JP2015019321A - Mimo受信装置 - Google Patents
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Description
まず、MLD方式またはQRM−MLD方式を用いて復調を行うMIMO−OFDM伝送システムの概略について説明する。図9は、MIMO−OFDM伝送システムの全体構成を示す概略図である。このMIMO−OFDM伝送システム300は、4本の送信アンテナ#1〜#4を備えた1系統の端末側の端末装置(以下、送信装置(MIMO送信装置)という。)100と、4本の受信アンテナ#1〜#4を備えた基地局側の基地局装置(以下、受信装置(MIMO受信装置)という。)200との間でMIMO−OFDM伝送を行うワイヤレスカメラシステムである。送信装置100から受信装置200へ伝送するOFDM信号の形式は、ARIB STD−B43の規定に従うものとする。送信アンテナ#1〜#4と受信アンテナ#1〜#4との間にはMIMO伝搬路(伝搬路応答h11,h21,h31,h41,h12,・・・,h44)が形成されている。
端末側の送信装置100は、4本の送信アンテナ#1〜#4、S/P(シリアル/パラレル)変換部101及びMIMO−OFDM変調部102等を備えている。送信装置100は、撮影映像をエンコードしたTS信号を入力すると、TS信号に誤り訂正符号等を加える。S/P変換部101は、誤り訂正符号等が加えられたTS信号を入力し、入力したシリアルのTS信号を、4系統のパラレルのTS信号に変換する。MIMO−OFDM変調部102は、S/P変換部101により変換された4系統のTS信号を入力し、4系統のTS信号に所定のMIMO−OFDM変調を施す。MIMO−OFDM変調部102によりMIMO−OFDM変調された4系統のOFDM信号は、各送信アンテナ#1〜#4から送信される。この場合、各OFDM信号のパイロット信号には直交符号等が割り当てられる。これにより、基地局側の受信装置200は、各送受信アンテナ間のMIMO伝搬路毎にパイロット信号を分離し、各伝搬路応答を推定することができる(特許文献1を参照)。
基地局側の受信装置200は、4本の受信アンテナ#1〜#4、MIMO−OFDM復調部201及びP/S(パラレル/シリアル)変換部202等を備えている。受信装置200は、送信装置100から送信された4系統のOFDM信号を4本の受信アンテナ#1〜#4にて受信する。MIMO−OFDM復調部201は、受信したOFDM信号に含まれるパイロット信号に基づいて、各送受信アンテナ間の伝搬路応答を推定する。また、MIMO−OFDM復調部201は、受信したOFDM信号に対し、推定した伝搬路応答を用いてMIMO−OFDM復調を施し、元の4系統のTS信号に復元する。P/S変換部202は、MIMO−OFDM復調部201によりMIMO−OFDM復調された4系統のTS信号を入力し、入力した4系統のパラレルのTS信号を、シリアルのTS信号に変換する。そして、P/S変換部202により変換されたTS信号に対し、誤り訂正符号復号及びデコードが行われ、元の撮影映像に復元される。
まず、MLD方式について説明する。MLD方式は、最も優れた伝送特性を持つ方式として知られている。MLD方式では、送信信号ベクトルXの各要素(x1,x2,x3,x4)が取り得る全パターンの変調候補点について、受信信号ベクトルYのレプリカ信号(受信レプリカ信号)を生成する。受信レプリカ信号は、前記式(1)の右辺を用いて式(2)にて表される。
そこで、MLD方式の演算量を削減するために、QRM−MLD方式が知られている(特許文献2を参照)。図10は、従来の受信装置の構成を示すブロック図である。この受信装置200は、従来のQRM−MLD方式を用いて復調処理を行う装置であり、図示しない4本の受信アンテナ#1〜#4、FFT処理部21、伝搬路推定部22、QR分解部23、受信信号変換部24及び尤度情報/復調結果生成部25を備えている。尚、図10の受信装置200には、本発明に直接関連する構成部のみが示されており、誤り訂正部等の他の構成部は省略してある。以下、図10を参照しながらQRM−MLD方式について説明する。
まず、本発明の実施形態による受信装置について説明する。図1は、本発明の実施形態による受信装置の構成を示すブロック図である。この受信装置(MIMO受信装置)1は、図示しない4本の受信アンテナ#1〜#4、FFT処理部21、伝搬路推定部22、QR分解部2、受信信号変換部3及び尤度情報/復調結果生成部(復調部)4を備えている。尚、図1の受信装置1には、本発明に直接関連する構成部のみが示されており、誤り訂正部等の他の構成部は省略してある。
「Rotella F, Zambettakis I, “Block Householder Transformation for Parallel QR Factorization”, Applied Mathematics Letters, Volume12, No.4, May.1999, pp.29-34」
次に、実施例1による尤度情報/復調結果生成部4について説明する。実施例1は、受信信号Y’及びブロック三角行列Rbの最下行から最上行まで順番に、ブロック単位に送信信号Xに対してとり得る全ての変調候補点を代入した二乗メトリックを求め、二乗メトリックから変調候補点を選択し、硬判定による復調結果を求めると共に、軟判定による尤度情報を求める。
次に、実施例1による新たな方式においてブロック行列にQRM−MLD方式を適用した演算量と、従来のMLD方式において伝搬路応答Hに対してMLD方式を適用した演算量とを比較する。例えば、従来の4送信及び4受信のMLD方式では、QPSK変調の場合の乗算回数は18,432回となるが、実施例1では、変調候補点の選択数M(M34=M12)=2のときに乗算回数は891回、M=4のときに乗算回数は1,051回となる。このように、実施例1は、従来のMLD方式に比べ、演算量を大幅に削減することができる。
次に、従来のMLD方式及びQRM−MLD方式、並びに実施例1による新たな方式におけるシミュレーション結果について説明する。図4は、実施例1のシミュレーション結果を示す図である。縦軸はビットエラーレートを示し、横軸は受信CNR[dB]を示す。aは、実施例1における変調候補点の選択数M=2のシミュレーション結果を示し、bは、実施例1における変調候補点の選択数M=4のシミュレーション結果を示す。cは、従来のQRM−MLD方式における変調候補点の選択数M=2のシミュレーション結果を示し、dは、従来のQRM−MLD方式における変調候補点の選択数M=4のシミュレーション結果を示し、eは、従来のMLD方式のシミュレーション結果を示す。a〜eは、いずれもMIMO伝搬路の送信相関及び受信相関が0.8の場合を示している。
次に、実施例2による尤度情報/復調結果生成部4について説明する。実施例2は、実施例1の二乗メトリックの代わりにマンハッタンメトリックを用いるものである。すなわち、実施例2は、受信信号Y’及びブロック三角行列Rbの最下行から最上行まで順番に、ブロック単位に送信信号Xに対してとり得る全ての変調候補点を代入したマンハッタンメトリックを求め、マンハッタンメトリックから変調候補点を選択し、硬判定による復調結果を求めると共に、軟判定による尤度情報を求める。
一般に、マンハッタンメトリックは、乗算の代わりに各実数部及び虚数部の絶対値を足し合わせて求めるメトリックである。乗算を必要としないため、特に加算よりも乗算でリソースを必要とするFPGA回路を用いた実装化には有効である。また、理論的に二乗メトリックが最適なメトリックであると証明されており、マンハッタンメトリックを用いた場合は、二乗メトリックよりも1dB程度劣化することが知られている。
次に、従来のMLD方式及び実施例2による新たな方式におけるシミュレーション結果について説明する。図5は、実施例2のシミュレーション結果を示す図である。縦軸はビットエラーレートを示し、横軸は受信CNR[dB]を示す。aは、実施例2における変調候補点の選択数M=2のシミュレーション結果を示し、bは、実施例2における変調候補点の選択数M=4のシミュレーション結果を示し、cは、実施例2における変調候補点の選択数M=6のシミュレーション結果を示す。dは、従来のMLD方式(二乗メトリックを使用)のシミュレーション結果を示す。a〜dは、いずれもMIMO伝搬路の送信相関及び受信相関が0.8の場合を示している。
次に、実施例3による尤度情報/復調結果生成部4について説明する。実施例2のメトリック演算回数すなわち加算の演算回数は、従来のマンハッタンメトリックを用いたQRM−MLD方式と比較して大幅に削減することができる。しかし、実施例2の伝送特性は、マンハッタンメトリックを使用したために、従来の二乗メトリックを用いたQRM−MLD方式と比較して1dB程度劣化する。そこで、実施例3は、マンハッタンメトリックを用いたQRM−MLD方式を適用して変調候補点を選択し、その後に、二乗メトリックを用いて復調に必要な尤度情報を求める。すなわち、実施例3は、受信信号Y’及びブロック三角行列Rbの最下行から最上行まで順番に、ブロック単位に送信信号Xに対してとり得る全ての変調候補点を代入したマンハッタンメトリックを求め、マンハッタンメトリックから変調候補点を選択し、硬判定による復調結果を求めると共に、選択した変調候補点についてのみ二乗メトリックを用いて、軟判定による尤度情報を求める。これにより、従来の二乗メトリックを用いたQRM−MLD方式と比較して演算量を削減することができると共に、従来の二乗メトリックを用いたQRM−MLD方式とほぼ同等の伝送特性を実現することができる。
次に、実施例3による新たな方式においてブロック行列にQRM−MLD方式を適用した演算量と、従来のMLD方式において伝搬路応答Hに対してMLD方式及びQRM−MLD方式を適用した演算量とを比較する。例えば、一般的な4送信及び4受信の場合の従来のMLD方式では、QPSK変調の場合の乗算回数は18,432回となり、従来のQRM−MLD方式では、変調候補点の選択数M=2のときに乗算回数は862回、選択数M=4のときに乗算回数は958回となるが、実施例3では、変調候補点の選択数M=2のときに乗算回数は723回、選択数M=4のときに乗算回数は811回となる。このように、実施例3は、従来のMLD方式及びQRM−MLD方式に比べ、演算量を大幅に削減することができる。
次に、従来のMLD方式及びQRM−MLD方式、並びに実施例3による新たな方式におけるシミュレーション結果について説明する。図8は、実施例3のシミュレーション結果を示す図である。縦軸はビットエラーレートを示し、横軸は受信CNR[dB]を示す。aは、実施例3における変調候補点の選択数M=2のシミュレーション結果を示し、bは、実施例3における変調候補点の選択数M=4のシミュレーション結果を示し、cは、実施例3における変調候補点の選択数M=6のシミュレーション結果を示す。dは、従来のQRM−MLD方式(二乗メトリックを使用)における変調候補点の選択数M=2のシミュレーション結果を示し、eは、従来のQRM−MLD方式における変調候補点の選択数M=4のシミュレーション結果を示し、fは、従来のMLD方式(二乗メトリックを使用)のシミュレーション結果を示す。a〜fは、いずれもMIMO伝搬路の送信相関及び受信相関が0.8の場合を示している。
2,23 QR分解部
3,24 受信信号変換部
4,25 尤度情報/復調結果生成部
5,26 変調点記録メモリ
6,10 MIMO復調部
7,11,28,32 候補点選択部
8,29 干渉成分演算部
9,30 減算部
13,14 二乗メトリック演算部
21 FFT処理部
22 伝搬路推定部
27,31 メトリック演算部
100 送信装置
101 S/P変換部
102 MIMO−OFDM変調部
201 MIMO−OFDM復調部
202 P/S変換部
300 MIMO−OFDM伝送システム
Claims (5)
- 複数の送信アンテナから送信された信号を複数の受信アンテナを介して受信し、前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナとの間の伝搬路応答を推定し、前記伝搬路応答の行列をQR分解し、MIMO復調を行うMIMO受信装置において、
前記伝搬路応答の行列をブロックQR分解し、ユニタリ行列及びブロック三角行列を求めるQR分解部と、
前記QR分解部により生成されたユニタリ行列に基づいて、前記複数の受信アンテナにて受信した受信信号の行列を変換する受信信号変換部と、
前記受信信号変換部により変換された受信信号の行列が、前記QR分解部により生成されたブロック三角行列に、前記複数の送信アンテナから送信される送信信号の行列を乗算して得られ、前記ブロック三角行列が、当該ブロック三角行列を分解した複数のブロック行列により構成される場合に、
前記変換された受信信号の行列及び前記ブロック三角行列を構成する前記ブロック行列に対応する最下行から最上行までの前記最下行において、前記変換された受信信号の行列の前記ブロック行列に対応する最下行の要素、前記ブロック三角行列の前記ブロック行列に対応する最下行の要素、及び前記送信信号の行列の前記ブロック行列に対応する最下行の要素についての全ての変調候補点に基づいてメトリックを求め、前記メトリックの値が小さい所定数の変調候補点を選択し、
前記最下行の次の行から最上行までの行において、前記変換された受信信号の行列の前記ブロック行列に対応する行の要素、前記ブロック三角行列の前記ブロック行列に対応する行の要素、及び前記送信信号の行列の前記ブロック行列に対応する要素についての全ての変調候補点に基づいて前記メトリックを求め、前記メトリックの値が小さい所定数の変調候補点を選択し、
前記最下行から最上行までの各行にて選択した所定数の変調候補点におけるメトリックに基づいて、前記送信信号の復調を行う復調部と、
を備えたことを特徴とするMIMO受信装置。 - 請求項1に記載のMIMO受信装置において、
前記メトリックを、二乗メトリックまたはマンハッタンメトリックとする、ことを特徴とするMIMO受信装置。 - 請求項1または2に記載のMIMO受信装置において、
前記復調部は、前記最下行から最上行までの各行にて選択した所定数の変調候補点におけるメトリックを加算し、前記加算結果のメトリックのうち最も小さいメトリックを特定し、前記特定した変調候補点を、硬判定による復調結果として生成し、
前記最下行から最上行までの各行にて選択した所定数の変調候補点におけるメトリックを加算し、前記加算結果のメトリックを、軟判定による尤度情報として生成する、ことを特徴とするMIMO受信装置。 - 請求項1に記載のMIMO受信装置において、
前記復調部は、
前記変換された受信信号の行列及び前記ブロック三角行列を構成する前記ブロック行列に対応する最下行から最上行までの前記最下行において、前記変換された受信信号の行列の前記ブロック行列に対応する最下行の要素、前記ブロック三角行列の前記ブロック行列に対応する最下行の要素、及び前記送信信号の行列の前記ブロック行列に対応する最下行の要素についての全ての変調候補点に基づいてマンハッタンメトリックを求め、前記マンハッタンメトリックの値が小さい所定数の変調候補点を選択し、前記選択した所定数の変調候補点における二乗メトリックを求め、
前記最下行の次の行から最上行までの行において、前記変換された受信信号の行列の前記ブロック行列に対応する行の要素、前記ブロック三角行列の前記ブロック行列に対応する行の要素、及び前記送信信号の行列の前記ブロック行列に対応する要素についての全ての変調候補点に基づいて前記マンハッタンメトリックを求め、前記マンハッタンメトリックの値が小さい所定数の変調候補点を選択し、前記選択した所定数の変調候補点における二乗メトリックを求め、
前記最下行から最上行までの各行にて選択した所定数の変調候補点における二乗メトリックに基づいて、軟判定による尤度情報を生成する、ことを特徴とするMIMO受信装置。 - 請求項4に記載のMIMO受信装置において、
前記復調部は、前記最下行から最上行までの各行にて選択した所定数の変調候補点におけるメトリックを加算し、前記加算結果のメトリックのうち最も小さいメトリックを特定し、前記特定した変調候補点を、硬判定による復調結果として生成する、ことを特徴とするMIMO受信装置。
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