JP2012175280A - Radio reception device and soft determination value generation method therefor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radio reception device and a soft determination value generation method therefor, which are capable of accomplishing highly accurate soft determination error correction decoding by suppressing the influence of a large metric value while maintaining the influence of the magnitude relationship of a transmission bit string on a LLR calculation.SOLUTION: A radio reception device includes: a soft determination output part 22 for generating a soft determination value from a reception signal received via MIMO communication; and a soft determination error correction decoding part for error-correcting/decoding by a soft determination value from the soft determination output part 22. The soft determination output part 22 has a LLR calculation part 226 for subtracting a minimum metric value against a bit-1 from a minimum metric value against a bit-0, dividing the result of the aforementioned subtraction by a metric value that is a larger of the metric value against bit-0 or bit-1, thereby generating a soft determination value and outputting the value to the soft determination error correction decoding part 23, when calculating a logarithmic likelihood ratio based on a candidate list χ of candidates selected from among all candidates of transmission signal vectors on the basis of the reception signal.

Description

本発明は、MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)復号を行う無線受信装置およびその軟判定値生成方法に関するものである。   The present invention relates to a radio reception apparatus that performs MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) decoding and a soft decision value generation method thereof.

利用周波数帯域幅を拡大することなく、伝送容量を増加させる技術として、無線送受信装置が複数のアンテナを備えたMIMO通信方式が、高速無線通信システムの要素技術として注目され、国際標準IEEE802.11nにも採用されている。   As a technique for increasing the transmission capacity without expanding the use frequency bandwidth, a MIMO communication system in which a wireless transmission / reception apparatus includes a plurality of antennas has been attracting attention as an elemental technique of a high-speed wireless communication system, and has been adopted as an international standard IEEE802.11n. Is also adopted.

MIMO通信方式では、無線送信装置の複数の送信アンテナからの電波が、通信路の空間において合成されて無線受信装置に受信されるため、送信電波同士の干渉を除去し、元の独立な送信データを復号する処理が必要となる。その際、できるだけ雑音の影響を抑え、復号データの誤りを低減することが求められる。   In the MIMO communication method, radio waves from a plurality of transmission antennas of a wireless transmission device are combined in a communication path space and received by the wireless reception device, so that interference between transmission radio waves is removed and the original independent transmission data Needs to be decrypted. At that time, it is required to suppress the influence of noise as much as possible and reduce errors in the decoded data.

ZF(Zero Forcing),MMSE(Minimum Mean Square Error)基準の線形復号法は、MIMO復号法として最も基本的な手法であり、低演算量で実現可能であるが、復号誤り率特性は他手法に劣る。最適な復号結果が得られる手法としては、送信信号系列の全候補パターンから最尤候補を探すMLD(Maximum Likelihood Detection)があるが、最尤候補を探すために必要となる演算量が膨大となるため、実際の通信システムに実装することが難しい。
そこで、線形復号法に格子基底縮小(Lattice Reduction)法を組み合わせることで、比較的低演算量でMLDに近い復号結果が得られるLRA検出(LRA(Lattice Reduction Aided)-Detection)法が注目されている。
The linear decoding method based on ZF (Zero Forcing) and MMSE (Minimum Mean Square Error) is the most basic method as a MIMO decoding method and can be realized with a small amount of computation, but the decoding error rate characteristic is different from other methods. Inferior. There is MLD (Maximum Likelihood Detection) for searching for the maximum likelihood candidate from all the candidate patterns of the transmission signal sequence as a method for obtaining the optimum decoding result, but the amount of calculation required for searching for the maximum likelihood candidate becomes enormous. Therefore, it is difficult to implement in an actual communication system.
Therefore, LRA detection (LRA (Lattice Reduction Aided) -Detection) method, which can obtain a decoding result close to MLD with a relatively low amount of computation by combining a linear decoding method with a lattice reduction (Lattice Reduction) method, has attracted attention. Yes.

しかし、通信システムでは、データ誤り率を低減させるために、誤り訂正符号が用いられ、MIMO復号後に誤り訂正符号化されたビット列の復号が行われるが、このLRA検出法では復号結果が硬判定値となるため、高い誤り訂正効果が得られない。従って、硬判定値を用いた誤り訂正復号より軟判定値を用いた誤り訂正復号の方がより高い誤り訂正効果を得られるので望ましい。   However, in a communication system, an error correction code is used to reduce the data error rate, and a bit string that has been subjected to error correction coding is decoded after MIMO decoding. In this LRA detection method, the decoding result is a hard decision value. Therefore, a high error correction effect cannot be obtained. Therefore, error correction decoding using a soft decision value is more preferable than error correction decoding using a hard decision value because a higher error correction effect can be obtained.

そこで、データ誤り率の更なる改善のため、最近ではLRA検出法にも軟判定誤り訂正復号の適用を可能とする軟判定値出力のLRA検出法が検討され、提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, in order to further improve the data error rate, recently, an LRA detection method for soft decision value output that enables the application of soft decision error correction decoding to the LRA detection method has been studied and proposed (for example, patents). Reference 1).

特許文献1の無線通信装置では、チャネル推定値に格子基底縮小を適用し、基底縮小基準チャネルに従って受信信号を等化し、基底縮小基準に基づいて1組の候補ベクトルを選択することにより、送信済みビットが特別な値を持つ確率を決定して、それぞれの候補ベクトルに対応する送信済みシンボルベクトルを決定し、受信信号に基づいて、各送信済みビット値が送信される確率を決定することにより、受信信号から、送信済みビット値の軟推定値(軟判定値)を決定することが記載されている。   In the wireless communication device of Patent Literature 1, transmission is completed by applying lattice basis reduction to a channel estimation value, equalizing a received signal according to a basis reduction reference channel, and selecting a set of candidate vectors based on the basis reduction reference By determining the probability that a bit has a special value, determining a transmitted symbol vector corresponding to each candidate vector, and determining the probability that each transmitted bit value will be transmitted based on the received signal, It is described that a soft estimated value (soft decision value) of a transmitted bit value is determined from a received signal.

ここで、従来の無線受信装置による軟判定値生成方法の一例を、図5に基づいて説明する。
例えば、図5(A)に示す候補リストは、送信アンテナ数が2本、1送信信号あたりの送信ビット数が2ビットの場合における送信ビット列の全候補とメトリック値との対応を示している。また、送信ビット列の候補はメトリック値を基準に昇順に並べている。但し、雑音電力は各ビットで等しく一定とする。
Here, an example of a soft decision value generation method by a conventional radio reception apparatus will be described with reference to FIG.
For example, the candidate list shown in FIG. 5A shows correspondence between all transmission bit string candidates and metric values when the number of transmission antennas is two and the number of transmission bits per transmission signal is two bits. The transmission bit string candidates are arranged in ascending order based on the metric value. However, the noise power is equally constant for each bit.

LLR(Log-Likelihood Ratio:対数尤度比)の演算に用いられるのは、候補リストにある各ビットの送信信号候補ベクトル中で、そのビットが0であるときの最小メトリック値と,1であるときの最小メトリック値である。このとき、候補リストの全候補をLLR演算の対象とすると最適な結果が得られる。
例えば、ビットb1,1であれば、ビットが1であるときの最小メトリック値は0.36、ビットが0であるときの最小メトリック値は7.33である。その差がLLRとなるが、説明が容易となるようにLLR(b1,2)を基準に正規化すると、以下の式(1)のようになる。
What is used for the calculation of LLR (Log-Likelihood Ratio) is the minimum metric value when the bit is 0 and 1 in the transmission signal candidate vector of each bit in the candidate list. Is the minimum metric value. At this time, if all candidates in the candidate list are targeted for LLR calculation, an optimum result can be obtained.
For example, for bit b 1,1 , the minimum metric value when the bit is 1 is 0.36, and the minimum metric value when the bit is 0 is 7.33. The difference becomes LLR, but when normalized on the basis of LLR (b 1,2 ) so as to facilitate explanation, the following equation (1) is obtained.

特開2007−74729号公報JP 2007-74729 A

A.K.Lenstra,H.W.Lenstra,Jr.,L.Lovasz,"Factoring Polynomials with Rational Coefficents,",Math.Ann.,vol.261,no.4,1982,p.515-534A.K.Lenstra, H.W.Lenstra, Jr., L.Lovasz, "Factoring Polynomials with Rational Coefficents,", Math.Ann., Vol.261, no.4,1982, p.515-534 Y.H.Gan,W.H.Mow,"Complex Lattice Reduction Algorithm for Low-Complexity MIMO Detection,",Proc.IEEE GLOBECOM 2005,vol.5,St.Louis,USA,Dec.2005,p.2953-2957Y.H.Gan, W.H.Mow, "Complex Lattice Reduction Algorithm for Low-Complexity MIMO Detection,", Proc.IEEE GLOBECOM 2005, vol.5, St. Louis, USA, Dec.2005, p.2953-2957 V.Ponnampalam,D.McNamara,A.Lillie,M.Sandell,"On Generating Soft Outputs for Lattice-Reduction-Aided Detectors,",Proc.IEEE ICC2007,Glasgow,Scotland,Jun.2007,p,4144-4149V. Ponnampalam, D. McNamara, A. Lillie, M. Sandell, "On Generating Soft Outputs for Lattice-Reduction-Aided Detectors,", Proc. IEEE ICC2007, Glasgow, Scotland, Jun. 2007, p, 4144-4149

しかし、LLRの演算量を減らすために、所定の方法により少数の候補を選択して候補リストを作成する場合に、問題が生じることがある。
例えば、図5(A)に示す候補リストの中から網掛けされた候補のみを所定の方法により得て、図5(B)に示す9候補としてLLRを演算した場合では、式(2)に示すようになる。この式(2)も式(1)と同様に、LLR(b1,2)を基準に正規化している。
However, a problem may arise when a candidate list is created by selecting a small number of candidates by a predetermined method in order to reduce the amount of LLR computation.
For example, when only the candidates shaded from the candidate list shown in FIG. 5A are obtained by a predetermined method and the LLR is calculated as nine candidates shown in FIG. As shown. Similar to equation (1), equation (2) is also normalized based on LLR (b 1,2 ).

式(1)と(2)とを比較すると、図5(B)に示す小数候補による候補リストを用いて計算を行った式(2)では、送信ビットb1,2のLLRの演算において、図5(A)に示す全送信ビット列の候補の中には、まだ小さいメトリック値が存在するにもかかわらず、図5(A)の全送信ビット列の候補リストの最下位から5番目に位置する大きなメトリック値が使用されていることより、式(1)と比較して,LLR(b1,2)に対する他のビットのLLRが1/2以下となってしまっている。このことより、ビットの尤度情報が失われてしまい、軟判定誤り訂正復号を行う際に悪影響を与える。 Comparing Equations (1) and (2), in Equation (2), which is calculated using the candidate list of decimal candidates shown in FIG. 5B, in the LLR calculation of transmission bits b 1,2 , Among all the transmission bit string candidates shown in FIG. 5A, although there is still a small metric value, it is located fifth from the bottom of the candidate list of all transmission bit strings in FIG. 5A. Since a large metric value is used, the LLR of the other bits for LLR (b 1,2 ) is ½ or less compared to Equation (1). As a result, the bit likelihood information is lost, which adversely affects soft decision error correction decoding.

そこで本発明は、LLR演算に送信ビット列の大小関係の影響を維持しつつ、大きなメトリック値による影響を抑制することで、高い精度の軟判定誤り訂正復号を図ることができる無線受信装置およびその軟判定値生成方法を提供することを目的とする。   In view of this, the present invention provides a radio receiving apparatus and a soft receiver capable of high-accuracy soft decision error correction decoding by suppressing the influence of a large metric value while maintaining the influence of the magnitude relationship of transmission bit strings in the LLR calculation. It is an object to provide a determination value generation method.

本発明の無線受信装置は、MIMO通信による受信信号から軟判定値を生成する軟判定出力部と、前記軟判定出力部からの軟判定値によりMIMO復号する軟判定誤り訂正復号部とを備え、前記軟判定出力部は、全部の送信信号ベクトルの候補の中から、受信信号に基づいて選択された候補による候補リストに基づいて対数尤度比を演算する際に、ビット0に対する最小メトリック値からビット1に対する最小メトリック値を減算し、その結果をビット0またはビット1のいずれかの大きいメトリック値に基づいて除算して軟判定値を生成して前記軟判定誤り訂正復号部へ出力するLLR演算部を備えたことを特徴とする。
また、本発明の無線受信装置の軟判定値生成方法は、MIMO通信において全部の送信信号ベクトルの候補の中から、受信信号に基づいて選択された候補による候補リストを生成するステップと、候補リストに基づいて対数尤度比を演算する際に、ビット0に対する最小メトリック値からビット1に対する最小メトリック値を減算し、その結果をビット0またはビット1のいずれかの大きいメトリック値により除算して軟判定値を生成するステップとを含むことを特徴とする。
The radio reception apparatus of the present invention includes a soft decision output unit that generates a soft decision value from a received signal by MIMO communication, and a soft decision error correction decoding unit that performs MIMO decoding using the soft decision value from the soft decision output unit, The soft decision output unit calculates a log-likelihood ratio based on a candidate list based on candidates selected based on a received signal from among all transmission signal vector candidates, and calculates a minimum metric value for bit 0. LLR operation for subtracting the minimum metric value for bit 1 and dividing the result based on the larger metric value of either bit 0 or bit 1 to generate a soft decision value and output it to the soft decision error correction decoding unit It has the part.
The method for generating a soft decision value of a radio reception apparatus according to the present invention includes a step of generating a candidate list based on candidates selected based on a received signal from among all transmission signal vector candidates in MIMO communication, and a candidate list Subtracting the minimum metric value for bit 1 from the minimum metric value for bit 0 and dividing the result by the larger metric value for either bit 0 or bit 1 Generating a determination value.

本発明は、全部の送信信号ベクトルの候補の中から、受信信号をもとに選択された候補による候補リストに基づいて対数尤度比を演算する際に、誤り訂正復号するための軟判定値を、ビット0に対する最小メトリック値からビット1に対する最小メトリック値を減算し、その結果をビット0またはビット1のいずれかの大きいメトリック値により除算することで算出する。そうすることで、各送信ビットの対数尤度比の大小関係を保存しつつ、大きなメトリック値の影響を抑えることができる。   The present invention provides a soft decision value for error correction decoding when calculating a log-likelihood ratio based on a candidate list based on a candidate selected based on a received signal from among all transmission signal vector candidates. Is calculated by subtracting the minimum metric value for bit 1 from the minimum metric value for bit 0 and dividing the result by the larger metric value of either bit 0 or bit 1. By doing so, it is possible to suppress the influence of a large metric value while preserving the magnitude relationship of the log likelihood ratio of each transmission bit.

前記LLR演算部が対数尤度比を演算する際に使用する候補リストを、送信信号ベクトルの候補の中から固定摂動法により生成する固定摂動部を備えるのが望ましい。
全部の送信信号ベクトルの候補の中から選択された候補による候補リストを生成する際に、固定摂動法により生成することができる。
It is desirable to provide a fixed perturbation unit that generates a candidate list to be used when the LLR calculation unit calculates the log likelihood ratio from candidates of transmission signal vectors by a fixed perturbation method.
When generating a candidate list based on candidates selected from all transmission signal vector candidates, the candidate list can be generated by a fixed perturbation method.

チャネル応答行列が変換行列により変換され、新たなチャネル応答行列としてみなすための準直交行列である縮小基底行列を入力してMMSE検出(MMSE(Minimum Mean Square Error)Detection)を行い、受信信号ベクトルに重み行列を乗算した信号ベクトルを算出するMMSE検出部と、前記MMSE検出部からの信号ベクトルに基づいて、ユークリッド距離が最小の候補点を判定して硬判定信号を得る判定部とを備え、前記固定摂動部は、候補リストを生成する際の送信信号ベクトルの候補を、前記判定部からの硬判定信号に基づいて生成することが望ましい。MMSE検出部と判定部とが硬判定信号を生成する際に、縮小基底行列を新たなチャネル応答行列としてMMSE検出するLRA−MMSE検出法を用いることで、雑音強調を抑え、復号精度を高めることができる。   The channel response matrix is transformed by the transformation matrix, and a reduced basis matrix, which is a quasi-orthogonal matrix to be regarded as a new channel response matrix, is input to perform MMSE detection (MMSE (Minimum Mean Square Error) Detection), and the received signal vector An MMSE detection unit that calculates a signal vector multiplied by a weight matrix, and a determination unit that determines a candidate point having the minimum Euclidean distance based on the signal vector from the MMSE detection unit and obtains a hard decision signal, The fixed perturbation unit preferably generates a transmission signal vector candidate when generating the candidate list based on the hard decision signal from the decision unit. When the MMSE detection unit and the determination unit generate a hard decision signal, noise enhancement is suppressed and decoding accuracy is improved by using an LRA-MMSE detection method in which MMSE detection is performed using a reduced basis matrix as a new channel response matrix. Can do.

前記MMSE検出部への新たなチャネル応答行列を縮小基底行列として算出し、チャネル応答行列を準直交行列とする変換行列を算出する演算をLLLアルゴリズムにより行う格子基底縮小部を備えるのが望ましい。LLR演算部が生成する軟判定値が各送信ビットの対数尤度比の大小関係を保存しつつ、大きなメトリック値の影響を抑えることができるので、格子基底縮小部がLLLアルゴリズムにより縮小基底行列を算出する際に少ない繰り返し回数で、高い精度を確保することができる。   It is preferable to include a lattice base reduction unit that calculates a new channel response matrix to the MMSE detection unit as a reduced basis matrix and calculates a transformation matrix using the channel response matrix as a quasi-orthogonal matrix by an LLL algorithm. Since the soft decision value generated by the LLR calculation unit preserves the magnitude relationship of the log likelihood ratio of each transmission bit, the influence of a large metric value can be suppressed, so that the lattice basis reduction unit uses the LLL algorithm to generate a reduced basis matrix. A high accuracy can be ensured with a small number of repetitions in the calculation.

前記軟判定値出力部は、候補リストのLLR演算対象ビットにビット0またはビット1のいずれか一方のビットが含まれていない場合に、対数尤度比の演算において、そのビットに対する最小メトリック値として候補リスト内の最大メトリック値を用いて演算を行い軟判定値を生成することで、候補リストに一方のビットが含まれていなくても、各送信ビットの対数尤度比の大小関係を保存しつつ、大きなメトリック値の影響を抑えることができる。   When the LLR calculation target bit of the candidate list does not include either the bit 0 or the bit 1, the soft decision value output unit calculates the minimum metric value for the bit in the log likelihood ratio calculation. By calculating using the maximum metric value in the candidate list and generating a soft decision value, even if one bit is not included in the candidate list, the magnitude relationship of the log likelihood ratio of each transmission bit is saved. However, the influence of a large metric value can be suppressed.

本発明は、従来のLLRの算出値に、ビット0またはビット1のいずれかの大きいメトリック値を除算して軟判定値を生成することで、各送信ビットの対数尤度比の大小関係を保存しつつ、大きなメトリック値の影響を抑えることができるので、LLR演算に送信ビット列の大小関係の影響を維持しつつ、大きなメトリック値による影響を抑制することができる。よって、本発明は、高い精度の軟判定誤り訂正復号を図ることができる。   The present invention preserves the magnitude relationship of the log likelihood ratio of each transmission bit by dividing the conventional LLR calculation value by dividing a large metric value of either bit 0 or bit 1 to generate a soft decision value. However, since the influence of the large metric value can be suppressed, the influence of the large metric value can be suppressed while maintaining the influence of the magnitude relationship of the transmission bit strings in the LLR calculation. Therefore, the present invention can achieve soft decision error correction decoding with high accuracy.

本発明の実施の形態に係る無線通信システム(無線送信装置・無線受信装置)を示す図である。It is a figure which shows the radio | wireless communications system (wireless transmitter and radio | wireless receiver) which concerns on embodiment of this invention. 図1に示す無線受信装置の軟判定値出力部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the soft decision value output part of the radio | wireless receiver shown in FIG. 16QAMにおけるコンスタレーションと信号点間の距離αとオフセット値βを示す図である。It is a figure which shows constellation in 16QAM, distance (alpha) between signal points, and offset value (beta). (A)および(B)は同一の格子を張る基底ベクトルの一例を示す図である。(A) And (B) is a figure which shows an example of the basis vector which extends the same grating | lattice. (A)および(B)は送信ビット列と、送信ビット列に対応するメトリック値とを示す一例の表(リスト)であり、(A)は全候補を示すリスト、(B)は固定摂動法に基づいて生成された候補を示すリストである。(A) and (B) are an example table (list) showing a transmission bit string and a metric value corresponding to the transmission bit string, (A) is a list showing all candidates, and (B) is based on a fixed perturbation method. It is a list which shows the candidate produced | generated. 本発明の実施例1におけるSNRとBERを示すグラフである。It is a graph which shows SNR and BER in Example 1 of this invention. 本発明の実施例2における伝送距離特性を示すグラフである。It is a graph which shows the transmission distance characteristic in Example 2 of this invention. 本発明の実施例2におけるLLLアルゴリズムによる繰り返し処理を行ったときのSNRとBERを示すものであり、硬判定値出力、硬判定誤り訂正復号を用いた例を示すグラフである。It is a graph which shows the SNR and BER when performing the iterative process by the LLL algorithm in Example 2 of this invention, and shows the example using the hard decision value output and the hard decision error correction decoding. 本発明の実施例2におけるLLLアルゴリズムによる繰り返し処理を行ったときのSNRとBERを示すものであり、軟判定値出力、軟判定誤り訂正復号を用いた例を示すグラフである。It is a graph which shows the SNR and BER when performing the iterative process by the LLL algorithm in Example 2 of this invention, and shows the example using soft decision value output and soft decision error correction decoding.

本発明の実施の形態に係る無線通信システムを図面に基づいて説明する。なお、図1においては、変調部・復調部や、送信信号(電気信号)を無線信号(電波)へ変換する送信無線部や無線信号を受信信号へ変換する受信無線部などは図示していない。   A wireless communication system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that FIG. 1 does not show a modulation / demodulation unit, a transmission radio unit that converts a transmission signal (electric signal) into a radio signal (radio wave), a reception radio unit that converts a radio signal into a reception signal, or the like. .

図1に示すように、無線通信システム1は、無線送信装置10と無線受信装置20とから構成されている。無線送信装置10と無線受信装置20とは、無線送信装置10に設けられた2本の送信アンテナ11a,11bと、無線受信装置20に設けられた2本の受信アンテナ21a,21bとにより無線信号を送受信している。   As shown in FIG. 1, the wireless communication system 1 includes a wireless transmission device 10 and a wireless reception device 20. The wireless transmission device 10 and the wireless reception device 20 are wireless signals by two transmission antennas 11 a and 11 b provided in the wireless transmission device 10 and two reception antennas 21 a and 21 b provided in the wireless reception device 20. Are sending and receiving.

無線送信装置10には、送信データに誤り訂正符号を付加する誤り訂正符号化部12が設けられている。
無線受信装置20には、軟判定値出力部22と、軟判定誤り訂正復号部23とが設けられている。軟判定値出力部22は、受信信号に基づいて軟判定値を出力する。軟判定誤り訂正復号部23は、軟判定値出力部22からの軟判定値に基づいて誤り訂正を行い受信データを出力する。
The wireless transmission device 10 is provided with an error correction encoding unit 12 that adds an error correction code to transmission data.
The wireless reception device 20 is provided with a soft decision value output unit 22 and a soft decision error correction decoding unit 23. The soft decision value output unit 22 outputs a soft decision value based on the received signal. The soft decision error correction decoding unit 23 performs error correction based on the soft decision value from the soft decision value output unit 22 and outputs received data.

次に、軟判定値出力部22の構成について図2に基づいて説明する。
軟判定値出力部22は、チャネル推定部221と、格子基底縮小部222と、MMSE検出部223と、判定部224と、固定摂動(Fixed Perturbation)部225と、LLR演算部226とを備えている。
チャネル推定部221は、無線送信装置10からの無線信号からチャネル応答行列Hを算出して格子基底縮小部222へ出力する。
格子基底縮小部222は、受信信号ベクトルとチャネル応答行列Hとから縮小基底行列H’を算出してMMSE検出部223へ出力すると共に、チャネル応答行列Hを縮小基底行列H’へ変換する変換行列Tを判定部224および固定摂動部225へ出力する。
MMSE検出部223は、受信信号ベクトルに対して重み行列WH'を乗算した信号ベクトルzを出力する。
判定部224は、MMSE検出部223からの信号ベクトルzをユークリッド距離最小のzの候補点(送信信号候補点)に判定することで、硬判定信号Zrepを求めて固定摂動部225へ出力する。
固定摂動部225は、MMSE検出部223からの硬判定信号Zrep(硬判定値)に基づいて、送信信号ベクトルに対する送信ビット列の候補リストχを作成して出力する。
LLR演算部225は、送信ビット列の候補リストχからLLRを演算して軟判定値として軟判定誤り訂正復号部23へ出力する。
Next, the configuration of the soft decision value output unit 22 will be described with reference to FIG.
The soft decision value output unit 22 includes a channel estimation unit 221, a lattice base reduction unit 222, an MMSE detection unit 223, a determination unit 224, a fixed perturbation unit 225, and an LLR calculation unit 226. Yes.
The channel estimation unit 221 calculates a channel response matrix H from the radio signal from the radio transmission device 10 and outputs it to the lattice basis reduction unit 222.
The lattice basis reduction unit 222 calculates a reduced basis matrix H ′ from the received signal vector and the channel response matrix H, outputs the reduced basis matrix H ′ to the MMSE detection unit 223, and converts the channel response matrix H into a reduced basis matrix H ′. T is output to determination unit 224 and fixed perturbation unit 225.
The MMSE detection unit 223 outputs a signal vector z obtained by multiplying the received signal vector by the weight matrix W H ′ .
The determination unit 224 determines the signal vector z from the MMSE detection unit 223 as a candidate point (transmission signal candidate point) with the minimum Euclidean distance, thereby obtaining the hard determination signal Z rep and outputs it to the fixed perturbation unit 225. .
The fixed perturbation unit 225 creates and outputs a transmission bit string candidate list χ for the transmission signal vector based on the hard decision signal Z rep (hard decision value) from the MMSE detection unit 223.
The LLR calculation unit 225 calculates the LLR from the transmission bit string candidate list χ and outputs the LLR to the soft decision error correction decoding unit 23 as a soft decision value.

以上のように構成された本発明の実施の形態に係る無線通信システムの動作について、図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態ではMIMO通信方式で一般に用いられるQAM(Quadrature Amplitude Modulation:直角位相振幅変調)方式を例に説明する。
QAM方式では、信号の振幅と位相の値を変化させて情報を伝送する。従って、QAM変調された送信シンボルは、図3に示すような複素平面上に表される。実数部が同相成分で、虚数部が直交成分となる。1シンボルあたりQビットの情報を持つ2Q−QAM変調の送信コンスタレーションは、一般的に式(3)で表される。但し、集合Aは送信信号候補点からなる集合、ベクトルsは送信信号ベクトル、複素数R(・)は実部、複素数Jは虚部、α,βは送信コンスタレーションの隣接する信号点間の距離とオフセット値(図3参照)を示す。
The operation of the wireless communication system according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a QAM (Quadrature Amplitude Modulation) method generally used in the MIMO communication method will be described as an example.
In the QAM system, information is transmitted by changing the amplitude and phase values of a signal. Therefore, a transmission symbol subjected to QAM modulation is represented on a complex plane as shown in FIG. The real part is the in-phase component and the imaginary part is the quadrature component. A transmission constellation of 2 Q -QAM modulation having information of Q bits per symbol is generally expressed by Expression (3). However, set A is a set of transmission signal candidate points, vector s is a transmission signal vector, complex number R (•) is a real part, complex number J is an imaginary part, and α and β are distances between adjacent signal points of the transmission constellation. And offset values (see FIG. 3).

MIMO通信では,複数の送信アンテナ(図1においては送信アンテナ11a,11b)から並列に伝送が行われる。このときの送信信号ベクトルはベクトルs=[s1,s2,・・・,sMTで表すことができる。但し、Mは送信アンテナ本数であり、要素sk∈集合A(1≦K≦M)である。また、送信信号ベクトルに対応する送信ビット列は、[b1,1,b1,2,・・・,b1,Q,b2,1,b2,2,・・・,bM,Q]で表される。 In MIMO communication, transmission is performed in parallel from a plurality of transmission antennas (transmission antennas 11a and 11b in FIG. 1). The transmission signal vector at this time can be represented by a vector s = [s 1 , s 2 ,..., S M ] T. However, M is the number of transmitting antennas, and element s k ∈ set A (1 ≦ K ≦ M). The transmission bit string corresponding to the transmitted signal vector, [b 1,1, b 1,2, ···, b 1, Q, b 2,1, b 2,2, ···, b M, Q ].

MIMO通信では、複数の送信アンテナからの電波が通信路の空間において合成されるため、フラットフェージング環境の送受信信号の関係は、送信信号ベクトルs(M×1)、受信信号ベクトルy(N×1)、チャネル応答行列H(N×M)、雑音信号ベクトルn(N×1)とすると、式(4)で表される。但し、Nは受信アンテナ本数である。
In MIMO communication, since radio waves from a plurality of transmission antennas are combined in a communication path space, the relationship between transmission and reception signals in a flat fading environment is as follows: transmission signal vector s (M × 1), reception signal vector y (N × 1). ), Channel response matrix H (N × M), and noise signal vector n (N × 1), it is expressed by Equation (4). N is the number of receiving antennas.

この式(4)では、MIMOの受信信号ベクトルyの各要素が、送信信号ベクトルsの各要素の合成信号であることを示している。また、チャネル応答行列Hの非対角要素が干渉信号となる成分を表している。無線受信装置20(MIMO受信機)では、この干渉信号成分を除去し、元の送信データを復号する処理を行う。   This equation (4) indicates that each element of the MIMO reception signal vector y is a composite signal of each element of the transmission signal vector s. Further, the off-diagonal element of the channel response matrix H represents a component that becomes an interference signal. The radio reception apparatus 20 (MIMO receiver) performs processing for removing the interference signal component and decoding the original transmission data.

まず、チャネル推定部221では、まず無線送信装置10からの無線信号に含まれるパイロット信号からチャネル推定してチャネル応答行列Hを出力する。
次に、格子基底縮小部222とMMSE検出部223とによりLRA−MMSE検出(Lattice Reduction Aided MMSE Detection)を行う。
格子基底縮小部222は、格子基底縮小によりチャネル応答行列Hを以下の式(5)から縮小基底行列(準直交行列)H’に変換してMMSE検出部223へ出力すると共に、チャネル応答行列Hを縮小基底行列H’に変換する変換行列Tを算出して固定摂動部225と判定部224とへ出力する。
First, the channel estimation unit 221 first estimates a channel from a pilot signal included in a radio signal from the radio transmission apparatus 10 and outputs a channel response matrix H.
Next, LRA-MMSE detection (Lattice Reduction Aided MMSE Detection) is performed by the lattice basis reduction unit 222 and the MMSE detection unit 223.
The lattice basis reduction unit 222 converts the channel response matrix H from the following equation (5) into a reduced basis matrix (quasi-orthogonal matrix) H ′ by lattice basis reduction, and outputs the reduced matrix to the MMSE detection unit 223 and the channel response matrix H. Is converted to a reduced basis matrix H ′ and output to the fixed perturbation unit 225 and the determination unit 224.

ここで、格子基底縮小部222が演算する縮小基底行列H’と変換行列Tとについて詳細に説明する。
格子基底縮小とは、例えば、あるベクトルの組{h1,h2,・・・hM}から、これと同一の格子を張り、かつよりノルム(norm)が小さく直交性の高い縮小基底ベクトル{h'1,h'2,・・・h'M}を演算して縮小基底を得ることを示す。
なお、ここで格子とは、線形独立なベクトルh1,h2・・・hM∈集合RN,(N≦M)に対して、式(6)で定義される。但し、集合RNは要素が実数であるN次元ベクトル全体からなる集合、集合Zは整数全体からなる集合、L(・)は(・)内の要素を基底とする格子を示す。
Here, the reduced basis matrix H ′ and the transformation matrix T calculated by the lattice basis reduction unit 222 will be described in detail.
The lattice basis reduction is, for example, a reduced basis vector having a same norm from a set of vectors {h 1 , h 2 ,... H M } and having a smaller norm and high orthogonality. It shows that {h ′ 1 , h ′ 2 ,... H ′ M } is calculated to obtain a reduced basis.
Here, the lattice is defined by Expression (6) for linearly independent vectors h 1 , h 2 ... H M ∈ set R N (N ≦ M). Here, the set RN is a set made up of all N-dimensional vectors whose elements are real numbers, the set Z is a set made up of whole integers, and L (.) Shows a lattice based on the elements in (.).

1つの格子に対する基底ベクトルは無数に存在することが知られている。同一の格子を張る基底ベクトルの例を図4に示す。図4(A)および同図(B)に示す矢印が基底ベクトルであり、直線の交点が格子点である。図4(A)および同図(B)では格子点の配置は同じであるが、基底ベクトルが異なっている。この基底ベクトルの直交性は式(7)による直交性欠損d(行列H)で評価される。但し、行列Hは{h1,h2,・・・hM}、det(・)は行列(・)の行列式、HHは行列Hのエルミート転置である。
It is known that there are an infinite number of basis vectors for one lattice. FIG. 4 shows an example of basis vectors extending the same lattice. The arrows shown in FIGS. 4A and 4B are basis vectors, and the intersections of the straight lines are lattice points. In FIG. 4A and FIG. 4B, the arrangement of lattice points is the same, but the basis vectors are different. The orthogonality of the basis vectors is evaluated by the orthogonality d d (matrix H) according to the equation (7). Here, the matrix H is {h 1 , h 2 ,... H M }, det (·) is the determinant of the matrix (·), and H H is the Hermitian transpose of the matrix H.

式(7)にて示される直交性欠損d(行列H)について、非特許文献1に、式(8)を満足する縮小基底を多項式時間で演算するLLL(Lenstra-Lenstra-Lovasz)アルゴリズムとして記載されている。但し、Mは送信アンテナの本数である。
Non-patent document 1 describes the orthogonality d d (matrix H) represented by equation (7) as an LLL (Lenstra-Lenstra-Lovasz) algorithm that calculates a reduced basis satisfying equation (8) in polynomial time. Has been. However, M is the number of transmitting antennas.

なお、定数δ∈(1/4,1)は、得られる縮小基底の縮小度とLLLアルゴリズムの演算量とのトレードオフを与え、1に近い値に設定するほど、より縮小度の高い基底ベクトルが得られる反面、演算量は増加する。このLLLアルゴリズムについては、複素ベクトルの基底ベクトルへ拡張されることが非特許文献2に記載されている。   The constant δ∈ (1/4, 1) gives a trade-off between the degree of reduction of the obtained reduced basis and the amount of computation of the LLL algorithm, and the basis vector with a higher degree of reduction as it is set to a value closer to 1 However, the amount of computation increases. Non-Patent Document 2 describes that the LLL algorithm is extended to a base vector of a complex vector.

チャネル応答行列Hに対しては、LLLアルゴリズムによりチャネル応答行列Hの縮小基底行列H’と、H’=HTを満たすHからH’へ変換行列Tを求めることができる。
同一の格子を張る基底同士はユニモジュラ変換で結ばれることが知られているため、式(9)に示される関係が成立する。
従って、格子基底縮小部222がLLLアルゴリズムによって算出する変換行列Tは、その要素がすべて整数であり,かつ行列式の値が±1であるユニモジュラ行列となる。
For the channel response matrix H, a reduced basis matrix H ′ of the channel response matrix H and a transformation matrix T from H to H ′ satisfying H ′ = HT can be obtained by the LLL algorithm.
Since it is known that bases extending the same lattice are connected by unimodular transformation, the relationship shown in Expression (9) is established.
Therefore, the transformation matrix T calculated by the lattice base reduction unit 222 by the LLL algorithm is a unimodular matrix whose elements are all integers and whose determinant value is ± 1.

ここで、非特許文献2に基づくLLLアルゴリズムの格子基底縮小の繰り返しについて説明する。
LLLアルゴリズムを適用するN×Mのチャネル応答行列HのQR分解を式(10)とする。
Here, the repetition of the lattice base reduction of the LLL algorithm based on Non-Patent Document 2 will be described.
The QR decomposition of the N × M channel response matrix H to which the LLL algorithm is applied is represented by Equation (10).

非特許文献2では、式(11)と式(12)を共に満たすような行列のユニモジュラ変換を行うアルゴリズムである。但し、集合Rは実数全体の集合である。
Non-Patent Document 2 is an algorithm that performs unimodular transformation of a matrix that satisfies both Equation (11) and Equation (12). However, the set R is a set of all real numbers.

アルゴリズムは次の(ア)〜(ウ)の3ステップから構成されている。
(ア)行列HのQR分解を行う。
(イ)式(11)を満たすように行列Rの列ベクトルを変換する。
(ウ)行列Rの連続する列ベクトル間で式(12)が満たされていない場合に、それらの列の入れ替えを行いステップ(ウ)の操作へ戻る。
このように式(12)の条件が満たされるまで、(イ)と(ウ)とを繰り返す。LLLアルゴリズムは繰り返し型のアルゴリズムであり、停止条件を満たすまで繰り返し処理が行われるため、式(12)の定数δの値や、入力行列であるチャネル応答行列Hの値によって繰り返し回数が変化する。
The algorithm is composed of the following three steps (a) to (c).
(A) QR decomposition of the matrix H is performed.
(A) The column vector of the matrix R is converted so as to satisfy the expression (11).
(C) If the equation (12) is not satisfied between the continuous column vectors of the matrix R, the columns are exchanged, and the operation returns to step (c).
Thus, (a) and (c) are repeated until the condition of the expression (12) is satisfied. The LLL algorithm is an iterative algorithm, and is repeatedly performed until the stop condition is satisfied. Therefore, the number of iterations varies depending on the value of the constant δ in Expression (12) and the value of the channel response matrix H that is an input matrix.

例えば、格子基底縮小部222では、Fixed−LLLアルゴリズムを採用することも可能である。Fixed−LLLアルゴリズムについては、非特許文献3に記載されている。
このFixed−LLLアルゴリズムは、ハードウェア実装に適する形に、LLLアルゴリズムを修正したものであり、アルゴリズムの繰り返し処理回数を少ない回数に制限する場合において、LLLアルゴリズムよりも縮小度の高い基底が得られる。
For example, the lattice base reduction unit 222 may employ a Fixed-LLL algorithm. The Fixed-LLL algorithm is described in Non-Patent Document 3.
This Fixed-LLL algorithm is a modification of the LLL algorithm in a form suitable for hardware implementation. When the number of iterations of the algorithm is limited to a small number, a base with a higher degree of reduction than the LLL algorithm can be obtained. .

格子基底縮小部222は、この繰り返し処理により縮小度を上げた縮小基底行列H’と、式(5)を満足するチャネル応答行列Hから縮小基底行列H’への変換行列Tを求めている。   The lattice basis reduction unit 222 obtains a reduced basis matrix H ′ whose degree of reduction has been increased by this iterative process and a conversion matrix T from the channel response matrix H to the reduced basis matrix H ′ that satisfies Equation (5).

次に、MMSE検出部223によるMMSE検出について説明する。
MMSE検出は、線形演算による比較的低演算量で行うことができるMIMO復号法である。この手法では、信号対干渉雑音電力比を最大とする重み行列、言い換えると、式(13)を最小とする式(14)に示す重み行列を受信信号ベクトルyに乗算することで干渉除去を行う。但し、σは雑音の平均電力、WHはチャネル応答行列Hに対するMMSE重み行列である。
Next, MMSE detection by the MMSE detection unit 223 will be described.
MMSE detection is a MIMO decoding method that can be performed with a relatively low amount of computation by linear computation. In this method, interference cancellation is performed by multiplying the received signal vector y by a weighting matrix that maximizes the signal-to-interference noise power ratio, in other words, a weighting matrix represented by Expression (14) that minimizes Expression (13). . Where σ is the average power of noise, and W H is the MMSE weight matrix for the channel response matrix H.

信号がσ≒0である場合には、重み行列WHはチャネル応答行列Hの疑似逆行列H+=(HHH)-1Hと見なせる。以下では、WH=H+として扱う。このとき、干渉除去後の信号sは式(15)で表される。
When the signal is σ 2 ≈0, the weight matrix W H can be regarded as a pseudo inverse matrix H + = (H H H) −1 H H of the channel response matrix H. Hereinafter, it is treated as W H = H + . At this time, the signal s after interference cancellation is expressed by Expression (15).

理想的な復号信号はsであるため、できるだけ雑音nの影響を抑えることが望ましい。従って、この雑音nの大きさはチャネル応答行列Hの直交性に依存するため、単にMMSE検出を行っただけでは、チャネル応答行列Hの直交性が低いほど雑音が強調され、復号精度が低下する原因となる。
そこで、MMSE検出部223では、チャネル応答行列を準直交行列に変換し、これを新たなチャネル応答行列とみなして、MMSE検出することで、雑音強調を抑え、復号精度を高めている。
Since the ideal decoded signal is s, it is desirable to suppress the influence of the noise n as much as possible. Therefore, since the magnitude of the noise n depends on the orthogonality of the channel response matrix H, the noise is emphasized and the decoding accuracy is lowered as the orthogonality of the channel response matrix H is lowered simply by performing MMSE detection. Cause.
Therefore, the MMSE detection unit 223 converts the channel response matrix into a quasi-orthogonal matrix, regards this as a new channel response matrix, and detects MMSE, thereby suppressing noise enhancement and improving decoding accuracy.

ここで、MMSE検出部223が行うMMSE検出について詳細に説明する。
式(4)は、z=T-1sとすると、格子基底縮小部222によって行われた格子基底縮小により式(16)に書き換えられる。
Here, the MMSE detection performed by the MMSE detection unit 223 will be described in detail.
Equation (4) is rewritten into Equation (16) by lattice basis reduction performed by the lattice basis reduction unit 222 when z = T −1 s.

H’を新たなチャネル応答行列とみなして、MMSE検出を行うと、式(17)となり、受信信号ベクトルに対し重み行列WH'を乗算した信号ベクトルzを求めることができる。この信号ベクトルzを判定部224へ出力する。
When MMSE detection is performed with H ′ regarded as a new channel response matrix, Equation (17) is obtained, and a signal vector z obtained by multiplying the received signal vector by the weight matrix W H ′ can be obtained. The signal vector z is output to the determination unit 224.

判定部224では、このzを、ユークリッド距離最小のzの候補点として判定することで、zrep(信号ベクトルzの硬判定により得られるz=T-1sの推定値、以下、硬判定信号と称す。)を算出する。H’は準直交行列であるので、信頼性の高いzrepが求められ、これに格子基底縮小部222からの変換行列Tを乗算することで式(18)から、復号信号srepを算出する。
The determination unit 224 determines this z as a candidate point of z having the minimum Euclidean distance, so that z rep (estimated value of z = T −1 s obtained by hard determination of the signal vector z, hereinafter, a hard determination signal) Is calculated). Since H ′ is a quasi-orthogonal matrix, a highly reliable z rep is obtained, and the decoded signal s rep is calculated from equation (18) by multiplying this by the transformation matrix T from the lattice base reduction unit 222. .

ここで、格子基底縮小による変換行列Tはユニモジュラ行列であり、その逆行列T-1もまたユニモジュラ行列である。式(4)に示す送信コンスタレーションから、オフセット値β(図3参照)の影響を除くと、送信信号ベクトルsとz=T-1sの候補点は同一格子状に配置される。
送信信号ベクトル信号sのコンスタレーションは既知であるため、判定部224では、送信信号ベクトルsのコンスタレーション上でzの硬判定信号zrepを求めればよい。その計算式を式(19)に示す。但し、「・」はベクトルの各要素に対するユークリッド距離最小のガウス整数(実部,虚部共に整数の値)への丸めを示し、1Mは要素が全て1+jのM×1列ベクトルである(j=√−1)。
Here, the transformation matrix T by lattice reduction is a unimodular matrix, and its inverse matrix T −1 is also a unimodular matrix. When the influence of the offset value β (see FIG. 3) is removed from the transmission constellation shown in Expression (4), the transmission signal vector s and the candidate points of z = T −1 s are arranged in the same grid.
Since the constellation of the transmission signal vector signal s is known, the determination unit 224 may obtain the z hard decision signal z rep on the constellation of the transmission signal vector s. The calculation formula is shown in Formula (19). However, “·” indicates rounding to a Gaussian integer with the minimum Euclidean distance for each element of the vector (both real and imaginary parts are integer values), and 1 M is an M × 1 column vector in which all elements are 1 + j ( j = √−1).

このように、送信信号候補点の判定が容易であることが格子基底縮小を用いることの利点である。但し、この判定方法ではzをユークリッド距離最小の格子点に丸める際に、その点が硬判定信号zrepの候補点外の点である可能性がある。従って、srep=Tzrepのうち、送信コンスタレーションに含まれない要素がある場合、判定部224では、この要素を送信信号ベクトルsのコンスタレーション上でのユークリッド距離最小の候補点に判定する。 Thus, it is an advantage of using the lattice basis reduction that the transmission signal candidate point can be easily determined. However, in this determination method, when z is rounded to the grid point with the minimum Euclidean distance, there is a possibility that the point is a point outside the candidate point of the hard determination signal z rep . Therefore, when there is an element that is not included in the transmission constellation in s rep = Tz rep , the determination unit 224 determines this element as a candidate point with the minimum Euclidean distance on the constellation of the transmission signal vector s.

次に、固定摂動部225による候補リストの生成について説明する。
軟判定誤り訂正復号部22の入力として、一般的にはビット毎のLLRが用いられる。bm,qをm番目の送信アンテナからの送信信号に対応する送信ビット列のq番目のビットとすると、bm,qに対するLLRは式(20)で定義される。
LLRの値は、bm,qが1のときの尤度が高いほど、正の方向に絶対値の大きな値を取り、0のときの尤度が高いほど、負の方向に絶対値の大きな値を取る。送信コンスタレーションから考えられる全ての送信信号ベクトル候補のうち、bm,q=i(i∈{0,1})であるものからなる集合をUi m,qとすると、bm,q=iの尤度は式(21)で求められる。
演算量削減のため、式(21)の近似として、本実施の形態では式(22)にて示されるMax−Log APP(Maximum-Logarithm A Posteriori Probability:最大対数事後確率)を採用する。
Next, generation of a candidate list by the fixed perturbation unit 225 will be described.
Generally, an LLR for each bit is used as an input to the soft decision error correction decoding unit 22. When b m, q is the qth bit of the transmission bit string corresponding to the transmission signal from the mth transmission antenna , the LLR for b m, q is defined by equation (20).
The LLR value has a larger absolute value in the positive direction as the likelihood when b m, q is 1 is higher, and the absolute value is larger in the negative direction as the likelihood when 0 is higher. Take the value. Assuming that U i m, q is a set of b m, q = i (iε {0,1}) among all transmission signal vector candidates considered from the transmission constellation, b m, q = The likelihood of i is obtained by equation (21).
In order to reduce the amount of computation, in this embodiment, Max-Log APP (Maximum-Logarithm A Posteriori Probability) represented by Expression (22) is adopted as an approximation of Expression (21).

雑音が平均電力σ2のAWGN(Additive White Gaussian Noise:白色雑音)の場合、Max−Log APPを用いて、LLRは式(23)となる。
When the noise is AWGN (Additive White Gaussian Noise) with an average power σ 2 , LLR is expressed by Equation (23) using Max-Log APP.

軟判定誤り訂正復号部23の入力としての各ビットのLLRは、それぞれの相対的な大小関係が必要であるだけで、絶対的な値は問題とならない。従って、雑音電力一定のもとでは式(23)を式(24)と変形することができる。
式(21)を直接演算する場合も、Max−Log APPを用いる式(23),式(24)を演算する場合も、演算に全ての送信信号ベクトル候補の尤度を用いるため、これらは軟判定値出力のMLDと解釈できる。従って、送信信号ベクトルの候補数が多い場合、演算量が膨大であり、実システムへの実装が困難である。
The LLR of each bit as an input of the soft decision error correction decoding unit 23 only needs to have a relative magnitude relationship, and an absolute value does not matter. Therefore, equation (23) can be transformed to equation (24) under constant noise power.
In the case of directly calculating Equation (21) and also in the case of calculating Equation (23) and Equation (24) using Max-Log APP, since the likelihoods of all transmission signal vector candidates are used for the calculation, these are soft. It can be interpreted as an MLD of judgment value output. Therefore, when the number of transmission signal vector candidates is large, the amount of calculation is enormous, and it is difficult to implement in an actual system.

固定摂動法に関して先行技術文献である非特許文献3によれば、LRA−MMSE検出の硬判定値出力に基づいて式(25)にて示されるある一定のK個の送信信号ベクトルの候補リストχを作成し、その候補リストχ内の候補のみから、Max−Log APPを用いてLLRを計算する方法が記載されている。
According to Non-Patent Document 3, which is a prior art document related to the fixed perturbation method, based on the hard decision value output of LRA-MMSE detection, a candidate list χ of certain K transmission signal vectors represented by Expression (25) Is created, and the LLR is calculated from the candidates only in the candidate list χ using Max-Log APP.

それには、まず,判定部224からのzの硬判定信号zrepに対して、式(26)の4M+1個の固定摂動ベクトルを、式(27)によりそれぞれと足し合わせ、ベクトルz(k)を生成する。
For this purpose, first, the 4M + 1 fixed perturbation vectors of the equation (26) are added to the z hard decision signal z rep from the decision unit 224 with the equations (27), respectively, and the vector z (k) is obtained. Generate.

そして、これを用いて送信信号候補点s(k)からなる候補リストχを式(28)により生成する。
但し、得られたs(k)には送信信号候補点外の点が含まれる場合があるので、そのようなs(k)はユークリッド距離最小の送信信号候補点を代わりに候補リストχへ加える。
このようにして固定摂動部225により候補リストχが生成され、LLR演算部226へ出力される。
Then, using this, a candidate list χ composed of transmission signal candidate points s (k) is generated by Expression (28).
However, since the obtained s (k) may include a point outside the transmission signal candidate point, such s (k) adds the transmission signal candidate point with the minimum Euclidean distance to the candidate list χ instead. .
In this way, the candidate list χ is generated by the fixed perturbation unit 225 and output to the LLR calculation unit 226.

次に、LLR演算部226により軟判定値の生成について説明する。
生成した候補リストχに対して,Max−Log APPを用いて求められるLLRは、式(29)となる。
但し、Em,q(i)は、以下の式(30)である。
なお、雑音電力を一定とすれば、式(29)は式(31)とすることができる。
Next, generation of the soft decision value by the LLR calculation unit 226 will be described.
The LLR obtained using the Max-Log APP for the generated candidate list χ is expressed by Equation (29).
However, Em, q (i) is the following formula | equation (30).
If the noise power is constant, Equation (29) can be changed to Equation (31).

LLR演算に用いられるのは、各ビットに対して送信信号候補ベクトルs(k)中で、そのビットが0であるときの最小メトリック値と,1であるときの最小メトリック値である。メトリック値とは、LLRを演算するときの式(32)で示される尺度となる値を示す。
What is used for the LLR calculation is the minimum metric value when the bit is 0 and the minimum metric value when the bit is 1 in the transmission signal candidate vector s (k) for each bit. The metric value indicates a value that serves as a scale represented by Expression (32) when calculating the LLR.

従って、LLR演算における候補リストχは,送信信号ベクトルsの全候補のうち、できるだけ小さなメトリック値を持つ集合であることが望ましい。
しかしながら,固定摂動法ではメトリック値が最小の4M+1個の送信信号候補点s(k)が得られるとは限らず、メトリック値の大きな送信信号候補点s(k)が候補リストχに加わってしまう場合が生じる。
このとき、式(33)により示される場合や、このような大きな値を持つメトリック値以外に、式(34)で示される候補が無い場合に、LLR演算にこの大きな値を持つメトリック値が使用されてしまうことで、一部のLLRの絶対値が極端に大きくなる。
Therefore, the candidate list χ in the LLR calculation is preferably a set having a metric value as small as possible among all candidates of the transmission signal vector s.
However, in the fixed perturbation method, 4M + 1 transmission signal candidate points s (k) having the smallest metric value are not always obtained, and transmission signal candidate points s (k) having a large metric value are added to the candidate list χ. Cases arise.
At this time, if the metric value represented by Expression (33) is used or if there is no candidate represented by Expression (34) other than the metric value having such a large value, the metric value having this large value is used for the LLR calculation. As a result, the absolute values of some LLRs become extremely large.

従って、軟判定誤り訂正復号部23による復号時に、大きな値を持つLLRの影響が支配的になり、他のビットのLLRが誤り訂正復号結果に反映されにくくなる。即ち、各ビットの尤度情報が失われ、誤り訂正効果を低減させる要因となる。その例が、図5の候補リストに基づいて式(1)および式(2)により算出されたLLRからも判る。
式(1)では、図5(A)に示す全候補に対してMax−Log APPを用いてLLRの演算を行っている。すなわち式式(29)に準じているため最適な結果が得られる。
本実施の形態に係る無線受信装置の固定摂動部225では、図5(A)に示す候補リストのうち、固定摂動法により9つの候補からなるリストχを生成している(図5(B)参照)。そうすることで演算量を減少させることができる。
式(2)は、9つの候補からなるリストχから演算された各ビットのLLRである。
このように、図5(A)に示す全候補をLLRの演算の対象とした式(1)と異なり、固定摂動法を用いて9つの候補を対象とした式(2)では、ビットの尤度情報が失われてしまう。
Therefore, at the time of decoding by the soft decision error correction decoding unit 23, the influence of the LLR having a large value becomes dominant, and the LLRs of other bits are hardly reflected in the error correction decoding result. That is, the likelihood information of each bit is lost, which causes a reduction in error correction effect. An example of this can be seen from the LLR calculated by the equations (1) and (2) based on the candidate list of FIG.
In Expression (1), LLR calculation is performed on all candidates shown in FIG. 5A using Max-Log APP. That is, the optimum result is obtained because it conforms to the equation (29).
The fixed perturbation unit 225 of the wireless reception device according to the present embodiment generates a list χ including nine candidates by the fixed perturbation method from the candidate list shown in FIG. 5A (FIG. 5B). reference). By doing so, the amount of calculation can be reduced.
Expression (2) is an LLR of each bit calculated from a list χ composed of nine candidates.
In this way, unlike the equation (1) in which all candidates shown in FIG. 5A are targets of the LLR calculation, the equation (2) for nine candidates using the fixed perturbation method has the bit likelihood. Information will be lost.

LLR演算部226では、このような尤度情報の消失を抑制するために、式(23)によるLLRの演算に用いられるメトリック値のうち、大きい方の値で除算する。これを式(35)に示す。
この式(35)においても同様に、雑音電力が一定の条件下では、式(36)とすることができる。
In order to suppress such loss of likelihood information, the LLR calculation unit 226 divides by the larger value of the metric values used in the LLR calculation according to the equation (23). This is shown in equation (35).
Similarly, in the equation (35), the equation (36) can be obtained under a condition where the noise power is constant.

式(36)に基づいて、図5(B)に示される候補リストχからLLRを演算し、正規化すると、式(37)のようになる。
When the LLR is calculated from the candidate list χ shown in FIG. 5B based on Expression (36) and normalized, Expression (37) is obtained.

この結果からも判るように、各送信ビットのLLRの大小関係を保存しつつ、大きなメトリック値の影響が抑えられるため、b1,2以外の送信ビットのLLRも尤度情報を失うことが抑制される。
このようにしてLLR演算部226が演算したLLRに基づいて軟判定誤り訂正復号部23は、軟判定誤り訂正復号する。軟判定誤り訂正復号部23では、尤度情報の消失が抑制されたLLRに基づいて復号されるので、高い誤り訂正効果を得ることができる。
As can be seen from this result, since the influence of a large metric value can be suppressed while preserving the LLR size relationship of each transmission bit, LLRs of transmission bits other than b 1,2 are also prevented from losing likelihood information. Is done.
The soft decision error correction decoding unit 23 performs soft decision error correction decoding based on the LLR calculated by the LLR calculation unit 226 in this way. Since the soft decision error correction decoding unit 23 performs decoding based on the LLR in which the loss of likelihood information is suppressed, a high error correction effect can be obtained.

図5(B)による候補リストχでは、送信ビットb1,2においてはビット1の最小値が0.36であり、ビット0の最小値が34.13である。この場合、ビット0が含まれているため、ビット0の最小値が34.13となり、式(36)における分母も34.13となる。しかし、候補リストによっては、ビット0の候補が含まれない場合もある。そのときは、式(30)の下式に従い、候補リストχ内の最大メトリック値からビット1の最小メトリック値を減算し、ビット1の最大メトリック値で除算することで、LLR値を算出することができる。そうすることで、候補リストにビット0のビットが含まれていなくても、各送信ビットの対数尤度比の大小関係を保存しつつ、大きなメトリック値の影響を抑えることができる。 In the candidate list χ shown in FIG. 5B, the minimum value of bit 1 is 0.36 and the minimum value of bit 0 is 34.13 in transmission bits b 1,2 . In this case, since bit 0 is included, the minimum value of bit 0 is 34.13, and the denominator in equation (36) is also 34.13. However, depending on the candidate list, a candidate of bit 0 may not be included. At that time, the LLR value is calculated by subtracting the minimum metric value of bit 1 from the maximum metric value in the candidate list χ and dividing by the maximum metric value of bit 1 in accordance with the following formula (30). Can do. By doing so, the influence of a large metric value can be suppressed while preserving the magnitude relationship of the log likelihood ratio of each transmission bit even if the candidate list does not include the bit 0 bit.

(実施例1)
本発明の実施の形態に係る無線受信装置のシミュレーションを行い、BER(Bit Error Rate)特性を測定した。シミュレーションは、固定摂動法を用いてLLRを演算する際に、式(29)を用いる従来の方法と、本発明の式(35)を用いる方法とを比較した。
シミュレーション条件を表(1)に示すと共に、シミュレーション結果を図6に示す。
Example 1
A simulation of the wireless reception apparatus according to the embodiment of the present invention was performed, and BER (Bit Error Rate) characteristics were measured. The simulation compared the conventional method using Equation (29) and the method using Equation (35) of the present invention when calculating the LLR using the fixed perturbation method.
The simulation conditions are shown in Table (1), and the simulation results are shown in FIG.

図6においては、軟判定出力である本発明を(A1)LRA−MMSE SDD Propsedと示している。
また、比較例として、硬判定値出力LRA−MMSEを(B1)LRA−MMSE HDD,従来の軟判定値出力LRA−MMSEを(C1)LRA−MMSE SDD Conventional、軟判定値出力MLD(Max−lOg APP利用)を(D1)MLD SDDと示している。
図6に示すように、(C1)に示す従来法ではSNR(signal to noise ratio)が高くなるにつれて(B1)に示す硬判定値出力の場合とのBER特性差が縮小し,さらには逆転していることが判る。(A1)に示す本発明では全域のSNRで、(B1)に示す硬判定値出力より良好な特性が得られていることが判る。特に、BERが10-4の場合では5dBの利得が得られている。また、(D1)示す軟判定値出力MLDと比較しても、BERが10-4の場合で、2dBほどの差があり、(A1)に示す本発明は同程度のBER特性が得られていることが確認できる。
In FIG. 6, the present invention which is a soft decision output is indicated as (A1) LRA-MMSE SDD Proposed.
Further, as a comparative example, the hard decision value output LRA-MMSE is (B1) LRA-MMSE HDD, the conventional soft decision value output LRA-MMSE is (C1) LRA-MMSE SDD conventional, the soft decision value output MLD (Max-IOg). APP use) is shown as (D1) MLD SDD.
As shown in FIG. 6, in the conventional method shown in (C1), as the SNR (signal to noise ratio) increases, the BER characteristic difference from the case of the hard decision value output shown in (B1) is reduced and further reversed. You can see that In the present invention shown in (A1), it can be seen that a better characteristic than the hard decision value output shown in (B1) is obtained with the SNR of the entire area. In particular, when the BER is 10 −4 , a gain of 5 dB is obtained. Further, even when compared with the soft decision value output MLD shown in (D1), there is a difference of about 2 dB when the BER is 10 −4 , and the present invention shown in (A1) has a similar BER characteristic. It can be confirmed.

(実施例2)
次に、伝播損失モデルを用いて、見通し外環境における伝送距離特性と、格子基底縮小を行うLLLアルゴリズムの繰り返し処理回数を制限した場合の性能とを評価した。評価に際してのシミュレーションパラメータを表2に示す。
まず、見通し外環境における伝送距離特性をシミュレーションした。また、シミュレーション結果である結果伝送距離特性を図7に示す。なお、図7においても、軟判定出力である本発明を(A1)LRA−MMSE SDD Propsedと、また、比較例として、硬判定値出力LRA−MMSEをL(B1)RA−MMSE HDD,従来の軟判定値出力LRA−MMSEを(C1)LRA−MMSE SDD Conventionalと示している。更に、軟判定値出力MMSEを(E1)MMSE SDDと示している。
(Example 2)
Next, using a propagation loss model, the transmission distance characteristics in an environment outside the line-of-sight and the performance when the number of iterations of the LLL algorithm for performing lattice base reduction was limited were evaluated. Table 2 shows the simulation parameters for the evaluation.
First, the transmission distance characteristics in a non-line-of-sight environment were simulated. Moreover, the result transmission distance characteristic which is a simulation result is shown in FIG. Also in FIG. 7, the present invention, which is a soft decision output, is (A1) LRA-MMSE SDD Proposed, and as a comparative example, the hard decision value output LRA-MMSE is L (B1) RA-MMSE HDD, The soft decision value output LRA-MMSE is indicated as (C1) LRA-MMSE SDD Conventional. Further, the soft decision value output MMSE is indicated as (E1) MMSE SDD.

図7より、スループット500Mbps時では、(B1)に示す硬判定値出力LRA−MMSEや、(C1)に示す従来法の軟判定値出力LRA−MMSE、(A1)に示す本発明の軟判定値出力LRA−MMSEの伝送距離は、それぞれ10.5m、12.0m、14.0mであった。
本発明の軟判定値出力LRA−MMSE(A1)は、硬判定値出力LRA−MMSE(B1)に対して約33%、従来法の軟判定値出力LRA−MMSE(C1)に対して約17%の伝送距離の改善が見られた。
7, when the throughput is 500 Mbps, the hard decision value output LRA-MMSE shown in (B1), the soft decision value output LRA-MMSE of the conventional method shown in (C1), and the soft decision value of the present invention shown in (A1). The transmission distances of the output LRA-MMSE were 10.5 m, 12.0 m, and 14.0 m, respectively.
The soft decision value output LRA-MMSE (A1) of the present invention is about 33% with respect to the hard decision value output LRA-MMSE (B1), and about 17 with respect to the soft decision value output LRA-MMSE (C1) of the conventional method. % Transmission distance improvement.

次に、格子基底縮小を行うLLLアルゴリズムの繰り返し処理回数を制限した場合の性能比較を示す。
格子基底縮小は本発明と比較例とでFiX-LLLアルゴリズムを採用した。MMSE検出は、比較例が硬判定値出力LRA−MMSE検出に硬判定誤り訂正復号を行った場合であり、本発明が軟判定値出力LRA−MMSE検出に軟判定誤り訂正復号を行った場合である。結果をそれぞれ図8,図9に示す。図8,図9中で3回(3 loop)から9回(9 loop)の繰り返し、制限なし(No Limit)はそれぞれLRA−MMSE検出を行う際のLLLアルゴリズムの繰り返し処理回数を表している。
Next, a performance comparison when the number of iterations of the LLL algorithm for performing lattice base reduction is limited will be shown.
For the lattice reduction, the FiX-LLL algorithm is adopted in the present invention and the comparative example. The MMSE detection is a case where the comparative example performs hard decision error correction decoding for hard decision value output LRA-MMSE detection, and the present invention is a case where soft decision error correction decoding is performed for soft decision value output LRA-MMSE detection. is there. The results are shown in FIGS. 8 and 9, respectively. In FIGS. 8 and 9, repetition from 3 (3 loop) to 9 (9 loop) and no limit (No Limit) indicate the number of repetitions of the LLL algorithm when performing LRA-MMSE detection.

まず、図8にて(B1)と示す硬判定値出力LRA−MMSE検出を用いる場合では、繰り返し処理回数の制限が9回のとき(9 loop)、制限なし(No Limit)の場合と同等のBER特性が得られ、(E1)と示す軟判定値出力MMSE検出(MMSE SDD)と比較し、BER 10-4で約7dBの利得が確認できる。しかし、繰り返し処理回数の制限がこれより少なくなると、BER特性が劣化し、制限回数が3回のときでは軟判定値出力MMSE検出に劣る特性となっている。 First, in the case of using the hard decision value output LRA-MMSE detection shown as (B1) in FIG. 8, when the limit of the number of iterations is 9 (9 loop), it is equivalent to the case of no limit (No Limit). A BER characteristic is obtained, and a gain of about 7 dB can be confirmed at BER 10 −4 as compared with soft decision value output MMSE detection (MMSE SDD) indicated by (E1). However, when the limit of the number of repetition processing is less than this, the BER characteristic deteriorates, and when the number of limit is 3, the soft decision value output MMSE detection is inferior.

一方、図9にて(A1)と示す本発明を用いた軟判定誤り訂正を行う場合では、繰り返し処理回数の制限が6回(6 loop)のときにおいて、(E1)と示す軟判定値出力MMSE検出と比較し、BER10-4で約10dBの利得が確認でき、制限が9回(9 loop)のときでは約13dBの利得が確認できる。
LLLアルゴリズムのハードウェア実装を考慮した場合、必要な繰り返し処理回数がハードウェアコストに大きく影響する。本発明では、その繰り返し処理回数を6回に制限する場合でも、硬判定値出力LRA−MMSE検出の繰り返し処理回数制限9回以上の良好なBER特性を得ることができ、従来法と比較して、LLLアルゴリズムを実施する格子基底縮小部222のハードウェアコスト削減にも寄与する。
On the other hand, in the case of performing soft decision error correction using the present invention indicated by (A1) in FIG. 9, when the limit of the number of iterations is six (6 loop), the soft decision value output indicated by (E1) is output. Compared to MMSE detection, a gain of about 10 dB can be confirmed at BER10 −4 , and a gain of about 13 dB can be confirmed when the limit is 9 times (9 loops).
When considering the hardware implementation of the LLL algorithm, the required number of iterations greatly affects the hardware cost. In the present invention, even when the number of iterations is limited to 6, it is possible to obtain a good BER characteristic of 9 or more iterations of the hard decision value output LRA-MMSE detection, compared to the conventional method. This also contributes to a reduction in hardware cost of the lattice base reduction unit 222 that implements the LLL algorithm.

本発明は、MIMO検出を行う無線受信装置およびその軟判定値生成方法に好適である。   The present invention is suitable for a radio reception apparatus that performs MIMO detection and a soft decision value generation method thereof.

1 無線通信システム
10 無線送信装置
11a,11b 送信アンテナ
20 無線受信装置
21a,21b 送信アンテナ
22 軟判定値出力部
221 チャネル推定部
222 格子基底縮小部
223 MMSE検出部
224 判定部
225 固定摂動部
226 LLR演算部
23 軟判定誤り訂正復号部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wireless communication system 10 Radio transmitter 11a, 11b Transmit antenna 20 Radio receiver 21a, 21b Transmit antenna 22 Soft decision value output part 221 Channel estimation part 222 Lattice base reduction part 223 MMSE detection part 224 Determination part 225 Fixed perturbation part 226 LLR Arithmetic unit 23 Soft decision error correction decoding unit

Claims (6)

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)通信による受信信号から軟判定値を生成する軟判定値出力部と、
前記軟判定出力部からの軟判定値により誤り訂正復号する軟判定誤り訂正復号部とを備え、
前記軟判定値出力部は、
全部の送信信号ベクトルの候補の中から、受信信号に基づいて選択された候補による候補リストに基づいて対数尤度比を演算する際に、ビット0に対する最小メトリック値からビット1に対する最小メトリック値を減算し、その結果をビット0またはビット1のいずれかの大きいメトリック値により除算して軟判定値を生成して前記軟判定誤り訂正復号部へ出力するLLR演算部を備えたことを特徴とする無線受信装置。
A soft decision value output unit for generating a soft decision value from a received signal by MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) communication;
A soft decision error correction decoding unit that performs error correction decoding based on a soft decision value from the soft decision output unit;
The soft decision value output unit
When calculating the log likelihood ratio based on a candidate list of candidates selected based on the received signal from among all the transmission signal vector candidates, the minimum metric value for bit 1 is calculated from the minimum metric value for bit 0. And an LLR arithmetic unit that subtracts the result and divides the result by a large metric value of either bit 0 or bit 1 to generate a soft decision value and outputs the soft decision value to the soft decision error correction decoding unit. Wireless receiver.
前記LLR演算部が対数尤度比を演算する際に使用する候補リストを、送信信号ベクトルの候補の中から固定摂動法(Fixed Perturbation)により生成する固定摂動部を備えた請求項1記載の無線受信装置。   The radio | wireless of Claim 1 provided with the fixed perturbation part which produces | generates the candidate list used when the said LLR calculating part calculates log likelihood ratio from the candidate of a transmission signal vector by the fixed perturbation method (Fixed Perturbation). Receiver device. チャネル応答行列が変換行列により変換され、新たなチャネル応答行列としてみなすための準直交行列である縮小基底行列を入力してMMSE検出(MMSE(Minimum Mean Square Error)Detection)を行い、受信信号ベクトルに重み行列を乗算した信号ベクトルを算出するMMSE検出部と、
前記MMSE検出部からの信号ベクトルに基づいて、ユークリッド距離が最小の候補点を判定して硬判定信号を得る判定部とを備え、
前記固定摂動部は、候補リストを生成する際の送信信号ベクトルの候補を、前記判定部からの硬判定信号に基づいて生成する請求項2記載の無線受信装置。
The channel response matrix is transformed by the transformation matrix, and a reduced basis matrix, which is a quasi-orthogonal matrix to be regarded as a new channel response matrix, is input to perform MMSE detection (MMSE (Minimum Mean Square Error) Detection), and the received signal vector An MMSE detector that calculates a signal vector multiplied by a weight matrix;
A determination unit that determines a candidate point having a minimum Euclidean distance based on a signal vector from the MMSE detection unit and obtains a hard decision signal;
The radio reception apparatus according to claim 2, wherein the fixed perturbation unit generates a transmission signal vector candidate when generating the candidate list based on a hard decision signal from the determination unit.
前記MMSE検出部への縮小基底行列をLLLアルゴリズムにより算出する格子基底縮小部を備えた請求項3記載の無線受信装置。   The radio reception apparatus according to claim 3, further comprising a lattice basis reduction unit that calculates a reduced basis matrix for the MMSE detection unit by an LLL algorithm. 前記軟判定値出力部は、候補リストのLLR演算対象ビットにビット0またはビット1のいずれか一方のビットが含まれていない場合に、対数尤度比の演算において、そのビットに対する最小メトリック値として候補リスト内の最大メトリック値を用いて演算を行い軟判定値を生成する請求項1から4のいずれかの項に記載の無線受信装置。   When the LLR calculation target bit of the candidate list does not include either the bit 0 or the bit 1, the soft decision value output unit calculates the minimum metric value for the bit in the log likelihood ratio calculation. The radio reception apparatus according to claim 1, wherein a soft decision value is generated by performing an operation using a maximum metric value in the candidate list. MIMO通信において全部の送信信号ベクトルの候補の中から、受信信号に基づいて選択された候補による候補リストを生成するステップと、
候補リストに基づいて対数尤度比を演算する際に、ビット0に対する最小メトリック値からビット1に対する最小メトリック値を減算し、その結果をビット0またはビット1のいずれかの大きいメトリック値に基づいて除算して軟判定値を生成するステップとを含むことを特徴とする無線受信装置の軟判定値生成方法。
Generating a candidate list based on candidates selected based on a received signal from among all transmission signal vector candidates in MIMO communication;
In computing the log likelihood ratio based on the candidate list, the minimum metric value for bit 1 is subtracted from the minimum metric value for bit 0, and the result is based on the larger metric value of either bit 0 or bit 1. And a soft decision value generating method for a wireless receiving apparatus, comprising: generating a soft decision value by dividing.
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