JP2010147962A

JP2010147962A - Ｍｉｍｏ受信装置、復調回路および信号処理プログラム

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Publication number: JP2010147962A
Application number: JP2008325005A
Authority: JP
Inventors: Masao Orio; 正雄織尾; Masaichi Shimizu; 雅一清水
Original assignee: NTT Docomo Inc; NEC Corp
Current assignee: NTT Docomo Inc; NEC Corp
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2028-12-22
Also published as: JP5311469B2

Abstract

【課題】ＭＩＭＯ（ＭｕｌｔｉＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉＯｕｔｐｕｔ）受信のためのＱＲ−ＭＬＤ（ＱＲｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎＭａｘｉｍｕｍＬｉｋｅｌｉｈｏｏｄＤｅｔｅｃｔｉｏｎ）の演算量を削減する。
【解決手段】受信したデータに対し、送信データとして想定されるレプリカとの差が小さくなる復調を行う復調部２２を有し、この復調部２２は、受信したデータと各レプリカとの差を求め、個々の差に対してユークリッド距離近似により誤差計算を行う誤差計算部３５、３７と、この誤差計算部３５、３７による誤差計算の結果に基づいてレプリカ毎の合計誤差を求め、この合計誤差の中から情報ビットの「１」および「０」に対応した最小誤差を選択し、情報ビット「１」に対応した最小誤差の自乗と情報ビット「０」に対応した最小誤差の自乗との差を尤度として、復調結果を出力する尤度計算部３８とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明はＭＩＭＯ受信装置、復調回路および信号処理プログラムに関する。

近年、無線通信の分野では、さらなる通信速度向上のため、多アンテナを利用したＭＩＭＯ（ＭｕｌｔｉＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉＯｕｔｐｕｔ）技術が開発され、その使用が始まっている。ＭＩＭＯ技術とは、例えば複数のデータを複数のアンテナから同時に送信することで空間多重し、受信側では受信データからもとの複数のデータを取り出す技術である。同時刻に送信するデータ量を増やせるため、通信速度が向上する。また、変調方式も通信速度に大きく関係しており、例えばＱＰＳＫでは２ビット、１６ＱＡＭでは４ビット、６４ＱＡＭでは６ビットと、こちらも同時に送れる情報ビット数を増やすことができる。ただし、同時に送信する情報ビット数が増えるほど雑音耐性が落ちるため、符号化率や符号化方法とあわせて、伝播路環境の品質に応じた最適な方式を選択するＡＭＣ（ＡｄａｐｔｉｖｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎａｎｄＣｏｄｉｎｇ）という技術が開発され用いられている。移動体通信においても現在、３ＧＰＰ（ＴｈｉｒｄＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＰａｒｔｎｅｒｓｈｉｐＰｒｏｊｅｃｔ）において、ＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ）として新しい通信方式での標準化が進められており、このＭＩＭＯ技術やＡＭＣ技術が採用されている。

ＭＩＭＯ技術により送信されたデータを受信し、もとのデータを取り出す方法のひとつに、ＭＬＤ（ＭａｘｉｍｕｍＬｉｋｅｌｉｈｏｏｄＤｅｔｅｃｔｉｏｎ）がある。ここでは、ＭＬＤの一種であるＱＲ−ＭＬＤ（ＱＲｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎＭＬＤ）について説明する。

図４はＭＩＭＯ技術を用いた通信路モデルを説明する図である。ここでは、送信アンテナ数および受信アンテナ数が共に２本の例を示す。送信アンテナ５１、５２からの送信データｘ₁、ｘ₂はそれぞれ、受信アンテナ６１、６２により受信される。送信アンテナ５１、５２と受信アンテナ６１、６２との間における伝播路の状態を示す伝播路値をｈ₁₁、ｈ₁₂、ｈ₂₁、ｈ₂₂とする。受信アンテナ６１、６２において雑音ｎ₁、ｎ₂が混入し、受信データｙ₁、ｙ₂が得られる。以上のデータは複素数で表される。なお、送信データｘ₁、ｘ₂は、もとのデータを変調したものである。受信データｙ₁、ｙ₂は、数１の式で表される。

ここで、Ｙ＝［ｙ₁、ｙ₂］ ^T、Ｈ＝［［ｈ₁₁、ｈ₂₁］、［ｈ₁₂、ｈ₂₂］］ ^T、Ｘ＝［ｘ₁、ｘ₂］ ^T 、Ｎ＝［ｎ₁、ｎ₂］ ^T とすると、数１の式は、数２のように表される。

通常のＭＬＤでは、このＹの値と、推定した伝播路推定値Ｈ'＝［［ｈ'₁₁、ｈ'₂₁］、［ｈ'₁₂、ｈ'₂₂］］^Tにより等化処理を施し、その等化データに対して、送信データＸとして想定される全レプリカとの誤差を逐次計算し、その誤差がもっとも小さくなるように復調を行う。なお、ここでいう誤差とは、等化データとレプリカとの自乗ユークリッド距離である。また、レプリカとは、変調方式に応じた格子点のデータを意味する。ただし、この方式では全レプリカとの誤差を算出する必要があり、演算量が膨大になる。例えば、変調方式が６４ＱＡＭ（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）の場合、格子点数は６４であり、ｘ₁とｘ₂の組み合わせを考慮すると、６４×６４＝４０９６もの誤差計算を行う必要がある。ＱＲ−ＭＬＤは、この誤差計算に要する演算を軽減する技術である。

ＱＲ−ＭＬＤでは、推定した伝播路推定値Ｈ'をそのまま使用せず、ＱＲ分解を行う。Ｑはユニタリ行列、Ｒは上三角行列となる。誤差計算時にこのＲを利用することで、演算する要素を削減する。また、Ｒの成分の一部は実数となるため、この分も演算量を削減できる。Ｈ'をＱＲ分解したものを数３に示す。

なお、ＱＲ−ＭＬＤでは、ｘ₁とｘ₂を一度に処理できないため、まず一方について復調し、その後で、ＹとＨ'を倒置して他方の復調を行うことになる。以降はｘ₂の処理について説明する。

数３の式において、Ｒのうちｒ₁₁とｒ₂₂が実数となる。また、Ｑはユニタリ行列のため、数４の関係がなりたつ。Ｉは単位行列である。

数１の伝播路値Ｈに、推定した伝播路推定値Ｈ'をＱＲ分解した行列ＱＲを代入すると、数５に示す式となる。

数５の式の両辺にユニタリ行列Ｑの共役倒置行列ＱＨを乗算して展開すると、数６に示す式となる。

Ｚ＝ＲＸ＋Ｎ'として行列に展開すると、数７に示す式となる。

数７の式をｎ'₁、ｎ'₂についてまとめると、数８に示す式となる。

ＱＲ−ＭＬＤでは、この雑音成分ｎ'₁、ｎ'₂の自乗誤差を求め、その合算値を最小にするｘ₁、ｘ₂を求めることになる。まずは、送信データｘ₂のレプリカをｘ_2,jとして、それぞれのレプリカとの誤差ｎ'_2,jを算出する。ｊ＝０〜Ｊ−１であり、Ｊは変調方式によって決まる格子点の数である。レプリカも格子点と同数必要となる。例えば６４ＱＡＭの場合、ＩＱ平面上に６４個の格子点として変調されるため、Ｊ＝６４となる。ｎ'_2,jは数９に示す式となる。

ｎ'_2,jを自乗したものをｅ_2,jとする。これを数１０に示す。

続いてもう一方の誤差ｎ'₁を求めるが、その前に、送信データｘ₁のレプリカ候補ｘ_1,j を絞り込む。これは、自乗誤差の合算値が最小となる条件を利用して、ｘ_1,jを決定する処理である。具体的には、各送信信号レプリカｘ_2,jについてｎ'_1,j＝０となるｘ_1,jを求める。ｘ_1,jの条件式を数１１に示す。

つまり、数１１の式において、下式の右辺に最も近いｘ_1,jを求めることになる。これで、各ｘ_2,jについて自乗誤差の合算値を最小にするｘ_1,jが求まるため、残る誤差ｎ'_1,jの算出もＪ個に抑えることができる。ｎ'_1,jの自乗誤差をｅ_1,jとすると、ｅ_1,jは数１２に示す式で表される。

こうして求めたｅ_1,j、ｅ_2,jの合算値をｅ_jとすると、ｅ_jは数１３に示す式で表される。

このｅ_jから、復調結果を尤度として計算する。

図５はＱＰＳＫでの自乗誤差の合算値ｅ_jからの尤度の計算方法を説明する図である。図の左右に示すＩＱ平面図は、ＱＰＳＫのため、格子点が各象限に１つとなる。すなわち、Ｊは４であり、ｅ_jはｅ₀、ｅ₁、ｅ₂、ｅ₃までとなる。図５では、各格子点の右あるいは左に、対応するｅ_jを示す。また１個の格子点には２ビットの情報ビットが含まれている。図中の各格子点の上あるいは下に示す括弧書きの数字（ビット＃１、ビット＃０）がそれぞれの情報ビットを示す。各情報ビットの尤度は個別に算出する。ビット＃０に対する尤度をＬＬＲ₀、ビット＃１に対する尤度をＬＬＲ₁とすると、各々の尤度は数１４の式に従って算出される。

尤度計算は、各情報ビットについて、「１」あるいは「０」に対応した最小誤差の差をとる。ビット＃０についてみれば、ビット＃０＝「０」となる格子点はＩＱ平面の右側にあり、対応する誤差はｅ₀、ｅ₂となる。このうち最小となる誤差を求めているのが、数１４に示すＬＬＲ₀の式の右辺第２項である。また、ビット＃０＝「１」となる格子点はＩＱ平面の左側にあり、対応する誤差はｅ₁、ｅ₃となる。このうち最小となる誤差を求めているのが数１４に示すＬＬＲ₀の式の右辺第１項である。ビット＃１についても同様に、「０」、「１」に応じた最小誤差を求める。尤度は、「１」に応じた最小誤差から、「０」に応じた最小誤差を減算することで算出する。

一般にＱＲ−ＭＬＤでは、数１０および数１２の式にてＪ個の自乗誤差を算出している。１個の自乗誤差の算出には２回の乗算が必要となるが、乗算にかかるコスト（演算量、回路規模など）は非常に大きい。加えて、Ｊは変調方式に応じた格子点の数である。ＬＴＥでは、ＡＭＣ技術により、変調方式もＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭの中から適時選択して用いられる。各々の格子点の数は、ＱＰＳＫの場合は４個、１６ＱＡＭでは１６個、６４ＱＡＭでは６４個となり、指数関数的に増加する。これは、数１０や数１２の式の算出にかかるコストが増大することを意味する。また、さらに多ビットを送ることのできる変調方式（２５６ＱＡＭなど）により通信速度を向上させようとすると、数１０および数１２の式の算出に要するコストが際限なく増加していくこととなる。

このような課題を解決する手段として、特許文献１には、回路規模が大きくなる積算回路の代わりに回路規模の小さい加算回路を用いて、ユークリッド距離の近似を行うことが記載されている。
特開２００５−２１７５０６号公報

本発明は、特許文献１とは異なる観点に基づいて、ＭＩＭＯ受信のためのＱＲ−ＭＬＤの演算量を削減したＭＩＭＯ受信装置、復調回路および信号処理プログラムを提供することを目的とする。

本発明は、特許文献１に記載の技術のようにユークリッド距離の計算における自乗演算を近似するのではなく、自乗演算を行う前の状態で、ユークリッド距離の近似を行うことを最も主要な特徴とする。ユークリッド距離の近似では自乗演算を行っていないので、尤度の計算で自乗演算を行う。

すなわち、本発明の第１の観点によると、複数の送信アンテナから送信されたデータを複数の受信アンテナで受信するＭＩＭＯ受信装置において、受信したデータに対し、送信データとして想定されるレプリカとの差が小さくなる復調を行う復調部を有し、この復調部は、受信したデータと各レプリカとの差を求め、個々の差に対してユークリッド距離近似により誤差計算を行う誤差計算部と、この誤差計算部による誤差計算の結果に基づいてレプリカ毎の合計誤差を求め、この合計誤差の中から情報ビットの「１」および「０」に対応した最小誤差を選択し、情報ビット「１」に対応した最小誤差の自乗と情報ビット「０」に対応した最小誤差の自乗との差を尤度として、復調結果を出力する尤度計算部とを有することを特徴とするＭＩＭＯ受信装置が提供される。

本発明の第２の観点によると、複数の送信アンテナから送信されたデータを複数の受信アンテナで受信するＭＩＭＯ受信装置において、受信したデータに対し、送信データとして想定されるレプリカとの差が小さくなる復調を行う復調部を有し、この復調部は、受信したデータと各レプリカとの差を求め、この差を複素数ａ＋ｊｂで表現するとき、その実部と虚部の絶対値をとってｎ＝｜ａ｜＋ｊ｜ｂ｜とし、ｎの値に基づいてレプリカ毎に複素加算により合計値を算出し、その合計値に対してユークリッド距離近似により誤差計算を行う誤差計算部と、この誤差計算部により得られた誤差の中から情報ビットの「１」および「０」に対応した最小誤差を選択し、情報ビット「１」に対応した最小誤差の自乗と情報ビット「０」に対応した最小誤差の自乗との差を尤度として、復調結果を出力する尤度計算部とを有することを特徴とするＭＩＭＯ受信装置が提供される。

本発明の他の観点によると、複数の送信アンテナから送信されたデータを複数の受信アンテナで受信したデータに対し、送信データとして想定されるレプリカとの差が小さくなる復調を行う復調回路において、受信したデータと各レプリカとの差を求め、個々の差に対してユークリッド距離近似により誤差計算を行う誤差計算部と、この誤差計算部による誤差計算の結果に基づいてレプリカ毎の合計誤差を求め、この合計誤差の中から情報ビットの「１」および「０」に対応した最小誤差を選択し、情報ビット「１」に対応した最小誤差の自乗と情報ビット「０」に対応した最小誤差の自乗との差を尤度として、復調結果を出力する尤度計算部とを有することを特徴とする復調回路が提供される。

本発明の他の観点によると、複数の送信アンテナから送信されたデータを複数の受信アンテナで受信したデータに対し、送信データとして想定されるレプリカとの差が小さくなる復調を行う復調回路において、受信したデータと各レプリカとの差を求め、この差を複素数ａ＋ｊｂで表現するとき、その実部と虚部の絶対値をとってｎ＝｜ａ｜＋ｊ｜ｂ｜とし、ｎの値に基づいてレプリカ毎に複素加算により合計値を算出し、その合計値に対してユークリッド距離近似により誤差計算を行う誤差計算部と、この誤差計算部により得られた誤差の中から情報ビットの「１」および「０」に対応した最小誤差を選択し、情報ビット「１」に対応した最小誤差の自乗と情報ビット「０」に対応した最小誤差の自乗との差を尤度として、復調結果を出力する尤度計算部とを有することを特徴とする復調回路が提供される。

本発明の他の観点によると、信号処理を行うプロセッサに、複数の送信アンテナから送信されたデータを複数の受信アンテナで受信したデータと送信データとして想定されるレプリカとの差を求め、個々の差に対してユークリッド距離近似により誤差計算を行う誤差計算手順と、この誤差計算手順による誤差計算の結果に基づいてレプリカ毎の合計誤差を求め、この合計誤差の中から情報ビットの「１」および「０」に対応した最小誤差を選択し、情報ビット「１」に対応した最小誤差の自乗と情報ビット「０」に対応した最小誤差の自乗との差を尤度として、復調結果を出力する尤度計算手順とを実行させることを特徴とする信号処理プログラムが提供される。

本発明の他の観点によると、信号処理を行うプロセッサに、複数の送信アンテナから送信されたデータを複数の受信アンテナで受信したデータと送信データとして想定されるレプリカとの差を求め、この差を複素数ａ＋ｊｂで表現するとき、その実部と虚部の絶対値をとってｎ＝｜ａ｜＋ｊ｜ｂ｜とし、ｎの値に基づいてレプリカ毎に複素加算により合計値を算出し、その合計値に対してユークリッド距離近似により誤差計算を行う誤差計算手順と、この誤差計算手順により得られた誤差の中から情報ビットの「１」および「０」に対応した最小誤差を選択し、情報ビット「１」に対応した最小誤差の自乗と情報ビット「０」に対応した最小誤差の自乗との差を尤度として、復調結果を出力する尤度計算手順とを実行させることを特徴とする信号処理プログラムが提供される。

本発明によれば、上述の数１０および数１２における自乗誤差の演算を近似することで、乗算を比較や加算の組み合わせに置き換えて、演算量を大幅に削減することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。

［通信システムの全体構成］
図１は本発明が実施される通信システムのブロック構成図である。送信局１０は、例えば基地局であり、符号化部１１、変調部１２、Ｄ／Ａ変換部１３および複数のアンテナ１４を有する。受信局２０は、例えばユーザ端末であり、Ａ／Ｄ変換部２１、復調部２２、復号化部２３および複数のアンテナ２４を備える。

送信局１０では、基地局１０内のＣＰＵ（図示せず）が、送信したいデータを情報ビットとして符号化部１１に入力する。符号化部１１は、入力された情報ビットに対し、ＣＲＣ（ＣｙｃｌｉｃＲｅｄｕｎｄａｎｃｙＣｈｅｃｋ）付加や、畳み込み符号化を施す。変調部１２は、入力された符号データを変調し、変調後のデータである複数の変調データをＤ／Ａ変換部１３に出力する。Ｄ／Ａ変換部１３は、変調部１２が出力した変調データをデジタル信号からアナログ信号に変換する。そしてアナログ信号に変換された変調データは、複数のアンテナ１４を介して送信される。

受信局２０では、複数のアンテナ２４を介して、送信局１０のアンテナ１４から送信されたデータを受信する。ただし、アンテナ２４が受信したデータは、アンテナ１４から出力された後、空間を伝播する際のノイズの影響を受けていることに留意する。アンテナ２４が受信したデータは、Ａ／Ｄ変換部２１に入力される。Ａ／Ｄ変換部２１は、入力されたデータをアナログ信号からデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部２１は、変換後のデジタル信号を復調部２２に出力する。復調部２２は、Ａ／Ｄ変換部２１が出力したデータを復調する。復調部２２は、復調して得た復調データを復号化部２３に出力する。復号化部２３は、入力された復調データに対して誤り訂正復号化を行う。その結果得られる復号データを使用して、後段のＣＰＵなどの処理回路が、所定の処理を実施する。ここで、送信局１０内の変調データを送信データ、受信局２０内のＡ／Ｄ変換部２１が出力するデータを受信データと呼ぶこととする。

本発明に係るＭＩＭＯ受信装置は、図１に示す通信システムにおける受信局２０として実施される。また、本発明に係る復調回路は、受信局２０内の復調部２２として実施される。

［第１の実施の形態］
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る復調回路のブロック構成図であり、図１に示す通信システムにおける受信局２０内の復調部２２として用いられる回路の構成例を示す。ここでは、送信データｘ₁、ｘ₂を復調する処理を共通の回路で行う構成例を示す。すなわち、この復調回路は、一方の送信データに関する処理を行った後、他方の送信データについては、入力Ｙと伝播路推定値Ｈ'を倒置して、同様に処理を行う。以下では、送信データｘ₂の復調処理を例に説明する。

図２に示す復調回路は、伝播路推定部３１、ＱＲ分解部３２、等化部３３、レプリカ生成部３４、誤差計算部３５、象限検出部３６、誤差計算部３７、および尤度計算部３８を有する。

伝播路推定部３１は、受信データＹに含まれる既知のデータを利用して伝播路推定を行い、伝播路推定値Ｈ'を出力する。ＱＲ分解部３２は、伝播路推定値Ｈ'をＱＲ分解し、数３に示す式におけるユニタリ行列Ｑと上三角行列Ｒを出力する。等化部３３は、ユニタリ行列Ｑを用いて、数６の式とおりに受信データＹを等化し、等化データＺを出力する。レプリカ生成部３４は、送信データＸのレプリカＸ'₂を生成する。

誤差計算部３５は、受信したデータ（等化データＺの各要素）と各レプリカ（レプリカＸ'₂の対応する各要素）との差を求め、個々の差に対してユークリッド距離近似により誤差計算を行う。すなわち、誤差計算部３５は、等化データＺとレプリカＸ'₂とから、上三角行列Ｒにより、後述する数１５の式に従って誤差ｅ_2,jを出力する。誤差ｅ_2,jの出力に伴って、等化データＺも次段に受け渡す。

象限検出部３６は、等化データＺとレプリカＸ'₂とから、上三角行列Ｒにより、数１１の条件に従ってレプリカＸ'₁を算出する。また、等化データＺと誤差ｅ_2,jを次段に受け渡す。

誤差計算部３７は、受信したデータ（等化データＺの各要素）と各レプリカ（レプリカＸ'_1、Ｘ'₂の対応する各要素）との差を求め、ユークリッド距離近似により誤差計算を行う。すなわち、誤差計算部３７は、等化データＺとレプリカＸ'₁、Ｘ'₂、および上三角行列Ｒから、後述する数１６の式にしたがって、誤差ｅ_1,jを出力する。このとき誤差ｅ_2,jも次段に受け渡す。

尤度計算部３８は、誤差計算部３５、３７による誤差計算の結果（誤差ｅ_1,j、ｅ_2,j）に基づいてレプリカ毎の合計誤差ｅ_jを求め、この合計誤差ｅ_jの中から情報ビットの「１」および「０」に対応した最小誤差を選択し、情報ビット「１」に対応した最小誤差の自乗と情報ビット「０」に対応した最小誤差の自乗との差を尤度として、復調結果を出力する。すなわち、尤度計算部３８は、誤差ｅ_1,j、ｅ_2,jから、後述する数１８の式に従って尤度ＬＬＲを出力する。この尤度ＬＬＲが、復調データとして図１に示す通信システム中の復号化部２３に渡される。

［数式による動作の説明］
誤差計算部３５、３７および尤度計算部３８の動作について、数式を用いて説明する。

誤差計算部３５、３７では、数１０および数１２に示した式を次のように近似する。

ＡＰＰ（）は近似関数である。この段階ではまだ自乗はしないため、ｅ_1,j、ｅ_2,jは、自乗ユークリッド距離ではなく、単なるユークリッド距離となる。よって、ＡＰＰ（）はユークリッド距離を近似する関数となる。複素数ｚ＝ａ＋ｊｂと表すと、ユークリッド距離｜ｚ｜＝√（ａ²＋ｂ²）となる。最も一般的な近似方法として、ＡＰＰ（ｚ）＝｜ｚ｜＝ＭＡＸ（ＡＢＳ（ａ）、ＡＢＳ（ｂ））＋｛ＭＩＮ（ＡＢＳ（ａ）、ＡＢＳ（ｂ））／２｝がある。ＭＡＸ（）は最大値を、ＡＢＳ（）は絶対値を返す関数をそれぞれ意味する。なお、絶対値は、通常は２の補数となるが、１の補数でもよい。また、これより精度の高い近似方法として数１７に示す式を用いてもよい。

続いて、尤度計算部３８は、数１５および数１６の式により得られた誤差ｅ_1,j、ｅ_2,jを用いて、数１３と同様に誤差ｅ_jを算出する。この誤差ｅ_jを用いて尤度を計算することになるが、ここで誤差ｅ_1,j、ｅ_2,jは自乗されていない。よって、例えばＱＰＳＫの場合、数１４ではなく、数１８のとおりに演算する。

［第１の実施の形態による効果］
以上説明した実施の形態によれば、ＱＲ−ＭＬＤにおける数１０および数１２に示す自乗誤差演算について、その自乗和を比較や加算により近似することにより、乗算にかかる処理量を大幅に軽減することができる。例えば、ＬＴＥにおける送信アンテナ２本、受信アンテナ２本の構成で６４ＱＡＭ変調方式が用いられる場合を考えると、従来は、情報ビットのビット＃０、ビット＃１、ビット＃２、ビット＃３、ビット＃４およびビット＃５の各々の復調において、対応する自乗和の計算を６４点の格子点において行う。このため、合計１２８回の自乗和が必要となる。１回の自乗和では２回の乗算が行われるため、乗算の回数としては２５６回となる。つまり、６ビットの合計で１５３６回の乗算が必要となる。これに対し本実施の形態では、自乗和の乗算を０回に削減し、また、追加の乗算回数も１ビットの尤度計算時に行う２回の自乗計算を、復調する６ビット分行うだけとなる。つまり乗算にかかる回数を１５３６−１２＝１５２４回削減することができる。

［第２の実施の形態］
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る復調回路のブロック構成図であり、図１に示す通信システムにおける受信局２０内の復調部２２として用いられる回路の構成例を示す。この実施の形態においても、送信データｘ₁、ｘ₂を復調する処理を共通の回路で行う構成例を示し、一方の送信データに関する処理を行った後、他方の送信データについては、入力Ｙと伝播路推定値Ｈ'を倒置して、同様に処理を行うものとして説明する。また、以下では、送信データｘ₂の復調処理を例に説明する。

図３に示す復調回路は、図２に示す復調回路と同様に、伝播路推定部３１、ＱＲ分解部３２、等化部３３およびレプリカ生成部３４を有し、さらに、図２に示す復調回路とは動作が若干異なる誤差計算部４１、象限検出部４２、誤差計算部４３、および尤度計算部４４を有する。

誤差計算部４１は、受信したデータ（等化データＺの各要素）と各レプリカ（レプリカＸ'₂の対応する各要素）との差を求め、この差を複素数ａ＋ｊｂで表現するとき、その実部と虚部の絶対値をとってｎ＝｜ａ｜＋ｊ｜ｂ｜とし、ｎの値に基づいてレプリカ毎に複素加算により合計値を算出し、その合計値に対してユークリッド距離近似により誤差計算を行う。すなわち、レプリカＸ'₂と上三角行列Ｒにより、後述する数１９の式に従って誤差ｎ'_2,jを出力する。このとき、等化データＺも次段に受け渡す。

象限検出部４２は、等化データＺとレプリカＸ'₂および上三角行列Ｒから、数１１の条件にしたがってレプリカＸ'₁を算出する。また、等化データＺと誤差ｎ'_2,jを次段に受け渡す。

誤差計算部４３は、受信したデータ（等化データＺの各要素）と各レプリカ（レプリカＸ'₁、Ｘ'₂の対応する各要素）との差を求め、誤差計算部４１と同様にして、ユークリッド距離近似により誤差計算を行う。すなわち、誤差計算部４３は、等化データＺとレプリカＸ'₁、Ｘ'₂、および上三角行列Ｒから、後述する数２０の式にしたがって、誤差ｎ'_1,jを出力する。このとき、雑音成分ｎ'_2,jも次段に受け渡す。

尤度計算部４４は、誤差計算部４１、４３により得られる誤差ｎ'_1,j、ｎ'_2,jの中から情報ビットの「１」および「０」に対応した最小誤差を選択し、情報ビット「１」に対応した最小誤差の自乗と情報ビット「０」に対応した最小誤差の自乗との差を尤度として、復調結果を出力する。すなわち、尤度計算部４４は、誤差ｎ'_1,j、ｎ'_2,jから、後述する数２１、数２２および数２３に従って、尤度ＬＬＲを出力する。この尤度ＬＬＲが、復調データとして図１に示す通信システム中の復号化部２３に渡される。

［数式による動作の説明］
誤差計算部４１、４３および尤度計算部４４の動作について、数式を用いて説明する。

誤差計算部４１、４３では、数１０および数１２に示した式により得られる自乗誤差ｅ_1,j、ｅ_2,jではなく、誤差ｎ'_1,j、ｎ'_2,jを実数部と虚数部に分けて計算する。まず、誤差ｎ'_2,j、ｎ'_1,jを数１９、数２０の式により求める。ｎ'_1,jの算出に必要なレプリカｘ_1,jの候補は、数１１の条件を用いて従来通りに行う。

尤度計算部４４は、誤差ｎ'_1,j、ｎ'_2,jの合算値ｎ'_jを数２１の式により算出する。すなわち、複素数のＩ成分とＱ成分にわけ、それぞれ絶対値をとり加算する。

この合算値ｎ'_jの自乗ユークリッド距離を自乗誤差ｅ_jとしてもよいが、ここでは、前述の近似により、数２２に示すように、誤差ｅ'_jを算出する。

尤度計算部４４はさらに、この誤差ｅ'_jを用いて尤度を計算する。ここで、誤差ｅ'_jは自乗されていない。そこで、例えばＱＰＳＫの場合、数１４の式ではなく、数２３の式により尤度を求める。

［第２の実施の形態による効果］
この実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、ＱＲ−ＭＬＤにおける数１０および数１２に示す自乗誤差演算について、その自乗和を比較や加算により近似することにより、乗算にかかる処理量を大幅に軽減することができる。

［その他の実施の形態］
以上、本発明の実施の形態に係るＭＩＭＯ受信装置および復調回路について説明したが、本発明は要旨を変更しない限り種々変更実施できる。例えば、上述の説明では受信アンテナ数が２の場合を例に説明したが、受信アンテナ数が３以上の場合でも、ユークリッド距離近似により誤差計算を行う段数を受信アンテナ数に合わせて増やすことで、本発明を同様に実施できる。また、送信データｘ₁、ｘ₂を復調する処理を別々の回路で行う構成とすることもできる。

図２、図３にそれぞれ示した復調回路は、その一部の機能または全ての機能を信号処理プロセッサでソフトウェアにより実現する構成とすることもできる。特に、誤差計算部３５、３７および尤度計算部４４を信号処理プロセッサのプログラムとし、信号処理プロセッサに、複数の送信アンテナから送信されたデータを複数の受信アンテナで受信したデータと送信データとして想定されるレプリカとの差を求め、個々の差に対してユークリッド距離近似により誤差計算を行う誤差計算手順と、この誤差計算手順による誤差計算の結果に基づいてレプリカ毎の合計誤差を求め、この合計誤差の中から情報ビットの「１」および「０」に対応した最小誤差を選択し、情報ビット「１」に対応した最小誤差の自乗と情報ビット「０」に対応した最小誤差の自乗との差を尤度として、復調結果を出力する尤度計算手順とを実行することもできる。誤差計算部４１、４３および尤度計算部４４についても同様に、信号処理プロセッサのプログラムとし、信号処理プロセッサに、複数の送信アンテナから送信されたデータを複数の受信アンテナで受信したデータと送信データとして想定されるレプリカとの差を求め、この差を複素数ａ＋ｊｂで表現するとき、その実部と虚部の絶対値をとってｎ＝｜ａ｜＋ｊ｜ｂ｜とし、ｎの値に基づいてレプリカ毎に複素加算により合計値を算出し、その合計値に対してユークリッド距離近似により誤差計算を行う誤差計算手順と、この誤差計算手順により得られた誤差の中から情報ビットの「１」および「０」に対応した最小誤差を選択し、情報ビット「１」に対応した最小誤差の自乗と情報ビット「０」に対応した最小誤差の自乗との差を尤度として、復調結果を出力する尤度計算手順とを実行させることもできる。

本発明が実施される通信システムのブロック構成図である。本発明の第１の実施の形態に係る復調回路のブロック構成図であり、図１に示す通信システムにおける受信局内の復調部として用いられる回路の構成例を示す。本発明の第２の実施の形態に係る復調回路のブロック構成図であり、図１に示す通信システムにおける受信局内の復調部として用いられる回路の構成例を示す。ＭＩＭＯ技術を用いた通信路モデルを示す図である。ＱＰＳＫでの自乗誤差の合算値ｅ_jからの尤度の計算方法を説明する図である。

符号の説明

１０送信局
１１符号化部
１２変調部
１３Ｄ／Ａ変換部
１４、２４アンテナ
２０受信局
２１Ａ／Ｄ変換部
２２復調部
２３復号化部
３１伝播路推定部
３２ＱＲ分解部
３３等化部
３４レプリカ生成部
３５、３７、７１、７３誤差計算部
３６象限検出部
３８尤度計算部
５１、５２送信アンテナ
６１、６２受信アンテナ

Claims

複数の送信アンテナから送信されたデータを複数の受信アンテナで受信するＭＩＭＯ（ＭｕｌｔｉＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉＯｕｔｐｕｔ）受信装置において、
受信したデータに対し、送信データとして想定されるレプリカとの差が小さくなる復調を行う復調部を有し、
この復調部は、
上記受信したデータと各レプリカとの差を求め、個々の差に対してユークリッド距離近似により誤差計算を行う誤差計算部と、
この誤差計算部による誤差計算の結果に基づいてレプリカ毎の合計誤差を求め、この合計誤差の中から情報ビットの「１」および「０」に対応した最小誤差を選択し、情報ビット「１」に対応した最小誤差の自乗と情報ビット「０」に対応した最小誤差の自乗との差を尤度として、復調結果を出力する尤度計算部と
を有する
ことを特徴とするＭＩＭＯ受信装置。
複数の送信アンテナから送信されたデータを複数の受信アンテナで受信するＭＩＭＯ受信装置において、
受信したデータに対し、送信データとして想定されるレプリカとの差が小さくなる復調を行う復調部を有し、
この復調部は、
上記受信したデータと各レプリカとの差を求め、この差を複素数ａ＋ｊｂで表現するとき、その実部と虚部の絶対値をとってｎ＝｜ａ｜＋ｊ｜ｂ｜とし、ｎの値に基づいてレプリカ毎に複素加算により合計値を算出し、その合計値に対してユークリッド距離近似により誤差計算を行う誤差計算部と、
この誤差計算部により得られた誤差の中から情報ビットの「１」および「０」に対応した最小誤差を選択し、情報ビット「１」に対応した最小誤差の自乗と情報ビット「０」に対応した最小誤差の自乗との差を尤度として、復調結果を出力する尤度計算部と
を有する
ことを特徴とするＭＩＭＯ受信装置。
請求項１または２記載のＭＩＭＯ受信装置おいて、
前記誤差計算部は、ユークリッド距離近似として、複素数ｚ＝ａ＋ｊｂに対して、ａの絶対値｜ａ｜とｂの絶対値｜ｂ｜から、｜ａ｜と｜ｂ｜との最大値と、｜ａ｜と｜ｂ｜との最小値の２分の１とを加算する
ことを特徴とするＭＩＭＯ受信装置。
請求項１または２記載のＭＩＭＯ受信装置おいて、
前記誤差計算部は、ユークリッド距離近似として、複素数ｚ＝ａ＋ｊｂに対して、ａの絶対値｜ａ｜とｂの絶対値｜ｂ｜から、｜ａ｜／２≧｜ｂ｜の場合は｜ａ｜＋｜ｂ｜／４を、｜ｂ｜／２≧｜ａ｜の場合は｜ａ｜／４＋｜ｂ｜を、それ以外の場合は３（｜ａ｜＋｜ｂ｜）／４を求める
ことを特徴とするＭＩＭＯ受信装置。
複数の送信アンテナから送信されたデータを複数の受信アンテナで受信したデータに対し、送信データとして想定されるレプリカとの差が小さくなる復調を行う復調回路において、
上記受信したデータと各レプリカとの差を求め、個々の差に対してユークリッド距離近似により誤差計算を行う誤差計算部と、
この誤差計算部による誤差計算の結果に基づいてレプリカ毎の合計誤差を求め、この合計誤差の中から情報ビットの「１」および「０」に対応した最小誤差を選択し、情報ビット「１」に対応した最小誤差の自乗と情報ビット「０」に対応した最小誤差の自乗との差を尤度として、復調結果を出力する尤度計算部と
を有する
ことを特徴とする復調回路。
複数の送信アンテナから送信されたデータを複数の受信アンテナで受信したデータに対し、送信データとして想定されるレプリカとの差が小さくなる復調を行う復調回路において、
上記受信したデータと各レプリカとの差を求め、この差を複素数ａ＋ｊｂで表現するとき、その実部と虚部の絶対値をとってｎ＝｜ａ｜＋ｊ｜ｂ｜とし、ｎの値に基づいてレプリカ毎に複素加算により合計値を算出し、その合計値に対してユークリッド距離近似により誤差計算を行う誤差計算部と、
この誤差計算部により得られた誤差の中から情報ビットの「１」および「０」に対応した最小誤差を選択し、情報ビット「１」に対応した最小誤差の自乗と情報ビット「０」に対応した最小誤差の自乗との差を尤度として、復調結果を出力する尤度計算部と
を有する
ことを特徴とする復調回路。
信号処理を行うプロセッサに、
複数の送信アンテナから送信されたデータを複数の受信アンテナで受信したデータと送信データとして想定されるレプリカとの差を求め、個々の差に対してユークリッド距離近似により誤差計算を行う誤差計算手順と、
この誤差計算手順による誤差計算の結果に基づいてレプリカ毎の合計誤差を求め、この合計誤差の中から情報ビットの「１」および「０」に対応した最小誤差を選択し、情報ビット「１」に対応した最小誤差の自乗と情報ビット「０」に対応した最小誤差の自乗との差を尤度として、復調結果を出力する尤度計算手順と
を実行させることを特徴とする信号処理プログラム。
信号処理を行うプロセッサに、
複数の送信アンテナから送信されたデータを複数の受信アンテナで受信したデータと送信データとして想定されるレプリカとの差を求め、この差を複素数ａ＋ｊｂで表現するとき、その実部と虚部の絶対値をとってｎ＝｜ａ｜＋ｊ｜ｂ｜とし、ｎの値に基づいてレプリカ毎に複素加算により合計値を算出し、その合計値に対してユークリッド距離近似により誤差計算を行う誤差計算手順と、
この誤差計算手順により得られた誤差の中から情報ビットの「１」および「０」に対応した最小誤差を選択し、情報ビット「１」に対応した最小誤差の自乗と情報ビット「０」に対応した最小誤差の自乗との差を尤度として、復調結果を出力する尤度計算手順と
を実行させることを特徴とする信号処理プログラム。