JP2010528503A - Adaptive soft output M algorithm receiver structure - Google Patents

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Abstract

本発明によれば、無線通信システム内で使用されるデバイスは、送信器を含み、OFDM及びビットインターリーブド符号化変調を使用して送信器から無線送信される情報担持信号を受信する受信器を備え、受信器は各サブトーンに対するジョイント内側デマッピングを実行するために軟出力Mアルゴリズム(SOMA)ベースのマルチプルインマルチプルアウト(MIMO)検出プロセスを使用するSOMAベースのMIMOジョイントデマッパを有する内側復号器構造を備える。SOMAベースのMIMOジョイントデマッパは、各レベルから延長されるパスの総数を表すパラメータの制御の下で検出ツリーを検索することによって複数の候補の中で最良候補を識別し、ツリーの全レベルから複数の最良代替物だけが展開され、SOMAベースのMEvIO検出プロセスは、トーン品質に基づいてパラメータの1つ又は複数を適合させる。
【選択図】図1
According to the present invention, a device used in a wireless communication system includes a transmitter and a receiver that receives an information-carrying signal transmitted wirelessly from the transmitter using OFDM and bit interleaved coded modulation. An inner decoder having a SOMA-based MIMO joint demapper that uses a soft output M-algorithm (SOMA) based multiple-in multiple-out (MIMO) detection process to perform joint inner demapping for each subtone Provide structure. The SOMA-based MIMO joint demapper identifies the best candidate among multiple candidates by searching the detection tree under the control of a parameter representing the total number of paths extended from each level, and from all levels of the tree Only the best alternatives are deployed and the SOMA-based MEvIO detection process adapts one or more of the parameters based on tone quality.
[Selection] Figure 1

Description

優先権priority

[0001]本願は、2007年5月18日に出願した対応する米国特許仮出願第60/930805号明細書、名称「Adaptive Soft Output M−algorithm Receiver Structures for MIMO/OFDM/QAM Systems with BICM/ID」に対する優先権を主張し、これを参照によって組み込むものである。   [0001] This application is related to US Provisional Patent Application No. 60/930805 filed May 18, 2007, entitled "Adaptive Soft Output M-algorithm Receiver Structures for MIMO / OFDM / QAM Systems with IDM. , And incorporates by reference.

[0002]本発明は、無線通信の分野に関し、より具体的には、本発明は、適応軟出力Mアルゴリズム受信器に関する。   [0002] The present invention relates to the field of wireless communications, and more specifically, the invention relates to an adaptive soft output M-algorithm receiver.

[0003]将来の無線システムは、所与の伝送帯域幅内で達成可能なデータレートを高めるために、無線周波数スペクトルのより有効な利用を必要とする。これは、信号処理と組み合わされた複数の送信アンテナ及び受信アンテナを使用することによって達成することができる。複数の最近開発された技法及び新生の標準規格は、無線システムの有効データレートを損なわずに無線媒体を介するデータ通信の信頼性を改善するために、基地局で複数のアンテナを使用することに基づく。いわゆる時空間ブロック符号(space−time block−code、STBC)が、この目的に使用される。   [0003] Future wireless systems will require more efficient use of the radio frequency spectrum in order to increase the data rate achievable within a given transmission bandwidth. This can be achieved by using multiple transmit and receive antennas combined with signal processing. Several recently developed techniques and emerging standards have made it possible to use multiple antennas at the base station to improve the reliability of data communication over the wireless medium without compromising the effective data rate of the wireless system. Based. A so-called space-time block code (STBC) is used for this purpose.

[0004]具体的に言うと、無線通信における最近の進歩は、基地局において時間及び送信アンテナにまたがってシンボルを一緒に符号化することによって、信頼性(ダイバーシティ)利益並びに基地局から各セルラユーザへの帯域幅の1単位あたりの有効データレートの増加を得ることができることを実証した。これらの多重化(スループット)利得及びダイバーシティ利益は、基地局で使用される時空間符号化技法に依存する。多重化利得及びダイバーシティ利益は、システム内の送信アンテナの個数及び受信アンテナの個数によって規定される多重化−ダイバーシティトレードオフ曲線によって基本的に制限されるという意味で、展開されているシステム内の送信アンテナ及び受信アンテナの個数にも本質的に依存する。   [0004] Specifically, recent advances in wireless communications have made it possible for the base station to encode symbols together across time and transmit antennas, thereby improving reliability (diversity) benefits and each cellular user from the base station. It has been demonstrated that an increase in effective data rate per unit of bandwidth can be obtained. These multiplexing (throughput) gains and diversity benefits depend on the space-time coding technique used at the base station. Multiplexing gain and diversity benefits are essentially limited by the multiplexing-diversity trade-off curve defined by the number of transmit antennas and receive antennas in the system, in the sense that transmission in deployed systems It also essentially depends on the number of antennas and receiving antennas.

[0005]高データレート及び広帯域伝送に関して、OFDMの使用は、等化器を不必要にする。マルチレベルモデムを用いると、符号化変調システムを、たとえば畳み込み符号などの外側2進符号(outer binary code)及びいわゆるビットインターリーブド符号化変調(bit−interleaved coded modulation、BICM)システム内のインターリーバによって簡単に設計することができる。   [0005] For high data rates and wideband transmission, the use of OFDM makes the equalizer unnecessary. With a multilevel modem, a coded modulation system can be separated by an interleaver in an outer binary code such as a convolutional code and a so-called bit-interleaved coded modulation (BICM) system. It can be designed easily.

[0006]多数の新生及び将来の無線ネットワークでは、任意の特定のセルユーザのデータを、複数の基地局から使用可能にすることができる。複数の基地局からのジョイントシグナリングは、伝送の範囲/カバレッジをたやすく拡張することができる。さらに、特定のユーザのデータを有する基地局のそれぞれを仮想アンテナアレイの要素(又は、複数の送信アンテナが各基地局に存在する場合には要素のグループ)と見なすことから、所望のユーザにダイバーシティ利益を提供するためにこれらの基地局にまたがって協力的信号符号化方式を使用することが提案される。しかし、符号化された信号は、空間的に散在する基地局によって送信されるので、お互いに関する別個の相対遅延を伴ってすなわち非同期で受信器に到着する。これらの相対遅延は、原理的には受信器で推定され得るが、受信器から送信する基地局への相対遅延情報フィードバックがなければ、送信する基地局では未知である(したがって、それについて調整することができない)。   [0006] In many emerging and future wireless networks, any particular cell user's data can be made available from multiple base stations. Joint signaling from multiple base stations can easily extend the range / coverage of the transmission. Furthermore, since each base station having data for a particular user is considered as an element of the virtual antenna array (or group of elements if multiple transmit antennas are present at each base station), diversity can be provided to the desired user. It is proposed to use a cooperative signal coding scheme across these base stations to provide benefits. However, since the encoded signals are transmitted by spatially scattered base stations, they arrive at the receiver with separate relative delays relative to each other, ie asynchronously. These relative delays can in principle be estimated at the receiver, but are unknown at the transmitting base station (and therefore adjust for it) without relative delay information feedback from the receiver to the transmitting base station. Can't).

[0007]STBCの大きい集団が、セルラシステムの順方向リンクで複数送信アンテナを活用することによってダイバーシティ及び/又は多重化利益を提供する手段として、近年に提案されてきた。重要なのは、STBC方式の実際のシンボルレートRであり、これは、k/t(すなわち、tに対するkの比率)と等しい。フルレートSTBCとは、そのレートRが1シンボル毎チャネル使用と等しいSTBCである。STBCのもう1つの重要な属性が、その復号の複雑さである。任意のSTBCの最適復号器の復号複雑さは、一緒に符号化されるシンボルの個数kにおいて指数関数的であるが、はるかにより低い複雑さを有する設計が存在する。直交時空間符号(orthogonal space−time code、OSTBC)と称する、設計の1つのそのような魅力的なクラスは、フルダイバーシティを提供できるが、その最適復号は、(線形処理とその後の)シンボルごとの復号に切り離される。フルレートOSTBCは、2送信アンテナシステムについてのみ存在する。3つ以上のアンテナについて、レートは、3/4シンボル/毎チャネル使用を超えることができない。その結果、強要される直交性制約は、単純な復号構造をもたらすが、そのような方式によって提供できる多重化利得(したがって、スペクトル効率及びスループット)に制約を課す。   [0007] A large population of STBCs has recently been proposed as a means of providing diversity and / or multiplexing benefits by utilizing multiple transmit antennas on the forward link of a cellular system. What is important is the actual symbol rate R of the STBC scheme, which is equal to k / t (ie, the ratio of k to t). A full rate STBC is an STBC whose rate R is equal to channel usage per symbol. Another important attribute of STBC is its decoding complexity. The decoding complexity of an optimal decoder for any STBC is exponential in the number of symbols k that are encoded together, but there are designs with much lower complexity. One such attractive class of designs, called orthogonal space-time code (OSTBC), can provide full diversity, but its optimal decoding is per symbol (linear processing and subsequent) It is separated into decryption. Full rate OSTBC exists only for the two transmit antenna system. For more than two antennas, the rate cannot exceed 3/4 symbols / per channel usage. As a result, the enforced orthogonality constraint results in a simple decoding structure, but imposes constraints on the multiplexing gain (and thus spectral efficiency and throughput) that can be provided by such a scheme.

[0008]多くのMIMO/OFDMシステムは、サイズの大きいQAMコンステレーション及びBICM/IDを活用し、高い複雑さを有する最適内側MIMO検出器ブロックを有する。   [0008] Many MIMO / OFDM systems take advantage of the large QAM constellation and BICM / ID and have an optimal inner MIMO detector block with high complexity.

[0009]複数の基地局から共通のオーディオ/ビデオ情報をブロードキャストするために展開された複数のシステムが、単一周波数ネットワーク概念の下で符号化OFDM伝送を活用している。これらのシステムは、ブロードキャストする基地局のそれぞれからの共通の符号化OFDMベースの伝送を使用する。OFMDベースの伝送は、複数の信号の非同期受信を可能にし、高められたカバレッジをもたらす。しかし、すべての基地局が情報担持信号の同一の符号化された版を送信するので、SFN(単一周波数ネットワーク)システムは、一般に、完全なコーディング利得と共に完全な送信基地局ダイバーシティを提供はしない(このダイバーシティのある形は、調整されていないので制限されてはいるが、マルチパスダイバーシティの形で使用可能である)。内側の変更された直交STBCを用いる方式は、単一周波数ネットワークのOFDMベースの利益を提供すると同時に、ビットインターリーブド符号化変調と共に別個の基地局から別個の調整された送信を使用することによってシステムから収穫される完全な送信基地局ダイバーシティ及び周波数ダイバーシティを可能にする方法と見なすことができる。   [0009] Multiple systems deployed to broadcast common audio / video information from multiple base stations utilize coded OFDM transmission under a single frequency network concept. These systems use a common coded OFDM based transmission from each of the broadcasting base stations. OFMD-based transmission allows asynchronous reception of multiple signals, resulting in increased coverage. However, since all base stations transmit the same encoded version of the information bearing signal, SFN (single frequency network) systems generally do not provide full transmit base station diversity with full coding gain. (This form of diversity is limited because it has not been adjusted, but can be used in the form of multipath diversity). The scheme with inner modified orthogonal STBC provides OFDM-based benefits for single frequency networks while simultaneously using separate coordinated transmissions from separate base stations with bit interleaved coded modulation. Can be viewed as a method that enables full transmit base station diversity and frequency diversity harvested from

[0010]高いスペクトル効率及び信頼できる伝送を実現できるクラスの方式は、OFDMを用いる時空間ビットインターリーブド符号化変調システムを含む。これらのシステムは、空間(送信アンテナ及び受信アンテナ)ダイバーシティ、周波数ダイバーシティを提供でき、非同期伝送に対処することができる。さらに、2進畳み込み符号をレート互換パンクチャード畳み込み符号(rate compatible punctured convolutional code)を伴うブロックに変更することによって、柔軟なUEPシステムを達成することができる。そのようなシステムに関連する1つの短所は、準最適受信器が、非常に複雑(計算集中型)になり得ることである。必要なジョイントデマッパユニット(内側のMAP復号器又はMaxLogMAP復号器)は、複雑さにおいて、送信アンテナの個数とモデムコンステレーションポイントあたりのビット数との積に伴って指数関数的に増大する。16QAM(4ビット/シンボル)及び4個の送信アンテナを有する例として、内側復号器での計算の複雑さは、24x4=216に比例する。 [0010] A class of schemes that can achieve high spectral efficiency and reliable transmission includes space-time bit interleaved coded modulation systems using OFDM. These systems can provide spatial (transmit and receive antenna) diversity, frequency diversity, and can handle asynchronous transmission. Furthermore, a flexible UEP system can be achieved by changing the binary convolutional code to a block with a rate compatible punctured convolutional code. One disadvantage associated with such systems is that suboptimal receivers can be very complex (computation intensive). The required joint demapper unit (inner MAP decoder or MaxLogMAP decoder) increases in complexity with the product of the number of transmit antennas and the number of bits per modem constellation point. As an example with 16 QAM (4 bits / symbol) and 4 transmit antennas, the computational complexity at the inner decoder is proportional to 2 4 × 4 = 2 16 .

[0011]QAMコンステレーション用のグレイマッパが、非反復復号器のよい選択であるが、反復復号器のよい選択ではないことが周知である。   [0011] It is well known that a gray mapper for a QAM constellation is a good choice for a non-iterative decoder, but not a good choice for an iterative decoder.

[0012]適応軟出力Mアルゴリズム受信器構造の方法及び装置を開示する。一実施形態では、無線通信システム内で使用されるデバイスは、送信器を含み、OFDM及びビットインターリーブド符号化変調を使用して送信器から無線送信される情報担持信号を受信する受信器を備え、受信器は、各サブトーンに対するジョイント内側デマッピングを実行するために軟出力Mアルゴリズム(SOMA)ベースのマルチプルインマルチプルアウト(MIMO)検出プロセスを使用するSOMAベースのMIMOジョイントデマッパを有する内側復号器構造を具備する。SOMAベースのMIMOジョイントデマッパは、各レベルから延長されるパスの総数を表すパラメータの制御の下で検出ツリーを検索することによって複数の候補の中で最良候補を識別するように動作可能であり、ツリーのすべてのレベルから複数の最良代替物だけが展開されるようになっており、SOMAベースのMIMO検出プロセスは、トーン品質に基づいてパラメータのうちの1つ又は複数を適合させる。   [0012] A method and apparatus for an adaptive soft output M-algorithm receiver structure is disclosed. In one embodiment, a device used in a wireless communication system includes a transmitter and includes a receiver that receives an information-carrying signal transmitted wirelessly from the transmitter using OFDM and bit interleaved coded modulation. , The receiver has an SOMA-based MIMO joint demapper that uses a soft output M-algorithm (SOMA) based multiple-in multiple-out (MIMO) detection process to perform joint inner demapping for each subtone It has a structure. The SOMA based MIMO joint demapper is operable to identify the best candidate among multiple candidates by searching the detection tree under control of a parameter representing the total number of paths extended from each level. Only the best alternatives are developed from all levels of the tree, and the SOMA based MIMO detection process adapts one or more of the parameters based on tone quality.

[0013]本発明は、下で与えられる詳細な説明及び本発明のさまざまな実施形態の添付図面からより十分に理解されるが、下の説明及び添付図面は、本発明を特定の実施形態に限定するものと解釈されてはならず、説明及び理解のみのためのものである。   [0013] The present invention will be more fully understood from the detailed description given below and the accompanying drawings of various embodiments of the invention, which will be described in conjunction with the specific embodiments. It should not be construed as limiting, but only for explanation and understanding.

復号プロセスの一実施形態を示す流れ図である。4 is a flow diagram illustrating one embodiment of a decryption process. 広帯域周波数選択性チャネル用のOFDM変調を有するビットインターリーブド符号化変調(BICM)を用いる時空間符号化用の送信器の一実施形態を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating one embodiment of a transmitter for space-time coding using bit interleaved coded modulation (BICM) with OFDM modulation for a wideband frequency selective channel. OFDMシステム用の時空間符号用の反復復号器を有する受信器の一実施形態を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating one embodiment of a receiver having an iterative decoder for space-time codes for an OFDM system. 異なるOFDMトーン/サブチャネル用のMIMOジョイントデマッパユニットを有するMIMOデマッパ305の一実施形態を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating one embodiment of a MIMO demapper 305 having MIMO joint demapper units for different OFDM tones / subchannels. セットパーティション(set partition)タイプマッパの一実施形態を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an embodiment of a set partition type mapper. 2つの信号に対するH行列及び重みの適用を示す図である。It is a figure which shows application of H matrix and a weight with respect to two signals. サブトーンごとの各MIMOデマッパが示されている、図3の受信器のもう1つの表現を示す図である。FIG. 4 shows another representation of the receiver of FIG. 3 where each MIMO demapper for each subtone is shown. 3つの送信アンテナがある場合のツリー上のメトリックの再帰計算を可能にする決定木を示す図である。FIG. 5 shows a decision tree that allows recursive calculation of metrics on the tree when there are three transmit antennas. 決定木の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a decision tree. トーンに対するSOMA内側復号動作をセットアップするプロセスの一実施形態を示す流れ図である。6 is a flow diagram illustrating one embodiment of a process for setting up a SOMA inner decoding operation for a tone. 特定の深さでのSOMA検出プロセスを示す流れ図である。3 is a flow diagram illustrating a SOMA detection process at a specific depth. QR分解を示す図である。It is a figure which shows QR decomposition | disassembly.

[0026]本発明の実施形態は、全般的に、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを有する無線システムを介してディジタル情報を受信する適応受信器構造に関する。本発明の実施形態は、軟出力Mアルゴリズムの改善された版に基づく柔軟で効率的なMIMOジョイントデマッパに対処する。   [0026] Embodiments of the present invention generally relate to an adaptive receiver structure for receiving digital information via a wireless system having multiple transmit antennas and multiple receive antennas. Embodiments of the present invention address a flexible and efficient MIMO joint demapper based on an improved version of the soft output M algorithm.

[0027]そのような適合受信器構造は、モバイルが(1つ又は複数のアンテナの使用によって)複数の送信アンテナを介して送信された信号を受信する無線通信環境で使用することができ、送信アンテナは、複数の基地局にまたがって分配され得る(すなわち、同一位置には配置されない)。1つのそのようなシステムでは、送信アンテナは、同一の基地局に一緒に置かれる。   [0027] Such an adaptive receiver structure can be used in a wireless communication environment where a mobile receives signals transmitted via multiple transmit antennas (by using one or more antennas) Antennas can be distributed across multiple base stations (ie, not co-located). In one such system, the transmit antennas are placed together in the same base station.

[0028]本発明の実施形態は、送信基地局ダイバーシティ、伝送帯域幅内で使用可能な周波数ダイバーシティ、複数の受信アンテナが使用される場合の受信アンテナダイバーシティ、及び拡張されたカバレッジを提供する形で、たとえば各送信する基地局から受信器への複数の独立にフェージングするパスを介する情報担持信号のインテリジェント広帯域伝送を活用するシステムの複雑さを減らされた受信器を含む。本発明の実施形態は、情報担持信号が複数の基地局で使用可能であるシステム及び複数送信アンテナを有する単一アクティブ基地局を含むセッティングに適用可能である。一実施形態では、複数送信アンテナを有する単一基地局が、送信並びにOFDMベースのBICMシステムに使用される。   [0028] Embodiments of the present invention provide transmit base station diversity, frequency diversity available within transmission bandwidth, receive antenna diversity when multiple receive antennas are used, and extended coverage. For example, a reduced system complexity receiver that utilizes intelligent wideband transmission of information-carrying signals over multiple independently fading paths from each transmitting base station to the receiver. Embodiments of the present invention are applicable to systems that can use information-carrying signals at multiple base stations and settings that include a single active base station with multiple transmit antennas. In one embodiment, a single base station with multiple transmit antennas is used for transmission as well as OFDM-based BICM systems.

[0029]本発明の実施形態は、反復復号(ID)を伴うビットインターリーブド符号化変調(BICM)を使用するMIMO/OFDMベースのシステムに適用される。これらのシステムは、十分に低い符号化レートを有する別の(外側)符号が使用される場合に、完全な空間ダイバーシティを提供することができる。高レート符号が使用される場合には、空間ダイバーシティの度合の削減がある。一実施形態では、OFDMに基づく広帯域伝送及び外側2進符号を用いるビットインターリーブド符号化変調が使用される。直交周波数分割多重化OFDMが、柔軟な広帯域システムを達成するのに使用される。反復復号ID(受信器での)を伴うビットインターリーブド符号化変調BICM(送信器での)が、効率のために使用される。内側ジョイントデマッパが、OFDMトーンの品質に基づいて適応的に使用される。このシステムは、内側直交時空間ブロック符号と共に又はこれを伴わずに使用することができる。   [0029] Embodiments of the present invention apply to MIMO / OFDM based systems that use bit interleaved coded modulation (BICM) with iterative decoding (ID). These systems can provide full spatial diversity when another (outer) code with a sufficiently low coding rate is used. If high rate codes are used, there is a reduction in the degree of spatial diversity. In one embodiment, OFDM based wideband transmission and bit interleaved coded modulation with outer binary codes are used. Orthogonal frequency division multiplexing OFDM is used to achieve a flexible wideband system. Bit interleaved coded modulation BICM (at the transmitter) with iterative decoding ID (at the receiver) is used for efficiency. An inner joint demapper is used adaptively based on the quality of the OFDM tone. This system can be used with or without an inner orthogonal space-time block code.

[0030]本発明は、同一位置の基地局を有するシステムと非同一位置の基地局を有するシステムとの両方の時空間符号化方式に適用可能である。   [0030] The present invention is applicable to both space-time coding schemes for systems having base stations at the same location and systems having base stations at non-co-locations.

[0031]次の説明では、本発明のより完全な説明を提供するために、多数の詳細を示す。しかし、本発明を、これらの特定の詳細なしで実践できることは、当業者に明白であろう。他の場合には、本発明を不明瞭にすることを避けるために、周知の構造及びデバイスを、詳細にではなくブロック図形式で示す。   [0031] In the following description, numerous details are set forth to provide a more thorough explanation of the present invention. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form, rather than in detail, in order to avoid obscuring the present invention.

[0032]次の詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータメモリ内のデータビットに対する動作のアルゴリズム及び記号表現に関して提示される。これらのアルゴリズム記述及び表現は、データ処理分野の技術者が自分たちの成果の実質を他の当業者に最も有効に伝えるために使用する手段である。アルゴリズムは、本明細書では、及び一般に、所望の結果につながるステップの自己完結的シーケンスと考えられる。ステップは、物理的量の物理的操作を必要とするステップである。通常、必ずではないが、これらの量は、格納され、転送され、組み合わされ、比較され、他の形で操作され得る、電気信号又は磁気信号の形をとる。時々、主に一般的使用のために、これらの信号をビット、値、要素、シンボル、文字、項、数、又は類似物として参照することが便利であることがわかっている。   [0032] Some portions of the following detailed description are presented in terms of algorithms and symbolic representations of operations on data bits within a computer memory. These algorithmic descriptions and representations are the means used by engineers in the data processing arts to most effectively convey the substance of their work to others skilled in the art. An algorithm is considered herein and generally a self-contained sequence of steps that leads to a desired result. A step is a step that requires physical manipulation of physical quantities. Usually, though not necessarily, these quantities take the form of electrical or magnetic signals capable of being stored, transferred, combined, compared, and otherwise manipulated. It has proven convenient at times, principally for reasons of common usage, to refer to these signals as bits, values, elements, symbols, characters, terms, numbers, or the like.

[0033]しかし、これら及び他の項目が、適当な物理適量に関連付けられなければならず、これらの量に適用される単に便利なラベルであることに留意されたい。次の議論から明白として他の形で特に述べられない限り、本説明全体を通じて、「処理」、「コンピューティング」、「計算」、「判定」、「表示」、又は類似物などの用語を利用する議論は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理的(電子的)量として表されるデータを操作し、コンピュータシステムメモリ若しくはレジスタ、又は他のそのような情報記憶デバイス、情報伝送デバイス、若しくは情報表示デバイス内の物理的量として同様に表される他のデータに変換する、コンピュータシステム若しくは類似する電子コンピューティングデバイスのアクション及びプロセスを指すことを了解されたい。   [0033] However, it should be noted that these and other items must be associated with appropriate physical dosages and are merely convenient labels applied to these quantities. Unless otherwise stated explicitly from the following discussion, terms such as “processing”, “computing”, “calculation”, “decision”, “display”, or the like are used throughout this description. The discussion to manipulate data represented as physical (electronic) quantities in computer system registers and memory, computer system memory or registers, or other such information storage devices, information transmission devices, or information It should be understood that it refers to actions and processes of a computer system or similar electronic computing device that translates into other data that is also represented as a physical quantity in the display device.

[0034]本発明は、本明細書の動作を実行する装置にも関する。この装置は、要求される目的のために特に構成されてもよく、或いは、コンピュータに格納されるコンピュータプログラムによって選択的にアクティブ化又は再構成される汎用コンピュータを含むことができる。そのようなコンピュータプログラムは、フロッピディスク、光ディスク、CD−ROM、及び光磁気ディスクを含む任意のタイプのディスク、読取り専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、EPROM、EEPROM、磁気カード若しくは光カード、又は電子命令の格納に適するすべてのタイプの媒体などであるがこれらに限定はされない、それぞれがコンピュータシステムバスに結合されるコンピュータ可読記憶媒体内に格納され得る。   [0034] The present invention also relates to an apparatus for performing the operations herein. The apparatus may be specially configured for the required purposes, or may include a general purpose computer selectively activated or reconfigured by a computer program stored on the computer. Such computer programs can be any type of disk, including floppy disks, optical disks, CD-ROMs, and magneto-optical disks, read only memory (ROM), random access memory (RAM), EPROM, EEPROM, magnetic card or optical Each may be stored in a computer readable storage medium coupled to a computer system bus, such as but not limited to a card, or any type of medium suitable for storing electronic instructions.

[0035]本明細書で提示されるアルゴリズム及び表示は、特定のコンピュータ又は他の装置に本質的には関連しない。さまざまな汎用システムを、本明細書の教示によるプログラムと共に使用することができ、或いは、必要な方法ステップを実行するためにより特殊化された装置を構成することが便利であるとわかる場合がある。さまざまなこれらのシステムの必要な構造は、下の説明から明白になる。さらに、本発明は、特定のプログラミング言語に関して説明されるのではない。さまざまなプログラミング言語を使用して、本明細書に記載の発明の教示を実施できることを了解されたい。   [0035] The algorithms and displays presented herein are not inherently related to any particular computer or other apparatus. Various general purpose systems may be used with programs in accordance with the teachings herein, or it may prove convenient to construct a more specialized apparatus to perform the necessary method steps. The required structure for a variety of these systems will appear from the description below. In addition, the present invention is not described with reference to any particular programming language. It should be understood that various programming languages may be used to implement the teachings of the invention described herein.

[0036]機械可読媒体は、機械(たとえば、コンピュータ)によって読取り可能な形で情報を格納し又は伝送するすべての機構を含む。たとえば、機械可読媒体は、読取り専用メモリ(「ROM」)、ランダムアクセスメモリ(「RAM」)、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、電気、光、音響、又は他の形の伝搬される信号(たとえば、搬送波、赤外線信号、ディジタル信号など)などを含む。   [0036] A machine-readable medium includes any mechanism for storing or transmitting information in a form readable by a machine (eg, a computer). For example, a machine-readable medium may be read-only memory (“ROM”), random access memory (“RAM”), magnetic disk storage medium, optical storage medium, flash memory device, electrical, optical, acoustic, or other form of propagation. Signal to be transmitted (eg, carrier wave, infrared signal, digital signal, etc.).

概要
[0037]無線通信システム 送信器を有する第1デバイス(たとえば、基地局)と、OFDM及びビットインターリーブド符号化変調を使用して無線送信された送信器からの情報担持信号を受信するための受信器を有する第2デバイス(たとえば、モバイル端末)と を説明する。一実施形態では、本明細書で説明される通信システムは、マルチキャリアOFDM変調と組み合わされるビットインターリーブド符号化変調を用いる時空間符号化を適用する送信器と、反復デマッピング及び復号を用いるOFDM復調を適用する受信器とを含む符号化変調システムである。本明細書で説明されるシステムは、N個の送信アンテナ及びN個の受信アンテナを有する。N個の受信アンテナのそれぞれは、N個の送信アンテナから送信された信号のチャネル歪み版の合計である信号を受信する。本発明によるそのような符号化変調システムを、無線ローカルエリア/広域ネットワーク(LAN/WAN)応用例で有利に使用することができる。
Overview
[0037] Wireless communication system A first device having a transmitter (eg, a base station) and reception for receiving information bearing signals from a wirelessly transmitted transmitter using OFDM and bit interleaved coded modulation A second device (eg, a mobile terminal) having a device. In one embodiment, the communication system described herein includes a transmitter that applies space-time coding using bit interleaved coded modulation combined with multi-carrier OFDM modulation, and OFDM that uses iterative demapping and decoding. A coded modulation system including a receiver that applies demodulation. The system described herein has N t transmit antennas and N r receive antennas. Each N r receive antennas receives a which is the sum signal of the channel distortion version of the transmitted signals from the N t transmit antennas. Such a coded modulation system according to the present invention can be advantageously used in wireless local area / wide area network (LAN / WAN) applications.

[0038]例示的実施形態を、ビットインターリーブド符号化変調を用いる時空間符号化に関して説明するが、時空間符号化に関する他のタイプの符号化変調を使用することができる。さらに、例示的実施形態を、QAMを使用するシンボルへのビットインターリーブド符号化データのマッピングについて説明するが、たとえば位相偏移キーイング(PSK)などであるがこれには限定されない他の変調方式を使用することができる。   [0038] Although exemplary embodiments are described with respect to space-time coding with bit-interleaved coded modulation, other types of coded modulation with respect to space-time coding can be used. Further, exemplary embodiments describe mapping of bit interleaved encoded data to symbols using QAM, but other modulation schemes such as but not limited to phase shift keying (PSK), etc. Can be used.

[0039]一般に、受信器は、チャネル応答行列H[k]の要素の値を推定する回路網を含み、そのような推定値は、送信器によって受信器に送信される周期的テスト(パイロット)信号を使用して生成することができる。チャネルインパルス応答のそのような先験的情報を、シミュレーションを介して生成することもできる。行列H[k]は、第k OFDMトーンでのチャネル応答を示し、次元N×Nの行列である。 [0039] In general, the receiver includes circuitry that estimates the values of the elements of the channel response matrix H [k], such estimates being transmitted by the transmitter to the receiver in a periodic test (pilot). It can be generated using a signal. Such a priori information of the channel impulse response can also be generated via simulation. A matrix H [k] represents a channel response in the kth OFDM tone, and is a matrix of dimension N r × N t .

[0040]信号処理と組み合わされた時に、複数の送信アンテナ及び受信アンテナは、高められた帯域幅効率(データレート)、拡大された電力効率(範囲)、又はその両方を有する通信リンクをもたらすことができる。本発明の実施形態は、主に、順方向リンクすなわち伝送の基地局からモバイルへの伝送方向を扱う。適応軟出力Mアルゴリズムベースの受信器構造に関する方法及び装置を開示する。   [0040] When combined with signal processing, multiple transmit and receive antennas provide a communication link with increased bandwidth efficiency (data rate), increased power efficiency (range), or both Can do. Embodiments of the present invention primarily deal with the forward link or transmission direction from the base station to the mobile. A method and apparatus for an adaptive soft output M algorithm based receiver structure is disclosed.

[0041]一実施形態では、受信器内の複雑さを減らされた軟出力MIMO検出器は、変更された軟出力Mアルゴリズム(SOMA)を適応的に利用する。一実施形態では、軟出力MIMO検出器は、OFDMシステム内のすべてのトーン又はサブチャネルについて、並びに復号プロセスでのすべての反復で、適用される。SOMAデマッパの利益を示すために、最大事後確率(MAP)検出器と称する最適MIMO検出器を検討されたい。MAPは、すべての送信アンテナに対して、並びにすべての用いられるQAMコンステレーションシンボル及びビットに対してジョイントデマッピング機能を実行する。しばしば、漸近的に最適であるがはるかにより単純な網羅的MaxLogMAP検出アルゴリズムが使用される。しかし、より単純なMaxLogMAP検出器においてさえ、網羅的デマッピング動作が必要であり、これは、送信アンテナの個数(N)とQAMコンステレーションポイントあたりのビット数(B)との積に伴って指数関数的に増加する検索空間を伴う。たとえば、64 QAM変調(コンステレーションポイントあたり6ビット)を使用する6×6MIMOシステム(6個の送信アンテナ及び6個の受信アンテナ)に関して、この積は、36である。その場合に、復号複雑さは、236のオーダーを有し、MaxLogMAPは、現在のテクノロジを用いて実施することができない。対照的に、一実施形態では、SOMA検出器は、そのMIMO検出プロセスで候補の総数の分数だけを使用し、したがって、かなりの複雑さの減少がある。もちろん、性能と複雑さ減少の度合との間にトレードオフがある。一実施形態では、各SOMAモジュール(OFDMトーンあたり1個)に割り振られる計算の量が、受信器の総合的な複雑さ−性能トレードオフを最適化するためにチャネル条件(所与のOFDMトーンでの)に適合されるという点で、SOMAは適応的に使用される。 [0041] In one embodiment, the reduced complexity soft output MIMO detector in the receiver adaptively utilizes a modified soft output M algorithm (SOMA). In one embodiment, the soft output MIMO detector is applied for every tone or subchannel in the OFDM system, as well as at every iteration in the decoding process. To illustrate the benefits of the SOMA demapper, consider an optimal MIMO detector called a maximum posterior probability (MAP) detector. The MAP performs a joint demapping function for all transmit antennas and for all used QAM constellation symbols and bits. Often an exhaustive MaxLogMAP detection algorithm that is asymptotically optimal but much simpler is used. However, even a simpler MaxLogMAP detector requires an exhaustive demapping operation, which is accompanied by the product of the number of transmit antennas (N t ) and the number of bits per QAM constellation point (B). With an exponentially increasing search space. For example, for a 6 × 6 MIMO system (6 transmit antennas and 6 receive antennas) using 64 QAM modulation (6 bits per constellation point), this product is 36. In that case, the decoding complexity has an order of 2 36 and MaxLogMAP cannot be implemented using current technology. In contrast, in one embodiment, the SOMA detector uses only a fraction of the total number of candidates in its MIMO detection process, and thus there is a significant complexity reduction. Of course, there is a trade-off between performance and the degree of complexity reduction. In one embodiment, the amount of computation allocated to each SOMA module (one per OFDM tone) determines the channel conditions (for a given OFDM tone) to optimize the overall complexity-performance tradeoff of the receiver. SOMA is used adaptively in that it is adapted to

[0042]すべての内側/外側復号器反復中に、SOMA検出器は、各OFDMトーンに対してSOMA検出プロセスを実行する。一実施形態では、SOMA検出プロセスで探査される候補の個数が、検出ツリー内の各ノード又はレベルから延ばされるパスの個数を示すパラメータ(M)によって制御される。具体的に言うと、検出ツリー内のすべての所与のレベルで、訪問される候補の部分集合Mだけが、生き残りとして保存され、次のレベルで延ばされることになる。このレベルでテストされる残りの候補を、アーリーターミネーテッドパス(early−terminated path)と称する。アーリーターミネーテッドパスは、軟出力計算を実行するためにSOMAによって使用される。一実施形態では、SOMA検出プロセスで探査されるアーリーターミネーテッドパスの個数は、これらのパスが軟出力計算でも役割を演ずるので、適応パラメータでもある。本明細書において、この値は、Tと表され、アルゴリズムによって軟出力値計算に使用される。全体的な検出プロセスにおいて、内側/外側復号器反復の回数Iも、総復号複雑さ及び関連する性能に影響する。   [0042] During all inner / outer decoder iterations, the SOMA detector performs a SOMA detection process for each OFDM tone. In one embodiment, the number of candidates explored in the SOMA detection process is controlled by a parameter (M) that indicates the number of paths extended from each node or level in the detection tree. Specifically, at every given level in the detection tree, only the subset M of candidates that are visited will be saved as survivors and extended at the next level. The remaining candidates to be tested at this level are referred to as early-terminated paths. The early terminated path is used by SOMA to perform soft output calculations. In one embodiment, the number of early terminated paths explored in the SOMA detection process is also an adaptive parameter because these paths also play a role in soft output calculations. In this specification, this value is denoted as T and is used by the algorithm to calculate the soft output value. In the overall detection process, the number of inner / outer decoder iterations I also affects the total decoding complexity and associated performance.

[0043]一実施形態では、パラメータM並びにT及び/又はIは、所与の総複雑さレベルについて最良の総合性能のために適応式に選択され、適応性を案内する量は、異なるOFDMトーンの品質である。たとえば、あるトーンの高い信号レベル又はその代わりに高い信号対雑音比(SNR)は、そのトーンのよい品質レベルを意味する。その場合に、SOMA検出プロセスは、より小さい値のM、より小さい値のT、及び潜在的により小さい値のIを用いて復号を実行する。その一方で、悪い品質のトーンすなわち低い信号レベル又は低いSNRを有するトーンについて、SOMA検出プロセスは、総複雑さの最良の使用のために、より大きい値のM、T、及びIを用いる復号を実行する。適応性を、経時的にすなわち連続するOFDMシンボルにまたがって延長することもできる。   [0043] In one embodiment, the parameters M and T and / or I are adaptively selected for the best overall performance for a given total complexity level, and the amount guiding flexibility is different OFDM tones. Of quality. For example, a high signal level for a tone or alternatively a high signal-to-noise ratio (SNR) means a good quality level for that tone. In that case, the SOMA detection process performs decoding using a lower value of M, a lower value of T, and a potentially lower value of I. On the other hand, for bad quality tones, i.e., tones with low signal levels or low SNR, the SOMA detection process performs decoding with larger values of M, T, and I for the best use of total complexity. Execute. The adaptability can also be extended over time, i.e. across consecutive OFDM symbols.

[0044]一実施形態では、本明細書で説明する時空間符号化システムは、広帯域伝送のためのOFDM、高いスペクトル効率のためのMIMO及び大きいQAMコンステレーション、ビットインターリーブド符号化変調方式(BICM)のためのビットインターリーバ、並びに外側2進符号を含む。全体的な検出は、通常は反復的に実行される。これは、内側MIMOデマッパと外側復号器との両方が、ソフトインソフトアウト(soft in soft out、SISO)検出/復号を実行することを必要とする。複雑さに寄与する1つのシステムコンポーネントは、通常、上で説明したようにジョイントデマッパである。外側符号は、複雑さに関して、よりクリティカルでない。一実施形態では、MIMO検出器は、原理的に、すべての2進外側符号を処理する。この符号は、ターボ符号、LDPC符号、通常の畳み込み符号、又はRCPC符号とすることができる。外側符号用の復号器は、好ましくは、ソフトインソフトアウト(SISO)タイプの復号器、たとえばMAP復号器である。外側復号器は、反復復号のために内側MIMO検出器にソフト情報を供給する。   [0044] In one embodiment, the space-time coding system described herein includes OFDM for wideband transmission, MIMO for high spectral efficiency and large QAM constellation, bit interleaved coded modulation scheme (BICM). Bit interleaver for), as well as outer binary code. The overall detection is usually performed iteratively. This requires that both the inner MIMO demapper and the outer decoder perform soft-in-soft-out (SISO) detection / decoding. One system component that contributes to complexity is typically a joint demapper as described above. The outer code is less critical with respect to complexity. In one embodiment, the MIMO detector in principle processes all binary outer codes. This code may be a turbo code, an LDPC code, a normal convolutional code, or an RCPC code. The decoder for the outer code is preferably a soft-in-soft-out (SISO) type decoder, for example a MAP decoder. The outer decoder provides soft information to the inner MIMO detector for iterative decoding.

[0045]図1は、復号プロセスの一実施形態の流れ図である。このプロセスは、ハードウェア(たとえば、専用論理、回路網など)、ソフトウェア(汎用コンピュータシステム又は専用機械で動作するものなど)、又はこの両方の組合せを含むことができる処理論理によって実行することができる。一実施形態では、復号プロセスが、無線通信システム内の受信器によって実行される。   [0045] FIG. 1 is a flow diagram of one embodiment of a decryption process. This process may be performed by processing logic that may include hardware (eg, dedicated logic, circuitry, etc.), software (such as that running on a general purpose computer system or a dedicated machine), or a combination of both. . In one embodiment, the decoding process is performed by a receiver in the wireless communication system.

[0046]図1を参照すると、このプロセスは、処理論理が無線通信システム内の受信器によって受信された個々のOFDMトーンの品質を評価すること(処理ブロック101)によって開始される。個々のOFDMトーン/サブチャネルの品質は、受信器で評価/推定される。一実施形態では、OFDMトーンの品質は、信号レベルに基づく。別の実施形態では、OFDMトーンの品質は、信号対雑音比(SNR)に基づく。   [0046] Referring to FIG. 1, the process begins by processing logic evaluating the quality of individual OFDM tones received by a receiver in a wireless communication system (processing block 101). The quality of individual OFDM tones / subchannels is evaluated / estimated at the receiver. In one embodiment, the quality of the OFDM tone is based on the signal level. In another embodiment, the quality of the OFDM tone is based on the signal to noise ratio (SNR).

[0047]OFDMトーンの品質を評価した後に、処理論理は、ディスジョイント内側デマッピングのために各サブトーンに対してSOMAベースのMIMO検出プロセスを実行することを含む、送信されたビットの最尤判断値及びこれらの判断の信頼性値を表す出力データの第1集合を作るための第1復号動作を実行し、ここで、最良候補は、ツリーのすべてのレベルからの所定の個数の最良代替物だけが展開されるように、各レベルから延ばされるパスの総数を表すパラメータの制御の下で検出ツリーを検索することによって、複数の候補の中で識別される(処理ブロック102)。一実施形態では、復号の実行は、すべてのレベルで、そのレベルの推定された最良パスとそのレベルのアーリーターミネーテッドパスのすべて又は部分集合のそれぞれとの間のメトリック差を計算することによって軟出力値を計算することを含み、これによって、各そのようなメトリック差が、2つのパス(それに基づいてメトリック差が計算される)が値において一致しないビット位置を更新するのに使用される。一実施形態では、ソフトインソフトアウト(SISO)外側復号器は、内側SOMAベースのMIMOジョイントデマッパからの軟出力値を使用して、出力データを作り、反復復号のためにソフト値を内側復号器構造に戻って供給する。もう1つの実施形態では、軟入力硬出力ビタビ復号器は、内側SOMAベースのMIMOジョイントデマッパからの軟出力値を使用して、非反復復号の硬出力データを作る。その場合に、より単純な外側復号器が、硬出力を作るのに使用されることに留意されたい。   [0047] After evaluating the quality of the OFDM tones, processing logic performs a maximum likelihood determination of the transmitted bits, including performing a SOMA-based MIMO detection process for each subtone for disjoint inner demapping. Performing a first decoding operation to produce a first set of output data representing the values and confidence values of these decisions, wherein the best candidates are a predetermined number of best alternatives from all levels of the tree Are identified among a plurality of candidates by searching the detection tree under the control of a parameter representing the total number of paths extended from each level (processing block 102). In one embodiment, decoding is performed at all levels by calculating a metric difference between the estimated best path at that level and each of all or a subset of that level's early-terminated paths. Calculating the output value, whereby each such metric difference is used to update the bit position where the two paths (based on which the metric difference is calculated) do not match in the value. In one embodiment, a soft-in soft-out (SISO) outer decoder uses the soft output values from the inner SOMA-based MIMO joint demapper to produce output data and inner decodes the soft values for iterative decoding. Supply back to the container structure. In another embodiment, the soft input hard output Viterbi decoder uses the soft output values from the inner SOMA based MIMO joint demapper to produce hard output data for non-iterative decoding. Note that in that case, a simpler outer decoder is used to produce a hard output.

[0048]一実施形態では、SOMAベースのMIMO検出プロセスは、ツリー内のアーリーターミネーテッドパスの個数(T)に基づいて適合され、Tは、軟出力値計算で使用される。もう1つの実施形態では、SOMAベースのMIMO検出プロセスは、トーン品質に基づく各トーンの反復の回数に基づいて適合される。もう1つの実施形態では、SOMAベースのMIMO検出プロセスは、トーン品質に基づいて、各反復中に及びすべてのトーンについて適合される。もう1つの実施形態では、SOMAベースのMIMO検出プロセスは、1つ又は複数のパラメータ、ツリー内のアーリーターミネーテッドパスの個数、及びトーン品質に基づく反復の総数を適合させる。   [0048] In one embodiment, the SOMA based MIMO detection process is adapted based on the number of early terminated paths (T) in the tree, where T is used in the soft output value calculation. In another embodiment, the SOMA-based MIMO detection process is adapted based on the number of repetitions of each tone based on tone quality. In another embodiment, the SOMA-based MIMO detection process is adapted during each iteration and for all tones based on tone quality. In another embodiment, the SOMA-based MIMO detection process adapts one or more parameters, the number of early terminated paths in the tree, and the total number of iterations based on tone quality.

[0049]第1復号動作を実行した後に、処理論理は、2進外側コーダを用いて第2復号動作を実行する(処理ブロック103)。一実施形態では、外側復号器は、送信システム内で外側符号器として使用される関連する畳み込み符号用のMAP復号器を含む。外側復号器は、レート互換パンクチャード畳み込み(RCPC)符号、ターボ符号、及びLDPC符号が送信システム内の外側符号器として使用される時に、そのような2進符号用の従来の最適又は準最適復号器を含むことができる。   [0049] After performing the first decoding operation, processing logic performs a second decoding operation using the binary outer coder (processing block 103). In one embodiment, the outer decoder includes a MAP decoder for the associated convolutional code that is used as the outer encoder in the transmission system. The outer decoder is a conventional optimal or sub-optimal decoding for such binary codes when rate compatible punctured convolution (RCPC) codes, turbo codes, and LDPC codes are used as outer encoders in the transmission system. Can be included.

送信器及び受信器の実施形態
[0050]図2及び3に、BICM及びIDを用いるMIMO/OFDMシステムの送信器及び受信器のブロック図を示す。より具体的には、図2は、広帯域周波数選択性チャネル用のOFDM変調を有するビットインターリーブド符号化変調(BICM)を用いる時空間符号化用の送信器の一実施形態のブロック図である。図2を参照すると、送信器200は、畳み込み符号器201、ビットインターリーバ202、直列並列変換器203、マッパモデム207〜207Nt、逆高速フーリエ変換(IFFT)モジュール208〜208Nt、及び送信アンテナ209〜209Ntを含む。IFFTモジュール208〜208Ntが、当技術分野で周知の形で実行される循環プレフィックス動作をも含むことに留意されたい。
Transmitter and receiver embodiments
[0050] FIGS. 2 and 3 show block diagrams of transmitters and receivers of a MIMO / OFDM system using BICM and ID. More specifically, FIG. 2 is a block diagram of one embodiment of a transmitter for space-time coding using bit interleaved coded modulation (BICM) with OFDM modulation for wideband frequency selective channels. Referring to FIG. 2, the transmitter 200 includes a convolutional encoder 201, a bit interleaver 202, a serial-to-parallel converter 203, mapper modems 207 1 to 207 Nt , inverse fast Fourier transform (IFFT) modules 208 1 to 208 Nt , and The transmission antennas 209 1 to 209 Nt are included. Note that IFFT modules 208 1 -208 Nt also include cyclic prefix operations that are performed in a manner well known in the art.

[0051]データに対するBICM符号化を実行するために、畳み込みコーダ201は、2進畳み込み符号を入力ビット(入力データ)210に適用する。次に、ビットインターリーバ202は、畳み込みコーダ201からの符号化されたビットをインターリーブして、ビットインターリーブド符号化ビットを生成する。このビットインターリービングは、フェージングチャネルの相関を除去し、ダイバーシティを最大化し、畳み込みコーダ201からの畳み込み符号化ビットのシーケンス内の相関を除去し、反復復号の性能を高めるためにデータを条件付ける。畳み込みコーダ201及びビットインターリーバ202は、通常、データパケットなど、入力データの別個のブロックを操作することができる。   [0051] To perform BICM encoding on data, convolutional coder 201 applies a binary convolutional code to input bits (input data) 210. Next, the bit interleaver 202 interleaves the encoded bits from the convolutional coder 201 to generate bit interleaved encoded bits. This bit interleaving removes the fading channel correlation, maximizes diversity, removes the correlation in the sequence of convolutionally coded bits from the convolutional coder 201, and conditions the data to enhance the performance of iterative decoding. Convolutional coder 201 and bit interleaver 202 can typically operate on separate blocks of input data, such as data packets.

[0052]ビットインターリービングを実行した後に、ビットマッピング、変調、及びOFDMが、ビットインターリーブド符号化ビットに適用される。直列並列変換器203は、直列のビットインターリーブド符号化ビットストリームをビットインターリーバ202から受け取る。直列並列変換器203が、受信器が情報の別個のブロックに対するその復号を同期化することを可能にするフレーミング情報をビットストリームに挿入するフレーミングモジュール(図示せず)を含むことができることに留意されたい。直列並列変換器203は、長さN長のワードを生成し、ワードの各要素は、マッパモデム207〜207Ntのうちの対応する1つに供給される。このワードの要素は、単一ビット値とすることができ、或いは、Bビット値とすることができ、ここで、Bは、各モデムコンステレーションシンボルによって表されるビット数である。 [0052] After performing bit interleaving, bit mapping, modulation, and OFDM are applied to the bit interleaved coded bits. The serial to parallel converter 203 receives a serial bit interleaved encoded bit stream from the bit interleaver 202. It is noted that the serial to parallel converter 203 can include a framing module (not shown) that inserts framing information into the bitstream that enables the receiver to synchronize its decoding for separate blocks of information. I want. Serial to parallel converter 203 generates a word of length N t length, each element of the word is supplied to a corresponding one of mapper modems 207 1 to 207 Nt. The elements of this word can be single bit values or B bit values, where B is the number of bits represented by each modem constellation symbol.

[0053]マッパモデム207〜207Ntのそれぞれは、Bビットを対応するシンボル(Q進シンボル空間の、Q=2である)に変換する。各モデムマッパ207の出力は、シンボルである。IFFTモジュール208〜208Ntのそれぞれは、F個までのシンボルを集め、その後、F個のシンボルのブロックに長さFのIFFT演算を適用する。Fは、その値を通常は64もの小さい値から4096までの範囲とすることができる整数であり、或いは、より大きく、使用可能な伝送帯域幅、搬送波周波数、及びシステムによって対処される必要があるドップラシフトの量に依存する。したがって、IFFTモジュール208〜208Ntのそれぞれは、対応する送信アンテナ209〜209Ntを介して送信できるF個の並列サブチャネルを生成する。各サブチャネルは、チャネルに送信される変調された副搬送波である。 [0053] Each mapper modems 207 1 to 207 Nt, converts the B bits to corresponding symbols (the Q-ary symbol space is Q = 2 B). The output of each modem mapper 207 is a symbol. Each of the IFFT modules 208 1 -208 Nt collects up to F symbols and then applies an IFFT operation of length F to the block of F symbols. F is an integer whose value can be in the range of as little as 64 to 4096, or is larger and needs to be addressed by the available transmission bandwidth, carrier frequency, and system Depends on the amount of Doppler shift. Accordingly, each of IFFT modules 208 1 to 208 Nt generates F parallel subchannels that can be transmitted via the corresponding transmit antennas 209 1 to 209 Nt . Each subchannel is a modulated subcarrier transmitted on the channel.

[0054]実施形態では、送信器及び受信器は、等しい個数の送信アンテナ及び受信アンテナを有する、すなわち、N=N=Nである。これによってuと表される2進情報担持信号は、まず、送信器で、外側2進符号によって、畳み込みコーダ201を使用して符号化され、符号化シーケンスcが生成される。このシーケンスは、擬似ランダムビットインターリーバ202によってインターリーブされる。次に、マッパモデム207〜207Ntのそれぞれは、B個のインターリーブされたビットのグループを一時に2個のQAMシンボルにマッピングする。結果のQAMシンボルは、ラウンドロビンの形でN個の送信アンテナ209〜209Ntを介して多重化され、OFDM送信が、IFFTモジュール208〜208Ntを使用して各アンテナ上で適用される。便宜上、本明細書において、s[n]すなわちアンテナkによってトーンn上で、

Figure 2010528503

すなわちBビットのうちのl番目を介して送信されるQAMシンボルは、s[n]を作るためにマッパモデム207〜207Ntの1つで入力として使用される。
Figure 2010528503

であるものとすると、
[n]=map(b[n]) (1)
であり、ここで、mapは、マッパ動作を表す。 [0054] In an embodiment, the transmitter and receiver have an equal number of transmit and receive antennas, ie, N t = N T = N. This binary information bearing signal, denoted u k by, first, at the transmitter, by an outer binary codes are encoded using a convolutional coder 201, coding sequence c k is generated. This sequence is interleaved by a pseudo random bit interleaver 202. Each of the mapper modems 207 1 -207 Nt then maps a group of B interleaved bits to 2 B QAM symbols at a time. The resulting QAM symbols are multiplexed via N transmit antennas 209 1 to 209 Nt in round robin form, and OFDM transmission is applied on each antenna using IFFT modules 208 1 to 208 Nt. . For convenience, herein, s k [n], ie on tone n by antenna k,
Figure 2010528503

That is, the QAM symbol transmitted via the lth of the B bits is used as an input by one of the mapper modems 207 1 to 207 Nt to create s k [n].
Figure 2010528503

Assuming that
s k [n] = map (b k [n]) (1)
Where map represents the mapper operation.

[0055]図3は、OFDMシステム用の時空間符号用の反復復号器を有する受信器の一実施形態のブロック図である。図3を参照すると、受信器300は、受信アンテナ301〜301Nr、高速フーリエ変換(FFT)モジュール302〜302Nr、復調器/検出器303、並列直列変換器307、ビットデインターリーバ308、最大事後(MAP)復号器309、ビットインターリーバ310、及び直列並列変換器311を含む。図示されてはいないが、FFTモジュール302〜302Nrのそれぞれには、フィルタリング、バンドレートサンプリング、及び循環プレフィックス除去動作を実行するフロントエンドが先行する。 [0055] FIG. 3 is a block diagram of one embodiment of a receiver having an iterative decoder for a space-time code for an OFDM system. Referring to FIG. 3, the receiver 300 includes receiving antennas 301 1 to 301 Nr , fast Fourier transform (FFT) modules 302 1 to 302 Nr , a demodulator / detector 303, a parallel / serial converter 307, and a bit deinterleaver 308. , A maximum a posteriori (MAP) decoder 309, a bit interleaver 310, and a serial to parallel converter 311. Although not shown, each of the FFT modules 302 1 -302 Nr is preceded by a front end that performs filtering, band rate sampling, and cyclic prefix removal operations.

[0056]広帯域システムについて、受信器300は、受信アンテナ3011−NrのそれぞれについてOFDM復調を実行し、復調及びデマッピングは、F個の並列サブチャネルにまたがって実行される。第i受信アンテナ301(i)は、N個の送信アンテナから送信された信号のさまざまな寄与(すなわち、図2の対応するアンテナ209〜209Ntを介して送信された複数F個の並列、狭帯域、フラットフェージングサブチャネルの寄与)からなる信号を感知する。FFTモジュール302〜302Nrのそれぞれは、受信アンテナ301〜301Nrの対応する信号にF点FFTを適用し、F個のサブチャネルのN個の並列集合を生成する。 [0056] For wideband systems, the receiver 300 performs OFDM demodulation for each of the receive antennas 301 1-Nr , and demodulation and demapping are performed across F parallel subchannels. The i-th receive antenna 301 (i) receives various contributions of signals transmitted from N t transmit antennas (ie, multiple F parallels transmitted via corresponding antennas 209 1 to 209 Nt in FIG. 2). , Narrowband, flat fading subchannel contribution). Each of the FFT modules 302 1 to 302 Nr applies F-point FFT to the corresponding signals of the receiving antennas 301 1 to 301 Nr to generate N r parallel sets of F subchannels.

[0057]一実施形態で、復調器/検出器303は、従来技術の狭帯域フラットフェージングシステムでのように1つのサブチャネル内のみではなく、F個のサブチャネル(フラットフェージングを伴ってゆっくり変化する)のそれぞれでビットを推定する。復調器304は、F個のサブチャネルのN個の並列集合のそれぞれについて、F個のサブチャネル搬送波をベースバンドに復調する。マルチインプットマルチアウトプット(MIMO)デマッパ305は、FFTモジュール302〜302NrからのF個のサブチャネルのN個の並列集合に基づいて、送信器内のN個のアンテナからのF個のサブチャネルのそれぞれのデマッピングされたビット(すなわち、コンステレーションシンボルからマッピングされたビット)のMAP推定値を作る。MIMOデマッパ305は、MAP復号器309による軟出力復号(再インターリービングが続く)によって生成された信頼性情報を使用して、デマッピングされたビットの推定値及びこれらのビットに関する信頼性情報を作る。 [0057] In one embodiment, the demodulator / detector 303 is not only within one subchannel, as in prior art narrowband flat fading systems, but with F subchannels (slowly changing with flat fading). )) To estimate the bit. Demodulator 304 demodulates F subchannel carriers to baseband for each of N r parallel sets of F subchannels. A multi-input multi-output (MIMO) demapper 305 is based on N r parallel sets of F sub-channels from FFT modules 302 1 -302 Nr , and F F from N t antennas in the transmitter. Make a MAP estimate of each demapped bit (ie, mapped from the constellation symbol) of each of the subchannels. The MIMO demapper 305 uses the reliability information generated by the soft output decoding (followed by reinterleaving) by the MAP decoder 309 to produce demapped bit estimates and reliability information about these bits. .

[0058]一実施形態では、MIMOデマッパ305は、ソフト値が正しいことの事後確率の推定値(近似)と一緒に、オーバーラップするF個のサブチャネルで送信されたビットのソフト値を計算する。これは、当技術分野で周知の形で実行される。   [0058] In one embodiment, the MIMO demapper 305 calculates the soft value of the bits transmitted on the F subchannels that overlap, along with an estimate (approximation) of the posterior probability that the soft value is correct. . This is performed in a manner well known in the art.

[0060]図4は、異なるOFDMトーン/サブチャネル用のMIMOジョイントデマッパユニットを有するMIMOデマッパ305の一実施形態のブロック図である。図4を参照すると、N個の受信アンテナ301〜301Nrの各信号は、FFTを適用することによってF個のサブチャネルに分割され(図4には示されていない復調器304によって)、対応するサブチャネルMIMOデマッパ401〜401に送られる。すべてのN個の受信アンテナの第kサブチャネルの信号出力は、第kサブチャネルMIMOデマッパ401(k)に供給され、信頼性情報は、以前の反復のMAP復号器309の出力から生成された外部情報を使用する。この外部情報は、各反復のビットエラーレート性能を改善するために、MIMOデマッパ305とMAP復号器309との間で交換される。そのような内側/外側復号器セッティングで外部情報を計算する方法は、当技術分野で周知である。第1の反復では、ソフトデマッパに入力される外部情報がない。後続の反復では、一実施形態で、外部情報が、次のように計算される。まず、軟出力が、MAP外側復号器によって計算され、これから、入力信頼性情報(同一の外側復号器に入力される)が、MAP復号器309によって作られる外部情報を計算するために減算される。この外部情報は、デインターリーブされ、次の反復でMIMOデマッパ305に入力として渡される。 [0060] FIG. 4 is a block diagram of one embodiment of a MIMO demapper 305 having MIMO joint demapper units for different OFDM tones / subchannels. Referring to Figure 4, each signal N r receive antennas 301 1 to 301 Nr is divided into F subchannels by applying FFT (by a demodulator 304, not shown in FIG. 4) , To corresponding subchannel MIMO demappers 401 1 to 401 F. Signal outputs of the k sub-channels of all N r receive antennas is supplied to the k subchannel MIMO demapper 401 (k), reliability information is generated from the output of the MAP decoder 309 in the previous iteration Use external information. This external information is exchanged between the MIMO demapper 305 and the MAP decoder 309 to improve the bit error rate performance of each iteration. Methods for calculating extrinsic information with such inner / outer decoder settings are well known in the art. In the first iteration, no external information is input to the soft demapper. In subsequent iterations, in one embodiment, the external information is calculated as follows: First, the soft output is calculated by the MAP outer decoder, from which the input reliability information (input to the same outer decoder) is subtracted to calculate the external information produced by the MAP decoder 309. . This external information is deinterleaved and passed as input to the MIMO demapper 305 in the next iteration.

[0061]図3に戻って、MIMOデマッパ305からのF個の並列ストリーム内のビットの推定値は、これらのビットの信頼性値と一緒に、これらのビットのそれぞれに関する外部信頼性情報と一緒に並列直列変換器307に供給される。信頼性情報は、これらのビットの出力信頼性値(デマッパ305によって作られる)とこれらのビットの入力信頼性値(デマッパ305への入力)との間の差として計算される。変換器307は、送信器によって生成されたBICM符号化ビットストリームの推定値を再構成し、このBICM符号化ビットストリームは、受信器300によって推定されたものである。推定されたBICM符号化ビットストリーム(及び外部信頼性情報)は、その後、ビットデインターリーバ308によってデインターリーブされ、送信器によって適用された畳み込み符号化を逆転するためにMAP復号器309に印加される。この場合の逆演算は、畳み込みコーダ201への入力である情報ビットストリームのビット値の推定値を生成すること、及び新しい信頼性情報としてMIMOデマッパ303に戻って渡される(再インターリービングの後に)外部情報を作ることにも対応する。   [0061] Returning to FIG. 3, the estimated values of the bits in the F parallel streams from MIMO demapper 305 together with the reliability values of these bits, along with the external reliability information for each of these bits. Is supplied to the parallel-serial converter 307. Reliability information is calculated as the difference between the output reliability value of these bits (made by demapper 305) and the input reliability value of these bits (input to demapper 305). The converter 307 reconstructs the estimated value of the BICM encoded bitstream generated by the transmitter, which was estimated by the receiver 300. The estimated BICM encoded bitstream (and external reliability information) is then deinterleaved by the bit deinterleaver 308 and applied to the MAP decoder 309 to reverse the convolutional encoding applied by the transmitter. The The inverse operation in this case generates an estimate of the bit value of the information bitstream that is the input to the convolutional coder 201, and is passed back to the MIMO demapper 303 as new reliability information (after reinterleaving). It also supports creating external information.

[0062]MAP復号プロセスは、当技術分野で周知の形で、送信された情報ビットの軟出力値を生成する。   [0062] The MAP decoding process generates a soft output value of the transmitted information bits in a manner well known in the art.

[0063]MAP復号器309からの外部情報は、まず、ビットインターリーバ310に印加される。ビットインターリービングは、外部情報の要素をMIMOデマッパ305からのインターリーブされた推定されたBICM符号化ビットストリームに整列させる。さらに、インターリーブされた外部情報は、直列並列変換器311に印加され、直列並列変換器311は、送信器で形成された並列ビットストリームに対応する外部情報のN個の並列ストリームを形成する。 [0063] External information from the MAP decoder 309 is first applied to the bit interleaver 310. Bit interleaving aligns the elements of external information into the interleaved estimated BICM encoded bitstream from MIMO demapper 305. Further, the interleaved external information is applied to the serial-to-parallel converter 311. The serial-to-parallel converter 311 forms N t parallel streams of external information corresponding to the parallel bit stream formed at the transmitter.

[0064]外部情報は、各反復のビットエラーレート性能を改善するために、MIMOデマッパ305とMAP復号器309との間で交換される。一実施形態では、MaxLogMAPタイプの近似が、各ビット位置のビットLLR値を計算するのに使用される。もう1つの実施形態では、LLRの計算に関する改善されたMax−Log近似を、MIMOデマッパ305と、送信方式において外側符号器として使用される畳み込み符号に関連するMAP復号器309との両方で使用することができる。事後LLR値の計算に関する改善されたMax−Log近似は、LLRを計算するために更新された順方向再帰メトリックシーケンス、逆方向再帰メトリックシーケンス、及び分岐メトリックシーケンスを計算する時に、次の式のmax*項関係を使用することができる。
max(x,y)=log(e+e)=max(x,y)+log(1+e−|x−y|
したがって、各構成するMIMOデマッパ305又はMAP復号器309は、max項目(max(x,y))及び対数訂正項(log(1+e−|x−y|))の別々の計算によってmax項を計算する。
[0064] External information is exchanged between the MIMO demapper 305 and the MAP decoder 309 to improve the bit error rate performance of each iteration. In one embodiment, a MaxLogMAP type approximation is used to calculate the bit LLR value for each bit position. In another embodiment, an improved Max-Log approximation for LLR computation is used in both the MIMO demapper 305 and the MAP decoder 309 associated with the convolutional code used as the outer encoder in the transmission scheme. be able to. The improved Max-Log approximation for the calculation of the a posteriori LLR value is obtained when calculating the forward recursive metric sequence, the reverse recursive metric sequence, and the branch metric sequence updated to calculate the LLR: * The term relation can be used.
max * (x, y) = log (e x + e y) = max (x, y) + log (1 + e - | x-y |)
Therefore, each constituent MIMO demapper 305 or MAP decoder 309 calculates the max * term by separate calculation of the max item (max (x, y)) and the logarithmic correction term (log (1 + e− | xy−)). calculate.

[0065]図5に、反復復号で使用される16QAM用のいわゆるセットパーティションタイプマッパの一実施形態を示す。このタイプのマッパは、非反復復号プロセスに適するグレイマッパとは対照的に、反復復号(ID)を伴うBICMに適する。   [0065] FIG. 5 illustrates one embodiment of a so-called set partition type mapper for 16QAM used in iterative decoding. This type of mapper is suitable for BICM with iterative decoding (ID) as opposed to a gray mapper that is suitable for non-iterative decoding processes.

内側復号器構造の例
[0066]OFDMフロントエンド前処理の後に、各受信アンテナからの及び各トーン上のサンプルは、上で説明した図3及び4に示された復号のための内側/外側ソフトインソフトアウト復号器構造を介して渡される。やはり上で説明したように、一実施形態では、外側復号器は、最適(ソフトインソフトアウト)BCJR復号器である。これらのタイプの符号化OFDM/BICM/OFDMシステムに関連する近最適受信器の複雑さは、図3の受信器構造の内側復号器に存する。第m受信アンテナ及び第nトーン上の受信信号サンプルを、

Figure 2010528503

と表すことができ、ここで、hmk[n]は、第nトーン上の第k送信アンテナと第m受信アンテナとの間の有効チャネル利得を表し、wm[n]は、第mアンテナ及び第nトーン上の関連する熱雑音項を表す。代替案では、(2)を、次のようにコンパクトに表しなおすことができる。
y[n]=H[n]s[n]+w[n] (3)
ここで、h[n]=[h[n] h[n]…h[n]]であり、h[n]=[h1m[n] h2m[n]…hNm[n]]であり、s[n]=[s[n] s[n]…s[n]]であり、y[n]及びw[n]は、同様に定義され、N=N=Nであると仮定される。 Example of inner decoder structure
[0066] After OFDM front-end pre-processing, the samples from each receive antenna and on each tone are the inner / outer soft-in soft-out decoder structures for decoding shown in FIGS. 3 and 4 described above. Passed through. As also described above, in one embodiment, the outer decoder is an optimal (soft in soft out) BCJR decoder. The near-optimal receiver complexity associated with these types of coded OFDM / BICM / OFDM systems resides in the inner decoder of the receiver structure of FIG. Received signal samples on the mth receive antenna and the nth tone,
Figure 2010528503

Where h mk [n] represents the effective channel gain between the k th transmit antenna and the m th receive antenna on the n th tone, and w m [n] is the m th antenna and Represents the associated thermal noise term on the nth tone. In an alternative, (2) can be re-expressed compactly as follows:
y [n] = H [n] s [n] + w [n] (3)
Here, a h [n] = [h 1 [n] h 2 [n] ... h N [n]] T, h m [n] = [h 1m [n] h 2m [n] ... h Nm [N]] T , s [n] = [s 1 [n] s 2 [n]... S N [n]] T , and y [n] and w [n] are defined similarly. , N t = N r = N.

[0067]チャネル状態情報(CSI)は、送信器で入手可能ではないが、CSIは、受信器では完全に入手可能であると仮定される、すなわち、H[n]の集合は、受信器では既知であるが送信器では未知であると仮定される。   [0067] Channel state information (CSI) is not available at the transmitter, but CSI is assumed to be fully available at the receiver, ie, the set of H [n] is at the receiver It is assumed that it is known but unknown at the transmitter.

[0068]各OFDMトーン上では、N個のQAMシンボルが、同時に送信され、N個の受信アンテナのそれぞれが、これらのN個のシンボルの線形組合せを受信する(これによって、線形組合せは、瞬間的チャネル係数によって規定される)。一実施形態では、最適(硬又は)軟出力内側復号器の複雑さは、2個のQAMシンボル候補の可能なN個のタプルの個数によって規定され、この個数は、C=(2=2BNのオーダーを有し、ここで、Bは、QAM信号点あたりのビット数であり、Nは、送信アンテナの個数である。複雑さ尺度Cは、ジョイントデマッパ(内側復号器)内の対数尤度比(LLR)を形成するために必要な項の個数を示す。これは、MAP復号器又はMaxLogMAP復号器によってチェックされる項の個数でもある。一例として、4×4 16QAM(1Gb/s)システム[2]について、C=216であるが、6×6 64QAM(2.5Gb/s)及び12×12 64QAM(5Gb/s)システムについて、Cの値は、それぞれC=236及びC=272という明らかに「非実用的範囲」になる。 [0068] On each OFDM tone, N QAM symbols are transmitted simultaneously, and each of the N receive antennas receives a linear combination of these N symbols. Defined by the dynamic channel coefficient). In one embodiment, the complexity of an optimal (hard or) soft output inner decoder is defined by the number of possible N tuples of 2 B QAM symbol candidates, which is C = (2 B ). N = 2 BN , where B is the number of bits per QAM signal point and N is the number of transmit antennas. The complexity measure C indicates the number of terms required to form a log-likelihood ratio (LLR) in the joint demapper (inner decoder). This is also the number of terms that are checked by the MAP decoder or the MaxLogMAP decoder. As an example, for a 4 × 4 16 QAM (1 Gb / s) system [2], C = 2 16 , but for 6 × 6 64 QAM (2.5 Gb / s) and 12 × 12 64 QAM (5 Gb / s) systems, The value of C is clearly in the “impractical range” with C = 2 36 and C = 2 72 , respectively.

[0069]上で述べたように、一実施形態では、受信器は、軟出力Mアルゴリズム(SOMA)の変更された版を使用する。SOMAは、当技術分野で周知であり、たとえば、参照によって本明細書に組み込まれている、ウォン(Wong)、「The Soft Output M−algorithm and its applications」、カナダ、キングストン、クイーン大学博士論文、2006年8月を参照されたい。一実施形態では、変更された軟出力Mアルゴリズム(SOMA)が、適応式に使用される。Mアルゴリズムは、当技術分野で周知であり、たとえば、リン(Lin)及びコステロ(Costello)、「Error Control Coding,2nd Edition」、Prentice Hall、米国ニューヨーク州、2003年に記載されている。   [0069] As noted above, in one embodiment, the receiver uses a modified version of the soft output M algorithm (SOMA). SOMA is well known in the art, and is incorporated by reference, for example, Wong, “The Soft Output M-algorithm and its applications”, Canada, Kingston, Queen University PhD thesis, See August 2006. In one embodiment, a modified soft output M algorithm (SOMA) is used adaptively. The M algorithm is well known in the art and is described, for example, in Lin and Costello, “Error Control Coding, 2nd Edition”, Prentice Hall, New York, USA, 2003.

[0070]軟出力値を与えない基本的なMアルゴリズムとは対照的に、一実施形態では、ジョイントデマッパは、検出ツリー内で減らされた検索を行うことによって、候補の指数関数的に増大する母集団の中で最良の代替物を見つけるのに変更されたSOMAを使用する。これは、すべての代替物ではなく、ツリーのすべてのレベルからM個の最良代替物だけを展開することによって行われる。一実施形態では、M個の最良代替物は、あるメトリックを使用して判定される。一実施形態では、このメトリックが、当技術分野で周知の、リン(Lin)及びコステロ(Costello)、「Error Control Coding,2nd Edition」、Prentice Hall、米国ニューヨーク州、2003年に記載のものなど、いわゆるMaxLogMAPタイプメトリックである。   [0070] In contrast to the basic M algorithm that does not provide soft output values, in one embodiment, the joint demapper increases the candidate exponentially by performing a reduced search in the detection tree. Use the modified SOMA to find the best alternative in the population to be. This is done by expanding only the M best alternatives from all levels of the tree, not all alternatives. In one embodiment, the M best alternatives are determined using a metric. In one embodiment, this metric is well known in the art, as described in Lin and Costello, “Error Control Coding, 2nd Edition”, Prentice Hall, New York, USA, 2003, etc. This is a so-called MaxLogMAP type metric.

[0071]検出ツリーを介する検索に基づいて、ジョイントデマッパは、推定された最良パスをその最良パスから分岐する最良代替パスと比較することによって、軟出力値を計算する。ツリーのレベルを介するこれらのパスは、ツリーの端で終端され(M個のそのようなパスがある)、或いは、すべてのレベルで非終端(T個のアーリーターミネーテッドパスがある)とすることができる。すなわち、SOMA検出プロセスは、アルゴリズム内のツリー検索中に反復的にこれらの軟出力計算を実行し、これによって、ツリー内の各深さで、可能であるすべてのビット位置の信頼性値を計算するために、その深さのアーリーターミネーテッドパス及び同一深さの最良候補を使用する。   [0071] Based on the search through the detection tree, the joint demapper calculates the soft output value by comparing the estimated best path with the best alternative path that branches from the best path. These paths through the levels of the tree may be terminated at the end of the tree (there are M such paths) or non-terminated at all levels (there are T early terminated paths) it can. That is, the SOMA detection process performs these soft output computations iteratively during the tree search in the algorithm, thereby calculating confidence values for all possible bit positions at each depth in the tree. To do that, we use the early terminated path at that depth and the best candidate at the same depth.

[0072]内側SOMAベースのMIMOジョイントデマッパからの軟出力は、次に、外側2進符号用のソフトインソフトアウト(SISO)復号器によって使用される。この復号器は、ソフト値を、反復的ターボタイプの反復復号で内側復号器に戻って供給する。もう1つの実施形態では、軟入力硬出力ビタビ復号器(すなわち、より単純な外側復号器)は、内側SOMAベースのMIMOジョイントデマッパからの軟出力値を使用して、非反復復号用の硬出力データを作る。   [0072] The soft output from the inner SOMA-based MIMO joint demapper is then used by a soft-in-soft-out (SISO) decoder for the outer binary code. The decoder supplies soft values back to the inner decoder with iterative turbo type iterative decoding. In another embodiment, a soft input hard output Viterbi decoder (ie, a simpler outer decoder) uses a soft output value from an inner SOMA-based MIMO joint demapper to use a hard input for non-iterative decoding. Create output data.

[0073]一実施形態では、内側復号器は、チャネル適応式である。SOMA内側復号器のそのようなチャネル適応版は、性能のかなりの低下を伴わずに複雑さにおいて救う(ベースSOMA設計に関して)と同時に、所望のターゲットBER性能に向けて所与のチャネル実現について最適化可能である。   [0073] In one embodiment, the inner decoder is channel adaptive. Such a channel-adaptive version of the SOMA inner decoder saves in complexity without significant performance degradation (with respect to the base SOMA design), while at the same time being optimal for a given channel implementation towards the desired target BER performance Is possible.

[0074]一実施形態では、SOMAアルゴリズムは、まず上の計算をツリーでの計算にし、次にツリーを介する検索を制限することによって近似最大化計算を実行することによって、(推定された)シンボル判断値及び関連するビット推定値の信頼性情報を計算する。   [0074] In one embodiment, the SOMA algorithm first computes the (estimated) symbol by performing an approximate maximization computation by making the above computation a computation on the tree and then restricting the search through the tree. Compute reliability information for decision values and associated bit estimates.

[0075]次に、焦点は、固定されるが任意のOFDMトーンnに対するSOMA動作にある。便宜上、OFDMインデックスnに対するすべての変数ベクトル及び行列の依存性を省略する。一実施形態では、ツリー構造に対するMaxLogMAPデマッパ計算のマッピングは、チャネル行列のQRタイプ分解を活用することに基づくは、説明される。π:{1,…,N}:{1,…,N}が、順列関数を表し、s(π)=[sπ(1),sπ(2) … sπ(N)が、sの関連するNシンボル順列を表し、p(π)が、関連する順列行列すなわち、s(π)−Pπsをもたらす行列を表すものとする。 [0075] Next, the focus is on SOMA operation for a fixed but arbitrary OFDM tone n. For convenience, the dependence of all variable vectors and matrices on the OFDM index n is omitted. In one embodiment, the mapping of the MaxLogMAP demapper computation to the tree structure is described based on exploiting the QR type decomposition of the channel matrix. π: {1, ..., N }: {1, ..., N} is, represents a permutation function, s (π) = [s π (1), s π (2) ... s π (N)] is T , S represents the associated N symbol permutation, and p (π) represents the associated permutation matrix, ie the matrix that yields s (π) −P π s.

[0076]任意の固定されたオーダーπに関連して、分解は、式(3)からのチャネル行列Hを、H(π)=Q(π)(π)の形のH(π)=H[P(π)として表し、Q(π)は、ユニタリ行列であり、L(π)は、下三角行列である。その結果、[Q(π)へのyの情報ロスレス射影演算は、式(3)からのyにおけるものと同等の測定値の集合を構成するベクトル

Figure 2010528503

をもたらし、このベクトルは、次のように表すことができ
Figure 2010528503

これによって、
Figure 2010528503

であり、i>jのときには
Figure 2010528503

である。例については図12を参照されたく、この図では、式(4)の右辺の最初の項の構造が、N=N=N=3について示されている。 [0076] in association with any fixed order [pi, decomposition, the channel matrix H from equation (3), H (π) = Q (π) in the form of L (π) H (π) = H [P (π) ] T , Q (π) is a unitary matrix, and L (π) is a lower triangular matrix. As a result, the information lossless projection operation of y onto [Q (π) ] H is a vector that constitutes a set of measured values equivalent to those at y from equation (3)
Figure 2010528503

This vector can be expressed as
Figure 2010528503

by this,
Figure 2010528503

And when i> j
Figure 2010528503

It is. See FIG. 12 for an example, in which the structure of the first term on the right hand side of Equation (4) is shown for N t = N r = N = 3.

[0077]上で与えた

Figure 2010528503

の式を与えられれば、フル検索MaxLogMAPを、ツリーでの検索を介する測定値の上の集合に基づいて簡単に実施することができる。ツリー内の深さkでは、最初のk個の式だけが、候補をランキングするために式(4)から考慮される。これらの式は、s(π)の最初のk個のシンボルだけに依存するので、候補の集合は、グループ内でランキングされ、これによって、各グループは、πによって記述されるオーダー内の最初のk個のシンボル内の同一のシンボル値を有するすべてのNシンボル候補に対応する。具体的に言うと、
Figure 2010528503

が、2個のQAMシンボル値の任意のN×1ベクトルを表し、
Figure 2010528503

であり、
Figure 2010528503

が、
Figure 2010528503

にマッピングされる第kビットの関連する値を表すものとすると、MaxLogMAP計算は、
Figure 2010528503

に縮小され、ここで、
Figure 2010528503

であり、
Figure 2010528503

である。 [0077] gave above
Figure 2010528503

Given the equation, a full search MaxLogMAP can be easily implemented based on the top set of measurements via a search in the tree. At depth k in the tree, only the first k equations are considered from equation (4) to rank the candidates. Since these equations depend only on the first k symbols of s (π) , the candidate set is ranked within the group so that each group is the first in the order described by π. Corresponds to all N symbol candidates having the same symbol value in k symbols. Specifically,
Figure 2010528503

Represents an arbitrary N × 1 vector of 2 B QAM symbol values,
Figure 2010528503

And
Figure 2010528503

But,
Figure 2010528503

Assuming that the associated value of the kth bit that is mapped to
Figure 2010528503

Where
Figure 2010528503

And
Figure 2010528503

It is.

[0078]量

Figure 2010528503

は、深さN及びノードあたり2個の分岐のツリーに対するフルツリー検索を介してたやすく再帰的に実施することができる。 [0078] amount
Figure 2010528503

Can be easily and recursively implemented through a full tree search on a tree of depth N and 2 B branches per node.

[0079]SOMAアルゴリズムは、本質的に、ツリーに対する制限されたMaxLogMAPメトリックベースの検索を実行する。すべてのMアルゴリズムと同様に、すべての所与のレベルのすべての生き残る候補から、すべての可能な候補が、次のレベル(このケースでは2M)に展開されるが、これらの候補の部分集合Mだけが、ツリー内のより深い深さでの検索のために保存される。SOMAの重要な要素は、ツリー上で表されるNBビットのそれぞれの各値の品質メトリック推定値を再帰的に生成し、更新することである。具体的に言うと、SOMAは、2つのN×B行列Δ(0)及びΔ(1)を活用し、これによって、s内の第kビットの値0及び1に関連する相対信頼性メトリックは、それぞれδ(0) m,k=[Δ(0)m,k及びδ(1) m,k=[Δ(1)m,kによって与えられる。この方式は、レベルmの各生き残るパスを次のレベルのその2個のパス延長に再帰的に延長することと、新しいパスの累積メトリックを計算することと、減少するメトリックの順でパスをソートすることとに頼る。p[I,i],rが、深さIのr番目のランキングされたパスを表す場合に、最上位M個のパスすなわち、集合{p[I,i],r;1≦r≦M}内のパスが保存され、{p[I,i],r;r>M}内のパスは、打ち切られる。しかし、最良のNterm個の打ち切られるパスの部分集合{p[I,i],r;M+1≦r≦M+Nterm}は、[Δ(0)]及び[Δ(1)]内の関連する位置を更新することによって、ビットの相対信頼性更新及びそれが表すビット値を作るために、破棄される前に、それでも使用される。深さNでの完了の後に、SOMAは、まず、硬推定として最良の累積メトリックを有する生き残る長さNのパスを選択する。このQAMシンボルのN×1ベクトルは、NBビットの硬推定値

Figure 2010528503

を直接にデマッピングし、入手するのに使用される。信頼性メトリックは、すべての長さNのツリー候補2≦r≦M=Ntermに基づいて、2つの行列内で更新される。次に、第m QAMシンボル内で表される第kビットの相対信頼性情報は、
Figure 2010528503

によって与えられる。M(深さあたりの生き残る候補)及びN−term(アーリーターミネーテッドパスに基づいてソフト情報を収集するのに使用される候補の個数)の値を変更して、計算の複雑さとビットエラーレート性能とをトレードオフすることができる。反復復号セッティングでは、各反復サイクルに、各復号器が、他の復号器に入力として渡される(MIMOデマッパの場合には適当にインターリーブされ、他のMAP復号器の場合には再インターリーブされる)外部情報を計算する。この外部情報は、復号器によって作られる軟出力情報(たとえば、MIMOデマッパの場合には、式(7)を参照されたい)と復号器への入力固有情報との間の差として計算される。通常、任意の所与の特定のビット位置について復号器の間で渡される外部情報は、差分値の形すなわち、「ビット=1」値と「ビット=0」信頼性値との間の差である。反復復号が使用される場合に、式(6)に示されたSOMA復号に使用されるメトリックは、外部項を含むように変更される。具体的に言うと、もう1つの項が、式(6)の右辺に追加され、この項は、シンボル
Figure 2010528503

の2進表現内のビット位置ごとに1項の項の合計である。差分信頼性値が使用されるときには、任意の所与だが固定されたビット位置に対応する、追加される項は、
Figure 2010528503

内のそのビット位置のビット値が0である場合には0と等しく、そうでない場合には差分入力信頼性値と等しい。 [0079] The SOMA algorithm essentially performs a limited MaxLogMAP metric based search on the tree. As with all M algorithms, from all surviving candidates at all given levels, all possible candidates are expanded to the next level (in this case 2 B M), but part of these candidates Only the set M is saved for searching deeper in the tree. An important element of SOMA is to recursively generate and update a quality metric estimate for each value of each of the NB bits represented on the tree. Specifically, SOMA leverages two N × B matrix delta a (0) and delta (1), whereby the relative reliability metric associated with the value 0 and 1 of the k bits in the s m Are given by δ (0) m, k = [Δ (0) ] m, k and δ (1) m, k = [Δ (1) ] m, k , respectively. This method includes recursively extending the respective survive path level m in the 2 B pieces of the path extension of the next level, and calculating the cumulative metrics of the new path, the path in the order of decreasing metric Rely on sorting. If p [I, i], r represents the rth ranked path of depth I, the top M paths, ie, the set {p [I, i], r ; 1 ≦ r ≦ M } Are saved, and paths in {p [I, i], r ; r> M} are aborted. However, the subset of the best N term truncated paths {p [I, i], r ; M + 1 ≦ r ≦ M + N term } is related to [Δ (0) ] and [Δ (1) ] By updating the position, it is still used before being discarded to create a relative reliability update of the bit and the bit value it represents. After completion at depth N, SOMA first selects the surviving length N path with the best cumulative metric as a hard estimate. This N × 1 vector of QAM symbols is an NB bit hard estimate
Figure 2010528503

Used to directly demap and obtain The reliability metric is updated in two matrices based on all length N tree candidates 2 ≦ r ≦ M = N term . Next, the k-th bit relative reliability information represented in the m-th QAM symbol is
Figure 2010528503

Given by. Change the values of M (candidates per depth) and N-term (number of candidates used to collect soft information based on early-terminated paths) to improve computational complexity and bit error rate performance Can be traded off. In the iterative decoding setting, each decoder passes each decoder as an input to each other decoder (appropriately interleaved for the MIMO demapper and reinterleaved for the other MAP decoders). Calculate external information. This external information is calculated as the difference between the soft output information produced by the decoder (see, for example, Equation (7) for the MIMO demapper) and the input specific information to the decoder. Typically, the external information passed between decoders for any given specific bit position is in the form of a difference value, ie, the difference between a “bit = 1” value and a “bit = 0” reliability value. is there. When iterative decoding is used, the metric used for SOMA decoding shown in equation (6) is modified to include the outer term. Specifically, another term is added to the right side of equation (6), which is the symbol
Figure 2010528503

Is the sum of one term for each bit position in the binary representation. When a differential confidence value is used, the added term corresponding to any given but fixed bit position is
Figure 2010528503

Is equal to 0 if the bit value at that bit position is 0, otherwise it is equal to the differential input reliability value.

[0080]図6A及び6Bに、単純な2×2の例の1つのサブトーンのMIMOデマッパの動作を示す。図6Aを参照すると、y信号及びy信号は、第1及び第2のアンテナからのシンボルs及びsから生成される。これは、次に従って、周知の形で行われる。

Figure 2010528503

この場合に、sは、サイズN=N=N=2のベクトルであり、sの各項目は、コンステレーションシンボルに対応する。 [0080] FIGS. 6A and 6B illustrate the operation of a simple 2 × 2 example one subtone MIMO demapper. Referring to FIG. 6A, the y 1 and y 2 signals are generated from symbols s 1 and s 2 from the first and second antennas. This is done in a known manner according to the following.
Figure 2010528503

In this case, s is a vector of size N t = N r = N = 2, and each item of s corresponds to a constellation symbol.

[0081]MIMOデマッパは、図6Bに示されているように1つのサブトーンについて、y信号及びy信号を受け取り、シンボルs及びsによって表されるビットの推定値を返す。さらに、軟出力(信頼性情報)が、推定されたビットの集合に対して供給される。図7に、サブトーンごとの各MIMOデマッパが示されている、図3の受信器のもう1つの表現を示す。 [0081] The MIMO demapper receives the y 1 and y 2 signals for one subtone as shown in FIG. 6B and returns an estimate of the bits represented by the symbols s 1 and s 2 . In addition, soft output (reliability information) is provided for the estimated set of bits. FIG. 7 shows another representation of the receiver of FIG. 3, where each MIMO demapper for each subtone is shown.

[0082]QR分解の後に、2つのスカラ測定値が、式(4)で説明した形で入手される。例示のために、オーダーs、sに対応する順列オーダーπを検討されたい。(4)のLπ行列の構造に起因して、

Figure 2010528503

の第1測定値は、sだけに依存するが、第2測定値は、sとsとの両方に依存する。次に、式(6)のメトリックが考慮され、これは、このケースでは2つの項の合計である。第1の項(m=1)は、
Figure 2010528503

の第1測定値に起因する項であり、sだけに依存する。第2の項(m=N=2)は、第2測定値に起因する項目である(1つのl12項及び1つのl22項からなる)。この構造は、(6)のメトリックのそれぞれの計算をツリーに対して実行することを可能にする。ツリーの第1レベルでは、(6)の合計の第1項(m=1)だけが計算される。これらは、sだけに依存するので、計算される項の個数(したがって、ツリー内のレベル1ノードの個数)は、sがとることのできる可能な値の個数と等しい。第2ステップでは、レベル1の各ノード(それぞれがsの別個の値に対応する)から、sの各可能な値の葉が、延長され、式(6)の合計の第2項(分岐メトリック)が、計算され、sの特定の値に対応する第1項に加算される。最後に(このケースではレベル2で)、シンボルの候補ベクトルと同数のエンドノードがあり、各ノードは、特定のベクトルシンボル候補の(6)の計算を表す。したがって、これらを、QAMシンボルベクトルによって表されるすべてのビットのビット推定値及び信頼性情報を提供するために、(5)と同様に比較することができる。 [0082] After the QR decomposition, two scalar measurements are obtained in the form described in equation (4). For illustration, consider the permutation order π corresponding to orders s 1 and s 2 . Due to the structure of the L π matrix in (4),
Figure 2010528503

The first measured value of depends on s 1 only, whereas the second measured value depends on both s 1 and s 2 . Next, the metric of equation (6) is considered, which in this case is the sum of the two terms. The first term (m = 1) is
Figure 2010528503

This term depends on the first measurement value of, and depends only on s 1 . The second term (m = N = 2) is, (consisting of one l 12 Section and one l 22 Section) The second is an item due to the measured value. This structure allows each calculation of the metric of (6) to be performed on the tree. At the first level of the tree, only the first term (m = 1) of the sum of (6) is calculated. Since these depend only on s 1 , the number of terms computed (and thus the number of level 1 nodes in the tree) is equal to the number of possible values that s 1 can take. In the second step, from each node at level 1 (each corresponding to a distinct value of s 1 ), the leaves of each possible value of s 2 are extended and the second term (6) in the sum of equation (6) ( A branch metric) is calculated and added to the first term corresponding to a particular value of s 1 . Finally (at level 2 in this case) there are as many end nodes as there are symbol candidate vectors, each node representing the (6) calculation of a particular vector symbol candidate. Thus, they can be compared as in (5) to provide bit estimates and reliability information for all bits represented by the QAM symbol vector.

[0083]図8に、3つの送信アンテナがあり、したがってN=N=N=3である場合のツリー上のメトリックのこの再帰計算を可能にする決定木を示す。SOMAアルゴリズムは、ツリー全体ではなく、パスの限られた集合を検索する。パスを制限する形は、ツリーのルートからパスの展開を開始し、各レベルで、パスの部分集合だけを生き残るパスとして(すなわち、さらに展開されるパスとして)保存することである。図8を参照すると、ツリーの各新しいレベルで、M個の最良の分岐だけに関してツリーを展開する判断が行われる。この判断は、各候補の部分距離メトリックを計算することに基づくものとすることができる。具体的に言うと、レベル「n」では、比較に使用される距離メトリックは、式(6)の最初の「n」個の項(すなわち、m=1,2,…,「n」に関する式(6)のすべての項の合計)に対応する。次に、このメトリックに基づいて、最良のM個のメトリックが、生き残りとして選択される。したがって、ツリーは、最良のM個のパスだけを保存することによって、各深さで枝刈りされる。これを、図9に表す。 [0083] FIG. 8 shows a decision tree that allows this recursive calculation of metrics on the tree when there are three transmit antennas and thus N t = N r = N = 3. The SOMA algorithm searches a limited set of paths, not the entire tree. The form of limiting the path is to start the path expansion from the root of the tree and at each level, save only a subset of the paths as surviving paths (ie, as further expanded paths). Referring to FIG. 8, at each new level of the tree, a decision is made to expand the tree with respect to only the M best branches. This determination can be based on calculating a partial distance metric for each candidate. Specifically, at level “n”, the distance metric used for comparison is the expression for the first “n” terms in equation (6) (ie, m = 1, 2,..., “N”). (Sum of all terms in (6)). Then, based on this metric, the best M metrics are selected as survivors. Thus, the tree is pruned at each depth by preserving only the best M paths. This is illustrated in FIG.

[0084]SOMA検出プロセスが、当技術分野で周知の形で、最良パスを選択することに加えて、各ビットのソフト(信頼性)情報をも計算することに留意されたい。   [0084] Note that the SOMA detection process calculates soft (reliability) information for each bit in addition to selecting the best path in a manner well known in the art.

一実施形態では、内側SOMA復号器の複雑さは、パラメータM(最良パスの個数)及びT(アーリーターミネーテッドパス)の値によって制御される。全体的な複雑さは、内側復号アルゴリズムが使用される回数によっても制御され、この回数は、OFDMトーンの個数及び反復復号に使用される反復の回数(I)によって決定される。図10は、トーンnに対するSOMA内側復号動作をセットアップするプロセスの一実施形態の流れ図である。このプロセスは、ハードウェア(たとえば、回路網、専用論理など)、ソフトウェア(汎用コンピュータシステム又は専用機械で動作するものなど)、又はこの両方の組合せを含むことができる処理論理によって実行することができる。このプロセスは、各トーンに対して実行される。   In one embodiment, the complexity of the inner SOMA decoder is controlled by the values of parameters M (number of best paths) and T (early terminated paths). The overall complexity is also controlled by the number of times the inner decoding algorithm is used, which is determined by the number of OFDM tones and the number of iterations (I) used for iterative decoding. FIG. 10 is a flow diagram of one embodiment of a process for setting up a SOMA inner decoding operation for tone n. This process may be performed by processing logic that may include hardware (eg, circuitry, dedicated logic, etc.), software (such as that running on a general purpose computer system or a dedicated machine), or a combination of both. . This process is performed for each tone.

[0085]図10を参照すると、第1チャネル測定値は、任意の所与のトーンf(チャネル行列H[f]の推定に対応するはずである)上ですべての送信アンテナ/受信アンテナ対の間のチャネルを推定するのに使用される(パイロット信号に基づいて)(1001)。チャネル推定及びSNR計算は、OFDMトーンf上のパイロット測定値(1031)に基づく。チャネル推定及びルックアップテーブル(LUT)1005は、SOMAの適応性をセットアップする(たとえば、IのM、Tを変更する)のに使用される。   [0085] Referring to FIG. 10, the first channel measurements are for all transmit antenna / receive antenna pairs on any given tone f (which should correspond to an estimate of the channel matrix H [f]). Used to estimate the channel between (based on pilot signal) (1001). Channel estimation and SNR calculation are based on pilot measurements (1031) on OFDM tone f. A channel estimation and look-up table (LUT) 1005 is used to set up SOMA adaptability (eg, change I's M, T).

[0086]より具体的には、これらの測定値は、チャネル行列のQR分解をセットアップし、SOMA検出ツリーをセットアップし(1003)、SOMAアルゴリズムのパラメータを選択する(たとえば、ルックアップテーブルによって)(1004)のに使用される。この流れ図からわかるように、これらのパラメータの選択は、チャネル条件に依存する。次に、QR分解(1002)、検出ツリー(1003)、及びSOMAパラメータがセットされた(1004)後に、トーンf上のすべての受信アンテナでの測定されたデータ(1032)が、QR分解(1002)を介して処理されて、有効チャネル測定値の集合が生成され、ツリーが構成され(1003)、その後、SOMA内側検出アルゴリズムが実施される。SOMAは、LUT 1005によって供給されるトーンf上のSOMAパラメータを使用することによってOFDMトーンf上で実施される。LUT 1005の出力は、トーンf上のSOMAパラメータの1つ又は複数の変数値すなわちM、T(1032)と、内側外側軟出力復号器反復の回数すなわちI(1033)とを提供することができる。すなわち、LUT 1005は、T及びIの値が変更されない(適応不能)である間にMの値(Mが適応的であるとき)を指定することができ、或いは、M及びIの値が変更されない(適応不能)である間にTの値(Tが適応的であるとき)を指定することができる。同一のことが、M、T、及びIの値のうちの複数について発生し得る。これらの値は、適応が異なるレベルにまたがって発生するように、ツリーの異なる深さ/レベルで変更することができる。その場合に、適応は、トーン品質及び深さに基づいて発生する。代替実施形態では、LUTは、使用されず、値は、SOMAアルゴリズム自体において変更される。その場合に、一実施形態では、値は、アルゴリズム内のしきい値である。たとえば、トーンのチャネル推定値が第1範囲に含まれる場合には、Mのある値(たとえば、M=8)が使用されるが、トーンのチャネル推定値が別の範囲に含まれる場合には、Mの異なる値(たとえば、M=12)が使用される。値のこれらの変化は、送信アンテナの個数、外側2進符号のレートなどに基づくものとすることもできる。ある種の値が、最良メトリックを有するパスのグループが一緒にクラスタ化されるメトリックを有するかどうかかに基づいて変化することができ、クラスタ内のメトリック(Mより大きい又はこれより小さい)又はクラスタ内の最悪メトリックのあるパーセンテージ内の値を有するメトリック(たとえば、クラスタ内の最低品質メトリックの値の95%を有する)が、ツリー内の次のレベル/深さに継続することを許可されるようになっていることに留意されたい。結果の生き残りの集合は、Mより大きい又はこれより小さい濃度を有する場合がある。代替案では、このプロセスは、その相対メトリックが最良パスのメトリックのあるパーセンテージ(たとえば、95%)以内であるすべてのパスを、生き残りパスとして保存することができる。SOMA内側検出アルゴリズムの出力は、ビット推定値、ビット信頼性情報、及びビット外部情報である。   [0086] More specifically, these measurements set up a QR decomposition of the channel matrix, set up a SOMA detection tree (1003), and select parameters for the SOMA algorithm (eg, via a lookup table) ( 1004). As can be seen from this flow chart, the selection of these parameters depends on the channel conditions. Next, after the QR decomposition (1002), detection tree (1003), and SOMA parameters are set (1004), the measured data (1032) at all receive antennas on tone f is transformed into ) To generate a set of valid channel measurements and build a tree (1003), after which the SOMA inner detection algorithm is implemented. SOMA is implemented on OFDM tone f by using the SOMA parameter on tone f provided by LUT 1005. The output of LUT 1005 may provide one or more variable values of SOMA parameters on tone f, ie, M, T (1032), and the number of inner outer soft output decoder iterations, ie, I (1033). . That is, the LUT 1005 can specify the value of M (when M is adaptive) while the values of T and I are not changed (not adaptable), or the values of M and I change A value of T (when T is adaptive) can be specified while not being done (not adaptable). The same can occur for multiple of the M, T, and I values. These values can be changed at different depths / levels of the tree so that adaptation occurs across different levels. In that case, adaptation occurs based on tone quality and depth. In an alternative embodiment, the LUT is not used and the value is changed in the SOMA algorithm itself. In that case, in one embodiment, the value is a threshold within the algorithm. For example, if a tone channel estimate is in the first range, a value of M (eg, M = 8) is used, but if a tone channel estimate is in another range , Different values of M (eg M = 12) are used. These changes in value may also be based on the number of transmit antennas, the rate of the outer binary code, etc. Certain values can vary based on whether a group of paths with the best metric has a metric clustered together, a metric within a cluster (greater than or less than M) or a cluster Metrics that have a value within a percentage of the worst metric in (for example, have 95% of the value of the lowest quality metric in the cluster) are allowed to continue to the next level / depth in the tree Please note that. The resulting surviving set may have a concentration greater than or less than M. Alternatively, the process may save all paths whose relative metrics are within a certain percentage (eg, 95%) of the best path metric as surviving paths. The output of the SOMA inner detection algorithm is a bit estimate, bit reliability information, and bit external information.

[0087]深さnでのSOMA検出プロセスの流れ図を、図11に示す。図11を参照すると、主入力は、深さn−1の生き残りの集合及びこれらの生き残りパスのメトリック(1101)である。まず、これらの長さ「n−1」のパスのそれぞれのすべての可能な長さ1延長を、以前の深さの生き残り及びそのメトリック(1101)に基づいて構成して、アルゴリズムによって訪問されるすべての長さnパスの集合を生成する。次に、深さn−1の生き残りメトリック(1101)及び深さnの有効測定値(1102)を使用して、1103で構成される長さnパスの長さnメトリック(1104)を計算する。所与のOFDMトーンのM及びTのパラメータ値、深さn(1120)に基づいて、パスを、そのメトリック品質に基づいてソートする(1105)。最良メトリックを有するM個のパスを、周知のSOMAプロセスと同一の形で深さnでの生き残り(1112)として選択する。パスの残りは、打ち切られるパスのリスト(1107)に置かれる。これらのパスの各1つについて、長さnの最良パス(明らかに、生き残りパスである)に関して相対メトリックを計算する(1109)。次に、打ち切られるパスのそれぞれについて、その相対メトリックを、ビットLLR(最小尤度比)テーブル内の項目の部分集合と比較して、その項目を更新すべきか否かを判断する。具体的に言うと、第mシンボルの表現の第kビットが0である場合には、Δ(0)の(k,m)項目を更新し(1108)、そうでない場合には、Δ(1)の(k,m)項目だけを更新する(1108)。項目は、新しいパスによって提供される相対メトリックが、LLRテーブル内の関連する項目のメトリックを改善する場合に、更新される。出力は、更新されたビットLLRテーブル(1111)である。 [0087] A flow diagram of the SOMA detection process at depth n is shown in FIG. Referring to FIG. 11, the primary inputs are the survival set of depth n−1 and the metrics (1101) of these survival paths. First, all possible length 1 extensions of each of these length “n−1” paths are constructed based on the previous depth survival and its metric (1101) and are visited by the algorithm. Generate a set of all length n paths. Next, the length n metric (1104) of the length n path composed of 1103 is calculated using the survival metric (1101) of depth n−1 and the effective measurement (1102) of depth n. . Based on the M and T parameter values for a given OFDM tone, depth n (1120), the paths are sorted based on their metric quality (1105). The M paths with the best metrics are selected as survivors (1112) at depth n in the same manner as the well-known SOMA process. The rest of the path is placed in the list of paths to be aborted (1107). For each one of these paths, a relative metric is calculated (1109) with respect to the best path of length n (obviously it is a survivor path). Next, for each path to be censored, the relative metric is compared to a subset of items in the bit LLR (minimum likelihood ratio) table to determine whether the item should be updated. Specifically, if the k-th bit of the m-th symbol representation is 0, the (k, m) item of Δ (0) is updated (1108), otherwise Δ (1 of) (k, m) only to update item (1108). An entry is updated when the relative metric provided by the new path improves the metric of the associated entry in the LLR table. The output is an updated bit LLR table (1111).

[0088]一実施形態では、異なるSOMA検出器が、異なるトーンについて使用され、トーンの品質に基づいて適応式に選択される。良い品質(高い信号レベル又は高いSNR)を有するトーンについて、M値を下げることができ、及び/又はT値を下げることができ、及び/又はI値を下げることができる。[M及びTの値の範囲は、送信ストリームの個数(送信アンテナの個数)N、使用されるQAMコンステレーションのサイズ、及びシステム内の外側符号のレートの関数として変化する。一例として、4×4 16QAM MIMOでの実験に基づいて、M=16が、最適に近い性能を得るのに十分である。しかし、この値は、ストリーム及びQAMコンステレーションの個数の増加に伴って増加する。通常、SNR(又は信号レベル)範囲の集合について使用しなければならないM(及びT)の値をリストした(事前計算された)ルックアップテーブルを使用することができる。この手法は、その特定のSOMA検出器に関するより低い相対複雑さをもたらす。その一方で、悪い品質(低い信号レベル又は低いSNR)のトーン(OFDMサブチャネル)について、より大きい値が、M、T、及びIのすべて又は部分集合について選択される。たとえば、1つの手法は、モバイルでのビットエラーレートにおけるターゲット性能(これは、アプリケーションによって事前にセットすることができる)をセットすることに対応する。この場合に、トーン上のSNRが高ければ高いほど、所望の性能を達成するために必要なMの値が小さくなる。SNRが低下する時に、反対の効果が生じる。しかし、その値を超えて受信SNRを下げることが、モバイルでの所望の性能を達成することを不可能にする(複雑さにかかわりなく)SNRレベルがある。そのレベルを超えると、Mの最大の許容可能な値が使用されるか、イベントが事故であるものと宣言されるかのいずれかである。これは、この特定のトーンに関する、より高い値の複雑さにつながる。SOMAの適応的使用及び反復の回数は、性能低下なしで複雑さを節約する。非適応ケースについて、性能は、かなりの範囲まで、SOMA検出器の最高の相対複雑さに対応する最悪品質トーンによって規定される。   [0088] In one embodiment, different SOMA detectors are used for different tones and are adaptively selected based on tone quality. For tones with good quality (high signal level or high SNR), the M value can be lowered and / or the T value can be lowered and / or the I value can be lowered. [The range of values for M and T varies as a function of the number of transmitted streams (number of transmit antennas) N, the size of the QAM constellation used, and the rate of outer codes in the system. As an example, based on experiments with 4 × 4 16QAM MIMO, M = 16 is sufficient to obtain near-optimal performance. However, this value increases with increasing number of streams and QAM constellations. Typically, a (precomputed) lookup table can be used that lists the values of M (and T) that must be used for a set of SNR (or signal level) ranges. This approach results in a lower relative complexity for that particular SOMA detector. On the other hand, for bad quality (low signal level or low SNR) tones (OFDM subchannel), larger values are selected for all or a subset of M, T, and I. For example, one approach corresponds to setting the target performance at the bit error rate on the mobile, which can be preset by the application. In this case, the higher the SNR on the tone, the smaller the value of M required to achieve the desired performance. The opposite effect occurs when the SNR decreases. However, there is an SNR level (regardless of complexity) that lowering the received SNR beyond that value makes it impossible to achieve the desired performance in mobile. Beyond that level, either the maximum allowable value of M is used, or the event is declared an accident. This leads to higher value complexity for this particular tone. The adaptive use and number of iterations of SOMA saves complexity without performance degradation. For the non-adaptive case, the performance is defined to a large extent by the worst quality tone that corresponds to the highest relative complexity of the SOMA detector.

[0089]もう1つの実施形態では、複雑さの割振りを、連続するOFDMシンボルにまたがってすなわち経時的に行うことができる。たとえば、リソースを、周波数(OFDMトーン)並びに時間にまたがって一緒に割り振ることができ、その結果、複雑さは、OFDMシンボルのブロックにまたがって所定の値を超えなくなる。   [0089] In another embodiment, complexity allocation may be performed across successive OFDM symbols, ie over time. For example, resources can be allocated together across frequencies (OFDM tones) as well as time, so that the complexity does not exceed a predetermined value across blocks of OFDM symbols.

[0090]もう1つの実施形態では、Mの値が、1つのSOMA検出器の内部で変更される、すなわち、可変個数の展開されたパス並びに軟出力計算での各レベルでの可変個数の使用されるアーリーターミネーテッドパスを有するツリーを検索する。   [0090] In another embodiment, the value of M is changed within one SOMA detector, ie, a variable number of expanded paths and the use of a variable number at each level in the soft output calculation. Search the tree with the early terminated path to be played.

[0091]もう1つの実施形態では、S.リン(Lin)及びD.J.コステロ(Costello)Jr.、「Error Control Coding,2nd Edition」、Prentice Hall、米国ニューヨーク州、2003年及びキティウォン(Kitty Wong)、「The Soft Output M−algorithm and its applications」、カナダ、キングストン、クイーン大学博士論文、2006年8月に記載の訂正されたSOVAアルゴリズムで使用されるものとほとんど同一のメトリック訂正項が、軟出力Mアルゴリズムに適用される。   [0091] In another embodiment, S.I. Lin and D.C. J. et al. Costello Jr. , “Error Control Coding, 2nd Edition”, Prentice Hall, New York, USA, 2003 and Kitty Wong, “The Soft Output M-algorithm and its applications, Queen of Canada, University of Canada, King of Canada” A metric correction term almost identical to that used in the corrected SOVA algorithm described in August applies to the soft output M algorithm.

[0092]低い複雑さの受信器に関して本明細書で説明された技法が、OFDM変調を使用するシステムに限定される必要がないことに留意されたい。   [0092] Note that the techniques described herein for low complexity receivers need not be limited to systems that use OFDM modulation.

発明の実施形態の利益
[0093]本発明の実施形態の1つの利益は、それに関してMaxLogMAPが現在のテクノロジを用いて実施態様的に実現可能でも実用的でもないN及びBの反復復号セッティングにおいて実施可能になる全体的複雑さを有する、軟出力を有する高性能内側ジョイントデマッパの方法を提供することである。そのような実施形態は、次の要素のうちの1つ又は複数を含む。
1.SOMAベースの検出器の複雑さ低下が、各トーンの品質に関して適応式に実施され、ある種の性能レベルに関する最良の全体的複雑さをもたらす、トーンごとに1つのMIMO検出器を有するOFDMベースのシステム。
2.M値及びT値が、トーン品質に基づいて適応式に選択され、反復復号の反復の回数も、トーン品質に基づいて適応式に選択される、トーンごとのSOMA検出器。
3.M値は、復号ツリーにまたがって変化することができる。
4.適応リソース及び複雑さ割振りをも、連続するOFDMシンボルにまたがってすなわち経時的に行うことができる。
5.MaxLogMAPメトリックは、ビットLLR計算での訂正されたメトリックに変更される。
Benefits of embodiments of the invention
[0093] One benefit of embodiments of the present invention is the overall complexity with which MaxLogMAP can be implemented in N and B iterative decoding settings that are not practically feasible or practical using current technology. It is an object of the present invention to provide a method for a high performance inner joint demapper with a soft output. Such embodiments include one or more of the following elements.
1. The complexity reduction of SOMA-based detectors is performed adaptively with respect to the quality of each tone, resulting in the best overall complexity for certain performance levels, OFDM-based with one MIMO detector per tone system.
2. A SOMA detector for each tone, wherein the M and T values are adaptively selected based on tone quality, and the number of iterations of iterative decoding is also adaptively selected based on tone quality.
3. The M value can vary across the decoding tree.
4). Adaptive resource and complexity allocation can also be performed across successive OFDM symbols, ie over time.
5). The MaxLogMAP metric is changed to the corrected metric in the bit LLR calculation.

[0094]本発明の多数の代替形態及び修正形態が、疑いなく、前述の説明を読んだ後に当業者に明白になるが、例示として図示され、説明された任意の特定の実施形態が、決して限定的と考えられることを意図されていないことを理解されたい。したがって、さまざまな実施形態の詳細への言及は、特許請求の範囲の範囲を限定することを意図されたものではなく、特許請求の範囲自体は、本発明に本質的であるものとみなされる特徴のみを列挙する。   [0094] While numerous alternatives and modifications of the present invention will no doubt become apparent to those skilled in the art after reading the foregoing description, any particular embodiment shown and described by way of example is in no way possible. It should be understood that it is not intended to be considered limiting. Accordingly, references to details of various embodiments are not intended to limit the scope of the claims, which are themselves regarded as essential to the invention. Enumerate only.

Claims (2)

送信器を有する無線通信システム内で使用されるデバイスであって、
OFDM及びビットインターリーブド符号化変調を使用して前記送信器から無線送信される情報担持信号を受信する受信器であって、前記受信器が、各サブトーンに対するジョイント内側デマッピングを実行するために軟出力Mアルゴリズム(SOMA)ベースのマルチプルインマルチプルアウト(MIMO)検出プロセスを使用するSOMAベースのMIMOジョイントデマッパを有する内側復号器構造を具備し、前記SOMAベースのMIMOジョイントデマッパが、各レベルから延長されるパスの総数を表すパラメータの制御の下で検出ツリーを検索することによって複数の候補の中で最良候補を識別するように動作可能であり、前記ツリーのすべてのレベルから複数の最良代替物だけが展開されるようになっており、前記SOMAベースのMIMO検出プロセスが、トーン品質に基づいて前記パラメータのうちの1つ又は複数を適合させる、前記受信器
を備えるデバイス。
A device used in a wireless communication system having a transmitter,
A receiver for receiving an information-bearing signal transmitted wirelessly from the transmitter using OFDM and bit interleaved coded modulation, wherein the receiver is soft to perform joint inner demapping for each subtone. An inner decoder structure having a SOMA-based MIMO joint demapper that uses an output M-algorithm (SOMA) based multiple-in multiple-out (MIMO) detection process, wherein the SOMA-based MIMO joint demapper is Operable to identify the best candidate among a plurality of candidates by searching a detection tree under control of a parameter representing a total number of paths to be extended, and a plurality of best alternatives from all levels of the tree Only things are deployed, and the SOMA platform Scan of MIMO detection process adapts one or more of the parameters based on the tone quality, the device comprising the receiver.
無線通信システム内の受信器によって受信される個々のOFDMトーンの品質を評価するステップと、
最尤送信ビット推定値及びこれらの推定値のそれぞれの信頼性に関する情報を表す出力データの第1集合を作るために第1復号動作を実行するステップであって、
各レベルから延長されるパスの総数を表すパラメータの制御の下で検出ツリーを検索することによって複数の候補の中で最良候補を識別することと、アーリーターミネーテッドパスの個数を表すパラメータの制御の下で全ビットの信頼性情報を計算することとによって、ジョイント内側デマッピングのために各サブトーンに対してSOMAベースのMIMO検出プロセスを実行するステップであって、1つ又は複数のパラメータが、前記OFDMトーンの前記評価された品質に基づいて判定される、前記ステップ
を含む前記ステップと
を含む方法。
Evaluating the quality of individual OFDM tones received by a receiver in a wireless communication system;
Performing a first decoding operation to produce a first set of output data representing maximum likelihood transmitted bit estimates and information about the reliability of each of these estimates, comprising:
Identifying the best candidate among multiple candidates by searching the detection tree under the control of a parameter representing the total number of paths extended from each level, and controlling the parameter representing the number of early-terminated paths. Performing a SOMA-based MIMO detection process for each subtone for joint inner demapping by calculating all bit reliability information below, wherein one or more parameters are A method comprising: determining the OFDM quality based on the estimated quality of an OFDM tone.
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