JP2015082821A - 受信装置、尤度計算装置および尤度計算方法 - Google Patents

Abstract

【課題】性能劣化を回避しつつ階層変調信号の第１階層および第２階層の尤度計算処理を簡単化して演算量を削減可能な受信装置を得ること。
【解決手段】本発明は、２つのデータストリームのビット系列を階層変調して生成された階層変調信号を受信し、受信信号を等化して得られた等化データの各ビットの尤度を算出する受信装置であって、受信信号に適用されている階層変調の各階層における割り当て電力の比である階層化比率と、各階層に適用されている各変調方式の変調多値数と、を変数とする尤度計算式を使用して等化データの各ビットの尤度を算出する尤度計算部１０７、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つのデータストリームのビット系列を階層変調によりマッピングして生成された信号（階層変調信号）の受信装置、尤度計算装置および尤度計算方法に関する。

階層変調信号の受信装置においては、受信信号を等化後、ビット単位で尤度を算出し、算出した尤度に基づいて誤り訂正復号化を実行して復調ビット系列を生成する。

ビット単位の尤度に関して簡単に説明する。ビット単位の尤度とは、送信ビットのある１ビットに注目したとき、受信側でその１ビットが「０」であるか「１」であるかの確からしさを表した指標値を意味する。一般に、ビット単位の尤度は以下の式（１）に示す対数尤度比（ＬＬＲ：Log−likelihood ratio）で表される。

式（１）において、ｘ_i,jは時刻ｉにおいて送信したシンボルｘ_iのｊ番目のビットを示しており、ｙ_kは時刻ｋで受信したデータで、時刻ｉで送信されたシンボルｘ_iに対応する受信データを表している。また、Ｐ(ｘ_i,j＝０｜ｙ_k)は、ｙ_kを受信したときに、ｘ_i,jが“０”である条件付き確率を表し、Ｐ(ｘ_i,j＝１｜ｙ_k)は、ｙ_kを受信したときに、ｘ_i,jが“１”である条件付き確率を表している。

以上のことから、ＬＬＲ(ｘ_i,j)が０より大きければ、ｘ_i,jは“１”より“０”の方がより確からしく、ＬＬＲ(ｘ_i,j)が０より小さければ、ｘ_i,jは“０”より“１”の方がより確からしいと言える。更にＬＬＲ(ｘ_i,j)の大きさはその確からしさの度合いを表している。上記の式（１）は、送信されるビットがすべて同じ確率で発生すると仮定すると、以下の式（２）で表すことができる。

ここで、シンボルｘ_iを送信し、フェージングを受け、ガウス雑音が付されて受信されたと仮定すると、受信側でフェージングに対する補正が完璧に行われて受信データｙ_kを抽出した場合、Ｐ(ｙ_k｜ｘ_i)は以下の式（３）で近似できる。

式（３）において、σ²はガウス雑音の分散を表しており、(ｙ_k−ｘ_i)²は受信データｙ_kと送信シンボルｘ_iとのユークリッド距離を表している。式（３）を式（２）に代入すると次式（４）が得られ、ＬＬＲ(ｘ_i,j)は、受信データｙ_kと送信シンボルｘ_iとのユークリッド距離から求めることができる。

式（４）において、受信データｙ_kと複数ある送信シンボルｘ_iとの間のユークリッド距離の中で、最小距離となる送信シンボルｘ_iのみを使用してＬＬＲ(ｘ_i,j)の式を近似し、更に１／２σ²で正規化すると、以下の式（５）になる。

上記のビット単位の尤度演算を示す式（５）は、一般的な尤度計算方法で使用されるものである。具体的な尤度計算方法としては、受信データｙ_kに応じて最小ユークリッド距離となる送信シンボルｘ_iが変わるため、受信データｙ_kの値に対して場合分けし、それぞれに対して異なる尤度計算式を保有しておく。つまり、受信データｙ_kの値に応じて複数保有する尤度計算式を使い分けて、尤度計算を行う。

ここで、送信シンボルｘ_iが２階層からなる階層変調信号の場合について考える。送信シンボルｘ_iの信号点間距離は、送信シンボルｘ_iに用いる階層化比率（階層変調の各階層における割り当て電力の比）の値が変わると信号点間距離も変化する。そのため、受信データｙ_kのある値１つに対しても階層化比率が変われば、最小ユークリッド距離となる送信シンボルｘ_iも変わる。このことから、階層変調信号に対する尤度計算は、階層化比率ごとに受信データｙ_kを場合分けする境界線を用意し、場合分けごとに尤度計算式を用意する必要がある。つまり、対応する階層化比率の数をＮ_pとしたとき、階層変調を用いない場合に比べて、階層変調の尤度計算方法ではＮ_p倍の数の尤度計算式を用意する必要がある。

すなわち、階層変調が適用された受信信号の尤度計算は、階層変調が適用されていない受信信号の尤度を計算する場合と比較して処理が複雑化し、演算量が増大する。そのため、演算量を削減可能な計算方法の提供が期待されている。演算量の削減を考慮した尤度計算方法としては、例えば、非特許文献１に記載された方法が存在する。

非特許文献１は、２階層からなる階層変調信号において、第１階層をＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、第２階層をＱＰＳＫに限定したときの尤度計算方法について提案している。提案されている計算方法では、第１階層の２ビットがＩＱ平面上の第１象限から第４象限を表していることを利用して、受信データの絶対値をとることにより第１階層の２ビットの情報を省略し、第２階層の２ビットの情報のみを残し、尤度計算を簡単化している。

"Analysis of Demmapping for Hierarchical １６QAM"，Seung Hyun Choi, Cheon In Oh, Doeck Gil Oh, Dae Ig Chang， ISCIT 2006

非特許文献１に記載された尤度計算方法では、第１階層がＱＰＳＫであることが前提であり、更には第２階層の尤度計算のみが簡単化され、第１階層の尤度計算については簡単化できていないという問題があった。

また、階層化比率に応じてその尤度計算の算出式を個別に用意する必要があり、複数の階層化比率に対応するには多くの尤度計算式をメモリに保持する必要がある。そのため、第１階層および第２階層の変調多値数に依存しないこと、第２階層の尤度計算のみならず第１階層の尤度計算が簡単化されること、対応する階層化比率が複数となってもメモリサイズの増大や演算量の増加が発生しないこと、簡単化を行っても性能劣化が発生しないことなどが望まれる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、性能劣化を回避しつつ階層変調信号の第１階層および第２階層の尤度計算処理を簡単化して演算量を削減可能な受信装置、尤度計算装置および尤度計算方法を得ることを目的とする。また、メモリサイズの増大を回避しつつ複数の階層化比率に対応した尤度計算が可能な受信装置、尤度計算装置および尤度計算方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、２つのデータストリームのビット系列を階層変調して生成された階層変調信号を受信し、受信信号を等化して得られた等化データの各ビットの尤度を算出する受信装置であって、受信信号に適用されている階層変調の各階層における割り当て電力の比である階層化比率と、各階層に適用されている各変調方式の変調多値数と、を変数とする尤度計算式を使用して等化データの各ビットの尤度を算出する尤度計算手段、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、性能劣化を回避しつつ、第１階層および第２階層の尤度計算処理を簡単化することができるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる受信装置、および信号を送信する送信装置を含んだ通信システムの構成例を示す図である。 図２は、領域番号および判定領域の一例を示す図である。 図３は、領域番号ｌとｎ_i、ｍ_iの値の対応関係の一例を示す図である。 図４は、領域番号ｌとＭn_i、Ｍm_iの値の対応関係の一例を示す図である。 図５は、領域番号ｌとＭn_i、Ｍm_iの値の対応関係の一例を示す図である。 図６は、領域番号ｌとｄ_iの対応関係を示す図である。 図７は、ｌ_I[ｉ＋１]およびｌ_I[ｉ]の値とΔ_iの値の関係を示す図である。 図８は、領域番号ｌの各値と各種パラメータの値の対応関係を示す図である。 図９は、領域番号ｌの各値と各種パラメータの値の対応関係を示す図である。 図１０は、尤度計算部の構成例を示す図である。 図１１は、固定パラメータ計算部の構成例を示す図である。 図１２は、変動パラメータ計算部の構成例を示す図である。 図１３は、実施の形態２の尤度計算部の構成例を示す図である。 図１４は、本発明にかかる受信装置、および信号を送信する送信装置を含んだ通信システムの実施の形態３の構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかる受信装置、尤度計算装置および尤度計算方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

以下の説明においては、必要に応じて、例えば、Ｘの平方根を√(Ｘ)と表現する。また、例えば、Ｘの平方根にαを掛け合わせたものは√(Ｘ)αと表現する。すなわち、“√”は、直後の括弧内に記載された値の平方根を示すものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる受信装置、および信号を送信する送信装置を含んだ通信システムの構成例を示す図である。送信装置は、主要な構成要素として、誤り訂正符号化部１０１および１０２と、階層変調部１０３と、アンテナ１０４とを備えている。受信装置は、主要な構成要素として、アンテナ１０５と、等化部１０６と、尤度計算部１０７と、誤り訂正復号化部１０８および１０９とを備えている。本実施の形態の受信装置においては、後述するように、尤度計算装置としての尤度計算部１０７が、尤度計算に任意のビット位置に閉じた尤度計算式を用いることで、ビット単位の尤度計算を実施する。

図１に示した送信装置において、誤り訂正符号化部１０１は、第１階層の送信ビット系列に対して誤り訂正符号化処理を実行する。誤り訂正符号化部１０２は、第２階層の送信ビット系列に対して誤り訂正符号化処理を実行する。階層変調部１０３は、誤り訂正符号化された第１階層および第２階層のビット系列を受け取り、階層変調を実行する。第１階層のビット系列に対して変調多値数Ｎ₁の変調方式を用い、第２階層のビット系列に対して変調多値数Ｎ₂の変調方式を用いた階層変調を行うこととする。階層変調された信号はアンテナ１０４より送信され、受信装置のアンテナ１０５で受信される。

図１に示した受信装置において、等化部１０６は、アンテナ１０５で受信したデータに対して等化処理を行う。尤度計算部１０７は、等化部１０６から出力される等化データの尤度を計算する。すなわち、ビット単位の尤度を任意のビット位置に閉じた尤度計算式を用いて計算する。誤り訂正復号化部１０８は、尤度計算部１０７で求めた第１階層におけるビット単位の尤度を用いて誤り訂正復号処理を行う。誤り訂正復号化部１０９は、尤度計算部１０７で求めた第２階層におけるビット単位の尤度を用いて誤り訂正復号処理を行う。

以下、本実施の形態の受信装置に特有の構成要素である尤度計算部１０７について、具体的な構成及び動作を詳しく説明する。ここでは、説明を容易にするために、変調方式を直交振幅変調（ＱＡＭ：Quadrature Amplitude Modulation）、第１階層と第２階層の変調多値数の合計を８ｂｉｔ、階層化比率（階層変調の各階層における割り当て電力(信号電力)の比）をρとする。ただし、本発明は、上記の変調方式、各階層の変調多値数、階層化比率ρに限定されるものではない。

＜尤度計算部１０７＞
尤度計算装置としての尤度計算部１０７は、等化部１０６から出力された等化データを受け取り、第１階層および第２階層のビット単位の尤度計算をビット位置に閉じた尤度計算式を用いて計算する。

ここで、尤度計算部１０７が尤度計算に用いる尤度計算式について説明する。ビット単位の尤度演算を示す上記の式（５）における受信データｙ_kのＩ成分をｒ_I、受信データｙ_kのＱ成分をｒ_Qとする。このとき、送信するビット系列がＩ軸、Ｑ軸に対して対称的にシンボルマッピングされている場合、Ｉ軸、Ｑ軸を分離して処理することができる。また、ここでの受信データｙ_kは、等化処理後の等化データに等しい。

ここでは、説明を簡単化するためにＩ軸に限定する。ｒ_Iに最も近いｉビット目（ｉ＝１のときＬＳＢ）が“１”である信号点を次式（６）、ｒ_Iに最も近いｉビット目が“０”である信号点を次式（７）と置き換えると、尤度計算式は以下の式（８）になる。

式（８）において、ｎ_i、ｍ_i、Ｍn_i、Ｍm_iは、受信データ（等化データ）に対応する領域番号から一意に決まる値である。ここで、領域番号とは、等化データに最も近い送信シンボルの候補点に対応する判定領域のインデックスである。領域番号および判定領域について、図２を用いて説明する。

図２は、領域番号および判定領域の一例を示す図である。図２では、第１階層にＱＰＳＫ、第２階層に６４ＱＡＭ、Ｉ軸の階層化比率にρ_Iを用いた階層変調時の判定領域とそれぞれの領域番号を示している。領域番号は、Ｉ軸の領域番号ｌ_IとＱ軸の領域番号ｌ_Qで表され、ｌ_I、ｌ_Q共にＩ軸、Ｑ軸の値が最も小さい領域を領域番号“０”とし、Ｉ軸、Ｑ軸の値が大きくなるにつれて、それぞれの領域番号が大きくなる。

仮に等化データｒが次式（９）の場合、等化データｒは図２における星印の位置になる。図２において、星印で示された等化データｒはＩ軸の領域番号がｌ_I＝１０、Ｑ軸の領域番号がｌ_Q＝１１の判定領域内に存在することから、式（９）の等化データの領域番号はｌ_I＝１０、ｌ_Q＝１１となる。

また、各領域番号に対して、対応するｎ_i、ｍ_iが存在する。Ｎ（＝Ｎ₁＋Ｎ₂）に対する領域番号ｌに対応しているｎ_i、ｍ_iの値を図３に示す。図３に示したｎ_i、ｍ_iは、階層変調時のビット割り当てをグレイ符号とし、Ｉ軸、Ｑ軸ともに対称的にマッピングした場合の値である。そのため、図３に示した領域番号ｌは、ｌ_Iおよびｌ_Qのいずれにも対応している。図３に示したｌ−２^(N/2-l)は、領域番号ｌに対応する領域の信号点に関連した値である。領域番号ｌ_Iに対応する領域の信号点は、｛２(ｌ_I−２^(N/2-l))＋１｝Ａで、領域番号ｌ_Qに対応する領域の信号点は、｛２(ｌ_Q−２^(N/2-l))＋１｝Ａで表すことができる。

領域番号ｌに対するＭn_i、Ｍm_iの値の例を図４および図５に示す。図４は第１階層がＱＰＳＫ、第２階層が６４ＱＡＭの場合の値を示し、図５は第１階層が１６ＱＡＭ、第２階層が１６ＱＡＭの場合の値を示している。Ｍn_i、Ｍm_iはＤ_Iの係数であり各階層の変調多値数により値が異なる。

上記の式（８）を計算しやすくするため、ｎ_i、ｍ_iとの差をｄ_iと置くと、ｎ_i、ｍ_iのうちいずれかがｌ_I−２^N/2-l、もう一方がｌ_I−２^N/2-l＋ｄ_iとなる。ここで、ｄ_iは、等化データのｉビット目の硬判定値が反転する領域までの最短距離である。ｄ_iを用いて式（８）を表すと以下の式（１０）になる。

式（１０）において、ｓ_iはＮ／２ビット幅で表現される領域番号ｌ_Iのビット位置ｉの値によって変わる符号である。すなわち、ｓ_iは−１か１のいずれかの値をとる。式（１０）において、両辺にｓ_iを乗算すると、以下の式（１１）が得られる。

ここで、式（１１）の変数を次式（１２）に従って、置き換える。

その結果、上記の式（１１）は次式（１３）となる。

式（１３）を用いることにより、任意のビット位置ｉの尤度を求めることができる。ここで、式（１３）を用いてＬＬＲＳ_iを求める方法について考える。式（１３）において求める必要がある変数は、Ａ、ｄ_i、β_i、Ｄ_I、ｌ_I、Ｘ_i、Ｙ_i、γ_iであり、以下では各変数の算出方法について記載する。まず、上記変数を２つに分類する。Ａ、Ｄ_I、ｌ_Iはビット位置ｉに依存しない変数であり、ｄ_i、β_i、Ｘ_i、Ｙ_i、γ_iはビット位置ｉに依存する変数である。

はじめに、ビット位置ｉに依存しない、Ａ、Ｄ_I、ｌ_Iの算出方法を説明する。Ａは階層化比率＝ｌの場合の信号点間距離の１／２の値であり、以下の式（１４）で求めることができる。

例えば、第１階層がＱＰＳＫ（Ｎ₁＝２）、第２階層が６４ＱＡＭ（Ｎ₂＝６）の場合、Ｎ＝Ｎ₁＋Ｎ₂＝８であることから、２（２^N−１）／３＝２（２⁸−１）／３＝１７０であり、Ａ＝１／√(１７０)となる。

また、Ｄ_Iは階層化比率ρ_Iに依存した値であり、以下の式（１５）で求めることができる。

また、ｌ_Iは、等化データｒ_Iに依存した値である。図２よりＡ、Ｄ_I、√(ρ)を用いて判定領域の境界値を算出し、等化データｒ_Iと境界値を比較していくことで領域番号ｌ_Iを求める。ここで、階層化比率ρは予め与えられているものとする。

次に、ビット位置ｉに依存する変数の求め方を説明する。ｄ_iは領域番号ｌ_Iに依存した値である。図６に領域番号ｌに対するｄ_iの値を示す。既に説明したように、ｄ_iは等化データのｉビット目の硬判定値が反転する領域（境界）までの最短距離であり、等化データはグレイ符号で表現される。領域番号とグレイ符号の対応関係は図３などに示したものとなっている。すなわち、ｌ_I＝０には“００００”が対応し、ｌ_I＝１には“０００１”が対応し、ｌ_I＝２には“００１１”が対応し、ｌ_I＝３には“００１０”が対応する（以下同様）。そのため、ｌ_I＝０の場合、ｄ₁＝１、ｄ₂＝２、ｄ₃＝４、ｄ₄＝８となる。ｄ₁＝１は、ｌ_Iが１増加すると１ビット目が反転する、すなわち、等化データｒ_Iの存在位置がｌ_Iの判定領域からｌ_Iが１増加した判定領域へ変化すると１ビット目の値が反転することを意味する。ｄ₃＝４は、等化データｒ_Iの存在位置がｌ_Iの判定領域からｌ_Iが４増加した判定領域へ変化すると３ビット目の値が反転することを意味する。同様に、ｌ_I＝１の場合、ｄ₁＝−１、ｄ₂＝１、ｄ₃＝３、ｄ₄＝７となる。ｄ₁＝−１は、等化データｒ_Iの存在位置がｌ_Iの判定領域からｌ_Iが１減少した判定領域へ変化すると１ビット目の値が反転することを意味する。また、ｄ_iはｉビット目の尤度に関係する値である。例えば、ｄ₄に注目すると、ｌ_I＝０の場合にｄ₄＝８、ｌ_I＝１５の場合にｄ₄＝−８となり、ｌ_I＝２〜１４の場合と比較してｄ₄の絶対値が大きく、ｌ_I＝０やｌ_I＝１５の判定領域においては、他の判定領域と比較して、等化データｒ_Iの４ビット目の尤度が高い。ｄ_iは、階層化比率によらず一定である。

ここで、ｄ_iとｄ_i+1との間の関係性を求め、ｄ_iを漸化式で求める方法を記載する。ｄ_i+1＝ｄ_i＋Δ_iと置いたとき、Δ_iは図７に示す値となる。図７より、Δ_iは領域番号ｌのｉ＋１ビット目であるｌ_I[ｉ＋１]と領域番号のｉビット目であるｌ_I[ｉ]の値で一意に決まり、±（２^i-1＋１）または±（２^i-1）のいずれかの値になる。

例えば、領域番号ｌ＝０の場合、ｌ[４]＝０、ｌ[３]＝０、ｌ[２]＝０、ｌ[１]＝０である。よって、図７より、Δ₁は、ｌ[ｉ＋１]＝０かつｌ[ｉ]＝０に対応する値、すなわちΔ₁＝１となる。Δ₂は、ｌ[ｉ＋１]＝０かつｌ[ｉ]＝０に対応する値、すなわちΔ₂＝２となる。Δ₃は、ｌ[ｉ＋１]＝０かつｌ[ｉ]＝０に対応する値、すなわちΔ₃＝４となる。

また、領域番号ｌ＝１の場合、ｌ[４]＝０、ｌ[３]＝０、ｌ[２]＝０、ｌ[１]＝１である。よって、図７より、Δ₁は、ｌ[ｉ＋１]＝０かつｌ[ｉ]＝１に対応する値、すなわちΔ₁＝２となる。Δ₂は、ｌ[ｉ＋１]＝０かつｌ[ｉ]＝０に対応する値、すなわちΔ₂＝２となる。Δ₃は、ｌ[ｉ＋１]＝０かつｌ[ｉ]＝０に対応する値、すなわちΔ₃＝４となる。

また、領域番号ｌ＝２の場合、ｌ₂[４]＝０、ｌ₂[３]＝０、ｌ₂[２]＝１、ｌ₂[１]＝０である。よって、図７より、Δ₁は、ｌ[ｉ＋１]＝１かつｌ[ｉ]＝０に対応する値、すなわちΔ₁＝−２となる。Δ₂は、ｌ[ｉ＋１]＝０かつｌ[ｉ]＝１に対応する値、すなわちΔ₂＝３となる。Δ₃は、ｌ[ｉ＋１]＝０かつｌ[ｉ]＝０に対応する値、すなわちΔ₃＝４となる。領域番号ｌが３以上の場合も同様である。

β_iはｄ_iに依存した値であり、ｄ_iと同様に漸化式で求めることができる。β_iは以下の漸化式（１６）で求めることができる。

Ｘ_i、Ｙ_i、γ_iは領域番号ｌ_Iおよび各階層の変調多値数Ｎ₁、Ｎ₂に依存した値である。Ｘ_i、Ｙ_i、γ_iもｄ_i、β_iと同様に漸化式で求める。ここで、γ_iはＺ_iの関数であることを利用する。Ｘ_i、Ｙ_i、γ_iの漸化式は以下の式（１７）で表すことができる。

図８、図９に領域番号ｌ_Iに対するＸ_i、Ｙ_i、Ｚ_iおよびΔ_Xi、Δ_Yi、Δ_Ziの値を示す。図８は第１階層をＱＰＳＫ、第２階層を６４ＱＡＭとする階調変調を用いた場合の値を示す図、図９は第１階層を１６ＱＡＭ、第２階層を１６ＱＡＭとする階層変調を用いた場合の値を示す図である。図８および図９に示したように、Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_iおよびΔ_Xi、Δ_Yi、Δ_Ziの値は、各階層に用いる変調多値数に応じて異なる。

以上より、式（１４）〜式（１７）から各変数を求め、式（１３）に代入することで、任意のビット位置ｉのＬＬＲＳ_iを求めることができる。最後に、ＬＬＲＳ_iからＬＬＲ_iを求める。式（１２）より、ｓ_iＬＬＲ_i＝ＬＬＲＳ_iであることから、ｓ_iを求めてＬＬＲＳ_iに乗算することでＬＬＲ_iが得られる。ｓ_iは以下の式（１８）で求めることができる。

式（１８）において、＋を丸で囲んだ記号（以下、説明の便宜上、“(+)”を代用する）は排他的論理和を表している。また、ｌ_I[ｉ＋１](+)ｌ_I[ｉ]（すなわち、ｌ_I[ｉ+１]とｌ_I[ｉ]の排他的論理和）は領域番号ｌ_I内の信号点に割り当てられるｉ番目のビットを表している。例えば、Ｎ＝８、領域番号ｌ_I＝３のとき、領域番号ｌ_I内の信号点に割り当てられるビット列は“００１０”である（図３参照）。このとき、ビット位置ｉ＝２ではｌ_I[ｉ+１](+)ｌ_I[ｉ]＝１となり、ｓ_i＝−１となる。ｓ_iは−１、１の値であるため、ＬＬＲＳ_iの符号をｓ_iに応じて変更することによりＬＬＲ_iが得られる。

次に、尤度計算部１０７の具体的な構成について説明する。図１０は、尤度計算部１０７の構成例を示す図である。

尤度計算部１０７は、固定パラメータ計算部１１０、変動パラメータ計算部１１１およびビット尤度計算部１１２を備えている。

固定パラメータ計算部１１０は、ｉビット目の尤度であるＬＬＲ_iを求めるために必要なパラメータのうち、ビット位置ｉに依存しないパラメータ（固定値）である√(ρ_I)Ａ、Ｄ_I、ｌ_Iを算出する。変動パラメータ計算部１１１は、ＬＬＲ_iを求めるために必要なパラメータのうち、ビット位置ｉに依存するパラメータ（変数）であるｄ_i、β_i、Ｘ_i、Ｙ_i、γ_i、ｓ_iを算出する。ビット尤度計算部１１２は、固定パラメータ計算部１１０が算出した上記パラメータと変動パラメータ計算部１１１が算出した上記パラメータとに基づいて、ＬＬＲ_iを算出する。

以下、固定パラメータ計算部１１０、変動パラメータ計算部１１１およびビット尤度計算部１１２のそれぞれについて、詳しく説明する。

＜固定パラメータ算出部１１０＞
図１１は、固定パラメータ計算部１１０の構成例を示す図である。固定パラメータ計算部１１０は、信号点間距離算出部１２０、距離Ｄ算出部１２１および領域番号決定部１２２を備えている。

信号点間距離算出部１２０は、各階層の変調多値数の和Ｎと階層化比率ρ_Iにより決定される信号点間距離の１／２の値√(ρ_I)Ａを算出する。Ａは、上記の式（１４）から計算し、√(ρ_I)はρ_Iの平方根をとることで算出する。回路実装例としては、対応するＮと階層化比率ρ_Iの組み合わせが少なければ、√(ρ_I)Ａをテーブル化して保持することで演算量を削減する。また、対応するＮと階層化比率ρ_Iの組み合わせが多ければ、Ｎに対応するＡと、ρ_Iに対応する√(ρ_I)をそれぞれテーブル化して保持し、√(ρ_I)とＡを乗算して√(ρ_I)Ａを算出することで、演算量を削減する。

距離Ｄ算出部１２１は、信号点間距離算出部１２０で算出された√(ρ_I)Ａ、第１階層の変調多値数Ｎ₁および第２階層の変調多値数Ｎ₂を用いて、上記の式（１５）からＤ_Iを算出する。回路実装例としては、Ｎ₁、Ｎ₂、ρ_Iに対応する式（１５）のω_Iをテーブル化して保持し、式（１５）の右辺第２項（２^N1/2-1×２√(ρ_I)Ａ）は√(ρ_I)Ａのビットシフト演算で計算し、ω_Iから第２項を減算してＤ_Iを算出することで、演算量を削減する。

領域番号決定部１２２は、入力される等化データｒ_Iに最も近い送信シンボルの候補点に対応する領域番号ｌ_Iを決定する。具体的には、まず、信号点間距離算出部１２０で算出された√(ρ_I)Ａと距離Ｄ算出部１２１で算出されたＤ_Iとを用いて、図２に示したような領域境界値（−１４√(ρ_I)Ａ−Ｄ_I、−１２√(ρ_I)Ａ−Ｄ_I、−１０√(ρ_I)Ａ−Ｄ_I、…、１４√(ρ_I)Ａ＋Ｄ_I）を算出し、次に、算出した領域境界値と等化データｒ_Iとを比較することにより、領域番号ｌ_Iを決定する。領域境界値が図２に示したものの場合、例えば、ｒ_I＜−１４√(ρ_I)Ａ−Ｄ_Iであればｌ_I＝０となり、６√(ρ_I)Ａ＋Ｄ_I＜ｒ_I≦８√(ρ_I)Ａ＋Ｄ_Iであればｌ_I＝１１となる。

＜変動パラメータ計算部１１１＞
図１２は、変動パラメータ計算部１１１の構成例を示す図である。変動パラメータ計算部１１１は、最近傍点間距離算出部１３０、変数β算出部１３１、変数γ算出部１３２、変数Ｚ算出部１３３、変数Ｘ算出部１３４、変数Ｙ算出部１３５および変数ｓ算出部１３６を備え、各種変数を算出する。この変動パラメータ計算部１１１内の各部は、前段の固定パラメータ計算部１１０から入力された固定パラメータに基づいて、ビット位置１（ｉ＝１）から順に変数を求め、後段のビット尤度計算部１１２へビット位置１から順に各変数を出力する。前段の固定パラメータ計算部１１０から入力された固定パラメータのうち、領域番号ｌ_Iは、最近傍点間距離算出部１３０、変数β算出部１３１、変数γ算出部１３２、変数Ｚ算出部１３３、変数Ｘ算出部１３４、変数Ｙ算出部１３５および変数ｓ算出部１３６へ入力される。√(ρ_I)Ａは、変数β算出部１３１および変数γ算出部１３２へ入力される。Ｄ_Iは、変数γ算出部１３２へ入力される。なお、√(ρ_I)ＡおよびＤ_Iは、ビット尤度計算部１１２へも入力される。

最近傍点間距離算出部１３０は、ビット位置１から順にｄ_iを算出する。ｄ₁は領域番号ｌ_Iが偶数のとき−１、奇数のとき１となる。ｄ₂以降は、図７に示したｌ_I[ｉ＋１]とｌ_I[ｉ]の関係性からΔ_iを求め、さらに、次式（１９）からｄ_iを求める。求めたｄ_iは、ビット尤度計算部１１２へ出力する。

変数β算出部１３１は、最近傍点間距離算出部１３０が求めたｄ_iを用いて、上記の式（１６）に従ってβ_iを算出する。このとき、次式（２０）に従ってビット位置１から順番に、β_iを算出する。算出したβ_iは、ビット尤度計算部１１２へ出力する。

変数Ｚ算出部１３３は、図８や図９に示したテーブル（各階層に適用する変調方式に応じて生成されたテーブル）を保持しており、固定パラメータ計算部１１０から領域番号ｌ_Iが入力されると、テーブルを参照し、対応するＺ_iを選択して変数γ算出部１３２へ出力する。

変数γ算出部１３２は、変数Ｚ算出部１３３からＺ_iが入力されると、このＺ_iと、固定パラメータ計算部１１０から入力されたパラメータとを使用し、上記の式（１７）に従ってγ_iを算出する。算出したγ_iは、ビット尤度計算部１１２へ出力する。

変数Ｘ算出部１３４は、変数Ｚ算出部１３３と同様に、図８や図９に示したテーブルを保持しており、固定パラメータ計算部１１０から領域番号ｌ_Iが入力されると、テーブルを参照し、対応するＸ_iを選択してビット尤度計算部１１２へ出力する。

変数Ｙ算出部１３５は、変数Ｚ算出部１３３と同様に、図８や図９に示したテーブルを保持しており、固定パラメータ計算部１１０から領域番号ｌ_Iが入力されると、テーブルを参照し、対応するＹ_iを選択してビット尤度計算部１１２へ出力する。

変数ｓ算出部１３６は、固定パラメータ計算部１１０から領域番号ｌ_Iが入力されると、上記の式（１８）に従ってｓ_iを算出し、ビット尤度計算部１１２へ出力する。

＜ビット尤度計算部１１２＞
ビット尤度計算部１１２は、固定パラメータ計算部１１０から入力されたパラメータおよび変動パラメータ計算部１１１から入力されたパラメータを用いて、ビット位置ｉに対応するビットの尤度ＬＬＲ_iを算出する。具体的には、入力された各パラメータ（固定パラメータ√(ρ_I)ＡおよびＤ_I、ビット位置ｉに対応するｄ_i、β_i、Ｘ_i、Ｙ_i、γ_i、ｓ_i）を使用し、上記の式（１３）に従ってＬＬＲ_iを算出する。

このように、本実施の形態の受信装置において、尤度計算装置としての尤度計算部１０７は、ビット位置に依存しない各種パラメータ（固定パラメータ）を算出する固定パラメータ計算部１１０と、ビット位置に依存する各種パラメータ（変動パラメータ）を算出する変動パラメータ計算部１１１と、固定パラメータ、変動パラメータおよび選択可能な階層化比率に共通の尤度計算式（式（１３））からビット毎の尤度を算出するビット尤度計算部１１２と、を備えて構成されている。これにより、性能劣化を回避しつつ、第１階層および第２階層の尤度計算処理を簡単化することができる。また、受信信号に適用されている階層化比率によらず、常に同じ尤度算出式を使用するので、複数の階層化比率に対応する場合にメモリサイズが増大するのを回避できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、任意のビット位置ｉに閉じた尤度計算式を用いてビット単位の尤度を計算する方法を示したが、本実施の形態では、尤度計算式にビット位置ｉの漸化式を用いる方法について示す。なお、送信装置は、実施の形態１で説明した送信装置と同様であるため、説明を省略する。また、本実施の形態の受信装置は、実施の形態１の受信装置が備えている尤度計算部１０７を後述する構成の尤度計算部１０７ａに置き換えたものとなる。尤度計算部１０７ａ以外の各部は実施の形態１の受信装置と同様であるため、尤度計算部１０７ａ以外の各部については説明を省略する。

まず、尤度計算式をビット位置ｉの漸化式に変形する。実施の形態１で説明したように、上記の式（１３）は、ビット位置ｉに対する尤度を求める式である。ここで、式（１３）においてｉをｉ＋１と置くと、以下の式（２１）が得られる。

式（２１）の初項は、式（１３）のｉを１とおくことで、以下の式（２２）により求めることができる。

ここで、図８、図９に示すように第１階層の変調多値数Ｎ₁が１以上の場合、Ｙ₁＝０となることから、式（２２）は以下の式（２３）になる。

次に、本実施の形態における尤度計算部１０７ａの構成について説明する。図１３は、実施の形態２の尤度計算部１０７ａの構成例を示す図である。図示したように、尤度計算部１０７ａは、固定パラメータ計算部１４０、変動パラメータ計算部１４１、第１ビット尤度計算部１４２および第ｉビット尤度計算部１４３を備えている。

固定パラメータ計算部１４０は、ビット位置ｉに依存しない変数である√(ρ_I)Ａ、Ｄ_I、ｌ_I、Ｘ₁を計算する。変動パラメータ計算部１４１は、ビット位置ｉに依存する変数であるｄ_i、Δ_i、β_i、Δ_Xi、Ｙ_i、Δ_Yi、Δ_Zi、γ_i、ｓ_iを計算する。固定パラメータ計算部１４０および変動パラメータ計算部１４１による各変数の計算方法は、実施の形態１と同様である。

第１ビット尤度計算部１４２は、√(ρ_I)Ａ、Ｄ_I、ｄ₁、β₁、Ｘ₁を用いて、式（２３）に従ってＬＬＲＳ₁を計算し、求めたＬＬＲＳ₁にｓ₁を乗算してＬＬＲ₁を計算する。第ｉビット尤度計算部１４３は、√(ρ_I)Ａ、Ｄ_I、ｄ_i、Δ_i、β_i、Δ_Xi、Ｙ_i、Δ_Yi、Δ_Zi、γ_iを用いて、式（２１）に従ってＬＬＲＳ_iを計算し、求めたＬＬＲＳ_iにｓ_iを乗算してＬＬＲ_iを計算する。

このように、本実施の形態の尤度計算部１０７ａは、ビット位置ｉに対する漸化式を用いて各ビットの尤度を算出するので、各ビットの尤度を再帰的に求めることができる。

実施の形態３．
本実施の形態では、送信する階層変調信号がシンボル単位で、第１階層と第２階層の変調多値数や階層化比率が異なる場合の尤度計算方法について記載する。

図１４は、本発明にかかる受信装置、および信号を送信する送信装置を含んだ通信システムの実施の形態３の構成例を示す図である。

本実施の形態の通信システムにおいて、送信装置は、実施の形態１で説明した送信装置（図１参照）に対して送信シンボル制御部１５１を追加した構成となっている。受信装置は、実施の形態１または２で説明した受信装置（図１参照）に対して受信シンボル制御部１５２を追加した構成となっている。

送信装置において、送信シンボル制御部１５１は、階層変調部１０３に対して、第１階層と第２階層の変調多値数と階層化比率をシンボル単位で設定する。受信装置において、受信シンボル制御部１５２は、尤度計算部１０７に対して、第１階層と第２階層の変調多値数と階層化比率をシンボル単位で設定する。ここで、受信シンボル制御部１５２は送信シンボル制御部１５１と同期しており、送信装置側で設定された第１階層と第２階層の変調多値数および階層化比率と同様のものを設定する。例えば、受信シンボル制御部１５２は送信シンボル制御部１５１と制御信号の送受信を行い、変調多値数および階層化比率の情報を交換する。

以上より、尤度計算部１０７（実施の形態１）および尤度計算部１０７ａ（実施の形態２）は、シンボル単位で、受信シンボル制御部１５２から第１階層と第２階層の変調多値数と階層化比率が設定される。設定された第１階層と第２階層の変調多値数と階層化比率は、尤度計算部１０７、１０７ａ内にある固定パラメータ計算部および変動パラメータ計算部に渡される。尤度計算部１０７、１０７ａは、設定された変調多値数および階層化比率に従い、実施の形態１、２で示した方法により、尤度計算に必要な固定パラメータおよび変動パラメータを計算するとともに、計算した各パラメータを使用してビット単位の尤度計算を行う。

このように、本実施の形態の送信装置および受信装置は、各階層の変調多値数および階層化比率を設定するための手段（送信シンボル制御部１５１、受信シンボル制御部１５２）を備え、連携して決定した動作モードで送受信動作を行うので、各階層の変調多値数および階層化比率が可変の通信システムを実現できる。

以上のように、本発明にかかる受信装置、尤度計算装置および尤度計算方法は、階層変調が適用された通信システムの受信側の通信装置に有用である。

１０１，１０２ 誤り訂正符号化部、１０３ 階層変調部、１０４，１０５ アンテナ、１０６ 等化部、１０７，１０７ａ 尤度計算部、１０８，１０９ 誤り訂正復号化部、１１０，１４０ 固定パラメータ計算部、１１１，１４１ 変動パラメータ計算部、１１２ ビット尤度計算部、１２０ 信号点間距離算出部、１２１ 距離Ｄ算出部、１２２ 領域番号決定部、１３０ 最近傍点間距離算出部、１３１ 変数β算出部、１３２ 変数γ算出部、１３３ 変数Ｚ算出部、１３４ 変数Ｘ算出部、１３５ 変数Ｙ算出部、１３６ 変数ｓ算出部、１４２ 第１ビット尤度計算部、１４３ 第ｉビット尤度計算部、１５１ 送信シンボル制御部、１５２ 受信シンボル制御部。

Claims (8)

1. ２つのデータストリームのビット系列を階層変調して生成された階層変調信号を受信し、受信信号を等化して得られた等化データの各ビットの尤度を算出する受信装置であって、
   受信信号に適用されている階層変調の各階層における割り当て電力の比である階層化比率と、各階層に適用されている各変調方式の変調多値数と、を変数とする尤度計算式を使用して等化データの各ビットの尤度を算出する尤度計算手段、
   を備えることを特徴とする受信装置。
2. 前記尤度計算手段は、
   前記階層化比率と、各階層に適用されている各変調方式の変調多値数とに基づいて、等化データの各ビットに共通の固定値である第１のパラメータを算出する固定パラメータ計算手段と、
   前記第１のパラメータに基づいて、等化データのビット毎に異なる値を有する第２のパラメータを算出する変動パラメータ計算手段と、
   前記第１のパラメータおよび前記第２のパラメータと、適用可能な各階層化比率の間で共通の尤度計算式である前記尤度計算式とに基づいて、等化データの各ビットの尤度を算出するビット尤度計算手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 前記固定パラメータ計算手段は、
   各階層に適用されている各変調方式の各変調多値数と、前記階層化比率とに基づいて、等化データに最も近い送信シンボルの候補点を含み、当該候補点とこれに隣接している各候補点との境界線に囲まれた判定領域を示す領域番号を前記第１のパラメータの一つとして決定し、
   前記変動パラメータ計算手段は、
   前記領域番号のとり得る値それぞれに対し、前記第２のパラメータの計算で使用する、予め決定された係数を対応付けて保持しておき、前記領域番号が決定されると、決定された領域番号に対応する係数を使用して前記第２のパラメータ群に含まれる各パラメータを算出する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の受信装置。
4. 前記ビット尤度計算手段は、等化データのビット位置に対する漸化式を使用して各ビットの尤度を算出することを特徴とする請求項２または３に記載の受信装置。
5. 階層変調信号を送信する送信装置との間で階層変調信号に適用する変調方式および階層化比率の情報を交換する制御手段、
   をさらに備え、
   前記固定パラメータ計算手段は、前記制御手段が前記送信装置と交換した情報を使用して第１のパラメータ群を算出することを特徴とする請求項２、３または４に記載の受信装置。
6. 前記尤度計算手段は、等化データの各ビットの尤度算出をＩ成分のビット群とＱ成分のビット群に分けて、ビット群毎に独立に行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の受信装置。
7. ２つのデータストリームのビット系列を階層変調して生成された階層変調信号を受信する受信装置を構成し、受信信号を等化して得られた等化データの各ビットの尤度を算出する尤度計算装置であって、
   受信信号に適用されている階層変調の各階層における割り当て電力の比である階層化比率と、各階層に適用されている各変調方式の変調多値数と、を変数とする尤度計算式を使用して等化データの各ビットの尤度を算出する、
   ことを特徴とする尤度計算装置。
8. ２つのデータストリームのビット系列を階層変調して生成された階層変調信号の受信装置における尤度計算方法であって、
   受信信号を等化する等化ステップと、
   受信信号に適用されている階層変調の各階層における割り当て電力の比である階層化比率と、各階層に適用されている各変調方式の変調多値数と、を変数とする尤度計算式を使用し、前記等化ステップで得られた等化データの各ビットの尤度を算出する尤度算出ステップと、
   を含むことを特徴とする尤度計算方法。

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