信号である。

次に、４種類の信号レプリカについて、送信信号ｔ₃の候補を４種類ずつ信号レプリカとして生成し、１６種類の送信信号ｔ₃の候補を設定する。そして、設定された各送信信号の候補と変換信号Ｚとの２乗ユークリッド距離を計算し、計算された２乗ユークリッド距離が近い順に（ｔ₃、ｔ₄）の組み合わせを絞り込む。例えば、図１１に示されるようにＭ＝３の場合、（ｔ₃、ｔ₄）の組み合わせを３種類の候補に絞り込む。

次に、ｔ₃で絞り込まれた３種類の送信信号の候補について送信信号ｔ₂の信号レプリカを生成し、２乗ユークリッド距離を計算する。

最後に、送信信号ｔ₁についても同様に、ｔ₂で絞り込まれた３種類の送信信号の候補についてＭアルゴリズムの処理を実行し、最終的に２乗ユークリッド距離が最短となる送信信号（ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、ｔ₄）の組み合わせを決定する。つまり、途中の処理の段階で組み合わせの候補を絞り込むことによって、最適解を見逃す可能性は生じるが、指数関数的な演算量の増大を抑えることができる。
特開２００６−２１１１３１号公報 古田浩之、池田哲臣、"ミリ波モバイルカメラ用ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ伝送装置の試作とレイリーフェージング環境下での伝送性能の評価"、電子情報通信学会無線通信システム研究会技術報告、ＲＣＳ２００５−１４１、２００６年１月、ｐｐ．１０１−１０６

前述した従来技術では、各送信信号の複数の候補を個別に推定し、それから全ての送信信号の複数の候補を組み合わせてＭＬＤ処理を行っていたため、個別に送信信号の複数の候補を推定する場合、他の送信信号の影響が反映されず、推定解の品質が劣化する可能性が高かった。

本発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、複数の受信アンテナで受信した複数の受信信号から、複数の送信アンテナで送信した複数の送信信号を分離して推定する最尤復号化方法であって、前記受信信号に対応するチャネルインパルス応答から、チャネル行列を生成し、前記生成されたチャネル行列を複数の小行列に分割し、前記分割された小行列に対応する前記受信信号の部分を特定し、前記分割された小行列の逆行列を用いて前記分割された小行列を変換し、前記変換された小行列をＱＲ分解することによって三角行列を取得し、前記取得した三角行列を用いて前記各部分の受信信号を変換し、前記変換された受信信号に対応する前記送信信号の各部分の組み合わせ候補を一つ決定する。

本発明の一形態によると、各チャネル行列を小行列に分割してからＭＬＤ処理を実行することによって演算量を削減することができる。また、各小行列において複数の送信信号のＭＬＤ処理を実行して、複数の送信信号の候補を推定することによって送信信号間の影響が反映され、推定解の品質を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

＜実施の形態１＞
まず、本発明の第１の実施の形態のＭＩＭＯ通信システムについて説明する。

図１Ａは、本発明の第１の実施の形態のＭＩＭＯ通信システムの構成図である。

ＭＩＭＯ通信システムは、送信機１、受信機２、送信アンテナ３（３Ａ〜３Ｄ）、及び受信アンテナ４（４Ａ〜４Ｄ）を備える。以下、３Ａ〜３Ｄを集約して３として説明することもある。また、４Ａ〜４Ｄを集約して４として説明することもある
送信機１は、送信データ（ｔ₁〜ｔ₄）を送信信号として、異なる４本の送信アンテナ３によって、同一の周波数で同時に送信する。なお、送信信号は、各伝搬路のチャネルインパルス応答（ｈ₁₁〜ｈ₄₄）の影響を受ける。

受信機２は、チャネルインパルス応答（ｈ₁₁〜ｈ₄₄）の影響を受けた信号を異なる４本の受信アンテナ４によって受信する。また、受信信号には複数の送信データが混在しているため、混在している送信信号を受信信号から分離して推定する信号分離処理を実行し、推定信号（ｒ₁’〜ｒ₄’）、すなわち、送信信号の推定解を求める。

なお、図１Ａには、送信アンテナ３及び受信アンテナ４がそれぞれ４本ずつ示されているが、異なるアンテナをいくつ備えてもよい。

図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態の受信機２の構成図である。

受信機２は、ＲＦ受信回路部５及びベースバンド信号処理部６を備える。

ＲＦ受信回路部５は、受信アンテナ数と同数の受信回路７（７Ａ〜７Ｄ）を備える。以下、７Ａ〜７Ｄを集約して７として説明することもある。受信回路７は、受信アンテナ４から受信した信号の振幅を増幅し、増幅した受信信号をベースバンド信号処理部に入力する。

ベースバンド信号処理部６は、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８、対数尤度計算部９、及び復号化処理部１０を備える。

ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、受信信号に混在する送信信号の干渉を分離する。なお、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８の詳細は、後述する図４で説明する。

対数尤度計算部９は、分離された信号の対数尤度を計算する。

復号化処理部１０は、計算された対数尤度に基づいて、復号化処理（例えば、ターボ復号化処理）を実行する。

本発明の第１の実施の形態のＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、全体の演算量を削減するため、チャネル行列を複数の小行列に分割して変形し、変形された小行列毎にＱＲ分解する。さらに、ＱＲ分解から得られる三角行列を用いてＭＬＤ処理を実行する。そして、最後に各々のＭＬＤ処理の結果を組合せて推定解を得る。

以上の処理を分割ＱＲＭ−ＭＬＤ処理と呼び、信号分割数２の場合のＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８の構成図を図２に示す。なお、信号分割数は、チャネル行列の分割に対応して送受信信号が分割される数である。

図２は、本発明の第１の実施の形態のＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８の構成図である。

ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、各チャネル推定部２１、チャネル行列生成部２２、行列分割処理部２３、ＱＲ分解処理部２４（２４Ａ、２４Ｂ）、信号変換部２５（２５Ａ、２５Ｂ）、ＭＬＤ処理部２６（２６Ａ、２６Ｂ）及び分割制御部２８を備える。以下、２４Ａ、２４Ｂを集約して２４として説明することもある。また、２５Ａ、２５Ｂを集約して２５として説明することもある。また、２６Ａ、２６Ｂを集約して２６として説明することもある。

各チャネル推定部２１は、既知のパイロット信号を用いて、各伝搬路のチャネルインパルス応答を推定する。

チャネル行列生成部２２は、各チャネル推定部２１で推定されたチャネルインパルス応答を行列要素とするチャネル行列を生成する。

行列分割処理部２３は、チャネル行列生成部２２で生成されたチャネル行列を小行列に分割して変形する。

例えば、行列分割処理部２３は、式（１）の右辺に現れる４行４列のチャネル行列を、２行２列の四つの小行列式（４）〜（７）に分割する。

これらの四つの小行列を用いると、式（１）で表された４種類ずつの送受信信号は、信号分割数と同じ ２種類ずつに分割されて、式（８）及び式（９）に表される式で記述される。

さらに、式（８）及び式（９）を用いて送信信号（ｔ₁，ｔ₂）に関して変形すると、式（１０）が得られる。また、送信信号（ｔ₃，ｔ₄）に関して変形すると、式（１１）が得られる。

ここで、式（１０）及び式（１１）のＨ^-1は、行列Ｈの逆行列を示す。

以上のように、送信信号（ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃，ｔ₄）は、式（１０）と式（１１）の二つに分割される。

なお、チャネル行列が小行列に分割される場合には、チャネル行列の行及び列が、割り切れる数（チャネル行列の行及び列の数の公約数）でそれぞれ分けられるように分割される。そうすることによって、分割された小行列のサイズが等しくなり、並列演算処理を実施する場合に処理時間を最短にできる。また、チャネル行列の分割によって得られる小行列のサイズが最も小さく（すなわち小行列数が最も多く）なるように、チャネル行列が分割されるとよい。後述する分割されたチャネル行列に対するＱＲ分解処理では、例えば行列サイズがｎ行ｎ列においてｎの３乗程度の演算量を要する。例えばサイズ（ｎ／２）行（ｎ／２）列の４行列に分割した場合、逐次演算処理であっても、行列数は４倍となるが各行列の演算は（１／２）＾３＝１／８倍となり、全体の演算量は減少する。つまり小行列のサイズを小さくする程、演算量が削減できる。

ＱＲ分解処理部２４は、行列分割処理部２３で分割された各チャネル行列をＱＲ分解する。ここで、チャネル行列は、式（１０）及び式（１１）の右辺の括弧内に表される行列とする。

信号変換部２５は、ＱＲ分解によって得られるユニタリー行列の複素共役転置行列を受信信号に乗算し、受信信号を新たな信号に変換する。

ＭＬＤ処理部２６は、分割された送信信号の組合せ（ｔ₁，ｔ₂）及び（ｔ₃，ｔ₄）を、各々のＭＬＤ処理部（２６Ａ、２６Ｂ）で推定する。

分割制御部２８は、チャネル行列生成部２２で生成されたチャネル行列に基づいて、チャネル行列の分割を制御する。例えば、分割制御部２８は、送受信アンテナの数に依存してチャネル行列の分割数（信号分割数）を決定し、決定された分割数でチャネル行列を分割するよう行列分割処理部２３に指示する。さらに、分割制御部２８は、決定された分割数に応じて、行列分割処理部２３で分割された各小行列をＱＲ分解するよう複数（動作するＱＲ分解処理部２４と同じ数）のＱＲ分解処理部２４に指示する。

図３は、本発明の第１の実施の形態の分割ＱＲＭ−ＭＬＤ処理のフローチャートである。

分割ＱＲＭ−ＭＬＤ処理は、受信信号がＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８に入力されたときに開始される。

まず、各チャネル推定部２１は、各チャネル推定部２１で送信アンテナ３と受信アンテナ４との間の伝搬路のチャネルインパルス応答を推定する（３０１）。具体的に、各チャネル推定部２１は、既知のパイロット信号を用いて伝搬路のチャネルインパルス応答を推定する。

次に、チャネル行列生成部２２は、ステップ３０１で推定されたチャネルインパルス応答を用いてチャネル行列を生成する（３０２）。

次に、行列分割処理部２３は、ステップ３０２で生成されたチャネル行列から分割チャネル行列を生成する（３０３）。分割チャネル行列を生成する具体的な処理については、図４を用いて後述する。なお、送受信アンテナの数が異なる場合には、生成されるチャネル行列が非正方型となるため、式（１０）及び式（１１）に表れる逆行列を計算するのは一般に困難となる。それを回避するための方法については後述する。

次に、ＱＲ分解処理部２４は、ステップ３０３で生成された各分割チャネル行列にＱＲ分解を実行する。そして、信号変換部２５は、ＱＲ分解された各分割チャネル行列に基づいて受信信号を変換する（３０４）。具体的には、ＱＲ分解処理部２４は、ステップ３０３で生成された各分割チャネル行列にＱＲ分解を実行することによって、ユニタリー行列の複素共役転置行列及び三角行列を得る。そして、信号変換部２５は、得られたユニタリー行列の複素共役転置行列を受信信号に乗算し、受信信号を変換する。

次に、ＭＬＤ処理部２６は、ステップ３０４で信号変換された受信信号にＭＬＤ処理を実行することによって送信信号を推定する（３０５）。

具体的に、ＭＬＤ処理部２６は、ステップ３０４で得られた変換信号にＭＬＤ処理を実行し、送信信号の候補を推定する。送信信号（ｔ₁，ｔ₂）の候補を推定する場合には、例えば、ＭＬＤ処理において設定される送信信号の信号レプリカと、ステップ３０４で変換された受信信号とのユークリッド距離が最も短い組み合わせ候補を一つ決定する。同様に、送信信号（ｔ₃，ｔ₄）についても組み合わせ候補を一つ決定する。そして、送信信号（ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃，ｔ₄）が推定値として決定される。

次に、送受信アンテナの数が異なり、ステップ３０２で生成されるチャネル行列が非正方型となる場合の逆行列の計算方法を説明する。

非正方型のチャネル行列に対応するため、正方型のチャネル行列を生成してから逆行列を計算する一般化逆行列を、式（１２）に基づいて計算する。ここで、Ｈ⁺は行列Ｈの一般化逆行列（正方型でのＨ^-1に対応する）、σ_nは雑音成分、Ｉは単位行列を表す。式（１２）の右辺において、σ_n ²Ｉの加算処理を一般化逆行列演算に追加した事によって、行列の対角成分が０に近い場合に逆行列計算が困難になるという問題を回避する効果を有する。

図４は、本発明の第１の実施の形態の分割チャネル行列作成処理のフローチャートである。

分割チャネル行列作成処理は、図３のステップ３０２でチャネル行列が生成された後に実行される。

まず、行列分割処理部２３は、信号分割数を設定する（４０１）。具体的に、行列分割処理部２３は、分割制御部２８で決定される信号分割数の情報を受信し、受信した情報を信号分割数として設定する。

次に、行列分割処理部２３は、チャネル行列生成部２２で生成されたチャネル行列を、ステップ４０１で設定された信号分割数に対応した小行列に分割する（４０２）。例えば、信号分割数が２の場合には、行及び列がそれぞれ二つに分割されて４個の小行列に分割される。また、信号分割数が３の場合には９個の小行列に分割される。

次に、行列分割処理部２３は、ステップ４０２で分割された各小行列の逆行列、又は、式（１２）に基づいた一般化逆行列を求める（４０３）。ここで、式（１２）右辺の逆行列計算は、例えば、代表的なＬＵ分解による数値計算で求めることができる。

次に、行列分割処理部２３は、ステップ４０２で分割された小行列とステップ４０３で求めた（一般化）逆行列とを用いて、式（１０）及び式（１１）の右辺の括弧内の計算を行い、分割チャネル行列を生成する（４０４）。そして、処理は終了する。

図５は、本発明の第１の実施の形態のＭＬＤ処理部２６の動作例を示す。

図１１に示した従来のＭアルゴリズムの動作例と比較すると、第１の実施形態のＭＬＤ処理では、送信信号（ｔ₁，ｔ₂）及び（ｔ₃，ｔ₄）が独立して決定される。独立して送信信号（ｔ₁，ｔ₂）及び（ｔ₃，ｔ₄）が決定されることによって、ツリーの深さが短縮（図１１に示す例では半減）されるので、全体として演算量の削減が可能となる。

＜実施の形態２＞
本発明の第２の実施の形態では、第１の実施の形態において各小行列においてＭＬＤ処理を実行して複数の送信信号の推定解を残し、最後に解の品質を向上するため、残された複数の推定解を組み合せた統合ＭＬＤ処理を行う。

図６は、本発明の第２の実施の形態のＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８の構成図である。

第１の実施の形態と異なるのは、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８が、ＭＬＤ処理部２６の後に統合ＭＬＤ処理部を備える点である。

統合ＭＬＤ処理部２７は、各ＭＬＤ処理部２６で実行された送信信号の推定結果を組み合わせて統合ＭＬＤ処理を実行する。

図７は、本発明の第２の実施の形態の分割ＱＲＭ−ＭＬＤ処理のフローチャートである。

ステップ３０１からステップ３０４は、図３のステップ３０１からステップ３０４と対応するため説明を省略する。

次に、ＭＬＤ処理部２６は、送信信号（ｔ₁，ｔ₂）が含まれる小行列にＭＬＤ処理を実行し、送信信号（ｔ₁，ｔ₂）の複数の候補を選択する（７０５）。

次に、ＭＬＤ処理部２６は、送信信号（ｔ₃，ｔ₄）が含まれる別の小行列にＭＬＤ処理を実行し、同様に送信信号（ｔ₃，ｔ₄）の複数の候補を選択する（７０６）。

次に、統合ＭＬＤ処理部２７は、ステップ３０２で生成されるチャネル行列をＱＲ分解し、ＱＲ分解された結果に基づいて受信信号を信号変換する（７０７）。

次に、統合ＭＬＤ処理部２７は、ステップ７０７で信号変換された受信信号について、ステップ７０５及びステップ７０６で選択された送信信号（ｔ₁，ｔ₂）及び（ｔ₃，ｔ₄）の複数の組み合わせ候補を用いて統合ＭＬＤ処理を行う。そして、統合ＭＬＤ処理の結果に基づいて送信信号（ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃，ｔ₄）を決定する。

具体的に、統合ＭＬＤ処理部２７は、ステップ７０５で選択された送信信号（ｔ₁，ｔ₂）の複数の組み合わせ候補と、ステップ７０６で選択された送信信号（ｔ₃，ｔ₄）の複数の組み合わせ候補とのユークリッド距離を算出し、全体のユークリッド距離が最も短くなる送信信号（ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃，ｔ₄）の候補を推定値として決定する。

図８は、本発明の第２の実施の形態の統合ＭＬＤ処理部２７の動作例を示す。

送信信号（ｔ₃，ｔ₄）は、予め推定された候補を適用するのでＭＬＤ処理がスキップされる。また、送信信号（ｔ₁，ｔ₂）も同様に候補が推定されているので、送信信号（ｔ₁，ｔ₂）と（ｔ₃，ｔ₄）とを組み合わせるＭＬＤ処理のみが実行される。したがって、全ての送信信号について信号レプリカを作成して新たにＭＬＤ処理を実行するのに比較して、演算量が少なくて済む。また、第１の実施の形態と異なり最後に統合ＭＬＤ処理を実行することによって、全ての送信信号の影響が考慮されるため、送信信号の推定解の品質を向上することができる。

図９は、本発明の第１の実施の形態及び第２の実施の形態の演算量を従来技術と比較した評価図である。

変復調方式に１６ＱＡＭを使用し、送信信号の候補を選択する数を１６とし、送受信アンテナ数をそれぞれ４×４（送信アンテナが４本、受信アンテナが４本）及び６×６（送信アンテナが６本、受信アンテナが６本）とした場合の複素乗算数を比較する。

複素乗算数を比較するために考慮する処理は、ＱＲ分解、各送信信号の信号レプリカ作成及び２乗ユークリッド距離の計算である。送信アンテナ数をＮ、変復調多値数をＣ、選択候補数をＳ、信号分割数をＧとすると、複素乗算数は、ＱＲ分解ではＮの３乗程度の演算量が必要である。また、信号レプリカ作成では、Ｃ＋ＳＣ（Ｎ／Ｇ−１）（Ｎ／Ｇ＋２）／２の演算量が必要である。また、２乗ユークリッド距離の計算では、Ｃ＋ＳＣ（Ｎ／Ｇ−１）の演算量が必要である。また、分割行列作成計算では、｛（１０／Ｇ）Ｎ＾３−１３ＧＮ｝／３の演算量が必要である。

従来型に着目すると、送受信アンテナ数が４×４の場合に、演算量が３２５３回であるのに対し、送受信アンテナ数が６×６の場合に、演算量が６８６２回であり、送受信アンテナ数の２乗程度で演算量が増加している。

一方、本発明の第１の実施の形態で信号分割数を２として小行列数を４とした場合には、各送受信アンテナ数で演算量が１７５２回及び４２０６回であり、従来型よりも演算量が減少（３９％〜４５％減）していることが分かる。さらに、送受信アンテナ数６×６で信号分割数を３として小行列数を９とした場合には、演算量が２７０６回であり、一層の削減効果（６１％減）が得られている。

また、本発明の第２の実施の形態では、統合ＭＬＤ処理が追加される分、第１の実施の形態よりも演算量が増加する。しかし、従来型と比較すると信号分割数が２の場合には、送受信アンテナ数が４×４で演算量が２０４０回（４２％減）であり、送受信アンテナ数が６×６で演算量が４５２０回（３４％減）であり、信号分割数が３の場合には、送受信アンテナ数が６×６で演算量が３２８２回（５２％減）であり、演算量が減少している事が確認できる。

本発明の第１の実施の形態のＭＩＭＯ通信システムの構成図である。 本発明の第１の実施の形態の受信機２の構成図である。 本発明の第１の実施の形態のＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８の構成図である。 本発明の第１の実施の形態の分割ＱＲＭ−ＭＬＤ処理のフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態の分割チャネル行列作成処理のフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態のＭＬＤ処理部２６の動作例を示す。 本発明の第２の実施の形態のＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８の構成図である。 本発明の第２の実施の形態の分割ＱＲＭ−ＭＬＤ処理のフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態の統合ＭＬＤ処理部２７の動作例を示す。 本発明の第１の実施の形態及び第２の実施の形態の演算量を従来技術と比較した評価図である。 従来技術のＱＲＭ−ＭＬＤ処理を実行するＱＲＭ−ＭＬＤ処理部の構成図である。 従来技術のＭアルゴリズムの処理の動作図である。

符号の説明

７１ 各チャネル推定部
７２ チャネル行列生成部
７３ ＱＲ分解処理部
７４ 信号変換部
７５ ＭＬＤ処理部

Claims (17)

1. 複数の受信アンテナで受信した複数の受信信号から、複数の送信アンテナで送信した複数の送信信号を分離して推定する最尤復号化方法であって、
   前記受信信号に対応するチャネルインパルス応答から、チャネル行列を生成する第１の手順と、
   前記生成されたチャネル行列を複数の小行列に分割し、前記分割された小行列に対応する前記受信信号の部分を特定し、前記分割された小行列の逆行列を用いて前記分割された小行列を変換する第２の手順と、
   前記変換された小行列をＱＲ分解することによって三角行列を取得し、前記取得した三角行列を用いて前記各部分の受信信号を変換する第３の手順と、
   前記変換された受信信号に対応する前記送信信号の各部分の組み合わせ候補を一つ決定する第４の手順と、を含むことを特徴とする最尤復号化方法。
2. 前記第４の手順では、
   前記変換された受信信号に対応する前記送信信号の各部分の組み合わせ候補を一つ以上選択し、
   前記各部分の決定された組み合わせ候補間のユークリッド距離が最も短くなるように、前記各部分の組み合わせ候補を一つ決定することを特徴とする請求項１に記載の最尤復号化方法。
3. 前記第２の手順で用いられる逆行列は、前記分割された小行列の対角項成分に雑音成分を付加して逆行列を求めることによって生成されることを特徴とする請求項１に記載の最尤復号化方法。
4. 前記第２の手順では、前記生成されたチャネル行列の行及び列の公約数で、前記生成されたチャネル行列の行及び列を分けて、複数の小行列に分割することを特徴とする請求項１に記載の最尤復号化方法。
5. 前記第２の手順では、前記生成されたチャネル行列の分割によって得られる複数の小行列の数が最も多くなるように、前記生成されたチャネル行列を分割することを特徴とする請求項１に記載の最尤復号化方法。
6. 複数の受信アンテナで受信した複数の受信信号から、複数の送信アンテナで送信した複数の送信信号を分離して推定する最尤復号装置であって、
   前記受信信号に対応するチャネルインパルス応答から、チャネル行列を生成するチャネル行列生成部と、
   前記生成されたチャネル行列を複数の小行列に分割し、前記分割された小行列に対応する前記受信信号の部分を特定し、前記分割された小行列の逆行列を用いて前記分割された小行列を変換する行列分割処理部と、
   前記変換された小行列をＱＲ分解することによって三角行列を取得するＱＲ分解処理部と、
   前記取得した三角行列を用いて前記各部分の受信信号を変換する信号変換部と、
   前記変換された受信信号に対応する前記送信信号の各部分の組み合わせ候補を一つ決定するＭＬＤ処理部と、を備えることを特徴とする最尤復号装置。
7. 前記最尤復号装置は、前記生成されたチャネル行列に基づいて、チャネル行列の分割数を決定し、前記決定された分割数に基づいて前記チャネル行列を分割するよう前記行列分割処理部及び前記ＱＲ分解処理部に指示する分割制御部を備えることを特徴とする請求項６に記載の最尤復号装置。
8. 前記ＭＬＤ処理部は、
   前記変換された受信信号に対応する前記送信信号の各部分の組み合わせ候補を一つ以上選択し、
   前記各部分の決定された組み合わせ候補間のユークリッド距離が最も短くなるように、前記各部分の組み合わせ候補を一つ決定することを特徴とする請求項６に記載の最尤復号装置。
9. 前記行列分割処理部で用いられる逆行列は、前記分割された小行列の対角項成分に雑音成分を付加して逆行列を求めることによって生成されることを特徴とする請求項６に記載の最尤復号装置。
10. 前記行列分割処理部は、前記生成されたチャネル行列の行及び列の公約数で、前記生成されたチャネル行列の行及び列を分けて、複数の小行列に分割することを特徴とする請求項６に記載の最尤復号装置。
11. 前記行列分割処理部は、前記生成されたチャネル行列の分割によって得られる複数の小行列の数が最も多くなるように、前記生成されたチャネル行列を分割することを特徴とする請求項６に記載の最尤復号装置。
12. 複数の送信アンテナによって送信された複数の送信信号を受信する複数の受信アンテナと、
    前記受信アンテナで受信された複数の受信信号を増幅するＲＦ受信回路部と、
    前記増幅された受信信号を復号化するベースバンド信号処理部と、を備える受信機であって、
    前記ベースバンド信号処理部は、
    前記振幅が増幅された受信信号から複数の送信アンテナで送信した複数の送信信号を分離して推定する最尤復号装置と、
    前記分離された複数の送信信号の対数尤度を計算する計算部と、
    前記計算された対数尤度に基づいて前記分離された複数の送信信号を復号化する復号化部と、を備え、
    前記最尤復号装置は、
    前記受信信号に対応するチャネルインパルス応答から、チャネル行列を生成するチャネル行列生成部と、
    前記生成されたチャネル行列を複数の小行列に分割し、前記分割された小行列に対応する前記受信信号の部分を特定し、前記分割された小行列の逆行列を用いて前記分割された小行列を変換する行列分割処理部と、
    前記変換された小行列をＱＲ分解することによって三角行列を取得するＱＲ分解処理部と、
    前記取得した三角行列を用いて前記各部分の受信信号を変換する信号変換部と、
    前記変換された受信信号に対応する前記送信信号の各部分の組み合わせ候補を一つ決定するＭＬＤ処理部と、を備えることを特徴とする受信機。
13. 前記最尤復号装置は、前記生成されたチャネル行列に基づいて、チャネル行列の分割数を決定し、前記決定された分割数に基づいて前記チャネル行列を分割するよう前記行列分割処理部及び前記ＱＲ分解処理部に指示する分割制御部を備えることを特徴とする請求項１２に記載の受信機。
14. 前記ＭＬＤ処理部は、
    前記変換された受信信号に対応する前記送信信号の各部分の組み合わせ候補を一つ以上選択し、
    前記各部分の決定された組み合わせ候補間のユークリッド距離が最も短くなるように、前記各部分の組み合わせ候補を一つ決定することを特徴とする請求項１２に記載の受信機。
15. 前記行列分割処理部で用いられる逆行列は、前記分割された小行列の対角項成分に雑音成分を付加して逆行列を求めることによって生成されることを特徴とする請求項１２に記載の受信機。
16. 前記行列分割処理部は、前記生成されたチャネル行列の行及び列の公約数で、前記生成されたチャネル行列の行及び列を分けて、複数の小行列に分割することを特徴とする請求項１２に記載の受信機。
17. 前記行列分割処理部は、前記生成されたチャネル行列の分割によって得られる複数の小行列の数が最も多くなるように、前記生成されたチャネル行列を分割することを特徴とする請求項１２に記載の受信機。

Images