JP2010528504A

JP2010528504A - 適応ＭａｘＬｏｇＭＡＰタイプ受信器構造

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Publication number: JP2010528504A
Application number: JP2010508441A
Authority: JP
Inventors: カール−エリック，ダブリュー．サンドバーグ，; ハララボスパパドパウロス，
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2010-08-19
Also published as: US20080285671A1; EP2149242A1; WO2008143974A1; US8064548B2

Abstract

適応ＭａｃｌｏｇＭＡＰタイプ受信器構造の方法及び装置を本明細書で開示する。一実施形態では、デバイスは、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る送信器からの情報担持信号を受信する受信器を備え、受信器は、ＯＦＤＭトーンの品質に基づいてメトリック訂正の度合を適合させるように動作可能な変更されたＭａｘＬｏｇＭＡＰプロセスを使用して最尤送信シンボル推定を実行するマルチプルインマルチプルアウト（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。
【選択図】図１

Description

優先権

[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６０／９３０８１５号明細書、名称「ＡｄａｐｔｉｖｅＭａｘＬｏｇＭＡＰ−ｔｙｐｅＲｅｃｅｉｖｅｒＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｆｏｒＭＩＭＯ／ＯＦＤＭ／ＱＡＭＳｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈＢＩＣＭ／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。

[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ＭａｘＬｏｇＭＡＰタイプ受信器に関する。

[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−ｔｉｍｅｂｌｏｃｋ−ｃｏｄｅ、ＳＴＢＣ）が、この目的に使用される。

[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。

[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（ｏｕｔｅｒｂｉｎａｒｙｃｏｄｅ）及びいわゆるビットインターリーブド符号化変調（ｂｉｔ−ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄｃｏｄｅｄｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、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。

[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）。

[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（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅｃｏｄｅ、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。このレートは、Ｎ＝３及びＮ＝４アンテナについて達成可能である。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。

[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内側ＭＩＭＯ検出器ブロックを有する。

[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。ＯＦＤＭ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、完全な符号化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一緒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。

[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（ｒａｔｅｃｏｍｐａｔｉｂｌｅｐｕｎｃｔｕｒｅｄｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌｃｏｄｅ）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、２^４ｘ４＝２^１６に比例する。

[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。

[0012]適応ＭａｃｌｏｇＭＡＰタイプ受信器構造の方法及び装置を本明細書で開示する。一実施形態では、デバイスは、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る送信器からの情報担持信号を受信する受信器を備え、受信器は、ＯＦＤＭトーンの品質に基づいてメトリック訂正の度合を適合させるように動作可能な変更されたＭａｘＬｏｇＭＡＰプロセスを使用して最尤送信シンボル推定を実行し軟出力情報を提供するマルチプルインマルチプルアウト（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。

[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。

復号プロセスの一実施形態を示す流れ図である。広帯域周波数選択性チャネルに関してＯＦＤＭ変調と共に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。ＯＦＤＭシステム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図である。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。いわゆるセットパーティション（ｓｅｔｐａｒｔｉｔｉｏｎ）タイプマッパの一実施形態を示す図である。パスのソートされたリスト並びにビット値推定及び軟出力計算に使用される項の個数を判定するプロセスの一実施形態を示す流れ図である。ビット位置の信頼性（軟出力）情報を判定するプロセスの一実施形態を示す流れ図である。

[0014]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。この適応受信器構造は、ＭａｘＬｏｇＭＡＰ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を有する。内側ジョイントデマッパ（ＭＩＭＯ検出器）を従来のＭａｘＬｏｇＭＡＰからＭＡＰ性能に近づく改善されたアルゴリズムにアップグレードする効率的な方法をも開示する。さらに、訂正項の個数、反復の回数、及び経時的な割振りの使用によってＯＦＤＭトーンの品質を適合させることによって、全体的な複雑さ割振りが、改善された効率及び性能と共に達成される。

[0015]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。本発明は、同一位置基地局を有するシステムと非同一位置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。一実施形態では、そのような方式について、時空間ブロック符号（ＳＴＢＣ）が、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場合に、順方向リンク内でダイバーシティを提供するのに使用される。

[0016]本発明の実施形態は、上で説明した内側ＳＴＢＣを有するシステムに適用されるが、内側ＳＴＢＣを伴わないシステムに対してもさらに適用される。本発明の実施形態は、反復復号（ＩＤ）を用いるビットインターリーブド符号化変調（ＢＩＣＭ）を使用するすべてのＭＩＭＯ／ＯＦＤＭベースのシステムに特によく適用される。低レート外側符号について、これらのシステムは、完全な空間ダイバーシティを有する。高レート符号について、高データレートを達成できるが、空間ダイバーシティの度合の減少がある。

[0017]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）を用いる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。

[0018]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が、当業者には明白であろう。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。

[0019]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効果的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。

[0020]しかし、これら及び類似する項目のすべてが、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。

[0021]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。

[0022]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。

[0023]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。

概要
[0024]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_ｔ個の送信アンテナ及びＮ_ｒ個の受信アンテナを有する。Ｎ_ｒ個の受信アンテナのそれぞれは、Ｎ_ｔ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。

[0025]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。

[0026]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ｋＯＦＤＭトーンでのチャネル応答を示し、次元Ｎ_ｒ×Ｎ_ｔの行列である。

[0027]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。ＭａｘＬｏｇＭＡＰベースの受信器構造に関する方法及び装置を開示する。

[0028]一実施形態では、受信器は、ＯＦＤＭトーンの品質に基づいてメトリック訂正の度合を適合させるように動作可能な変更されたＭａｘＬｏｇＭＡＰプロセスを使用して最尤送信シンボル推定を実行するマルチプルインマルチプルアウト（ＭＩＭＯ）ジョイントデマッパを有する内側復号器構造を有する。ＭａｘＬｏｇＭＡＰ復号器の複雑さは、送信アンテナの個数（Ｎ_ｔ）にコンステレーションポイントあたりのビット数（Ｂ）を乗じた値に伴って指数関数的に増える。積Ｎ_ｔＢの小さい値及び適度な値について、近最適ＭａｘＬｏｇＭＡＰに似た網羅タイプ検出器が、実現可能である。一実施形態では、改善検出器の性能が最適最大事後確率（ＭＡＰ）検出器に近付くことを可能にする、ＭａｘＬｏｇＭＡＰの性能を適応式に改善する方法（チャネル推定値に基づく）が使用される。

[0029]基本的なＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムに対する改善を使用する受信器の実施形態を、本明細書で説明する。本明細書で説明されるＯＦＤＭベースのシステムでは、すべてのトーンについて１つのＭＩＭＯ検出器がある。これらのＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムのアップグレードの度合の割振りにおける適応性は、トーン品質に基づく複雑さの割振りによって達成される。一実施形態では、これが、そのトーン上の信号レベルに基づいて評価される。もう１つの実施形態では、これが、そのトーン上のＳＮＲに基づいて評価される。

[0030]一実施形態では、受信器の復号器構造は、トーン品質に基づいて、基本ＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズム又はＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムの変更された版を使用するように適合する。高品質（「高」は、所定のしきい値より高い品質を意味する）のトーンについて、復号器構造は、ＭａｘＬｏｇＭＡＰが高ＳＮＲについて漸近的に最適であることがわかっているので、ＭａｘＬｏｇＭＡＰを使用する。したがって、ＭａｘＬｏｇＭＡＰは、これらのトーンに全く十分であり、これらのトーンについてアップグレードに投資することによって得られるものは、ほとんどない。その一方で、低い信号レベル又は低いＳＮＲを有するトーンについては、ＭＡＰアルゴリズムが、ＭａｘＬｏｇＭＡＰよりよく動作すると期待される。一実施形態では、その場合に、復号器構造は、訂正項がＭａｘＬｏｇＭＡＰメトリックに追加されるＭＡＰアルゴリズムを使用する。一実施形態では、訂正項の追加及びその計算、並びにこれらを変更された対数尤度比値の計算に使用することを、リン（Ｌｉｎ）及びコステロ（ＣｏｓｔｅｌｌｏＪｒ．）、「ＥｒｒｏｒＣｏｎｔｒｏｌＣｏｄｉｎｇ，ＳｅｃｏｎｄＥｄｉｔｉｏｎ」、ＰｒｅｎｔｉｃｅＨａｌｌ、米国ニューヨーク州、２００３年に記載されたものと同一の形で実行することができる。一実施形態では、訂正項は、網羅的距離メトリック計算中に保存されたＫ個の最小距離値を使用して計算される（ＭａｘＬｏｇＭＡＰで行われるように最小距離項だけを保存するのではなく）。一実施形態では、各ビットのＭＡＰは、次のように信頼性を計算する。まず、すべてのシーケンス候補を、一方の集合は当該のビット位置に値０を有し、他方の集合は同一ビット位置に値１を有する、２つの集合に分割する。ＭＡＰは、第１集合のすべての項目の尤度の合計の対数と、他方の集合のすべての項目の尤度の合計の対数との差を計算する。ＭａｘＬｏｇＭＡＰは、そうではなく、近似すなわち、第１集合の最大の項目の対数と他方の集合の最大の項目の対数との間の差を計算する。改善されたＭａｘＬｏｇＭＡＰ版は、第１集合の最良のＫ個のパスの合計の対数から他方の集合の最良のＫ個のパスの合計の対数を引いたものを計算する。一般に、すべての可能な候補の対数（又はメトリック）が、改善されたＭａｘＬｏｇＭＡＰ計算の前に網羅的に計算される必要がある。必要ではないが、これらのメトリック項（改善されたＭａｘＬｏｇＭＡＰによって各合計内で使用される部分集合）を、グレフ（Ｎ．Ｇｒａｅｆ）、ハンマーシュミット（Ｊ．Ｓ．Ｈａｍｍｅｒｓｃｈｍｉｄｔ）、及びサンバーグ（Ｃ−Ｅ．Ｗ．Ｓｕｎｄｂｅｒｇ）、「ＡＬｏｗＣｏｍｐｌｅｘｉｔｙＭａｘ−Ｌｏｇ−ＭＡＰＤｅｔｅｃｔｏｒ」、２００７年２月に記載の形で効率的に計算することができる。各合計での複数の項目の使用（すなわち、改善されたＭａｘＬｏｇＭＡＰの使用）は、従来のＭａｘＬｏｇＭＡＰと比較した複雑さの少しの増加を犠牲にして、性能改善につながる。Ｋ値が大きければ大きいほど、性能がよりよくなり、複雑さがより高くなることに留意されたい。しかし、増やされた値のＫを使用することによってもたらされる性能利益は、ＳＮＲの増加に伴って減少する。

[0031]一実施形態では、Ｋの値の選択は、トーンの品質に基づいて適応式に行われる。一実施形態では、これは、先験的に生成されたルックアップテーブルの使用によって達成される。Ｋにおけるこの適応性がＳＮＲに基づくと仮定すると、このルックアップテーブルは、ＳＮＲ軸をＳＮＲ範囲に区分する。具体的に言うと、このテーブルは、ＳＮＲ範囲のそれぞれについて使用されなければならないＫの値を提供する。一実施形態では、このテーブルは、次のように使用される。受信器での所与のＯＦＤＭトーン上のチャネル推定値を与えられて、有効ＳＮＲ値が計算され、このＳＮＲ値を含むＳＮＲ範囲が見つけられ、テーブルルックアップが、そのＯＦＤＭトーンに対して内側復号器によって使用されなければならないＫの対応する値を提供する。

[0032]一実施形態では、適応性は、Ｋすなわち対数尤度比に対する訂正項の個数の選択に影響するだけではなく、所与のトーンの反復受信器反復の回数（Ｉ）にも影響し得る。もう１つの実施形態では、適応性は、経時的なすなわち連続するＯＦＤＭシンボルにまたがるＫ及び／又はＩの割振りに影響する場合がある。

[0033]ＭＩＭＯ検出器のアップグレードが、原理的に、すべての２進外側符号と共に働くことに留意されたい。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（ｓｏｆｔｉｎｓｏｆｔｏｕｔ、ＳＩＳＯ）タイプの復号器、たとえばＭＡＰ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。そのような受信器の一実施形態を、下でさらに図３で説明する。反復受信器を有するそのような送信システムでは、外側符号のレートは、設計パラメータであり、これを使用して、より高い度合のダイバーシティ（低い符号レート）又は高いスループット（高い符号レート）を提供することができる。本発明の実施形態は、これらのケースのすべてに適用される。

[0034]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。

[0035]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。

[0036]ＯＦＤＭトーンの品質を評価した後に、第１レベルより高い品質を有するＯＦＤＭトーンに対してＭａｘＬｏｇＭＡＰを使用する復号を実行することと、ＭａｘＬｏｇＭＡＰメトリックに１つ又は複数の訂正項を追加することによって第１レベルより低い品質を有するＯＦＤＭトーンに対して変更されたＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムを使用する復号を実行することとを含めて、最尤送信シンボル推定値及び軟出力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処理論理（処理ブロック１０２）。したがって、一実施形態では、良い品質すなわち高い信号レベル又は高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を有するＯＦＤＭトーンについては、ＭａｘＬｏｇＭＡＰが高いＳＮＲについて漸近的に最適なので通常のＭａｘＬｏｇＭＡＰが使用され、低い品質すなわち低い信号レベル又は低いＳＮＲを有するＯＦＤＭトーンについては、訂正項が計算され、追加される。何が「高い」と指定され、何が「低い」と指定されるかの選択は、相対信号レベルに基づく設計の問題である。たとえば、あるしきい値より高いレベルを、「高い」と指定することができ、レベルの残りを低いと指定することができ、ここで、このしきい値は、先験的に決定され、ルックアップテーブルに格納される。

[0037]一実施形態では、変更されたＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムを使用して復号を実行するステップは、網羅的距離メトリック計算を実行するステップと、網羅的距離メトリック計算中に複数の最小距離値のうちの所定の個数の最小距離値を維持するステップと、所定の個数の最小距離値を使用して変更された対数尤度比値を計算するステップとを含む。一実施形態では、復号を実行するステップは、ＯＦＤＭトーンの品質に基づいて適応式に所定の個数を選択するステップをも含む。

[0038]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、外側符号器に関する復号器である。外側コーダが畳み込み符号である場合には、外側復号器を、たとえば、ＭＡＰ（ＢＣＪＲ）復号器若しくはＭａｘＬｏｇＭＡＰ復号器とすることができ、或いは、非反復ケースでは軟入力硬出力ビタビ復号器とすることができる。一般に、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符号を含む関連する外側符号器に関する通常に使用される復号器のうちの１つを含むことができる。

[0039]一実施形態では、このプロセスは、個々のＯＦＤＭトーンの品質に適応式に基づいて所与のトーンの内側／外側復号器反復の回数を選択することをさらに含む。もう１つの実施形態では、このプロセスは、計算され、時間シーケンス内の異なるＯＦＤＭブロックに対するＭａｘＬｏｇＭＡＰメトリックに追加されるべき１つ又は複数の訂正項の使用の適合をさらに含む。もう１つの実施形態では、このプロセスは、時間シーケンス内の異なるＯＦＤＭブロックへの複数の反復の適合を含む。

[0040]一実施形態では、このプロセスは、非反復的である。その場合に、軟出力は、内側適応ＭａｘＬｏｇＭＡＰ復号器によって作られ、単純な外側復号器に渡され、この外側復号器は、この場合には、硬出力だけを作る。

送信器及び受信器の実施形態
[0041]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のＯＦＤＭ変調を伴う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のため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_１〜２０７_Ｎｔ、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）モジュール２０８_１〜２０８_Ｎｔ、及び送信アンテナ２０９_１〜２０９_Ｎｔを含む。ＩＦＦＴモジュール２０８_１〜２０８_Ｎｔ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。

[0042]データに対してＢＩＣＭ符号化を実行するために、畳み込み符号器２０１は、入力ビット（入力データ）２１０に対して２進畳み込み符号を適用する。次に、ビットインターリーバ２０２は、畳み込み符号器２０１からの符号化されたビットをインターリーブして、ＢＩＣＭ符号化データを生成する。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。

[0043]ＢＩＣＭ符号化を実行した後に、ＯＦＤＭが、ＢＩＣＭ符号化データに適用される。直列並列変換器２０３は、ビットインターリーバ２０２から、直列ＢＩＣＭ符号化ビットストリームを受け取る。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_ｔ長のワードを生成し、ワードの各要素は、マッパモデム２０７_１〜２０７_Ｎｔ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。

[0044]マッパモデム２０７_１〜２０７_Ｎｔ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^Ｂ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_１〜２０８_Ｎｔ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_１〜２０８_Ｎｔのそれぞれは、対応するアンテナ２０９_１〜２０９_Ｎｔ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。

[0045]図３は、ＯＦＤＭシステム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_１〜３０１_Ｎｒ、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）モジュール３０２_１〜３０２_Ｎｒ、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_１〜３０２_Ｎｒ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。

[0046]広帯域システムについて、受信器３００は、受信アンテナ３０１_１−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_ｔ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_１〜２０９_Ｎｔ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_１〜３０２_Ｎｒのそれぞれは、受信アンテナ３０１_１〜３０１_Ｎｒ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_ｒ個の並列集合を生成する。

[0047]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_ｒ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_１〜３０２_ＮｒからのＦ個のサブチャネルのＮ_ｒ個の並列集合に基づいて、送信器内のＮ_ｔ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。

[0048]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。

[0049]一実施形態では、ＭＩＭＯデマッパ３０５は、サブチャネル内のオーバーラップするビットのすべての組合せを検討し、その後、各組合せを評価する。

[0050]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_ｒ個の受信アンテナ３０１_１〜３０１_Ｎｒ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を介して）、対応するサブチャネルＭＩＭＯデマッパ４０１_１〜４０１_Ｆに送られる。すべてのＮ_ｒ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、当技術分野で周知の形で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。

[0051]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、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する並列直列変換器３０７に供給され、このＢＩＣＭ符号化ビットストリームの推定値は、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、情報担持信号を復号するためにＭＡＰ復号器３０９に印加される（これは、送信器によって適用された畳み込み符号化に関連する復号器である）。

[0052]Ｍａｐ復号器３０９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ためにＭＡＰ復号プロセスを実行する。ＭＩＭＯデマッパ３０５を用いて反復プロセスを実行することによって、軟出力値を、より信頼できるものにすることができる。

[0053]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_ｔ個の並列ストリームを形成する。

[0054]外部情報は、当技術分野で周知の形で、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、ＬＬＲの計算に関する改善されたＭａｘ−Ｌｏｇ近似が、ＭＩＭＯデマッパ３０５と、畳み込み符号に関するＭＡＰ復号器３０９との両方で使用される。事後ＬＬＲ値の計算に関する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^ｘ＋ｅ^ｙ）＝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））及び訂正項である対数訂正項（ｌｏｇ（１＋ｅ^{−｜ｘ−ｙ｜}））の別々の計算によってｍａｘ^＊項を計算する。ＭａｘＬｏｇＭＡＰ、改善されたＭａｘＬｏｇＭＡＰ、及びＭＡＰでは、２つの「集約効果」項が計算され、その差が形成される。「集約効果」項ごとに、ＭＡＰは、すべての項を使用し、ＭａｘＬｏｇＭＡＰは、「最良の」項（すなわち１項のみ）を使用し、改善されたＭａｘＬｏｇＭＡＰは、最良のＫ個の項を使用する。この例では、Ｋ＝２であり、示されるものは、２つの「集約効果」項のそれぞれに２つの最良の項を含めるのに必要な計算を実行する効率的な形である。

[0055]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。これは、ビットインターリーブド符号化データをシンボルにマッピングするのに使用される。

[0056]一実施形態で、データの処理が１つの反復のみで行われることに留意されたい。その場合に、軟出力は、内側適応ＭａｘＬｏｇＭＡＰ復号器によって作られ、より単純な外側復号器に渡され、この外側復号器は、この場合には硬出力だけを作る。

[0057]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。

[0058]図６は、パスのソートされたリスト並びに使用される項の個数を判定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される。

[0059]図６を参照すると、このプロセスは、チャネル推定値を計算し、信号対雑音比（ＳＮＲ）計算を実行する（６１０）ためにＯＦＤＭトーンｆでのパイロット（テスト）測定値（６０２）を使用することを開始する。ルックアップテーブル（６０６）に入力されるＳＮＲ（又は他の信号レベル品質表示）に基づいて、ルックアップテーブル（６０６）は、改善されたＭａｘＬｏｇＭＡＰ内で使用される項の個数を表す数Ｋ（６１２）を生成する。

[0060]チャネル推定値及びＳＮＲの計算は、パスのリスト生成ブロック（６０３）及びパスメトリック計算ブロック（６０４）に入力される。通常の（非テスト）信号を処理する時には、ＯＦＤＭトーンｆでの測定値（６０１）が、パスのリスト（６０３）及びそのメトリックを当技術分野で周知の形で判定するのに使用される。メトリックは、当技術分野で周知の形でリスト内のパスのそれぞれについて計算される（６０４）。パスメトリックを計算した後に、パスは、パスのソートされたリスト及びそのメトリック（６１１）を作るために、そのメトリックに基づいてソートされる（６０５）。パスのソートされたリスト及びそのメトリック（６１１）並びにＫ（６１２）は、図７のプロセスに入力される。

[0061]図７は、ビット位置の信頼性情報を判定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される。

[0062]図７を参照すると、このプロセスは、入力として、ビット位置７０１、そのビット位置のパスのソートされたリスト及びそのメトリック（６１１）、並びにルックアップテーブル（６０６）からの数Ｋを有する。ビット位置（７０１）ごとに、処理論理は、パスのリストをそのメトリックに基づいて２つのサブリストすなわち所与のビット位置に１と等しいビット値を有するパスのサブリスト（７０４）及び０と等しいビット値を有するパスのもう１つのサブリスト（７０３）にソートする（７０２）。サブリスト７０３と７０４との両方から、Ｋ個の最良パス及びそのメトリックを選択する（７０５、７０６）。次に、ビット位置が０と等しい及びビット位置が１と等しい両方のサブリストのＫ個の最良パス及びそのメトリックから、それぞれ、処理ブロック７０７及び７０８で部分メトリックを計算する。０と等しいビット値及び１と等しいビット値のＫ個の最良パスについて部分メトリックを計算した後に、その計算の結果の間で差を計算する（７０９）。この差は、このビット位置の信頼性情報（７１０）を表す。

発明の実施形態の利益
[0063]本発明の実施形態の１つの利益は、上で説明したように基本ＭａｘＬｏｇＭＡＰ検出器を超える複雑さリソースの適応割振りと共に近ＭＡＰＭＩＭＯ検出器性能を提供できることである。本発明の実施形態は、上で説明したように送信アンテナの個数及びＱＡＭ信号点あたりのビット数が適度であるＢＩＣＭ／ＩＤを用いるすべてのＭＩＭＯ／ＯＦＤＭシステムに適用可能である。Ｎ＝４送信アンテナ及び１６ＱＡＭすなわち信号点あたりｂ＝４ビットを有する提案される４Ｇシステムは、ＭａｘＬｏｇＭＡＰでの網羅的検索において約６４０００個の候補を生成する。この動作は、すべての反復ですべてのトーンについて実行されなければならない。

[0064]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。

Claims

送信器を有する無線通信システム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無線送信される前記送信器からの情報担持信号を受信する受信器であって、ＯＦＤＭトーンの品質に基づいてメトリック訂正の度合を適合させるように動作可能な変更されたＭａｘＬｏｇＭＡＰプロセスを使用して最尤送信シンボル推定を実行するマルチプルインマルチプルアウト（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、前記受信器
を備えるデバイス。
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ステップと、
最尤送信ビット推定値を表す出力データ及びこれらの推定値のそれぞれの信頼性に関する情報の第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、
第１レベルより高い品質を有するＯＦＤＭトーンに対してＭａｘＬｏｇＭＡＰを使用して軟出力復号を実行するステップと、
ＭａｘＬｏｇＭＡＰメトリックに１つ又は複数の訂正項を追加することによって、第１レベルより低い品質を有するＯＦＤＭトーンに対して変更されたＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムを使用して復号を実行するステップと
を含む、前記ステップと
を含む方法。