JP2011216931A - モジュロ演算で生成された信号を送受信する無線通信システム、受信機、及び、復調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 通信速度の高速化または通信品質の安定化を目的として、モジュロ演算を適用して送信機で生成された信号を、受信機が受信する際のＢＥＲを改善する。
【解決手段】 少なくとも一の課題を解決するために、本発明の一態様は、モジュロ演算により生成された信号を受信し、受信した信号をから送信機と受信機間の伝搬路状況に関連する伝搬路情報を取得し、モジュロ演算に関する演算情報を取得し、伝搬路情報と演算情報とに基づいて信号の判定結果を出力する復調器と、を有する受信機を少なくとも備える無線通信システムである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信システム、無線ネットワークを介して通信する通信機に関し、特に、モジュロ演算で生成された信号を送受信する無線通信システムに関する。

モジュロ演算を適用して生成された信号を送信する方式は、送信側の信号処理によって干渉信号の除去や伝搬特性の予等化を達成する方式として知られている。この方式では送信する所望信号ｄに相殺信号ｃを加算したのち、加算結果ｄ＋ｃにＭを法としたモジュロ演算を適用して送信信号を生成する。以下に相殺信号ｃの生成方法とモジュロ演算の詳細について順に説明する。

送信機から複数の受信機への複数の信号の同時伝搬はＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）−ＢＣ（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）と呼ばれ、無線通信での採用が期待されている。ある受信機Ｒ１に着目すると、送信機が受信機Ｒ１へ送信した所望信号の他に、別の受信機Ｒ２、３…へ送信した信号も合わせて受信してしまうため、別の受信機Ｒ２、３…への信号が干渉信号となり、通信特性を劣化させてしまう。そこで、送信機は受信機Ｒ１が受信する干渉信号を計算し、符号反転した信号を相殺信号ｃとすることで受信機Ｒ１が受信する干渉信号を除去できる。

所望信号に相殺信号を加算することで干渉信号の除去や伝搬特性の予等化を実現できるが、一方で送信信号強度は増加してしまう。モジュロ演算はその送信信号強度の増加を抑えるために適用される。信号ｘに対するＭを法としたモジュロ演算ｍｏｄを数１のように定義する。

Ｍは送受信機の双方に予め設定される固定値である。ｑは商と呼ばれる整数である。ｑの決定方法には複数の方式が存在する。例えばＴＨＰ（Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ−Ｈａｒａｓｈｉｍａ Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）ではｍｏｄ（ｘ、Ｍ）の絶対値が最小になるｑを採用する。またＶｅｃｔｏｒ−Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇではモジュロ演算結果にさらにＰｒｅｃｏｄｉｎｇ処理した後の信号強度が最小となるようなｑを採用する。いずれの方法でも、モジュロ演算によって送信信号強度の増加が抑えられる。

受信信号には送信機のモジュロ演算で加算される−ｑＭが残留してしまう。これは受信機で受信信号にモジュロ演算を適用して除去することができる。しかし受信信号には、送信機と受信機との間の伝搬路における雑音信号も加わるため、モジュロ演算が誤った商を算出する可能性があり、符号誤り率（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ：ＢＥＲ）を劣化させる問題がある。

この問題に対し、非特許文献１は受信機でのモジュロ演算が、本来の商ｑより１だけ異なる（ｑ＋１，ｑ−１）場合に想定される受信信号値（レプリカ）も考慮して、軟判定復調することでＢＥＲを改善している。

特許文献１には、ＭＩＭＯ伝送の受信機において、信号対干渉雑音比を考慮した軟判定復調値の補正方法が開示されている。

ＷＯ２００９／０３７７２７公報

Ｅ． Ｃ． Ｙ． Ｐｅｈ ａｎｄ Ｙ．−Ｃ． Ｌｉａｎｇ，"Ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｓｏｆｔ ｄｅｍａｐｐｅｒ ｆｏｒ ＬＤＰＣ ｃｏｄｅｄ ＧＭＤ−ＴＨＰ ＭＩＭＯ ｓｙｓｔｅｍ，" ｉｎ Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＥ Ｒａｄｉｏ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｙｍｐ．， Ｊａｎ． ２００７， ｐｐ．５１９−５２２

モジュロ演算を適用して送信機で生成された信号を、受信機が受信する際のＢＥＲを改善する。非特許文献１での軟判定復調では、限られた条件でしか判定できない。一方、送信機のモジュロ演算の商はある確率分布を持つ確率変数であり、その確率分布は相殺信号の平均信号強度によって変化する。例えば相殺信号の平均信号強度が極端に小さい場合、当該の商は０となる確率が高い。その点に着目した発明者により検討された本発明は、通信速度の高速化または通信品質の安定化を目的とする。

少なくとも一の課題を解決するために、本発明の一態様は、モジュロ演算により生成された信号を受信し、受信した信号をから送信機と受信機間の伝搬路状況に関連する伝搬路情報を取得し、モジュロ演算に関する演算情報を取得し、伝搬路情報と演算情報とに基づいて信号の判定結果を出力する復調器と、を有する受信機を少なくとも備える無線通信システムである。

本発明の他の態様は、送信機から、ユーザデータを含む所望信号及び相殺信号とに対して行われたモジュロ演算により生成される信号を、無線ネットワークを介して受信する信号を復調する復調方法であって、前記信号から前記送信機と前記受信機間の伝搬路状況に関連する伝搬路情報を取得し、受信した信号から、モジュロ演算に関する演算情報を取得し、伝搬路情報と演算情報とに基づいて、信号の判定結果を出力する。

本発明によると、信号の復調を効率よく行うことができる。

第１の実施例の通信システムの構成を示す図 実数２値変調を示す図 ＴＨＰモジュロ演算の入出力関係を示す図 本実施例で得られるＬＬＲのグラフ 本実施例を用いて硬判定復調した場合のＢＥＲカーブ 本実施例を用いて軟判定復調し、誤り訂正した場合のＢＥＲカーブ 第２の実施例の受信機を表す図 第３の実施例の受信機を表す図 第４の実施例の受信機を表す図 第５の実施例の受信機を表す図 第６の実施例の受信機を表す図 第７の実施例の受信機を表す図 図４のグラフで変動周期が一致するような係数で倍率変換したグラフ 第７の実施例の受信機を表すもう一つの図 テーブルの構成を示す図 係数決定部で決定される係数の等高線図 テーブルの構成を示すもう一つの図 第８の実施例の受信機を表す図

図１は、第１の実施例の通信システムの構成を示す図である。

送信機１０１はモジュロ演算を適用した信号を生成する通信機であり、符号器２０１、変調器２０２、相殺信号加算器２０３、モジュロ演算器２０４を備える。受信機１０２は、送信機１０１から送信される信号を受信する通信機であり、商情報取得部３０１、信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ：ＳＮＲ）取得部３０２、復調器３０３、復号器３０４を備える。

符号器２０１は、入力データ信号に誤り訂正符号化して、得られた信号ｅを出力する。変調器２０２は、符号器２０１から入力された信号ｅをコンスタレーション上にマッピングして、得られた信号ｄを出力する。相殺信号加算器２０３は、変調器２０２から入力された信号ｄに、相殺信号ｃを加算して、得られた信号ｄ＋ｃを出力する。モジュロ演算器２０４は、相殺信号加算器２０３から加算された信号ｄ＋ｃにモジュロ演算を適用し、得られた信号ｓを出力する。

送信機１０１から受信機１０２へ信号が伝送される過程で、干渉信号ｉが信号ｓに加算され、ｓ＋ｉとなる。

受信機１０２では回路で生じる雑音ｎが信号に加算され、その結果の受信信号値ｙはｓ＋ｉ＋ｎとなる。商情報取得部３０１は、受信信号から送信機のモジュロ演算における商の確率分布（以後、商情報と呼ぶ）を取得する。ＳＮＲ取得部３０２は受信信号からＳＮＲを取得する。復調器３０３は、受信信号と、商情報取得部３０１で得た商情報と、ＳＮＲ取得部３０２で得たＳＮＲを用いて、受信信号の硬判定、あるいは軟判定復調結果を出力する。復号器３０４は、復調器３０３から入力された信号に誤り訂正復号処理を適用し、得られた信号を出力する。

符号器２０１と復号器３０４で用いる誤り訂正符号は拘束長９の畳み込み符号とする。変調器２０２は入力信号ｅが０か１かに応じて２値実数信号を出力するものとする。送信機はＭＩＭＯ−ＢＣの場合のように干渉信号ｉを知っているものとし、相殺信号ｃをｃ＝−ｉで生成し、モジュロ演算器２０４の動作はモジュロ演算器２０４の出力の絶対値を最小とするＴＨＰ方式とする。

変調器２０２の入力ｅは０、１の２値信号であり、ｅ＝０の時ｄ＝０．５、ｅ＝１の時ｄ＝−０．５を出力する。モジュロ演算器２０４におけるモジュロ演算の法Ｍは２に設定する。ｅとｄの関係を図２に示す。またモジュロ演算器２０４の入出力関係は図３のグラフに示される関係となり、モジュロ演算器２０４の出力値ｓは数２のように表される。

受信機で受信される信号ｙは、干渉信号ｉと雑音ｎが加算されるため数３で表される。

所望信号対相殺信号比（Ｄｅｓｉｒｅｄ−ｔｏ−Ｃｏｕｎｔｅｒ Ｒａｔｉｏ：ＤＣＲ）、信号対干渉比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ：ＳＩＲ）とＳＮＲを数４で定義する。

＜＞は平均を意味している。この例ではｃ＝−ｉとしているためＤＣＲ＝ＳＩＲとなるが、相殺信号は干渉信号の定数（−ａ）倍（ｃ＝−ａｉ）とする構成も可能であり、必ずしもＤＣＲ＝ＳＩＲとはならない。

商ｑの確率分布Ｐ（ｑ｜ｄ）は数５で表される。

商情報取得部３０１では、この確率分布Ｐ（ｑ｜ｄ）を取得する。数５で導出された通り、商ｑの確率分布Ｐ（ｑ｜ｄ）は相殺信号ｃの確率分布Ｐ（ｃ）から求められる。予めＰ（ｃ）確率分布を仮定しておき、相殺信号ｃの分散値等を取得することで、Ｐ（ｃ）やＰ（ｑ｜ｄ）を求めるのがよい。例えばＰ（ｃ）は平均０の正規分布と仮定しておけば、相殺信号cの分散値を取得すれば確率分布Ｐ（ｑ｜ｄ）を算出する。つまり、受信機１０２は、相殺信号の確率分布の仮定値と前記相殺信号の分散値とをあらかじめ保持しておく。あるいは、Ｐ（ｃ）の分布形状を取得してもよい。復調器３０３では商情報取得部３０１で得られるＰ（ｑ｜ｄ）とＳＮＲ取得部３０２で得られるＳＮＲを用いて、受信信号を復調する。軟判定復調する場合には対数尤度比（Ｌｏｇ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｄ Ｒａｔｉｏ：ＬＬＲ）を出力するのが復調器の典型的な動作である。硬判定復調の場合にはＬＬＲの正負（典型的にはＬＬＲが正なら０、負なら１）を出力する。復調器３０３はＬＬＲを数６のように求めることができる。

数６は、Ｐ（ｙ｜ｅ＝０）、Ｐ（ｙ｜ｅ＝１）を算出するために、ｙとｑの同時確率Ｐ（ｙ，ｑ｜ｅ）を、とり得るｑの範囲で合計して求めている点が従来とは異なる。雑音ｎは通常、平均０の正規乱数とみなすことができ、標準偏差σｎはＳＮＲ取得部３０２で得られたＳＮＲから算出することができる。従って、数６のＰ（ｎ）は数７のように求めることができる。

特許文献１に記載の技術では、信号対干渉雑音比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ：ＳＩＮＲ）を考慮してＬＬＲを算出しているが、本実施例の復調器ではＳＮＲだけでなく商ｑの確率分布Ｐ（ｑ｜ｄ）も考慮することで、ＬＬＲを算出している。

以後の説明では干渉信号ｉと雑音信号ｎは、平均０の実数正規乱数信号とした。図４にＳＮＲ＝０ｄＢの際の受信信号値ｙに対するＬＬＲのグラフを示した。ＤＣＲは−２０，−１０，０，１０ｄＢとした。グラフ中、丸と星（４０１〜４１６）は、それぞれｅ＝０，１の信号を受信する場合に期待される受信信号点（信号レプリカ）を示している。黒丸と黒星（４０１，４０２）はｑ＝０の信号レプリカ、白丸と白星（４１１〜４１６）はｑ≠０の信号レプリカを示している。ＤＣＲ＝−２０ｄＢでは受信信号がｅ＝０（丸：４０２、４１１、４１３、４１５）の信号レプリカに等しい受信信号値ｙでＬＬＲが大きくなってｅ＝０の尤度が高くなり、ｅ＝１（星：４０１、４１２、４１４、４１６）の信号レプリカに等しいに受信信号値ｙでＬＬＲが小さくなってｅ＝１の尤度が高くなり、信号レプリカの中間点ではＬＬＲが０になってｅ＝０，１の判別がつかなくなっている。このＬＬＲは、非特許文献１で開示されている従来方法で得られるＬＬＲに等しい。しかし、ＤＣＲが大きくなるにつれてグラフの形状は変化し、従来方法とは異なるＬＬＲが得られる。特に、ＤＣＲ＝１０ｄＢで受信信号値が１．５の場合は、ｅ＝１（星）の信号レプリカのある受信信号値ｙであるにも関わらず、ＬＬＲは極大値となってｅ＝０の尤度が高くなる。このようなＬＬＲは従来方法によっては得られない。

図４のＬＬＲは正負の変化点がＤＣＲによって異なるため、このＬＬＲの正負に従って硬判定復調することで性能改善を期待できる。硬判定復調で誤り訂正しない場合のＢＥＲカーブを図５に示した。ＤＣＲ＝−１０，０，１０ｄＢの３つの結果がプロットされている。従来方式ではＤＣＲの値に関わらず、図５のＤＣＲ＝−１０ｄＢと同等の結果となる。本実施例によれば、ＤＣＲが−１０ｄＢより高い場合には硬判定復調でＢＥＲの改善が得られる。

誤り訂正復号時の性能改善も期待できる。図６はＬＬＲを軟判定復調結果として誤り訂正した場合のＢＥＲカーブである。ＤＣＲ＝−１５，−１０，−５，０，５，１０，１５ｄＢの７つの結果がプロットされている。従来方式ではＤＣＲの値に関わらず、図６のＤＣＲ＝−１５ｄＢと同等の結果となる。ＤＣＲが−１０ｄＢより高い場合には軟判定復調による誤り訂正でのＢＥＲも改善され、ここではＤＣＲ＝１５ｄＢで２．５ｄＢ程度の感度向上が得られている。

本実施例の動作の説明では誤り訂正符号を畳み込み符号としたが、特に限定するものではなく、他の誤り訂正符号を用いてもよい。あるいは、復調器３０３が硬判定結果を出力する場合には、誤り訂正符号を用いなくてもよい。変調器２０２における変調は、実数の２値変調としたが、多値変調やＩＱ信号（複素信号）変調を用いても良い。ＩＱ信号に対するモジュロ演算ではＩ信号とＱ信号それぞれに対してモジュロ演算を適用する。

本実施例によると、従来より正確に確率計算するため、ＢＥＲが改善される。それに付随して，通信速度の高速化，通信品質の安定化が可能となる。

図７は第２の実施例の受信機を表す図である。誤り訂正方式には、復調器と復号器の間でフィードバックループを構成することで通信性能の向上を図る方式がある。Ｂｉｔ−Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ Ｃｏｄｅｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ（ＢＩＣＭ−ＩＤ）はその一例であり、ループを構成する復調器と復号器を繰り返し動作させる。本実施例は、そのような誤り訂正方式を本実施例で実施する際の構成を示す。

図７の受信機１０２は、商情報取得部３０１、ＳＮＲ取得部３０２、復調器３０３、復号器３０４を備える。受信機１０２では回路で生じる雑音が信号に加算される。商情報取得部３０１は、受信信号から商情報を取得する。ＳＮＲ取得部３０２は受信信号からＳＮＲを取得する。復調器３０３は、受信信号と、商情報取得部３０１で得た商情報と、ＳＮＲ取得部３０２で得たＳＮＲと、復号器３０４から入力される事前情報を用いて、受信信号の硬判定、あるいは軟判定復調結果を出力する。復号器３０４は、復調器３０３から入力された信号に誤り訂正復号処理を適用し、復号によって得られたデータ信号を出力するとともに、外部情報を算出して出力する。出力された外部情報は、復号器３０４の事前情報入力として利用される。

図１の変調器２０２では、複数ビットの組が入力信号となり、１つの変調信号が出力される。従って、復調器３０３は、１つの受信信号から複数ビットを出力する。復調器３０３で前記複数ビットのうちの１ビットのＬＬＲを求める場合、組を構成する他のビットのＬＬＲ（事前情報）がわかっていれば、当該ビットのＬＬＲを高精度で求めることができる。復調器３０３は事前情報を復号器３０４から取得し、復調器３０３復号器３０４の動作を繰り返すことで誤り訂正能力を高めることができる。以上はＢＩＣＭ−ＩＤのような復調器と復号器を繰り返し動作させる方式の、一般的な動作である。複数ビットの組でＬＬＲを求めるビットの事象をｅ、その他のビットの事象をＥとする。復号器３０４から復調器３０３に入力される事前情報により、Ｅの確率分布Ｐ（Ｅ）が得られるので、復調器３０３は数８でＬＬＲを計算できる。

数８は、Ｐ（ｙ｜ｅ＝０），Ｐ（ｙ｜ｅ＝１）を算出するために、ｙとｑの同時確率Ｐ（ｙ，ｑ｜ｅ，Ｅ）を、とり得るｑの範囲で合計して求めている点が従来とは異なる。

図８は第３の実施例である受信機を表す図である。本実施例は、ＤＣＲを取得し、商情報へと変換する。図８の受信機１０２は、商情報取得部３０１、ＳＮＲ取得部３０２、復調器３０３を備える。商情報取得部３０1は、ＤＣＲ取得部３１０を備える。受信機１０２では回路で生じる雑音が信号に加算される。商情報取得部３０１は、受信信号から商情報を取得する。ＳＮＲ取得部３０２は受信信号からＳＮＲを取得する。復調器３０３は、受信信号と、商情報取得部３０１で得た商情報と、ＳＮＲ取得部３０２で得たＳＮＲを用いて、受信信号の硬判定、あるいは軟判定復調結果を出力する。ＤＣＲ取得部３１０は受信信号からＤＣＲを取得し出力する。

数５で示したように、商ｑの確率分布は、相殺信号の確率分布から求めることができる。相殺信号の確率分布は、分布形状と分散から計算できる。従って、相殺信号の確率分布の形状と分散から、商ｑの確率分布を求めることができる。相殺信号の確率分布の形状は、予めシミュレーション等により求めておくか、あるいは妥当な分布形状（例えば正規分布）を仮定することで、決定することができる。相殺信号の確率分布の分散は、ＤＣＲから（典型的にはＤＣＲの真値の定数倍で）求められる。つまり、商情報取得部３０１が、ＤＣＲ取得部３１０を備え、ＤＣＲ取得部３１０でＤＣＲを取得し、取得したＤＣＲに基づいて商ｑの確率分布を得る。

相殺信号は干渉信号から計算されるので、干渉信号の確率分布がわかれば相殺信号の確率分布も求められる。そのため、実用上はＤＣＲではなくＳＩＲを取得してＤＣＲに換算することが可能である。

平均所望信号強度と平均雑音強度は従来技術で取得可能であるため、受信信号平均強度から平均所望信号強度と平均雑音強度を減算することで、平均干渉信号強度を得ることができる。これより、ＳＩＲを算出し、ＤＣＲへ換算することが可能である。

また、通信信号にはデータとは別に、トレーニング信号、パイロット信号、あるいはリファレンス信号と呼ばれる信号（以後トレーニング信号と呼ぶ）が含まれる場合がある。その際には、所望信号に対応するトレーニング信号の信号強度から平均所望信号強度、干渉信号に対応するトレーニング信号の信号強度から平均干渉信号強度を取得することができる。それらの取得結果からＳＩＲを算出し、ＤＣＲへ換算することが可能である。

以上は、ＤＣＲを取得する方法の例を示しているものであり、ＤＣＲ取得手段をこれらに制限するものではない。

図９は第４の実施例である受信機を表す図である。本実施例によれば、送信機からの通知により、受信機は正確な商の確率分布情報を得ることができるため、良好な通信特性を得ることができる。図９の受信機１０２は、商情報取得部３０１、ＳＮＲ取得部３０２、復調器３０３を備える。商情報取得部３０1は、制御情報取得部３１１を備える。受信機１０２では回路で生じる雑音が信号に加算される。商情報取得部３０１は、受信信号から商情報を取得する。ＳＮＲ取得部３０２は受信信号からＳＮＲを取得する。復調器３０３は、受信信号と、商情報取得部３０１で得た商情報と、ＳＮＲ取得部３０２で得たＳＮＲを用いて、受信信号の硬判定、あるいは軟判定復調結果を出力する。制御情報取得部３１１は受信信号に含まれる制御情報を取得し、制御情報から商情報を抽出して出力する。

送信機は自分で相殺信号を生成しているため、相殺信号の確率分布を知ることができ、また数５からモジュロ演算の商の確率分布を求めることができる。そのため、送信機は商情報を送信信号中の制御情報領域に含めて受信機へ通知することができる。受信機は制御情報を取得し、そこから商情報を抽出することができる。実施例３に記載のように、受信機へ通知する情報はＤＣＲでもよい。送信信号中の制御情報領域とは、例えば変調多値数や誤り訂正符号の情報のような受信に必要なデータであり、無線ＬＡＮではＳＩＧＮＡＬ、ＷｉＭＡＸではＤＬ／ＵＬ−ＭＡＰ、ＬＴＥではＰＤＣＣＨ／ＰＵＣＣＨに存在する。

制御情報領域の情報は、送信機でモジュロ演算を適用して生成された送信信号（以後モジュロ信号と呼ぶ）の受信に必要となるため、制御情報自体をモジュロ信号で送信することはできない。そのため、制御情報はモジュロ信号に先立って、非モジュロ信号で送信する。

図１０は第５の実施例である受信機を示す図である。本実施例は実施例４の構成において、データ再生部を利用して制御情報を再生する構成を示す。図１０の受信機１０２は、商情報取得部３０１、ＳＮＲ取得部３０２、復調器３０３、データ再生部３１２を備える。商情報取得部３０1は、制御情報取得部３１１を備える。受信機１０２では回路で生じる雑音が信号に加算される。商情報取得部３０１は、データ再生部３１２より入力される信号から商情報を取得する。ＳＮＲ取得部３０２は受信信号からＳＮＲを取得する。復調器３０３は、受信信号と、商情報取得部３０１で得た商情報と、ＳＮＲ取得部３０２で得たＳＮＲを用いて、受信信号の硬判定、あるいは軟判定復調結果を出力する。データ再生部３１２は復調器３０３で得た復調結果からデータを再生する。制御情報取得部３１１はデータ再生部３１２で再生されたデータから制御情報を取得し、制御情報から商情報を抽出して出力する。

制御情報は、通常、データの一部として送信されるため、一つのブロックを共用して制御情報とデータを再生することができる。これを実現するには、データ再生部３１２の出力を、商情報取得部３０１への入力へ接続する。

図１１は第６の実施例である受信機を示す図である。本実施例は、送信機から複数の受信機へ複数の信号を同時伝搬するＭＩＭＯ−ＢＣにおける、受信機の構成を示す。図１１の受信機１０２は、商情報取得部３０１、ＳＮＲ取得部３０２、復調器３０３、チャネル推定部３１３、ＭＩＭＯ処理部３１４を備える。商情報取得部３０1は、ＤＣＲ取得部３１０を備える。受信機１０２では回路で生じる雑音が信号に加算される。チャネル推定部３１３は、受信信号中のトレーニング信号から伝搬路の伝達関数を推定する。ＭＩＭＯ処理部３１４はチャネル推定部３１３で得られた伝達関数に基づいて、受信したＭＩＭＯ多重信号を分離し、出力する。

商情報取得部３０１は、チャネル推定部３１３で得られた伝達関数から商情報を取得する。ＳＮＲ取得部３０２は、チャネル推定部３１３で得られた伝達関数を用いてＳＮＲを取得し、出力する。復調器３０３は、ＭＩＭＯ処理部３１４からの入力信号と、商情報取得部３０１で得た商情報と、ＳＮＲ取得部３０２で得たＳＮＲを用いて、受信信号の硬判定、あるいは軟判定復調結果を出力する。ＤＣＲ取得部３１０はチャネル推定部３１３で得られた伝達関数からＤＣＲを取得し出力する。

本実施例は特に、送信機から複数の受信機への複数の信号の同時伝搬するＭＩＭＯ−ＢＣにおける受信機での適用を想定している。通信信号にはデータとは別に、トレーニング信号が含まれている。ＭＩＭＯ処理部３１４はＭＩＭＯ多重信号を分離するために、チャネル推定部３１４で取得する伝搬路の伝達関数を必要とする。所望信号に対応する伝達関数から平均所望信号強度、干渉信号に対応する伝達関数から平均干渉信号強度を取得することができる。それらの取得結果からＳＮＲ取得部３０２はＳＮＲを算出し、ＤＣＲ取得部３１０はＳＩＲを算出してＤＣＲへ換算することが可能である。

以上の構成によれば、ＭＩＭＯ−ＢＣ無線通信においてモジュロ演算の商の確率分布情報を取得することができる。

図１１では３１４をＭＩＭＯ処理部としたが、一部のＭＩＭＯ−ＢＣ方式ではＭＩＭＯ復号器を必要としない。そのような場合には、１１４は等化器となり、伝搬路利得による信号の変化を等化する役割を果たす。

図１２は第７の実施例である受信機を表す図である。本実施例は、上述のＬＬＲを利用して、受信機構成の簡易化を可能としている。図１２の受信機１０２は、商情報取得部３０１、ＳＮＲ取得部３０２、復調器３０３を備える。復調器３０３は、係数決定部３０５、逆数演算部３０６、乗算器３０７−１、３０７−２、モジュロ演算器３０８、判定機３０９を備える。受信機１０２では、回路で生じる雑音が信号に加算される。商情報取得部３０１は、受信信号から商情報を取得する。ＳＮＲ取得部３０２は受信信号からＳＮＲを取得する。復調器３０３は、受信信号と、商情報取得部３０１で得た商情報と、ＳＮＲ取得部３０２で得たＳＮＲを用いて、受信信号の硬判定、あるいは軟判定復調結果を出力する。

復調器３０３では、係数決定部３０５が、商情報取得部３０１から入力される商情報と、ＳＮＲ取得部３０２から入力されるＳＮＲをもとに係数を決定し、出力する。逆数演算器３０６は、係数決定部３０５から入力される係数の逆数を求め、出力する。乗算器３０７−１は、逆数演算部３０６から入力される信号と受信信号を乗算し、結果を出力する。モジュロ演算器３０８は、乗算器３０７−１から入力される信号に対してモジュロ演算を適用し、結果を出力する。判定器３０９は、ＳＮＲ取得部３０２から入力されるＳＮＲと、モジュロ演算部３０８から入力される信号をもとに、軟判定復調結果を出力する。判定機３０９が硬判定する場合には、ＳＮＲ取得部３０２からの入力は不要である。乗算器３０７−２は、判定器３０９から入力される信号と逆数決定部３０５から入力される係数を乗算し、結果を復調器３０３の出力とする。判定機３０９で硬判定している場合には、乗算器３０７−２は不要であり、判定機３０９の出力を、そのまま復調器３０３の出力とすればよい。

図４のＬＬＲのグラフはＤＣＲの違いにより形状が大きく変化する。しかし、受信信号に対してＬＬＲが周期的に変化する様子は同じである。そこで、受信信号に対するＬＬＲの変動周期がＤＣＲの低い場合と同じになるように、各ＤＣＲでのグラフを横軸方向に縮小し、同じ縮小率で縦軸方向にも縮小したグラフを図１３に示した。

図１３のグラフの形状はＤＣＲの違いによらず、ほぼ同じグラフとなっている。この特徴から、係数決定部３０５で係数を決定し、受信信号をその係数で除算した後、モジュロ演算器３０８でモジュロ演算を適用し、判定器３０９でＬＬＲを算出し、前記係数を乗算器３０７−２で乗算することで図４のＬＬＲを求めることができる。図１３で、ＤＣＲ＝０、１０ｄＢでは受信信号値の絶対値が大きな箇所でグラフの形状がずれているが、そのような受信信号値はほとんど起こり得ないため、グラフ形状のずれは無視できる。

図１４で表す受信機は、図１２の受信機の商情報取得部３０１にＤＣＲ取得部３１０を設置し、係数決定部３０５にテーブル３１５を設置したものである。テーブル３１５の構成は図１５に示した。係数はＳＮＲとＤＣＲから算出することができので、予め図１５のテーブルを用意しておけば、係数決定部３０５はＳＮＲとＤＣＲからテーブル３１５をルックアップすることによって係数を定めることができる。

図１６はＳＮＲ、ＤＣＲによって決まる係数を等高線によって示したものである。図１６が示すように、等高線はグラフ上で直線となる。この直線はある２つの定数α、βを用いて数９のように表される。

図１６のグラフの場合はα／βを約１．５５に設定すれば良い。係数は数９のγの関数として計算することができるため、テーブル３１５は図１７に示すようにγに対応する係数のテーブルとすればよい。この方法によればテーブルのサイズを小さくすることができる。

本実施例の構成を用いれば、ＤＣＲによるＬＬＲの変化は、乗算器３０７−１、３０７−２の乗算によって実現できる。判定器３０９は、非特許文献１のように、ＤＣＲに依存しない従来通りのＳＮＲに応じた判定を実施すればよく、信号処理量を低減できる。

図１８は第８の実施例である受信機を表す図である。本実施例は、ＬＬＲの特徴を利用して、受信機構成の簡易化を可能としている。図１８の受信機１０２は、商情報取得部３０１、ＳＮＲ取得部３０２、復調器３０３を備える。復調器３０３は、係数決定部３０５、モジュロ演算器３０８、判定機３０９を備える。受信機１０２では回路で生じる雑音が信号に加算される。商情報取得部３０１は、受信信号から商情報を取得する。ＳＮＲ取得部３０２は受信信号からＳＮＲを取得する。復調器３０３は、受信信号と、商情報取得部３０１で得た商情報と、ＳＮＲ取得部３０２で得たＳＮＲを用いて、受信信号の硬判定、あるいは軟判定復調結果を出力する。

復調器３０３では、係数決定部３０５が、商情報取得部３０１から入力される商情報と、ＳＮＲ取得部３０２から入力されるＳＮＲをもとに係数を決定し、出力する。モジュロ演算器３０８は、受信信号に対して、係数決定部３０５で決定した係数を法としてモジュロ演算を適用し、結果を出力する。判定器３０９は、係数決定部３０５から入力される係数と、ＳＮＲ取得部３０２から入力されるＳＮＲと、モジュロ演算部３０８から入力される信号をもとに、軟判定復調結果を出力する。判定機３０９が硬判定する場合には、ＳＮＲ取得部３０２からの入力は不要である。

図４のＬＬＲのグラフはＤＣＲの違いにより形状が大きく変化する。しかし、受信信号に対してＬＬＲが周期的に変化する様子は同じである。そこで、係数決定部１０５で決定した係数と、モジュロ演算器１０８のモジュロ演算の法を合わせることで、受信信号にモジュロ演算を適用することができる。判定器１０９はモジュロ演算器１０８の出力とＳＮＲ取得部１０２で取得したＳＮＲから、硬判定あるいは軟判定結果を出力する。受信信号に対するＬＬＲの変化は前記係数によって変化するため、判定器１０９は係数決定部１０５で決定された係数で補正して判定する。係数の求め方は、実施例７と同じである。

本実施例の構成を用いれば、モジュロ演算器１０８のモジュロ演算の法を制御することでＤＣＲによって変化するＬＬＲを算出できる。

１０１ 送信機
２０２ 受信機
２０１ 符号器
２０２ 変調器
２０３ 相殺信号加算器
２０４ モジュロ演算器
３０１ 商情報取得部
３０２ ＳＮＲ取得部
３０３ 復調器
３０４ 復号器
３０５ 係数決定部
３０６ 逆数演算器
３０７ 乗算器
３０８ モジュロ演算器
３０９ 判定器
３１０ ＤＣＲ取得部
３１１ 制御情報取得部
３１２ データ再生部
３１３ チャネル推定部
３１４ ＭＩＭＯ復号器
３１５ テーブル
４０１−４１６ 信号レプリカ

Claims (11)

1. 所望信号をモジュロ演算により生成された信号を送信機から受信する受信機であって、
   前記信号から前記送信機と前記受信機間の伝搬路状況に関連する伝搬路情報を取得する伝搬路情報取得部と、
   前記信号に基づいて、前記モジュロ演算に関する演算情報を取得する演算情報取得部と、
   前記伝搬路情報と前記演算情報とに基づいて、前記信号の判定結果を出力する復調器と、を有することを特徴とする受信機。
2. 請求項１記載の受信機であって、
   さらに、復調器の出力に対して誤り訂正復号処理を行い、前記誤り訂正復号処理結果に基づくフィードバック情報を前記復調器に伝送する復号器を有し、
   前記復調器は、前記フィードバック情報に基づいて前記判定結果を出力する、
   ことを特徴とする受信機。
3. 請求項１記載の受信機であって、
   前記演算情報取得部は、前記相殺信号の確率分布の仮定値と前記相殺信号の分散値とから前記演算情報を取得する、ことを特徴とする受信機。
4. 請求項３記載の受信機であって、
   前記モジュロ演算は、前記所望信号と前記相殺信号とに対して行い、
   前記相殺信号の分散値は、前記所望信号の強度と相殺信号の強度とに基づいて算出される、ことを特徴とする受信機。
5. 請求項４記載の受信機であって、
   前記信号には、参照信号を含み、
   前記参照信号に基づいて複数の受信機に対する信号の伝搬路利得を推定するチャネル推定部を有し、
   推定された該受信機宛て信号の伝搬利得及び他の受信機宛ての伝搬利得の比から所望信号対相殺信号強度比を算出することを特徴とする受信機。
6. 請求項１記載の受信機であって、
   前記伝搬路情報取得部は、前記信号から、前記信号と前記伝搬路状況における雑音信号の比である信号対雑音比を取得することを特徴とする受信機。
7. 請求項６記載の受信機であって、
   前記モジュロ演算に関する演算情報は、前記モジュロ演算における商の確率分布の情報である、ことを特徴とする受信機。
8. 請求項７記載の受信機であって、
   前記復調器は、前記信号対雑音比と前記商の確率分布の情報とに基づいて係数を決定する係数決定部と、
   該係数決定部の決定した係数の逆数を算出する逆数演算器と、
   該逆数演算器と前記信号を乗算する第一の乗算器と、
   前記第一の乗算器により乗算結果にモジュロ演算を適用するモジュロ演算器と、
   前記信号対雑音比と前記商の確率分布の情報とに基づいて前記信号の軟判定結果を出力する判定器と、
   前記係数決定部の決定した係数と前記判定機の出力を乗算する第二の乗算器と、をさらに備え、前記復調器は、前記第二の乗算器による乗算結果を前記判定結果として出力する、ことを特徴とする受信機。
9. 請求項７記載の受信機であって、
   前記復調器は、
   前記信号対雑音比と前記商の確率分布の情報とに基づいて係数を決定する係数決定部と、
   前記係数決定部の決定した係数に基づいて、受信した信号にモジュロ演算を適用するモジュロ演算器と、
   前記信前記信号対雑音比と前記係数と、前記モジュロ演算器の出力から軟判定結果を前記判定結果として出力する判定器と、を有することを特徴とする受信機。
10. 無線通信システムであって、
    ユーザデータを含む所望信号及び相殺信号に対してモジュロ演算を行うモジュロ演算部と、モジュロ演算により生成された信号を送信する送信部と、を有する送信機と、
    前記信号を受信する受信部と、前記信号から前記送信機と前記受信機間の伝搬路状況に関連する伝搬路情報を取得する伝搬路情報取得部と、前記信号から、前記モジュロ演算に関する演算情報を取得する演算情報取得部と、前記伝搬路情報と前記演算情報とに基づいて、前記信号の判定結果を出力する復調器と、を有する受信機と、を備える、
    ことを特徴とする無線通信システム。
11. 送信機から、ユーザデータを含む所望信号及び相殺信号とに対して行われたモジュロ演算により生成される信号を、無線ネットワークを介して受信する信号を復調する復調方法であって、
    前記信号から前記送信機と前記受信機間の伝搬路状況に関連する伝搬路情報を取得し、
    前記信号から、前記モジュロ演算に関する演算情報を取得し、
    前記伝搬路情報と前記演算情報とに基づいて、前記信号の判定結果を出力する、ことを特徴とする復調方法。

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