JP2009302771A - 通信装置、通信方法およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】位相エラー成分や振幅エラー成分が復調に大きな影響を及ぼす変調方式で変調された信号を復号する際の特性劣化を抑えることが可能な通信装置を提供すること。
【解決手段】変調方式に応じた送信パターンを生成する送信パターン生成部と、受信した信号の受信信号ベクトルと、チャネル情報と送信パターンとの積である推定ベクトルとの間の信号間距離を計算するメトリック計算部と、メトリック計算部で計算された信号間距離から最尤な信号パターンを決定する最尤パターン決定部と、受信信号ベクトルに含まれる位相エラー成分および振幅エラー成分を推定するエラー推定部と、を含み、メトリック計算部は、エラー推定部で推定された位相エラー成分及び／または振幅エラー成分を反映して受信信号ベクトルと推定ベクトルとの間の信号間距離を計算する、通信装置が提供される。
【選択図】図３

Description

本発明は、通信装置、通信方法およびコンピュータプログラムに関し、より詳細には、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）方式によって通信を行う通信装置、通信方法およびコンピュータプログラムに関する。

送信側と受信側とでそれぞれ複数のアンテナを有して、当該複数のアンテナによって、空間分割多重を利用した通信（ＭＩＭＯ方式：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）により伝送容量の拡大を行なう無線通信システムがある。

ＭＩＭＯ受信方式の中で、最良な特性を示す最尤推定法（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ：ＭＬＤ）は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の不完全性による各種エラー成分（位相ノイズ、振幅ひずみ、周波数オフセットやクロックずれなど）に対する耐性が非常に弱いことが分かっている。

図５は、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｅｒｒｏｒ）法及びＭＬＤ法のＰＥＲ（Ｐａｃｋｅｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ；パケット誤り率）特性をグラフで示す説明図である。図５における変調方式は、６４ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）×２のＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）１２である。図５に示したように、周波数オフセットのみを印加しただけでも、ＷＬＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ；無線ＬＡＮ）の１１ｎフォーマットに挿入されているパイロット情報を用いた補正を行っても、ＭＬＤの特性はＭＭＳＥよりも悪くなってしまっている。

位相エラーに関する耐性を調べたところ、シミュレーション評価により、ＭＬＤ本来の特性を維持するためには、６４ＱＡＭ×２の場合は１°〜２°程度に収める必要があり、６４ＱＡＭには極めて高い精度が求められることが分かっている。ＲＦのＥＶＭ（Ｅｒｒｏｒ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）を３％ＲＭＳ（３０［ｄＢ］）に達成できたとしても、仮に位相エラーだけを考えた場合に、潜在的に非線形な位相エラーが３°程度、常に存在することになる。ＷＬＡＮでは、セルラー通信のようにＣｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌが常時送信されている訳ではないので、６４ＱＡＭのＭＩＭＯ−ＭＬＤ受信による特性劣化を防ぐことは極めて困難である。

ＲＦエラー補正に関する特性改善方法は各種提案されているが、ＭＬＤに対する効用としては、１６ＱＡＭに関するものが多く、殆どがセルラー通信に関するものである。一方、システム設計の立場からは、システムが許容しなければならないレイテンシ規制が存在する。セルラー通信の場合、数ミリ秒のレイテンシが許容できるので、ターボ復号器やＬＤＰＣ（Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ Ｃｈｅｃｋ）などの強力な誤り訂正復号を反復して用いることで、ＲＦを通ることで非線形ノイズや歪みを除去しながらＭＬＤを行うことができる。

しかし、ＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）の非常に厳しいレイテンシ規制（１６マイクロ秒）のあるＷＬＡＮでは、誤り訂正復号を反復して用いることは現実的でない。また、ＷＬＡＮでは、Ｋ＝７ビタビが誤り訂正復号のベースであるから、反復して用いても非線形ノイズや歪みの除去が期待できないこともある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、複数のアンテナ素子で受信した信号から位相エラーや振幅エラーを推定し、最尤信号の組み合わせを探索することで、６４ＱＡＭ ＭＩＭＯ−ＭＬＤのように、受信信号に含まれる位相エラー成分や振幅エラー成分が復調に大きな影響を及ぼす変調方式で変調された信号を復号する際の特性劣化を抑えることが可能な、新規かつ改良された通信装置、通信方法およびコンピュータプログラムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、変調方式に応じた送信パターンを生成する送信パターン生成部と、複数のアンテナ素子で受信した信号の受信信号ベクトルと、チャネル情報と送信パターンとの積である推定ベクトルとの間の信号間距離を計算するメトリック計算部と、メトリック計算部で計算された信号間距離から最尤な信号パターンを決定する最尤パターン決定部と、受信信号ベクトルに含まれる位相エラー成分および振幅エラー成分を推定するエラー推定部と、を含み、メトリック計算部は、エラー推定部で推定された位相エラー成分及び／または振幅エラー成分を反映して受信信号ベクトルと推定ベクトルとの間の信号間距離を計算する、通信装置が提供される。

かかる構成によれば、送信パターン生成部は、変調方式に応じた送信パターンを生成し、メトリック計算部は、複数のアンテナ素子で受信した信号の受信信号ベクトルと、チャネル情報と送信パターンとの積である推定ベクトルとの間の信号間距離を計算する。また、最尤パターン決定部は、メトリック計算部で計算された信号間距離から最尤な信号パターンを決定し、エラー推定部は、受信信号ベクトルに含まれる位相エラー成分および振幅エラー成分を推定する。そして、メトリック計算部は、エラー推定部で推定された位相エラー成分及び／または振幅エラー成分を反映して受信信号ベクトルと推定ベクトルとの間の信号間距離を計算する。その結果、数のアンテナ素子で受信した信号から位相エラーや振幅エラーを推定し、最尤信号の組み合わせを探索することで、６４ＱＡＭ ＭＩＭＯ−ＭＬＤのように、受信信号に含まれる位相エラー成分や振幅エラー成分が復調に大きな影響を及ぼす変調方式で変調された信号を復号する際の特性劣化を抑えることができる。

エラー推定部は、変調方式が位相変調の場合、位相エラー成分のみを推定してもよい。また、エラー推定部は、変調方式が振幅変調の場合、振幅エラー成分のみを推定してもよい。

エラー推定部は、チャネルまたはサブチャネルごとに位相エラー成分および振幅エラー成分を推定してもよい。

エラー推定部は、複数のチャネルまたはサブチャネルで重み付けまたは平均化して位相エラー成分および振幅エラー成分を推定してもよい。

メトリック計算部は、変調方式の耐性に応じて位相エラー成分および振幅エラー成分の上限値、下限値、ステップ幅を決定し、受信信号ベクトルと推定ベクトルとの間の信号間距離を算出してもよい。

メトリック計算部は、信号間距離の算出に際して探索回数を減少させる最適解探索アルゴリズムを適用してもよい。この場合において、メトリック計算部は、位相エラーおよび振幅エラーを考慮せずに探索し、信号間距離が短い準最尤信号の組み合わせから選ばれた送信信号パターンに対する推定ベクトルの組に対してのみ、位相エラーおよび振幅エラーを考慮して信号間距離を計算してもよい。

最尤パターン決定部で決定した最尤パターンと位相エラー成分および振幅エラー成分とを用いて、ビット単位またはシンボル単位での尤度情報を生成する尤度情報生成部をさらに含んでもよい。

最尤パターン決定部は、演算量削減型ＭＬＤアルゴリズムによって最尤な信号パターンを決定する際に、位相エラー成分および振幅エラー成分を考慮して最尤な信号パターンを決定してもよい。

最尤パターン決定部は、チャネル情報にも位相エラー成分および振幅エラー成分が含まれていることを考慮して、最尤な信号パターンを決定してもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、変調方式に応じた送信パターンを生成する送信パターン生成ステップと、複数のアンテナ素子で受信した信号の受信信号ベクトルと、チャネル情報と送信パターンとの積である推定ベクトルとの間の信号間距離を計算するメトリック計算ステップと、メトリック計算部で計算された信号間距離から最尤な信号パターンを決定する最尤パターン決定ステップと、受信信号ベクトルに含まれる位相エラー成分および振幅エラー成分を推定するエラー推定ステップと、を含み、メトリック計算ステップは、エラー推定ステップで推定された位相エラー成分及び／または振幅エラー成分を反映して受信信号ベクトルと推定ベクトルとの間の信号間距離を計算する、通信方法が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コンピュータに、変調方式に応じた送信パターンを生成する送信パターン生成ステップと、複数のアンテナ素子で受信した信号の受信信号ベクトルと、チャネル情報と送信パターンとの積である推定ベクトルとの間の信号間距離を計算するメトリック計算ステップと、メトリック計算部で計算された信号間距離から最尤な信号パターンを決定する最尤パターン決定ステップと、受信信号ベクトルに含まれる位相エラー成分および振幅エラー成分を推定するエラー推定ステップと、を実行させ、メトリック計算ステップは、エラー推定ステップで推定された位相エラー成分及び／または振幅エラー成分を反映して受信信号ベクトルと推定ベクトルとの間の信号間距離を計算する、コンピュータプログラムが提供される。

以上説明したように本発明によれば、複数のアンテナ素子で受信した信号に位相エラーや振幅エラーが含まれていることを考慮して、受信した信号から位相エラーや振幅エラーを推定し、最尤信号の組み合わせを探索することで、６４ＱＡＭ ＭＩＭＯ−ＭＬＤのように、受信信号に含まれる位相エラー成分や振幅エラー成分が復調に大きな影響を及ぼす変調方式で変調された信号を復号する際の特性劣化を抑えることが可能な、新規かつ改良された通信装置、通信方法およびコンピュータプログラムを提供することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

まず、ＭＩＭＯ方式による無線通信システムの概要について説明する。図１は、ＭＩＭＯ方式による無線通信システムを概念的に示す説明図である。図１に示した無線通信システムでは、送信装置１００はＭ本のアンテナ１０１ａ、１０１ｂ、・・・、１０１ｍを有しており、受信装置１１０はＮ本のアンテナ１１１ａ、１１１ｂ、・・・、１１１ｎを有している。

送信装置１００は、ｋ個の送信データを空間／時間符号して多重化しＭ本のアンテナ１０１ａ、１０１ｂ、・・・、１０１ｍにそれぞれ分配してチャネルに送出し、受信装置１１０はチャネル経由でＮ本のアンテナ１１１ａ、１１１ｂ、・・・、１１１ｎにより受信した受信信号を空間／時間復号してＫ個の受信データを得る。

従って、ＭＩＭＯ方式は、送信装置１００において複数のアンテナに送信データを分配して送信し、受信装置１１０で複数のアンテナにより受信した信号から信号処理によって受信データを得るものであり、チャネルの特性を利用した通信方式である。送受信アンテナ間のチャネル情報は、Ｍ行×Ｎ列のチャネル行列Ｈで表される。

次に、図１に示した受信装置１１０の内部構成について説明する。図２は、図１に示した受信装置１１０の内部構成を概念的に示す説明図である。以下、図２を用いて受信装置１１０の内部構成について説明する。

図２に示したように、受信装置１１０は、チャネル推定部１３０と、ＭＬＤデコーダ１５０と、を含んで構成される。なお、図２では、便宜上４本のアンテナ（アンテナ１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ）で受信する場合を示しているが、本発明においては係る例に限定されないことは言うまでもない。

チャネル推定部１３０は、アンテナ１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄが受信した受信信号から得られる受信信号ベクトルＹから、送信装置１００と受信装置１１０との間のチャネル情報Ｈを推定するものである。チャネル情報Ｈの推定は、例えば、アンテナ１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄが受信した受信信号に付加されたパイロットシンボルを用いて推定することができる。チャネル推定部１３０で推定されたチャネル情報ＨはＭＬＤデコーダ１５０に送られる。

ＭＬＤデコーダ１５０は、アンテナ１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄが受信した受信信号から得られる受信信号ベクトルＹと、チャネル推定部１３０で推定したチャネル情報Ｈとを用いて、ＭＬＤ法によって受信信号を分離するものである。ＭＬＤデコーダ１５０で分離された受信信号は、復号データとしてＭＬＤデコーダ１５０から出力される。

以上、図２を用いて受信装置１１０の内部構成について説明した。次に、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する前に、従来のＭＩＭＯ−ＭＬＤ方式における復号器の一般的な構成について説明する。図３は、従来のＭＩＭＯ−ＭＬＤ方式における復号器（ＭＬＤデコーダ）の一般的な構成について説明する説明図である。

図３に示したＭＬＤデコーダ１０は、例えば受信装置１１０の内部に組み込まれているものであり、複数のアンテナで受信した受信信号を分離して復号するために用いられるものである。図３に示したように、従来のＭＬＤデコーダ１０は、送信パターン生成部１１と、メトリック計算部１２と、記憶部１３と、最尤パターン決定部１４と、ソフトビット計算部１５と、を含んで構成される。

送信パターン生成部１１は、外部より変調方式等に対応する制御パラメータを入力し、入力された制御パラメータに基づいて、送信パターンＳを生成するものである。送信パターン生成部１１は生成された送信パターンＳはメトリック計算部１２に出力される。

メトリック計算部１２は、外部よりチャネル行列Ｈ、受信信号ベクトルＹ及び送信パターン生成部１１で生成された送信パターンＳを入力し、チャネル行列Ｈと送信パターンＳとの積と、受信信号ベクトルＹとの間の信号間距離（以後、この信号間距離のことを「メトリック」とも称する）を計算するものである。メトリック計算部１２で計算されたメトリックは記憶部１３に送られて一時記憶されるとともに、最尤パターン決定部１４における最尤な信号の組み合わせの探索に用いられる。

記憶部１３は、メトリック計算部１２で計算された、チャネル行列Ｈと送信パターンＳとの積と、受信信号ベクトルＹとの間のメトリックを一時記憶しておくものである。記憶部１３で一時記憶されたメトリックの値は、最尤パターン決定部１４における最尤な信号の組み合わせの探索に用いられる。

最尤パターン決定部１４は、メトリック計算部１２で計算され、記憶部１３に一時記憶されたメトリックを用いて最尤な信号の組み合わせを探索し、最尤な信号の組み合わせを決定するものである。最尤パターン決定部１４で決定された最尤な信号の組み合わせはソフトビット計算部１５に送られる。

ソフトビット計算部１５は、メトリック計算部１２で計算され、記憶部１３に一時記憶されたメトリックと、最尤パターン決定部１４で決定された最尤な信号の組み合わせとを用いて、ソフトビットを計算して生成するものである。

図３に示したように、従来のＭＬＤデコーダ１０は、外部より入力される変調方式等の制御パラメータと、チャネル行列Ｈと、受信信号ベクトルＹとを用いて最尤な信号の組み合わせを決定し、ソフトビットを計算して、生成されたソフトビットを出力するものである。

しかし、メトリック計算部１２で計算されるメトリックは、受信信号ベクトルＹに位相エラーや振幅エラーが存在していない場合と、存在している場合とで、同じポイントであってもメトリックの値が変化してしまう。

表１および表２は、メトリックのランキングおよび最尤送信パターンの一例を示したものである。表１は、受信信号ベクトルＹに位相エラーや振幅エラーが存在していない場合の、メトリックのランキングおよび最尤送信パターンの一例を示した表であり、表２は、受信信号ベクトルＹに位相エラーや振幅エラーが存在していた場合の、メトリックのランキングおよび最尤送信パターンの一例を示した表である。ここで、表２では、１．５°の位相エラーが存在していた場合のメトリックのランキングおよび最尤送信パターンについて示している。なお、表１および表２において、「ｒｅａｌ ｐａｒｔ」は実数部の値を、「ｉｍａｇ ｐａｒｔ」は虚数部の値を、それぞれ示している。

表１に示した、受信信号ベクトルＹに位相エラーや振幅エラーが存在していない場合の表を参照すると、最もメトリックの値（Ｍｅｔｒｉｃ Ｖａｌｕｅ）が小さいのは、メトリック番号（Ｍｅｔｒｉｃ Ｎｕｍｂｅｒ）が３３８７番のものである。しかし、受信信号ベクトルＹに位相エラーや振幅エラーが存在していない場合に最もメトリックの値が小さいものであっても、受信信号ベクトルＹに位相エラーや振幅エラーが存在していると、必ずしも最もメトリックの値が小さいものでは無くなってしまう。表１および表２の場合で説明すると、当該３３８７番のメトリックの値は、表２に示した、受信信号ベクトルＹに位相エラーや振幅エラーが存在していた場合の表を参照すると、最も小さいものから数えて１１番目に順位が下がってしまう。

一方、受信信号ベクトルＹに位相エラーや振幅エラーが存在していない場合に最もメトリックの値が小さいものでないものであっても、受信信号ベクトルＹに位相エラーや振幅エラーが存在していると、必ずしも最もメトリックの値が小さいものでないものでは無くなってしまう場合もある。表１および表２の場合で説明すると、表１に示したメトリック番号が３７０９番のメトリックは、最も小さいものから数えて６番目に小さいメトリックの値を有しているが、表２を参照すると、当該３７０９番のメトリックの値は最も小さい値となっていることが分かる。

このように、受信信号ベクトルＹに数度の位相エラーが含まれただけで、最尤ポイントの様相が様変わりしてしまっていることがわかる。最尤ポイントを間違えば、ソフトアウトプット（軟出力）の信頼性も極度に下がるため、既知ベクトルに含まれるエラー成分に対するメトリックへの影響を考慮した最尤ポイントを検索する必要があることが分かる。

そこで、本発明の一実施形態では、位相ノイズや残留周波数オフセットなどの影響で、チャネル行列Ｈとデータシンボルとの間に位相エラー成分や振幅エラー成分が一定の範囲で常に存在しているものと仮定する。この仮定に基づいて、位相エラー成分や振幅エラー成分が含まれている場合において、最も小さいメトリックの値が変化してしまっても、その近くに必ず最尤値が存在するとして、まずは準最尤値を探索する。そして、その際に得られた準最尤値および準最尤値から数えてメトリックの値の上位数個〜１０数個を抽出して記憶しておく。そして、抽出したメトリックの値を有するシンボルに対して、受信信号ベクトルＹに振幅エラー成分や位相エラー成分が含まれたものとしてメトリックを再度計算する。このようにメトリックを再計算ことで、ＲＦエラーによる非線形ノイズや歪みがある環境下でも特性劣化を抑えることを特徴とする。

以下において、本発明の一実施形態にかかる通信装置において用いられるＭＬＤデコーダの構成について説明する。

図６は、本発明の一実施形態にかかる通信装置において用いられるＭＬＤデコーダ１５０の構成について説明する説明図である。以下、図６を用いて本発明の一実施形態にかかる通信装置において用いられるＭＬＤデコーダ１５０の構成について説明する。

ＭＬＤデコーダ１５０は、例えば受信装置１１０の内部に組み込まれているものであり、複数のアンテナで受信した受信信号を分離して復号するために用いられるものである。図６に示したように、本発明の一実施形態にかかるＭＬＤデコーダ１５０は、送信パターン生成部１５１と、メトリック計算部１５２と、記憶部１５３と、最尤パターン決定部１５４と、位相・振幅エラー推定部１５５と、ソフトビット計算部１５６と、スイッチ１５７と、を含んで構成される。

送信パターン生成部１５１は、上述した送信パターン生成部１１と同様に、外部より変調方式等に対応する制御パラメータを入力し、入力された制御パラメータに基づいて、送信パターンＳを生成するものである。送信パターン生成部１５１は生成された送信パターンＳはメトリック計算部１５２に出力される。

メトリック計算部１５２は、外部よりチャネル行列Ｈ、受信信号ベクトルＹ及び送信パターン生成部１５１で生成された送信パターンＳを入力し、チャネル行列Ｈと送信パターンＳとの積と、受信信号ベクトルＹとの間のメトリックを計算するものである。そして、ＭＬＤデコーダ１５０においては、上述のメトリック計算部１２とは異なり、後述する位相・振幅エラー推定部１５５で推定された位相エラーや振幅エラーを用いてメトリックを計算する。メトリック計算部１５２で計算されたメトリックは記憶部１５３に送られて一時記憶されるとともに、最尤パターン決定部１５４における最尤な信号の組み合わせの探索に用いられる。

記憶部１５３は、メトリック計算部１５２で計算された、チャネル行列Ｈと送信パターンＳとの積と、受信信号ベクトルＹとの間のメトリックを一時記憶しておくものである。記憶部１５３で一時記憶されたメトリックの値は、最尤パターン決定部１５４における最尤な信号の組み合わせの探索に用いられる。

最尤パターン決定部１５４は、メトリック計算部１５２で計算され、記憶部１５３に一時記憶されたメトリックを用いて最尤な信号の組み合わせを探索し、最尤な信号の組み合わせを決定するものである。最尤パターン決定部１５４で決定された最尤な信号の組み合わせは、位相・振幅エラー推定部１５５またはソフトビット計算部１５６に送られる。

位相・振幅エラー推定部１５５は、メトリック計算部１５２におけるメトリックの計算に用いられる位相エラーや振幅エラーを推定するものである。位相・振幅エラー推定部１５５で推定した位相エラーや振幅エラーはメトリック計算部１５２に送られ、メトリック計算部１５２におけるメトリックの計算に用いられる。位相エラーや振幅エラーの推定には種々の方法を用いることができるが、ここでは位相エラーや振幅エラーの推定において、位相エラーや振幅エラーの上限値および下限値並びに探索のステップ幅を決定して推定する方法について述べる。

従来のＭＬＤ方式が用いるメトリック算出式を数式（１）に示す。数式（１）において、ｍは、送信パターン総数であり、パターン削減を行わない場合は、送信アンテナの本数をａとすると、ｍ＝（変調多値数）^ａである。

・・・（１）

一方、本実施形態にかかるＭＬＤデコーダ１５０で用いるメトリック算出式を、下記の数式（２）に示す。

・・・（２）

ここで、ｎは探索数削減を行わなければ、位相エラー及び振幅エラーの上限値（α’’_ｍａｘ，α’_ｍａｘ）、位相エラー及び振幅エラーの下限値（α’’_ｍｉｎ，α’_ｍｉｎ）、探索のステップ幅（Δα’’，Δα’）により一意に決定される。なお、α’は振幅エラーを示し、α’’は位相エラーを示す。位相エラー成分および振幅エラー成分の上限値、下限値、ステップ幅は、変調信号の耐性に応じて決定してもよい。例えば、位相エラーに関する耐性は、シミュレーション評価により、ＭＬＤ本来の特性を維持するためには、１６ＱＡＭ×２の場合は６°以内であれば良いが、上述したように、６４ＱＡＭ×２の場合は１°〜２°程度に収める必要がある。従って、１６ＱＡＭと６４ＱＡＭとで、位相エラー成分および振幅エラー成分の上限値、下限値、ステップ幅を変えてもよい。また、位相エラー成分および振幅エラー成分の上限値、下限値、ステップ幅を決定すると、全ての場合についてメトリックを算出するのではなく、演算量を削減するために、探索回数を減らすための任意の最適解探索アルゴリズムを適用してもよい。

なお、位相・振幅エラー推定部１５５では、位相エラー成分や振幅エラー成分を推定する際に、チャネルごと（周波数多重の場合にはサブチャネルごと）に推定してもよく、複数のチャネル（周波数多重の場合にはサブチャネルごと）の重み付けによって推定してもよく、複数のチャネルで平均化することによって推定してもよい。重み付けの際には、ＦＦＴを行った後のパワーによって重み付けしてもよい。

最尤パターン決定部１５４では、下記の数式（３）によって、位相・振幅エラー推定部１５５で推定した位相エラーや振幅エラーを含めたメトリックから最小値を再び探索して、最尤パターン及び振幅エラー成分・位相エラー成分を推定する。

・・・（３）

ソフトビット計算部１５６は、本発明の尤度情報生成部の一例であり、ビット単位またはシンボル単位での尤度情報を生成するものである。本実施形態にかかるソフトビット計算部１５６は、メトリック計算部１５２で計算されて、記憶部１５３に一時記憶されたメトリックと、最尤パターン決定部１５４で決定された最尤な信号の組み合わせと、位相・振幅エラー推定部１５５で推定した振幅エラー成分・位相エラー成分とを用いてソフトビットを計算し、計算結果を出力するものである。

このように、本実施形態にかかるＭＬＤデコーダ１５０は、位相エラーや振幅エラーの存在を前提として、位相エラーや振幅エラーを考慮に入れて最尤ポイントを探索する。位相エラーや振幅エラーを考慮に入れて最尤ポイントを探索することで、ＲＦエラーによる非線形ノイズや歪みがある環境下でも特性劣化を抑えることが可能となる。

なお、本実施形態においては、位相・振幅エラー推定部１５５で振幅エラー成分および位相エラー成分を推定して、推定した振幅エラー成分および位相エラー成分を考慮に入れて最尤ポイントを探索したが、本発明は係る例に限定されない。例えば、対象となる変調方式が振幅変調方式である場合や、位相エラー成分が推定結果に影響を与えない受信環境である場合は、振幅エラー成分のみを推定してもよい。また、対象となる変調方式が位相変調方式である場合や、振幅エラー成分が推定結果に影響を与えない受信環境である場合は、位相エラー成分のみを推定してもよい。

また、位相・振幅エラー推定部１５５は、チャネルごとに、またはサブチャネルごとに位相エラー成分および振幅エラー成分を推定してもよい。また、位相・振幅エラー推定部１５は、複数のチャネルまたはサブチャネルで重み付けまたは平均化して位相エラー成分および振幅エラー成分を推定してもよい。

以上、本発明の一実施形態にかかる通信装置において用いられるＭＬＤデコーダ１５０の構成について説明した。なお、上記の各構成要素の機能は、ソフトウェアを用いてＣＰＵ等（図示せず）により実現されてもよいし、専用のハードウェアにより実現されてもよい。次に、本発明の一実施形態にかかる通信装置において用いられるＭＬＤデコーダ１５０の動作について説明する。

図４は、本発明の一実施形態にかかる通信装置において用いられるＭＬＤデコーダ１５０の動作について説明する流れ図である。以下、図４を用いて本発明の一実施形態にかかる通信装置において用いられるＭＬＤデコーダ１５０の動作について説明する。

ＭＬＤデコーダ１５０で最尤ポイントを探索するには、まず、変調方式等に対応する制御パラメータを送信パターン生成部１５１に入力し、入力された制御パラメータに応じて送信パターンＳを生成する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２において、送信パターン生成部１５１で、入力された制御パラメータに応じた送信パターンＳを生成すると、送信パターン生成部１５１は、生成した送信パターンＳをメトリック計算部１５２に送る（ステップＳ１０４）。

メトリック計算部１５２では、送信パターン生成部１５１で生成された送信パターンＳと、外部より入力されるチャネル行列Ｈ及び受信信号ベクトルＹとが入力される。また、メトリック計算部１５２には、位相・振幅エラー推定部１５５で推定された位相エラー成分や振幅エラー成分αの情報も入力される。

メトリック計算部１５２に、送信パターン生成部１５１で生成された送信パターンＳと、外部より入力されるチャネル行列Ｈおよび受信信号ベクトルＹとが入力されると、メトリック計算部１５２は、これらの情報に基づいてメトリックを計算する（ステップＳ１０６）。このステップＳ１０６で計算されるメトリックは、位相エラー成分や振幅エラー成分が存在していないものとして計算されたものであるが、表１や表２に示したように、位相エラー成分や振幅エラー成分の存在によってランキングが変化している。

従って、まずは位相エラー成分や振幅エラー成分が存在していないものとして計算されたメトリックを、値が最も小さいもの（準最尤値）から所定の数（例えば、準最尤値から数えてメトリックの値が小さいものから順に上位数個〜十数個）について一時的に記憶部１５３に格納する。そして、記憶部１５３に一時的に格納したメトリックに対応するそれぞれのシンボルに対して、位相エラー成分や振幅エラー成分が存在しているものとして、メトリック計算部１５２で再度メトリックを計算する。

上記ステップＳ１０６で計算されたメトリックは、準最尤値から上位数個〜十数個について、一時的に記憶部１５３に格納する（ステップＳ１０８）。また、メトリック計算部１５２でメトリックを再計算するために、位相エラー成分や振幅エラー成分を位相・振幅エラー推定部１５５で推定する（ステップＳ１１０）。位相・振幅エラー推定部１５５における位相エラー成分や振幅エラー成分は、変調方式や通信環境等に応じて任意に推定してもよい。

位相エラー成分や振幅エラー成分を位相・振幅エラー推定部１５５で推定すると、推定した位相エラー成分や振幅エラー成分をメトリック計算部１５２に送る。そして、メトリック計算部１５２では、上記ステップ１０８で格納した準最尤値から所定の数のメトリックに対応するポイントについて、位相エラー成分や振幅エラー成分を考慮した上でメトリックを再計算する（ステップＳ１１２）。ステップＳ１１２におけるメトリックの再計算は、例えば上記数式（２）に示した式によって行う。

メトリック計算部１５２における、位相エラー成分や振幅エラー成分を考慮した上でのメトリックの再計算が完了すると、最尤パターン決定部１５４において、再計算して求まったメトリックから最尤パターンを決定する（ステップＳ１１４）。最尤パターン決定部１５４における最尤パターンの決定には、上記数式（３）で示した数式によって行う。

最尤パターン決定部１５４において最尤パターンを決定すると、決定した最尤パターンを用いて、ソフトビット計算部１５６でソフトビットを計算する（ステップＳ１１６）。すなわち、ソフトビット計算部１５６では、最尤値とエラー成分とを考慮して、ビットレベルまたはシンボルレベルでの尤度を生成し、デコードする。

なお、上述したステップＳ１１０〜ステップＳ１１４は、最尤パターンの決定や位相エラー成分・振幅エラー成分の推定のために、複数回繰り返してもよい。ステップＳ１１０〜ステップＳ１１４を複数回繰り返すことで精度を高めることができる。

以上、図４を用いて本発明の一実施形態にかかる通信装置において用いられるＭＬＤデコーダ１５０の動作について説明した。

以上説明したように本発明の一実施形態によれば、位相・振幅エラー推定部１５５で振幅エラー成分および位相エラー成分を推定して、推定した振幅エラー成分および位相エラー成分を考慮に入れて、メトリック計算部１５２でメトリックを再計算し、最尤パターン決定部１５４において最尤ポイントを探索する。その結果、ＲＦエラーによる非線形ノイズや歪みがある環境下においても、６４ＱＡＭ ＭＩＭＯ−ＭＬＤのように、受信信号に含まれる位相エラー成分や振幅エラー成分が復調に大きな影響を及ぼす変調方式で変調された信号を復号する際の特性劣化を抑えることができる。

なお、上述したＭＬＤデコーダ１５０の動作は、受信装置１１０の内部に（例えばＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等に）コンピュータプログラムを格納し、当該コンピュータプログラムを、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等が順次読み出して実行することによって行われるようにしてもよい。

（変形例）
続いて、上述した本発明の一実施形態の変形例について述べる。ここでは、Ｓｐｈｅｒｅ Ｄｅｃｏｄｅｒや、ＱＲ分解を使ったＬｉｓｔ Ｓｐｈｅｒｅ Ｄｅｃｏｄｅｒなどの演算量削減型ＭＬＤ受信方式へ、上述した本発明の一実施形態の概念を適用する。

例えば、Ｓｐｈｅｒｅ Ｄｅｃｏｄｅｒ（E.Viterbo and
J.Boutros,“A universal lattice code decoder for fading channels,”IEEE Trans.
Inform. Theory, vol.45, pp.1639-1642, July 1999.等を参照）では、半径λ以内にメトリック値が収まるパターンを抽出する際に、下記の数式（４）のように、位相エラー成分や振幅エラー成分（α_ｉ）も含めて、最適パターンを探索してもよい。

・・・（４）

このように、演算量削減型ＭＬＤ受信方式に、上述した本発明の一実施形態の概念を適用することで、ＭＬＤにおける演算量を削減しつつ、位相エラー成分や振幅エラー成分を考慮した最適パターンの探索が可能となる。その結果、ＲＦエラーによる非線形ノイズや歪みがある環境下においても、６４ＱＡＭ ＭＩＭＯ−ＭＬＤのように、受信信号に含まれる位相エラー成分や振幅エラー成分が復調に大きな影響を及ぼす変調方式で変調された信号を復号する際の特性劣化を抑えることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、受信ベクトルに位相エラー成分や振幅エラー成分が含まれているとしてメトリックを算出して、最尤な信号パターンを決定したが、本発明は係る例に限定されない。例えば、受信ベクトルだけでなく、チャネル情報にも位相エラー成分や振幅エラー成分が含まれていることを考慮してメトリックを算出して、最尤な信号パターンを決定してもよい。

本発明は、通信装置、通信方法およびコンピュータプログラムに適用可能であり、特に、ＭＩＭＯ方式によって通信を行う通信装置、通信方法およびコンピュータプログラムに適用可能である。

ＭＩＭＯ方式による無線通信システムを概念的に示す説明図である。 図１に示した受信装置１１０の内部構成を概念的に示す説明図である。 従来のＭＩＭＯ−ＭＬＤ方式における復号器（ＭＬＤデコーダ）の一般的な構成について説明する説明図である。 本発明の一実施形態にかかる通信装置において用いられるＭＬＤデコーダ１５０の動作について説明する流れ図である。 ＭＭＳＥ法及びＭＬＤ法のＰＥＲ特性の一例をグラフで示す説明図である。 本発明の一実施形態にかかる通信装置において用いられるＭＬＤデコーダ１５０の構成について説明する説明図である。

符号の説明

１００ 送信装置
１０１ａ、・・・、１０１ｍ アンテナ
１１０ 受信装置
１１１ａ、・・・、１１１ｎ アンテナ
１５０ ＭＬＤデコーダ
１５１ 送信パターン生成部
１５２ メトリック計算部
１５３ 記憶部
１５４ 最尤パターン決定部
１５５ 位相・振幅エラー推定部
１５６ ソフトビット計算部
１５７ スイッチ

Claims (13)

1. 変調方式に応じた送信パターンを生成する送信パターン生成部と、
   複数のアンテナ素子で受信した信号の受信信号ベクトルと、チャネル情報と前記送信パターンとの積である推定ベクトルとの間の信号間距離を計算するメトリック計算部と、
   前記メトリック計算部で計算された前記信号間距離から最尤な信号パターンを決定する最尤パターン決定部と、
   前記受信信号ベクトルに含まれる位相エラー成分および振幅エラー成分を推定するエラー推定部と、
   を含み、
   前記メトリック計算部は、前記エラー推定部で推定された前記位相エラー成分及び／または前記振幅エラー成分を反映して前記受信信号ベクトルと前記推定ベクトルとの間の信号間距離を計算する、通信装置。
2. 前記エラー推定部は、前記変調方式が位相変調の場合は位相エラー成分のみを推定する、請求項１に記載の通信装置。
3. 前記エラー推定部は、前記変調方式が振幅変調の場合は振幅エラー成分のみを推定する、請求項１に記載の通信装置。
4. 前記エラー推定部は、チャネルまたはサブチャネルごとに位相エラー成分および振幅エラー成分を推定する、請求項１に記載の通信装置。
5. 前記エラー推定部は、複数のチャネルまたはサブチャネルで重み付けまたは平均化して位相エラー成分および振幅エラー成分を推定する、請求項１に記載の通信装置。
6. 前記メトリック計算部は、前記変調方式の耐性に応じて前記位相エラー成分および振幅エラー成分の上限値、下限値、ステップ幅を決定し、前記受信信号ベクトルと前記推定ベクトルとの間の信号間距離を算出する、請求項１に記載の通信装置。
7. 前記メトリック計算部は、信号間距離の算出に際して探索回数を減少させる最適解探索アルゴリズムを適用する、請求項６に記載の通信装置。
8. 前記メトリック計算部は、位相エラーおよび振幅エラーを考慮せずに探索し、信号間距離が短い準最尤信号の組み合わせから選ばれた送信信号パターンに対する前記推定ベクトルの組に対してのみ、位相エラーおよび振幅エラーを考慮して信号間距離を計算する、請求項６に記載の通信装置。
9. 前記最尤パターン決定部で決定した最尤パターンと位相エラー成分および振幅エラー成分とを用いて、ビット単位またはシンボル単位での尤度情報を生成する尤度情報生成部をさらに含む、請求項１に記載の通信装置。
10. 前記最尤パターン決定部は、演算量削減型ＭＬＤアルゴリズムによって最尤な信号パターンを決定する際に、位相エラー成分および振幅エラー成分を考慮して最尤な信号パターンを決定する、請求項１に記載の通信装置。
11. 前記最尤パターン決定部は、前記チャネル情報にも位相エラー成分および振幅エラー成分が含まれていることを考慮して、最尤な信号パターンを決定する、請求項１に記載の通信装置。
12. 変調方式に応じた送信パターンを生成する送信パターン生成ステップと、
    複数のアンテナ素子で受信した信号の受信信号ベクトルと、チャネル情報と前記送信パターンとの積である推定ベクトルとの間の信号間距離を計算するメトリック計算ステップと、
    前記メトリック計算部で計算された前記信号間距離から最尤な信号パターンを決定する最尤パターン決定ステップと、
    前記受信信号ベクトルに含まれる位相エラー成分および振幅エラー成分を推定するエラー推定ステップと、
    を含み、
    前記メトリック計算ステップは、前記エラー推定ステップで推定された前記位相エラー成分及び／または前記振幅エラー成分を反映して前記受信信号ベクトルと前記推定ベクトルとの間の信号間距離を計算する、通信方法。
13. コンピュータに、
    変調方式に応じた送信パターンを生成する送信パターン生成ステップと、
    複数のアンテナ素子で受信した信号の受信信号ベクトルと、チャネル情報と前記送信パターンとの積である推定ベクトルとの間の信号間距離を計算するメトリック計算ステップと、
    前記メトリック計算部で計算された前記信号間距離から最尤な信号パターンを決定する最尤パターン決定ステップと、
    前記受信信号ベクトルに含まれる位相エラー成分および振幅エラー成分を推定するエラー推定ステップと、
    を実行させ、
    前記メトリック計算ステップは、前記エラー推定ステップで推定された前記位相エラー成分及び／または前記振幅エラー成分を反映して前記受信信号ベクトルと前記推定ベクトルとの間の信号間距離を計算する、コンピュータプログラム。
    

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