JP2016131262A - 受信装置、受信方法および受信プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】低演算量で、優れた伝送特性を実現できるMIMOの受信装置、受信方法および受信プログラムを提供すること。【解決手段】MIMO伝送方式を用いて送信装置から送信された送信信号を受信する受信装置であって、前記送信装置が送信したストリームを第1のストリーム群と第2のストリーム群に分割するストリーム選択部と、前記第1のストリーム群の候補を少なくとも1つ生成し、前記第1のストリーム群の候補に基づいて前記第2のストリーム群の線形検出信号を生成して送信候補を生成し、前記送信候補のメトリックを算出し、前記送信候補のメトリックが最小となる前記送信候補を選択する送信候補探索部と、を備えることを特徴とする。【選択図】図6
Description
本発明は、受信装置、受信方法および受信プログラムに関する。
近年、大容量高速情報通信を実現するための技術として、MIMO(Multiple Input Multiple Output)通信が注目されている。図19は、MIMO通信の一例を示す概略図であり、送信装置a1が送信アンテナa1−1〜a1−NTを備え、受信装置b1が受信アンテナb1−1〜b1−NRを備えている。NTは送信アンテナ数であり、NRは受信アンテナ数である。このMIMO通信では、異なる情報を同一時刻、同一周波数で送受信し、情報ビットレートを大幅に増大させることができる。
下記非特許文献1には、MIMO通信における受信方法が記載されている。伝送特性の優れた受信方法として、MLD(Maximum Likelihood Detection)が記載されている。MLDは、取り得る送信候補の中で、受信信号との2乗ノルムを最小とするものを選択する受信方法である。また、低演算量で実現できる受信方法として、ZF(Zero Forcing)やMMSE(Minimum Mean Square Error)を用いる線形検出が記載されている。線形検出は、受信信号に重み行列を乗算してから信号判定を行う受信方法である。
A. J. Paulraj et al.,"An Overview of MIMO Communications−a Key to Gigabit Wireless," Proc. IEEE, vol. 92, no. 2, Feb. 2004, pp. 198−218.
しかしながら、MLDは、送信アンテナ数や変調多値数が増加すると演算量が大幅に増大するという問題がある。また、線形検出は、十分な伝送特性が得られず、MIMO通信の有効性を活かせないという問題がある。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、低演算量で優れた伝送特性を実現できるMIMOの受信装置、受信方法および受信プログラムを提供することにある。
上述した課題を解決するために本発明に係る受信装置、受信方法および受信プログラムの構成は、次の通りである。
(1)本発明の一態様による受信装置は、MIMO伝送方式を用いて送信装置から送信された送信信号を受信する受信装置であって、前記送信装置が送信したストリームを第1のストリーム群と第2のストリーム群に分割するストリーム選択部と、前記第1のストリーム群の候補を少なくとも1つ生成し、前記第1のストリーム群の候補に基づいて前記第2のストリーム群の線形検出信号を生成して送信候補を生成し、前記送信候補のメトリックを算出し、前記送信候補のメトリックが最小となる前記送信候補を選択する送信候補探索部と、を備えることを特徴とする。
(2)また、本発明の一態様による受信装置は、前記送信候補探索部は、前記第2のストリーム群のみを用いた線形検出結果である非拘束線形検出信号を生成し、前記非拘束線形検出信号を前記第1のストリーム群の候補に基づいて修正することで前記線形検出信号を生成する、ことを特徴とする。
(3)また、本発明の一態様による受信装置は、直交変換を行なってチャネル行列を三角化する三角化部を備え、前記送信候補探索部は、前記第1のストリーム群の候補の生成と、前記線形検出信号の生成と、前記メトリックの算出を逐次的に行ない、前記第1のストリーム群の候補であって、その累積メトリックがそれまでの逐次探索で得られた前記メトリックより小さい第1のストリーム群の候補を生成する、ことを特徴とする。
(4)また、本発明の一態様による受信装置は、前記送信候補探索部は、前記第1のストリーム群の候補を所定の数生成した場合、前記逐次探索を終了する、ことを特徴とする。
(5)また、本発明の一態様による受信装置は、受信処理を行う前に、受信信号に干渉低減を行なうことを特徴とする。
(6)また、本発明の一態様による受信装置は、前記ストリーム選択部は、線形検出後の振幅が小さい所定数のストリームを前記第1のストリーム群として選択する、ことを特徴とする。
(7)また、本発明の一態様による受信装置は、前記ストリーム選択部は、受信信号の相関行列の逆行列の対角成分が大きいストリームを所定数、前記第1のストリーム群として選択する、ことを特徴とする。
(8)また、本発明の一態様による受信装置は、前記ストリーム選択部は、前記第1のストリーム群の候補数よりも前記第2のストリーム群の候補数の方が小さくなるように選択する、ことを特徴とする。
(9)また、本発明の一態様による受信装置は、前記ストリーム選択部は、前記第1のストリーム群の候補数よりも前記第2のストリーム群の候補数の方が大きくなるように選択する、ことを特徴とする。
(10)また、本発明の一態様による受信装置は、ビット対数尤度比を算出するLLR算出部と、前記ビット対数尤度比を用いて復号を行う復号部と、を備え、前記LLR算出部は、線形検出後の振幅と前記第2のストリーム群の線形検出信号に基づいて前記第2のストリーム群のビット対数尤度比を算出し、前記第2のストリーム群のビット対数尤度比の大きさの平均値と、前記第1のストリーム群の候補に基づいて前記第1のストリーム群のビット対数尤度比を算出する、ことを特徴とする。
(11)また、本発明の一態様による受信装置は、ビット対数尤度比を算出するLLR算出部と、前記ビット対数尤度比を用いて復号を行う復号部と、を備え、前記LLR算出部は、線形検出後の振幅と前記第2のストリーム群の線形検出信号に基づいて前記第2のストリーム群のビット対数尤度比を算出し、前記第1のストリーム群の線形検出信号を生成し、線形検出後の振幅と前記第1のストリーム群の線形検出信号に基づいて前記第1のストリーム群のビット対数尤度比を算出する、ことを特徴とする。
(12)また、本発明の一態様による受信装置は、ビット対数尤度比を算出するLLR算出部と、前記ビット対数尤度比を用いて復号を行う復号部と、を備え、前記送信候補探索部は、前記送信候補の、1つのストリームにおける1つのビットを固定した場合の最小メトリックである拘束メトリックを算出し、前記LLR算出部は、線形検出後の振幅と前記第2のストリーム群の線形検出信号に基づいて前記第2のストリーム群のビット対数尤度比を算出し、前記拘束メトリックに基づいて前記第1のストリーム群のビット対数尤度比を算出する、ことを特徴とする。
(13)また、本発明の一態様による受信装置は、直交変換を行なってチャネル行列を三角化する三角化部を備え、前記送信候補探索部は、前記第1のストリーム群の候補生成と、前記線形検出信号の生成と、前記メトリックの算出を逐次的に行ない、前記第1のストリーム群の候補であって、関連する拘束メトリックの少なくとも1つがそれまでの逐次探索で得られた前記メトリックより小さい第1のストリーム群の候補を生成し、前記生成した第1のストリーム群の候補のビット系列に関連する拘束メトリックであって、前記生成した第1のストリーム群の候補のメトリックが前記拘束メトリックより小さい拘束メトリックを、前記生成した第1のストリーム群の候補のメトリックで更新する、ことを特徴とする。
(14)本発明の一態様による受信方法は、MIMO伝送方式を用いて送信装置から送信された送信信号を受信する受信方法であって、前記送信装置が送信したストリームを第1のストリーム群と第2のストリーム群に分割するストリーム選択過程と、前記第1のストリーム群の候補を少なくとも1つ生成し、前記第1のストリーム群の候補に基づいて前記第2のストリーム群の線形検出信号を生成して送信候補を生成し、前記送信候補のメトリックを算出し、前記送信候補のメトリックが最小となる前記送信候補を選択する送信候補探索過程と、を有することを特徴とする。
(15)また、本発明の一態様による受信方法は、ビット対数尤度比を算出するLLR算出過程と、前記ビット対数尤度比を用いて復号を行う復号過程と、を有し、前記送信候補探索過程は、前記送信候補の、1つのストリームにおける1つのビットを固定した場合の最小メトリックである拘束メトリックを算出し、前記LLR算出過程は、線形検出後の振幅と前記第2のストリーム群の線形検出信号に基づいて前記第2のストリーム群のビット対数尤度比を算出し、前記拘束メトリックに基づいて前記第1のストリーム群のビット対数尤度比を算出する、ことを特徴とする。
(16)また、本発明の一態様による受信方法は、直交変換を行なってチャネル行列を三角化する三角化過程を有し、前記送信候補探索過程は、前記第1のストリーム群の候補生成と、前記線形検出信号の生成と、前記メトリックの算出を逐次的に行ない、前記第1のストリーム群の候補であって、関連する拘束メトリックの少なくとも1つがそれまでの逐次探索で得られた前記メトリックより小さい第1のストリーム群の候補を生成し、前記生成した第1のストリーム群の候補のビット系列に関連する拘束メトリックであって、前記生成した第1のストリーム群の候補のメトリックが前記拘束メトリックより小さい拘束メトリックを、前記生成した第1のストリーム群の候補のメトリックで更新する、ことを特徴とする。
(17)また、本発明の一態様による受信方法は、前記復号過程は、符号化ビット対数尤度比を算出し、前記送信候補探索過程は、前記符号化ビット対数尤度比に基づいて前記送信候補の拘束メトリックを算出し、前記LLR算出過程は、前記拘束メトリックを用いてビット対数尤度比を算出する、という一連の処理を所定の回数だけ繰り返す、ことを特徴とする。
(18)本発明の一態様による受信プログラムは、上述した受信方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。
本発明によれば、MIMO通信において、受信装置は低演算量で良好な伝送特性を実現することができる。
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
以下の実施形態では、送信装置が、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing;直交周波数分割多重)方式を用いてデータ伝送を行う例について説明する。ただし、以下の実施形態において、その他の伝送方式、例えば、シングルキャリア伝送、SC−FDMA(Single Carrier−Frequency Division Multiple Access;単一キャリア周波数分割多元アクセス)、DFT−s−OFDM(Discrete Fourier Transform−spread−OFDM;離散フーリエ変換拡散OFDM)等のシングルキャリア伝送方式や、MC−CDMA(Multiple Carrier−Code Division Multiple Access;多重キャリア符号分割多重アクセス)等のマルチキャリア伝送方式を用いてもよい。
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、送信装置a1の構成を示す概略ブロック図である。この図において、送信装置a1は、S/P(Serial/Parallel)変換部a101、変調部a102−k、パイロット生成部a103、マッピング部a104−k、送信部a105−kを含んで構成される。ここで、k=1、・・・、NTである。また、図1では送信アンテナa1−kを併せて示す。
以下、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、送信装置a1の構成を示す概略ブロック図である。この図において、送信装置a1は、S/P(Serial/Parallel)変換部a101、変調部a102−k、パイロット生成部a103、マッピング部a104−k、送信部a105−kを含んで構成される。ここで、k=1、・・・、NTである。また、図1では送信アンテナa1−kを併せて示す。
S/P変換部a101は、入力される情報ビットをシリアルパラレル変換し、変調部a102−kに出力する。
パイロット生成部a103は、受信装置がチャネル推定を行うためのパイロットシンボル(参照信号ともいう)を生成し、そのパイロットシンボルをマッピング部a104−kに出力する。
マッピング部a104−kは、変調部a102−kから入力される変調シンボルと、パイロット生成部a103から入力されるパイロットシンボルを、予め定められたマッピング情報に基づいてマッピングし、送信信号を生成する。マッピング部a104−kは、生成した送信信号を送信部a105−kに出力する。
送信部a105−kは、マッピング部a104−kから入力される送信信号をデジタル・アナログ変換し、変換したアナログ信号を波形整形する。送信部a105−kは、波形整形した信号をベースバンド帯から無線周波数帯にアップコンバートし、送信アンテナa1−kから受信装置b1へ送信する。
図2はマッピング部a104−kの出力例である。この例において、NTは8に設定されている。この図において、あるストリームのパイロットシンボルを送信するタイミングでは、他のストリームのデータは送信されない。受信装置b1は、パイロットシンボルしか送信されていない時刻の受信信号を用いてチャネル推定を行うことができる。
図3は、本実施形態に係る受信装置b1の構成を示す概略ブロック図である。この図において、受信装置b1は、受信部b101−r、デマッピング部b102−r、チャネル推定部b103、ストリーム選択部b104、送信候補探索部b105を含んで構成される。ここで、r=1、・・・、NRである。また、図3には受信アンテナb1−rを併せて示す。
受信部b101−rは、送信装置a1が送信した送信信号を、受信アンテナb1−rを介して受信する。受信部b101−rは、周波数変換及びアナログ−デジタル変換を、受信した信号に対して行う。受信部b101−rは、変換した受信信号をデマッピング部b102−rに出力する。
デマッピング部b102−rは、パイロットシンボルが送信された時間タイミングの受信信号とデータが送信された時間タイミングの受信信号を分離する。デマッピング部b102−rは、パイロットシンボルが送信された時間タイミングの受信信号をチャネル推定部b103に出力する。デマッピング部b102−rは、データが送信された時間タイミングの受信信号を送信候補探索部b105に出力する。
チャネル推定部b103は、デマッピング部b102−rから入力されるパイロットシンボルが送信された時間タイミングの受信信号を用いてチャネル推定を行い、チャネル値を算出する。チャネル推定部b103は、算出したチャネル値をストリーム選択部b104及び送信候補探索部b105に出力する。
ストリーム選択部b104は、チャネル推定部b103から入力されるチャネル値に基づいて、非線形処理を行う非線形ストリーム(第1のストリーム群)と、線形検出信号を算出して復調を行う線形ストリーム(第2のストリーム群)を選択する。ストリーム選択部b104は、選択した線形ストリームと非線形ストリームの情報を送信候補探索部b105に出力する。
送信候補探索部b105は、処理を行うストリームを、ストリーム選択部b104から入力される線形ストリームと非線形ストリームの情報に基づいて並び替える。本発明では、非線形ストリームの数をNKとすると、デマッピング部b102−rから入力される1、・・・、NTのストリームを、前半のNT−NK個が線形ストリームとなり、後半のNK個が非線形ストリームとなるように並び替える。具体的には、後述の動作原理で説明するチャネル行列の列ベクトルを並び替える。なお、これは一例であり、このような並び替えに限定されるものではない。
送信候補探索部b105は、第NT−NK+1、・・・、NT並び替えストリーム、すなわち非線形ストリーム、の取りうる送信候補である非線形候補(第1のストリームの候補)を生成する。
送信候補探索部b105は、生成した非線形候補に基づいて、線形検出信号を生成する。具体的に、非線形候補の探索を始める前に、非線形候補による拘束に基づかない線形検出を行い、非拘束線形検出信号を算出する。なお、この線形検出には、ZF(Zero Forcing)やMMSE(Minimum Mean Square Error)といった従来の線形検出方式を用いることができる。非拘束線形検出信号を、生成した非線形候補に基づいて修正することで、線形検出信号を生成することができる。なお、線形検出信号生成は、非線形候補に基づいて受信信号を変形し、変形した受信信号に対する線形検出を行うようにしてもよい。この線形検出にSIC(Successive Interference Canceller)等のキャンセラを用いてもよい。
送信候補探索部b105は、線形検出信号に硬判定を行い、線形ストリームの送信候補を生成し、その送信候補と対応する非線形候補と組み合わせることで、全ストリームの送信候補を生成する。
送信候補探索部b105は、各送信候補のメトリックを算出する。送信候補探索部b105は、メトリックが最小となる送信候補を選択し、選択した送信候補に対応するビットを出力する。
<動作原理について>
以下、受信装置b1の動作原理について、図3を参照しながら説明する。
以下、受信装置b1の動作原理について、図3を参照しながら説明する。
あるデータが送信された時間タイミングにおけるNR次元の受信信号ベクトル(シンボル番号は省略する)は次式(1)〜(4)のように表すことができる。
ただし、yrは第rアンテナの受信信号(デマッピング部b102−rの出力)、HはNR行NT列のチャネル行列、hkはNR次元の第kストリームのチャネルベクトル、hrkは第kストリームから受信アンテナb1−rへのチャネル値、sはNT次元の送信ベクトル、skは第kストリームの送信信号、nはNR次元の雑音ベクトルである。また、上付き文字Tは、行列又はベクトルの転置を表す。
以下では、チャネル推定部b103でチャネル行列Hが推定できたものとして説明する。ストリーム選択部b104は、チャネル行列Hに基づいて、線形検出では特性が劣化するストリームを選択する。例えば、そのようなストリームを1つずつ選択することができる。選択には、線形検出後の振幅である等価振幅を用いることができる。Kは選択した非線形ストリームを保存する集合とし、K’は線形ストリームを保存する集合とする。Kの初期値は[](要素を持たない集合)とし、K’の初期値は[1、2、・・・、NT]とする。1つ目の非線形ストリームを選択するための等価振幅をμk,1とすると、μk,1は次式(5)、(6)で表せる。
ここで、ckは第k要素が1で他の要素が0であるサイズNTのベクトルを表し、σ2は雑音電力を表し、Iα(αは自然数)はα行α列の単位行列を表す。また、上付き文字Hは行列又はベクトルの複素共役転置を表す。K’に含まれ、μk,1の小さいkが線形検出では特性が劣化するストリームとみなし、μk,1を最小とするkを1つ目の非線形ストリームとして選択する。このkをk1とする。Kにk1を追加し、K’からk1を削除する。
次に、2つ目の非線形ストリームを選択するため、1つ目のストリーム選択が行われた前提の元での等価振幅μk,2を次式(7)、(8)のように計算する。
ただし、p’kαは、次式(9)で表されるNT行NT列の行列の第k行α列の要素である。
1つ目の非線形ストリーム選択と同様に、K’の要素であってμk,2を最小とするkを2つ目の非線形ストリームとして選択する。このkをk2とする。Kにk2を追加し、K’からk2を削除する。
以後、β(β>2)個目の非線形ストリームを選択するため、β−1回のストリーム選択が行われたときの等価振幅μk,βを次式(10)、(11)のように計算する。
なお、式(5)、(7)、(10)は次式(12)と数学的に等価である。
ここで、K’βは第β繰り返しまでで決定されたK’である。K’の要素であってμk,βを最小とするkをβ個目の非線形ストリームとして選択する。このkをkβとする。Kにkβを追加し、K’からkβを削除する。
最終的に、Kに非線形ストリームの番号が保存され、K’に線形ストリームの番号が保存される。なお、非線形ストリームの数NKは、受信装置b1を設計した段階で固定にしておいてもよいし、受信装置b1のファームウェアやソフトウェアをアップデートする際に変更するようにしてもよい。また、受信装置b1がNKの値を適応的に決定してもよい。例えば、ある閾値を下回るμk,βが存在しなくなったら、その時点で非線形ストリーム選択を終了するようにしてもよい。その閾値は、用いている変調方式の誤り率から算出してもよい。
次に、選択された線形ストリームと非線形ストリームの情報に基づいてストリームの並び替えを行う。まず、NT行NK列の非線形ストリームの並び替え行列CKを考える。CKの第k列ベクトルは、Kのk個目の要素が示す要素だけが1で、他の要素が0のベクトルである。同様に、NT行(NT−NK)列の線形ストリームの並び替え行列CK’を考える。CK’の第k列ベクトルは、K’のk個目の要素が示す要素だけが1で、他の要素が0のベクトルとなる。例えば、NT=8において、K={1、2、4}およびK’={3、5、6、7、8}の場合、CKとCK’は次式(13)および(14)で表される。
次に、送信候補探索部b105の探索処理を説明する。まず、送信候補探索部b105は、MMSE基準の線形検出を用いて、非拘束線形検出信号であるNT次元のベクトルxを次式(15)および(16)のように算出することができる。
なお、式(16)は式(5)との共通点を多く持つため、式(16)の計算は式(5)を計算したときの結果を利用することができる。
送信候補探索部b105は、NK次元の非線形候補ベクトルbK,mを生成し、線形検出信号を表すNT−NK次元のベクトルzK’,mを次式(17)〜(19)のように算出する。
ここで、xK’はxの第1、・・・、NT−NK要素からなるベクトル、xKはxの第NT−NK+1、・・・、NT要素からなるベクトル、UKはNT−NK行NK列の線形検出修正重み行列である。また、bk(mk)は、第k並び替えストリームの変調点の1つであり、mkは変調点を指定する番号である。例えば、第k並び替えストリームがQPSKを用いる場合、mkと変調点の関係を図4のようにすることができる。なお、図4のdk,qは第k並び替えストリームのq番目のビットを表しており、それぞれの関係は次式(20)および(21)で表される。
ここで、jは虚数単位である。また、第k並び替えストリームが16QAMを用いる場合、次式(22)および(23)で表すことができる。
また、式(19)のmは、k=NT−NK+1、・・・、NTのmkの組合せを表す番号であり、次式(24)で表すことができる。
ここで、Mkは第k並び替えストリームの変調点の数である。なお、図4、式(20)〜(24)は一例であり、他の構成でもよい。
送信候補探索部b105は、線形検出信号ベクトルzK’,mを硬判定し、NT−NK次元の線形ストリームの送信候補ベクトルbK’,mを算出する。具体的に、次式(25)で表すことができる。
ここで、Dec[]は硬判定処理を表す。送信候補探索部b105は、bK’,mとbK,mを結合し、NT次元の送信候補ベクトルbmを生成する。bmは次式(26)のように表すことができる。
式(24)の通り、m=1、・・・、ΠkMkであるが、m=0のときの送信候補としてxの硬判定を加えてもよい。その場合、式(26)はm=0においても定義され、次式(27)が追加される。
送信候補探索部b105は、bmのメトリックを次式(28)のように算出する。
送信候補探索部b105は、メトリックを最小とするbmを選択し、対応するビット系列を出力する。
<受信装置b1の動作について>
図5は、本実施形態に係る受信装置の動作を示すフローチャートである。なお、この図が示す動作は、図3のデマッピング部b102−rが、データが送信された時間タイミングの受信信号とパイロットシンボルが送信された時間タイミングの受信信号を分離した後の処理である。
図5は、本実施形態に係る受信装置の動作を示すフローチャートである。なお、この図が示す動作は、図3のデマッピング部b102−rが、データが送信された時間タイミングの受信信号とパイロットシンボルが送信された時間タイミングの受信信号を分離した後の処理である。
(ステップS101)チャネル推定部b103は、パイロットシンボルが送信された時間タイミングの受信信号に基づいてチャネル推定を行う。その後、ステップS102へ進む。
(ステップS102)ストリーム選択部b104は、ステップS101で得られるチャネル値に基づいて線形ストリームと非線形ストリームを選択する。その後、ステップS103へ進む。
(ステップS103)送信候補探索部b105は、ステップS101で得られるチャネル値に基づいて非拘束線形検出を行う。その後、ステップS104へ進む。
(ステップS104)送信候補探索部b105は、非線形候補を生成する。その後、ステップS105へ進む。
(ステップS105)送信候補探索部b105は、ステップS103で得られる非拘束線形検出信号を、ステップS104で得られる非線形候補に基づいて修正し、線形検出信号を生成する。送信候補探索部b105は、その線形検出信号に基づいて送信候補を生成する。その後、ステップS106へ進む。
(ステップS106)送信候補探索部b105は、ステップS105で得られる送信候補のメトリックを算出する。送信候補探索部b105は、メトリックを最小とする送信候補に対応するビット系列を出力する。その後、受信装置b1は動作を終了する。
このように、本実施形態によれば、線形ストリームと非線形ストリームを選択し、非線形ストリームにのみ非線形検出を行い、線形検出信号を非線形候補に基づいて算出する。このようにすることで、低演算量で優れた伝送特性を実現することができる。
なお、上記第1の実施形態において、取り得る全ての非線形候補bK’,mを生成する場合について説明したが、全てでなくてもよい。
なお、上記第1の実施形態において、干渉を低減するように処理を拡張してもよい。例えば、他セル干渉を含む場合の受信信号は次式(29)のように表せる。
ここで、Hl (I)は第lセルのチャネル行列を表し、sl (I)は第lセルの送信信号ベクトルを表す。このような場合、次式(30)のような相関行列Pを考える。
送信候補探索部b105が、上記第1の実施形態で説明した処理を行う前にP1/2をyに乗算し、チャネル推定部b103がP1/2を推定したチャネル行列Hに乗算することで、干渉低減とすることができる。ここで、P1/2はPをコレスキー分解して得られる三角行列でもよいし、Pを固有値分解し、固有値の平方根を計算することで得られる行列であってもよい。また、Pは送信装置a1から通知されてもよいし、受信装置b1が他セルの送信装置が送信するパイロットシンボルから推定するようにしてもよい。これは以後の実施形態でも同様である。
なお、上記第1の実施形態において、ストリーム選択部b104は、チャネル値に基づいて線形ストリームと非線形ストリームを選択する場合について説明したが、各ストリームが用いる変調方式を考慮してもよい。例えば、QPSKと16QAMが混在する場合、QPSKのストリームから非線形ストリームを選択することで、計算量を削減することができる。例えば、QPSKと16QAMが混在する場合、16QAMのストリームから非線形ストリームを選択することで、伝送特性を改善することができる。これは以後の実施形態でも同様である。
なお、上記第1の実施形態において、ストリーム選択部b104は、チャネル値から得られる等価振幅に基づいて線形ストリームと非線形ストリームを選択する場合について説明したが、Pの対角成分が大きいストリームを非線形ストリームとするようにしてもよい。これは、受信信号の相関行列の逆行列の対角成分が大きいストリームを非線形ストリームとして選択することを意味する。
なお、上記第1の実施形態において、NT個のストリームを多重する場合について説明したが、少なくてもよい。送信アンテナ数がNTで、多重ストリーム数をNUとしてもよい。すなわち、図1の変調部a102−kとマッピング部a104−kのうち、k=1、・・・、NUのみを用いるようにしてもよい。この場合、式(2)のチャネル行列がNR行NU列になるだけで、上記で説明した方法をそのまま用いることができる。これは以後の実施形態でも同様である。
(第2の実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の第2の実施形態について詳しく説明する。第1の実施形態では、受信装置b1がメトリックを最小とする送信候補を選択する。本実施形態では、QR分解を用い、送信候補探索の演算量を低減する方法について説明する。
以下、図面を参照しながら本発明の第2の実施形態について詳しく説明する。第1の実施形態では、受信装置b1がメトリックを最小とする送信候補を選択する。本実施形態では、QR分解を用い、送信候補探索の演算量を低減する方法について説明する。
なお、本発明の第2の実施形態に係る送信装置は、第1の実施形態に係る送信装置a1と構成が同じのため、説明を省略する。
図6は、本発明の第2の実施形態に係る受信装置b2の構成を示す概略ブロック図である。本実施形態に係る受信装置b2(図6)と第1の実施形態に係る受信装置b1(図3)とを比較すると、信号候補探索部b205が異なり、三角化部b206が追加されている。しかし、その他の構成要素(受信部b101−r、デマッピング部b102−r、チャネル推定部b103、ストリーム選択部b104)が持つ機能は第1の実施形態と同じである。第1の実施形態と同じ機能の説明は省略する。
三角化部b206は、ストリーム選択部b104から入力される線形ストリームと非線形ストリームの情報に基づいて、チャネル推定部b103から入力されるチャネル値にQR分解を行う。三角化部b206は、QR分解の結果得られるユニタリ行列の部分行列を用いて、受信信号を直交変換する。これは、チャネルを三角化する操作に相当する。三角化部b206は、受信信号を直交変換して得られる三角化受信信号を信号候補探索部b205に出力する。
送信候補探索部b205は、通常の線形検出を行い、非拘束線形検出信号を生成する。送信候補探索部b205は、非拘束線形検出信号の硬判定値と三角化部b206から入力される三角化受信信号に基づいて、非拘束線形検出信号のメトリックを算出する。送信候補探索部b205は、そのメトリックを基準メトリックとして保存し、非拘束線形検出信号の硬判定値を保存する。
送信候補探索部b205は、第NT−NK+1、・・・、NT並び替えストリーム、すなわち非線形ストリーム、の取りうる送信候補である非線形候補であって、その各並び替えの累積メトリックが基準メトリックを下回る非線形候補を生成する。送信候補探索部b205は、生成した非線形候補に基づいて非拘束線形検出信号を修正することで、線形検出信号を生成する。
送信候補探索部b205は、線形検出信号に硬判定を行い、線形ストリームの送信候補を生成し、その送信候補と対応する非線形候補と組み合わせることで、全ストリームの送信候補を生成する。送信候補探索部b205は、その送信候補のメトリックを算出する。送信候補探索部b205は、生成したメトリックが基準メトリックを下回る場合、生成したメトリックを新しい基準メトリックとして保存し、対応する送信候補のビット系列を保存する。
送信候補探索部b205は、上記の非線形候補選択、線形検出信号生成、およびメトリック更新を、選択できる非線形候補が存在しなくなるまで行う。
<動作原理について>
以下、受信装置b2の動作原理について、図6を参照しながら説明する。
第1の実施形態の式(1)〜(12)までの説明は、本実施形態でも同様に適用することができる。
以下、受信装置b2の動作原理について、図6を参照しながら説明する。
第1の実施形態の式(1)〜(12)までの説明は、本実施形態でも同様に適用することができる。
三角化部b206は、選択された線形ストリームKと非線形ストリームK’に基づいて式(2)のチャネル行列を並び替えてからQR分解を行う。ここで、Kの中でさらに並び替えを行なってもよい。例えば、次式(31)で示す電力値をKに含まれるストリームにおいて計算し、昇順に並び替えることができる。
例えば、K={1、2、4}のとき、上式(31)に基づいてh1、h2、h4の電力値を計算し、昇順に並び替える。このようにすることで、後述する非線形候補の探索を効率化することができる。なお、電力に基づく並び替えでなくてもよい。また、K’についても同様の並び替えを行ってもよい。
例えば、NT=8において、K={1、2、4}およびK’={3、5、6、7、8}であり、上述の並び替えの結果、K={2、4、1}およびK’={5、8、6、3、7}となったとすると、第1の実施形態で説明した並び替え行列CKとCK’は次式(32)および(33)のように変形される。
このような並び替え行列を用いてチャネル行列Hを列方向に並び替え、並び替えられた行列に対して次式(34)のようなQR分解が行われる。
ここで、QはNR行NT列のユニタリ行列の部分行列であり、RはNT行NT列の上三角行列である。なお、上述のNT、K、K’の場合、(HCK’ HCK)は(h5 h8 h6 h3 h7 h2 h4 h1)を表す。三角化部b206は、次式(35)のようにNT次元の三角化受信信号ベクトルy’を算出する。
送信候補探索部b205は、第1の実施形態の式(15)および(16)を用いて非拘束線形検出信号xを算出し、次式(36)のようにメトリックfMMSEを算出する。
送信候補探索部b205は、このように算出したメトリックfMMSEを基準メトリックとして保存する。
送信候補探索部b205は、非線形候補を選択する。具体的に、非線形候補は、そのメトリックが基準メトリックを超えないように選択される。第k(k=NT−NK+1、・・・、NT)累積メトリックは、次式(37)で表される。
ここで、y’kはy’の第k要素、rkvはRのk行v列要素である。fkが基準メトリックを超えないようなbk(mk)をk=NT、・・・、NT−NK+1の順番に選ぶことで、第1の実施形態の式(19)で示した非線形候補ベクトルbK,mが選択される。また、そのbK,mと式(17)と(18)を用いることで、線形検出信号ベクトルzK’,mが算出される。そのzK’,mと式(25)と(26)を用いることで線形ストリームの送信候補ベクトルbK’,mおよび全ストリームの送信候補ベクトルbmが算出される。そのbK’,mと式(37)を用いることで、メトリックf1が算出される。ここで、fkは累積メトリックであるが、f1はメトリックでもある。
送信候補探索部b205は、算出したf1が基準メトリックを下回る場合、f1を新たな基準メトリックとして保存する。また、送信候補探索部b205は、ビット系列であるmkを保存する(k=1、・・・、NT)。上述の非線形候補選択、送信候補生成、メトリック更新は、選択できる非線形候補が存在しなくなるまで繰り返される。
<受信装置b2の動作について>
図7は、本実施形態に係る受信装置の動作を示すフローチャートである。なお、この図が示す動作は、図6のデマッピング部b102−rが、データが送信された時間タイミングの受信信号とパイロットシンボルが送信された時間タイミングの受信信号を分離した後の処理である。なお、説明用の変数として、基準メトリックを保存するf、処理中のストリーム番号を示すk、Mk通りのfkを保存するfk(n)、番号1・・・Mkをソートした配列を保存するnnkを用いている。
図7は、本実施形態に係る受信装置の動作を示すフローチャートである。なお、この図が示す動作は、図6のデマッピング部b102−rが、データが送信された時間タイミングの受信信号とパイロットシンボルが送信された時間タイミングの受信信号を分離した後の処理である。なお、説明用の変数として、基準メトリックを保存するf、処理中のストリーム番号を示すk、Mk通りのfkを保存するfk(n)、番号1・・・Mkをソートした配列を保存するnnkを用いている。
(ステップS201)チャネル推定部b103は、パイロットシンボルが送信された時間タイミングの受信信号に基づいてチャネル推定を行う。その後、ステップS202へ進む。
(ステップS202)ストリーム選択部b104は、ステップS201で得られるチャネル値に基づいて線形ストリームと非線形ストリームを選択する。その後、ステップS203へ進む。
(ステップS203)三角化部b206は、ステップS202で得られる線形ストリームと非線形ストリームに基づいてチャネル行列Hを列方向に並び替える。この際、線形ストリーム内、非線形ストリーム内でさらに並び替えを行なってもよい。三角化部b206は、並び替えられたHにQR分解を行う。三角化部b206は、QR分解の結果に基づいて受信信号を三角化する。その後、ステップS204へ進む。
(ステップS204)送信候補探索部b205は、非拘束線形検出を行う。この結果得られる系列を硬判定し、そのときのメトリックを算出する。そのメトリックはfに基準メトリックとして保存される。また、そのビット系列を保存する。その後、ステップS205へ進む。
(ステップS205)k=NTとする。また、各変数を初期化する。その後、ステップS206へ進む。
(ステップS206)第k並び替えストリームで用いている変調シンボル全てに対して、式(37)で表される累積メトリックを算出する。具体的に、n=1、・・・、Mkに対して、次式(38)で計算することができる。
その後、ステップS207へ進む。
(ステップS207)fk(n)の小さい順にnを取り出し、nnkに保存する。例えば、Mk=4で、fk(1)=0.12、fk(2)=0.23、fk(3)=0.05、fk(4)=0.19の場合、nnk=[3、1、4、2]となる。その後、ステップS208へ進む。なお、このソートは行わなくてもよく、その場合はnnk=[1、2、3、4]となる。ソートを行わなくてもよいのは、以後の実施形態でも同様である。
(ステップS208)nnkが空の場合、ステップS209へ進む。そうではない場合、ステップS211へ進む。
(ステップS209)kがNTより小さい場合、ステップS210へ進む。そうではない場合、受信装置b2は処理を終了する。
(ステップS210)k=k+1としてステップS208へ進む。
(ステップS211)mkにnnkの先頭の値を保存する。その先頭の値はnnkから除去される。この処理はunshiftと呼称される。その後、ステップS212へ進む。
(ステップS212)fがfk(mk)より大きい場合、ステップS213へ進む。そうではない場合、ステップS208へ進む。
(ステップS213)kがNT−NK+1より大きい場合、ステップS214へ進む。そうではない場合、ステップS215へ進む。
(ステップS214)k=k−1としてステップS206へ進む。
(ステップS215)得られているv=NT−NK+1、・・・、NTのmvを用い、式(17)に基づいて線形検出信号を生成する。その線形検出信号への硬判定により、得られていないv=1、・・・、NTのmvを求め、そのときのメトリックf1を算出する。その後、ステップS216へ進む。
(ステップS216)fがf1より大きい場合、ステップS217へ進む。そうではない場合、ステップS208へ進む。
(ステップS217)fをf1で更新する。また、mv(v=1、・・・、NT)を新しい系列として保存する。その後、ステップS208へ進む。
このように、本実施形態によれば、QR分解を用いたチャネル行列の三角化により、演算量を大幅に削減することができる。
なお、上記第2の実施形態において、NRがNT以上であるとして説明を行ったが、NTがNRより大きくてもよい。図8は、そのような場合の一例である。801は、(HCK’ HCK)の第1から第NRまでの列を取り出して得られるNR行NR列の行列である。802は、(HCK’ HCK)の第NR+1から第NTまでの列を取り出して得られるNR行(NT−NR)列の行列である。801にQR分解を行う。803は、QR分解の結果得られるNR行NR列のユニタリ行列である。804は、QR分解の結果得られるNR行NR列の上三角行列である。なお、ハッチングした領域は、値が0である領域を表す。805は、803の右側に、NR行(NT−NR)列のゼロ行列を結合したNR行NT列の行列である。805をQとすればよい。806は、ユニタリ行列803の複素共役転置と行列802を乗算することで生成されるNT行(NT−NR)列の行列である。807は、804の右側に806を結合したNR行NT列の行列である。808は、806の下側に(NT−NR)行NT列のゼロ行列を結合したNT行NT列の行列である。808をRとすればよい。このようにすれば、上記第2の実施形態で説明した方法をそのまま用いることができる。これは以後の実施形態でも同様である。
なお、上記第2の実施形態において、累積メトリックが基準メトリックを下回る非線形候補を選択する場合について説明したが、出力する非線形候補の数を制限してもよい。例えば、NK=3で、非線形ストリームの変調方式がQPSKである場合、64通りの非線形候補が考えられるが、例えば32以上の候補選択を行わないようにすることで、計算量を削減することができる。これは、以後の実施形態でも同様である。
なお、上記第2の実施形態において、選択した非線形候補に基づいて線形ストリームの線形検出信号を全て生成する場合について説明したが、線形ストリームでも累積メトリックを用いた処理打ち切りを行なってもよい。これは、以後の実施形態でも同様である。
(第3の実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の第3の実施形態について詳しく説明する。第1の実施形態では、受信装置b1が、非線形候補と線形検出信号を用いて硬判定を行うことで生成されるビット系列を出力する。本実施形態では、送信装置で符号化を行い、受信装置で非線形候補と線形検出信号を用いてビットLLR(Log Likelihood Ratio;対数尤度比)を算出し、算出したLLRを用いて復号を行う方法について説明する。
以下、図面を参照しながら本発明の第3の実施形態について詳しく説明する。第1の実施形態では、受信装置b1が、非線形候補と線形検出信号を用いて硬判定を行うことで生成されるビット系列を出力する。本実施形態では、送信装置で符号化を行い、受信装置で非線形候補と線形検出信号を用いてビットLLR(Log Likelihood Ratio;対数尤度比)を算出し、算出したLLRを用いて復号を行う方法について説明する。
図9は、本発明の第3の実施形態の実施形態に係る送信装置a3の構成を示す概略ブロック図である。この図において、送信装置a3は、S/P変換部a301、符号化部a302−l、変調部a303−l、レイヤーマッピング部a304、パイロット生成部b305、プリコーディング部a306、RE(Resource Element;リソースエレメント)マッピング部a307−k、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing;直交周波数分割多重)信号生成部a308−k、送信部a309−kを含んで構成される。ここで、l=1、・・・、NCであり、k=1、・・・、NTである。また、NCはコードワード数であり、符号化する個数を表す。また、リソースエレメントは、1つのOFDMシンボルにおける1つのサブキャリアを表し、変調シンボルやパイロットシンボルを配置する物理リソースである。また、図9では送信アンテナa1−kを併せて示す。
S/P変換部a301は、入力される情報ビットをシリアルパラレル変換し、符号化部a302−lに出力する。
符号化部a302−lは、S/P変換部a301から入力されるビットを畳込み符号、ターボ符号、LDPC(Low Density Parity Check;低密度パリティ検査)符号などの誤り訂正符号を用いて符号化し、符号化ビットを生成する。符号化部a302−lは符号化ビットを変調部a303−lに出力する。
変調部a303−lは、符号化部a302−lから入力される符号化ビットを、PSKやQAMなどの変調方式を用いて変調することで、変調シンボルを生成する。変調部a303−lは、生成した変調シンボルをレイヤーマッピング部a304に出力する。
レイヤーマッピング部a304は、変調部a303−lから入力される変調シンボルを、1、・・・、NTのストリームのいずれかに割り振り、プリコーディング部a306に出力する。
パイロット生成部a305は、受信装置がチャネル推定を行うためのパイロットシンボルを生成し、そのパイロットシンボルをプリコーディング部a306に出力する。
プリコーディング部a306は、レイヤーマッピング部a304から入力される変調シンボルとパイロット生成部a305から入力されるパイロットシンボルにプリコーディングを行う。具体的に、コードブックに基づいたユニタリ行列又はユニタリ行列の部分行列を乗算することができる。また、STBC(Space Time Block Code)やSFBC(Space Frequency Block Code)等を用いてもよい。
REマッピング部a307−kは、プリコーディング部a306から入力されるプリコーディングが行われた変調シンボルとパイロットシンボルを、リソースエレメントにマッピングする。REマッピング部a307−kは、マッピングしたリソースエレメントのシンボルをOFDM信号生成部a308−kに出力する。
OFDM信号生成部a308−kは、REマッピング部a307−kから入力されるシンボルに周波数時間変換を行い、時間領域の信号を生成する。具体的に、周波数時間変換にはIFFT(Inverse Fast Fourier Transform;逆高速フーリエ変換)を用いることができる。OFDM信号生成部a308−kは、生成した時間領域の信号にCP(Cyclic Prefix;サイクリックプリフィックス)を負荷し、OFDM信号を生成する。ここで、CPとは、周波数時間変換で得られた時間領域の信号の後方の一部であり、その一部の信号はその時間領域の信号の前方に付加される。なお、CPが時間領域の信号の前方の一部のコピーであり、そのコピーが時間領域の信号の後方に付加されるようにしてもよい。なお、CPはGolay符号などで生成した既知系列であってもよい。OFDM信号生成部a308−kは、生成したOFDM信号を送信部a309−kに出力する。
送信部a309−kは、OFDM信号生成部a308−kから入力されるOFDM信号をデジタル・アナログ変換し、変換したアナログ信号を波形整形する。送信部a309−kは、波形整形した信号をベースバンド帯から無線周波数帯にアップコンバートし、送信アンテナa1−kから受信装置b3へ送信する。
図10はREマッピング部a307−kの出力例である。例えば、NT=8の場合において、リソースエレメント#1をk=1、2、5、7のパイロット位置とし、リソースエレメント#2をk=3、4、6、8のパイロット位置とすることができる。受信装置b3は、これらのリソースエレメントにおける受信信号を用いてチャネル推定を行うことができる。各ストリームのパイロットシンボルは、例えば、符号多重されてもよい。
図11は、本発明の第3の実施形態に係る受信装置b3の構成を示す概略ブロック図である。この図において、受信装置b3は、受信部b301−r、時間周波数変換部b302−r、デマッピング部b303−r、チャネル推定部b304、ストリーム選択部b305、送信候補探索部b306、LLR算出部b307、復号部b308を含んで構成される。ここで、r=1、・・・、NRである。また、図11では受信アンテナb1−rを併せて示す。
受信部b301−rは、送信装置a3が送信したOFDM送信信号を、受信アンテナb1−rを介して受信する。受信部b301−rは、周波数変換及びアナログ−デジタル変換を、受信した信号に対して行う。受信部b301−rは、変換した受信信号を時間周波数変換部b302−rに出力する。
時間周波数変換部b302−rは、CPを、受信部b301−rから入力される受信信号から除去する。時間周波数変換部b302−rは、CPを除去した信号に時間周波数変換を行う。具体的に、時間周波数変換にはFFT(Fast Fourier Transform;高速フーリエ変換)を用いることができる。時間周波数変換部b302−rは、変換した周波数領域の受信信号をデマッピング部b303−rに出力する。
デマッピング部b303−rは、データが送信されたリソースエレメントとパイロットシンボルが送信されたリソースエレメントを、時間周波数変換部b302−rから入力される周波数領域の信号から分離する。デマッピング部b303−rは、データが送信されたリソースエレメントの受信信号を送信候補探索部b306に出力する。デマッピング部b303−rは、パイロットシンボルが送信されたリソースエレメントの受信信号をチャネル推定部b304に出力する。
チャネル推定部b304は、デマッピング部b303−rから入力されるパイロットシンボルが送信されたリソースエレメントの受信信号を用いてチャネル推定を行い、チャネル値を算出する。チャネル推定部b304は、算出したチャネル値をストリーム選択部b305及び送信候補探索部b306に出力する。
ストリーム選択部b305は、チャネル推定部b304から入力されるチャネル値に基づいて、線形ストリームと非線形ストリームを選択する。ストリーム選択部b305は、選択した線形ストリームと非線形ストリームの情報を送信候補探索部b306に出力する。
送信候補探索部b306は、処理を行うストリームを、ストリーム選択部b305から入力される線形ストリームと非線形ストリームの情報に基づいて並び替える。第1の実施形態と同様に、デマッピング部b303−rから入力される1、・・・、NTのストリームを、前半のNT−NK個が線形ストリームとなり、後半のNK個が非線形ストリームとなるように並び替える。なお、これは一例であり、このような並び替えに限定されるものではない。
送信候補探索部b306は、第NT−NK+1、・・・、NT並び替えストリーム、すなわち非線形ストリーム、の取りうる送信候補である非線形候補を生成する。
送信候補探索部b306は、生成した非線形候補に基づいて、線形検出信号を生成する。具体的に、非線形候補の探索を始める前に、非線形候補による拘束に基づかない通常の線形検出を行い、非拘束線形検出信号を算出する。なお、この通常の線形検出には、ZFやMMSEを用いることができる。非拘束線形検出信号を、生成した非線形候補に基づいて修正することで、線形検出信号を生成することができる。なお、線形検出信号生成は、非線形候補に基づいて受信信号を変形し、変形した受信信号に対する線形検出を行うようにしてもよい。この線形検出にSIC等のキャンセラを用いてもよい。
送信候補探索部b306は、線形検出信号に硬判定を行い、線形ストリームの送信候補を生成し、その送信候補と対応する非線形候補と組み合わせることで、全ストリームの送信候補を生成する。
送信候補探索部b306は、各送信候補のメトリックを算出する。送信候補探索部b306は、各送信候補とそのメトリックに基づいて、拘束メトリックを生成する。拘束メトリックについては、後述する動作原理で詳しく説明する。送信候補探索部b306は、メトリックが最小となる送信候補を選択し、選択した送信候補に対応する線形検出信号をLLR算出部b307に出力する。また、送信候補探索部b306は、拘束メトリックをLLR算出部b307に出力する。
LLR算出部b307は、送信候補探索部b306から入力される線形検出信号を用いて、線形ストリームのLLRを算出する。LLR算出部b307は、送信候補探索部b306から入力される拘束メトリックを用いて非線形ストリームのLLRを算出する。LLR算出部b307は、算出したLLRを復号部b308に出力する。
復号部b308は、LLR算出部b307から入力されるLLRに基づいて、例えば、最尤復号法、最大事後確率(MAP;Maximum A posteriori Probability)、log−MAP、Max−log−MAP、SOVA(Soft Output Viterbi Algorithm)等を用いて、復号処理を行う。
<動作原理について>
以下、受信装置b3の動作原理について説明する。
以下、受信装置b3の動作原理について説明する。
図9のレイヤーマッピング部a304が、変調部a303−lからの入力を1、・・・NTの全てに割り振った場合で説明を行う。この場合、あるリソースエレメントにおけるNR次元の受信信号ベクトル(シンボル番号及びサブキャリア番号は省略する)は、第1の実施形態と同様に式(1)〜(4)のように表すことができる。なお、本実施形態の場合、yrはデマッピング部b303−rの出力となる。なお、図9のレイヤーマッピング部a304が割り振ったストリームが1、・・・、NTの全てではなく、NU個だった場合は、式(2)のチャネル行列をNR行NU列とすればよい。これは、以後の実施形態でも同様である。
なお、チャネル行列はプリコーディングの影響を受けた等価チャネルを表す。図9のプリコーディング部a306において、パイロットシンボルにもプリコーディングを行うことで、受信装置b3は、プリコーディングの有無を意識せずに、等価チャネルを推定することができる。
チャネル推定部b304でチャネル行列Hが推定できたものとすると、第1の実施形態の式(5)〜(28)をそのまま適用することができる。以下は、それらの結果を用いてLLRを算出する方法の一例である。
式(28)で計算されるメトリックが最小となる非線形候補の番号をmminとする。このとき、第k並び替えストリームが線形ストリームのとき、すなわちk=1、・・・、NT−NKのとき、第k並び替えストリームのLLRは、次式(39)〜(42)で算出することができる。ここで、λ(dk,q)は、第k並び替えストリームにおける第qビットのLLRである。
また、K’(k)はK’の第k要素である。なお、式(39)の右辺は式(10)のものであり、線形ストリームb307で式(10)を算出した結果を用いることができる。また、[zK’,m]kはzK’,mの第k要素である。式(41)および(42)は、第k並び替えストリームがQPSKを用いる場合のLLR算出方法である。QPSKではない場合も容易に算出することができる。例えば、第k並び替えストリームが16QAMを用いる場合、式(39)および(40)を用いて、次式(43)〜(46)で算出することができる。
ここで、sign()は引数が正のときに1を返し、負のときに−1を返す関数である。
次に、非線形ストリームのLLR算出方法を説明する。第k並び替えストリームのLLRを算出するため、まずは拘束メトリックf(k,q,0)およびf(k,q,1)を算出する。f(k,q,0)はdk,qを0に固定した場合の最小メトリックであり、f(k,q,1)はdk,qを1に固定した場合の最小メトリックである。このとき、LLRは次式(47)で算出することができる。
なお、線形ストリームのLLRについても式(47)で算出してもよい。しかし、線形ストリームの場合は、f(k,q,0)とf(k,q,1)のいずれかが存在しない場合が存在する。そのような場合には、拘束メトリックが両方存在する場合には式(47)でLLRを算出し、拘束メトリックのいずれかが存在しない場合には上述した線形検出信号を用いるLLR算出方法を用いるようにしてもよい。
なお、異なるmに対して、式(28)で算出されるメトリックが同一になる場合がある。従って、mminが複数存在する場合がある。そのような場合に線形ストリームのLLRを算出するには、複数のmminからランダムに選んでもよいし、最初に算出されたものを選んでもよい。また、mminにm=0が含まれる場合は、m=0以外から選ぶようにしてもよい。
なお、mminがm=0の1つのみだった場合に線形ストリームのLLRを算出するには、次式(48)および(49)を用いて、QPSKの場合は式(41)および(42)に、16QAMの場合は式(43)〜(46)に適用する等すればよい。
なお、[x]kはxの第k要素である。
<受信装置b3の動作について>
図12は、本実施形態に係る受信装置の動作を示すフローチャートである。なお、この図が示す動作は、図11のデマッピング部b303−rが、データが送信されたリソースエレメントの受信信号とパイロットシンボルが送信されたリソースエレメントの受信信号を分離した後の処理である。
図12は、本実施形態に係る受信装置の動作を示すフローチャートである。なお、この図が示す動作は、図11のデマッピング部b303−rが、データが送信されたリソースエレメントの受信信号とパイロットシンボルが送信されたリソースエレメントの受信信号を分離した後の処理である。
(ステップS301)チャネル推定部b304は、パイロットシンボルが送信されたリソースエレメントの受信信号に基づいてチャネル推定を行う。その後、ステップS302へ進む。
(ステップS302)ストリーム選択部b305は、ステップS301で得られるチャネル値に基づいて線形ストリームと非線形ストリームを選択する。その後、ステップS303へ進む。
(ステップS303)送信候補探索部b306は、ステップS301で得られるチャネル値に基づいて非拘束線形検出を行う。その後、ステップS304へ進む。
(ステップS304)送信候補探索部b306は、非線形候補を生成する。その後、ステップS305へ進む。
(ステップS305)送信候補探索部b306は、ステップS303で得られる非拘束線形検出信号を、ステップS304で得られる非線形候補に基づいて修正し、線形検出信号を生成する。送信候補探索部b306は、その線形検出信号に基づいて送信候補を生成する。その後、ステップS306へ進む。
(ステップS306)送信候補探索部b306は、ステップS305で得られる送信候補のメトリックを算出する。送信候補探索部b306は、メトリックを最小とする送信候補に対応する線形検出信号を出力する。送信候補探索部b306は、拘束メトリックを算出する。その後、ステップS307へ進む。
(ステップS307)LLR算出部b307は、ステップS306で得られるメトリックを最小とする送信候補に対応する線形検出信号に基づいて、線形ストリームのLLRを算出する。LLR算出部b307は、ステップS306で得られる拘束メトリックに基づいて非線形ストリームのLLRを算出する。その後、ステップS308へ進む。
(ステップS308)復号部b308は、ステップS307で得られるLLRを用いて復号を行う。その後、受信装置b3は動作を終了する。
このように、本実施形態によれば、線形ストリームと非線形ストリームを選択し、非線形ストリームにのみ非線形検出を行い、線形検出信号を非線形候補に基づいて算出する。このようにしてLLRを算出し、算出したLLRを用いて復号を行うことで、低演算量で優れた伝送特性を実現することができる。
(第4の実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の第4の実施形態について詳しく説明する。第3の実施形態では、受信装置b3がメトリックを最小とする送信候補を用いて線形ストリームのLLRを算出し、拘束メトリックを用いて非線形ストリームのLLRを算出する。本実施形態では、QR分解を用い、送信候補探索の演算量を低減する方法について説明する。
以下、図面を参照しながら本発明の第4の実施形態について詳しく説明する。第3の実施形態では、受信装置b3がメトリックを最小とする送信候補を用いて線形ストリームのLLRを算出し、拘束メトリックを用いて非線形ストリームのLLRを算出する。本実施形態では、QR分解を用い、送信候補探索の演算量を低減する方法について説明する。
なお、本発明の第4の実施形態に係る送信装置は、第3の実施形態に係る送信装置a3と構成が同じのため、説明を省略する。
図13は、本発明の第4の実施形態に係る受信装置b4の構成を示す概略ブロック図である。本実施形態に係る受信装置b4(図13)と第3の実施形態に係る受信装置b3(図11)とを比較すると、送信候補探索部b406が異なり、三角化部b409を新たに備える。しかし、その他の構成要素(受信部b301−r、時間周波数変換部b302−r、デマッピング部b303−r、チャネル推定部b304、ストリーム選択部b305、LLR算出部b307、復号部b308)が持つ機能は第3の実施形態と同じである。第3の実施形態と同じ機能の説明は省略する。
三角化部b409は、ストリーム選択部b305から入力される線形ストリームと非線形ストリームの情報に基づいて、チャネル推定部b304から入力されるチャネル値にQR分解を行う。三角化部b409は、QR分解の結果得られるユニタリ行列の部分行列を用いて、受信信号を直交変換する。これは、チャネルを三角化する操作に相当する。三角化部b409は、受信信号を直交変換して得られる三角化受信信号を信号候補探索部b406に出力する。
送信候補探索部b406は、通常の線形検出を行い、非拘束線形検出信号を生成する。送信候補探索部b406は、非拘束線形検出信号の硬判定値と三角化部b409から入力される三角化受信信号に基づいて、非拘束線形検出信号のメトリックを算出する。送信候補探索部b406は、そのメトリックを基準メトリックとして保存し、非拘束線形検出信号の硬判定値を保存する。また、送信候補探索部b406は、その硬判定に対応する拘束メトリックを算出して保存する。
送信候補探索部b406は、第NT−NK+1、・・・、NT並び替えストリーム、すなわち非線形ストリーム、の取りうる送信候補である非線形候補であって、その各並び替えの累積メトリックが基準メトリックと対応する拘束メトリックの少なくとも1つを下回る非線形候補を生成する。送信候補探索部b406は、生成した非線形候補に基づいて非拘束線形検出信号を修正することで、線形検出信号を生成する。
送信候補探索部b406は、線形検出信号に硬判定を行い、線形ストリームの送信候補を生成し、その送信候補と対応する非線形候補と組み合わせることで、全ストリームの送信候補を生成する。送信候補探索部b406は、その送信候補のメトリックを算出する。送信候補探索部b406は、生成したメトリックが基準メトリックを下回る場合、生成したメトリックを新しい基準メトリックとして保存し、対応する送信候補のビット系列を保存する。
送信候補探索部b406は、上記の非線形候補選択、線形検出信号生成、およびメトリック更新を、選択できる非線形候補が存在しなくなるまで行う。
<動作原理について>
以下、受信装置b4の動作原理について説明する。
以下、受信装置b4の動作原理について説明する。
第3の実施形態と同様に、マルチパス遅延がOFDM信号のCPを超えない場合、第1の実施形態の式をそのまま適用することができる。本実施形態の説明のため、式(1)〜(26)を共有する。また、第2の実施形態の式(31)〜(38)もそのまま適用することができる。第2の実施形態との違いは、拘束メトリックを算出するため、非線形候補の選択条件を軽減しているところにある。これは、後述する受信装置b4の動作と併せて説明する。
<受信装置b4の動作について>
図14は、本実施形態に係る受信装置の動作を示すフローチャートである。なお、この図が示す動作は、図13のデマッピング部b303−rが、データが送信されたリソースエレメントの受信信号とパイロットシンボルが送信されたリソースエレメントの受信信号を分離した後の処理である。
図14は、本実施形態に係る受信装置の動作を示すフローチャートである。なお、この図が示す動作は、図13のデマッピング部b303−rが、データが送信されたリソースエレメントの受信信号とパイロットシンボルが送信されたリソースエレメントの受信信号を分離した後の処理である。
(ステップS401)チャネル推定部b304は、パイロットシンボルが送信されたリソースエレメントの受信信号に基づいてチャネル推定を行う。その後、ステップS402へ進む。
(ステップS402)ストリーム選択部b305は、ステップS401で得られるチャネル値に基づいて線形ストリームと非線形ストリームを選択する。その後、ステップS403へ進む。
(ステップS403)三角化部b409は、ステップS402で得られる線形ストリームと非線形ストリームに基づいてチャネル行列Hを列方向に並び替える。この際、線形ストリーム内、非線形ストリーム内でさらに並び替えを行なってもよい。三角化部b409は、並び替えられたHにQR分解を行う。三角化部b409は、QR分解の結果に基づいて受信信号を三角化する。その後、ステップS404へ進む。
(ステップS404)送信候補探索部b406は、非拘束線形検出を行う。この結果得られる系列を硬判定し、そのときのメトリックを算出する。そのメトリックはfに基準メトリックとして保存される。また、そのビット系列を保存する。また、そのときの拘束メトリックを保存する。このときに保存される拘束メトリックは、得られるビット系列dv,q(v=1、・・・、NT)に対してのf(v,q,dv,q)である。その後、ステップS405へ進む。
(ステップS405)k=NTとする。また、各変数を初期化する。その後、ステップS406へ進む。
(ステップS406)第k並び替えストリームで用いている変調シンボル全てに対して、式(38)を用いて累積メトリックを算出する。その後、ステップS407へ進む。
(ステップS407)fk(n)の小さい順にnを取り出し、nnkに保存する。その後、ステップS408へ進む。
(ステップS408)nnkが空の場合、ステップS409へ進む。そうではない場合、ステップS412へ進む。
(ステップS409)kがNTより小さい場合、ステップS410へ進む。そうではない場合、ステップS411へ進む。
(ステップS410)k=k+1としてステップS408へ進む。
(ステップS411)LLR算出部b307は、メトリックを最小とする送信候補に対応する線形検出信号に基づいて線形ストリームのLLRを算出する。LLR算出部b307は、式(47)を用いて非線形ストリームのLLRを算出する。復号部b308は、そのLLRを用いて復号を行う。その後、受信装置b4は処理を終了する。
(ステップS412)mkにnnkの先頭の値を保存する。その先頭の値はnnkから除去される。その後、ステップS413へ進む。
(ステップS413)fを下回る拘束メトリックが存在する場合、ステップS414へ進む。そうではない場合、ステップS408へ進む。なお、具体的に、v=k、・・・、NTについてはdv,qが確定しているのでf(v,q,dv,q)の中からfを下回るものを探せばよく、v=NT−NK+1、・・・、k−1についてはdv,qが確定していないのでf(v,q,0)とf(v,q,1)の中からfを下回るものを探せばよい。
(ステップS414)kがNT−NK+1より大きい場合、ステップS415へ進む。そうではない場合、ステップS416へ進む。
(ステップS415)k=k−1としてステップS406へ進む。
(ステップS416)得られているv=NT−NK+1、・・・、NTのmvを用い、式(17)に基づいて線形検出信号を生成する。その線形検出信号への硬判定により、得られていないv=1、・・・、NTのmvを求め、そのときのメトリックf1を算出する。その後、ステップS417へ進む。
(ステップS417)fがf1より大きい場合、ステップS418へ進む。そうではない場合、ステップS419へ進む。
(ステップS418)fをf1で更新する。また、mv(v=1、・・・、NT)を新しい系列として保存する。その後、ステップS419へ進む。
(ステップS419)拘束メトリックf(v,q,dv,q)を更新する(v=NT−NK+1、・・・、NT)。
このように、本実施形態によれば、QR分解を用いたチャネルの三角化により、LLR算出の演算量を大幅に削減することができる。
(第5の実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の第5の実施形態について詳しく説明する。第4の実施形態では、QR分解による演算量削減を用いても拘束メトリックを算出して非線形ストリームのLLRを算出できるようにするため、送信候補探索部b406が非線形候補を選択する条件を軽減する。本実施形態では、第2の実施形態と同様に小さいメトリックとそのビット系列だけを探索し、それらの情報を用いて非線形ストリームのLLRを算出する方法について説明する。
以下、図面を参照しながら本発明の第5の実施形態について詳しく説明する。第4の実施形態では、QR分解による演算量削減を用いても拘束メトリックを算出して非線形ストリームのLLRを算出できるようにするため、送信候補探索部b406が非線形候補を選択する条件を軽減する。本実施形態では、第2の実施形態と同様に小さいメトリックとそのビット系列だけを探索し、それらの情報を用いて非線形ストリームのLLRを算出する方法について説明する。
なお、本発明の第5の実施形態に係る送信装置は、第3の実施形態に係る送信装置a3と構成が同じのため、説明を省略する。
図15は、本発明の第5の実施形態に係る受信装置b5の構成を示す概略ブロック図である。本実施形態に係る受信装置b5(図15)と第3の実施形態に係る受信装置b4(図13)とを比較すると、送信候補探索部b506とLLR算出部b507が異なる。しかし、その他の構成要素(受信部b301−r、時間周波数変換部b302−r、デマッピング部b303−r、チャネル推定部b304、ストリーム選択部b305、復号部b308、三角化部b409)が持つ機能は第4の実施形態と同じである。第4の実施形態と同じ機能の説明は省略する。
送信候補探索部b506は、通常の線形検出を行い、非拘束線形検出信号を生成する。送信候補探索部b506は、非拘束線形検出信号の硬判定値と三角化部b506から入力される三角化受信信号に基づいて、非拘束線形検出信号のメトリックを算出する。送信候補探索部b506は、そのメトリックを基準メトリックとして保存し、非拘束線形検出信号の硬判定値を保存する。
送信候補探索部b506は、第NT−NK+1、・・・、NT並び替えストリーム、すなわち非線形ストリーム、の取りうる送信候補である非線形候補であって、その各並び替えの累積メトリックが基準メトリックを下回る非線形候補を生成する。送信候補探索部b506は、生成した非線形候補に基づいて非拘束線形検出信号を修正することで、線形検出信号を生成する。
送信候補探索部b506は、線形検出信号に硬判定を行い、線形ストリームの送信候補を生成し、その送信候補と対応する非線形候補と組み合わせることで、全ストリームの送信候補を生成する。送信候補探索部b506は、その送信候補のメトリックを算出する。送信候補探索部b506は、生成したメトリックが基準メトリックを下回る場合、生成したメトリックを新しい基準メトリックとして保存し、対応する送信候補のビット系列を保存し、その線形検出信号を保存する。
送信候補探索部b506は、上記の非線形候補選択、線形検出信号生成、およびメトリック更新を、選択できる非線形候補が存在しなくなるまで行う。
LLR算出部b507は、送信候補探索部b506から入力される線形検出信号を用いて、線形ストリームのLLRを算出する。LLR算出部b507は、送信候補探索部b506から入力されるメトリック、線形検出信号等を用いて非線形ストリームのLLRを算出する。
<動作原理について>
以下、受信装置b5の動作原理について説明する。
以下、受信装置b5の動作原理について説明する。
第4の実施形態では、非線形ストリームのLLRを式(47)に基づいて算出するため、拘束メトリックを不足なしに算出する。本実施形態では、第2の実施形態のようにメトリックが最小となるビット系列と線形検出信号を求める。このため、拘束メトリックf(k,q,0)とf(k,q,1)のいずれかが不足している可能性があり、非線形ストリームのLLRを算出できない場合がある。本実施形態では、非線形ストリームのLLRは、拘束メトリックに依存しない方法で算出する。
例えば、線形ストリームのLLRの大きさの平均値を用いて、非線形ストリームのLLRを次式(50)のように算出することができる。
ここで、k=NT−NK+1、・・・、NTである。dk,qは送信候補探索部b506で決定されている。また、λaveは次式(51)で表される平均値である。
なお、λaveを複数のリソースエレメントにおける平均値としてもよい。
また、非線形ストリームについても線形ストリームと同様に線形検出信号を算出し、等価振幅を用いてLLRを算出するようにしてもよい。まず、非線形ストリームの線形検出信号は次式(52)および(53)で表される。
非線形ストリームのLLRは次式(54)および(55)を、QPSKの場合は式(41)および(42)、16QAMの場合は式(43)〜(46)に代入することで算出することができる。
他の変調方式の場合でも同様に算出することができる。
<受信装置b5の動作について>
図16は、本実施形態に係る受信装置の動作を示すフローチャートである。なお、この図が示す動作は、図15のデマッピング部b303−rが、データが送信されたリソースエレメントの受信信号とパイロットシンボルが送信されたリソースエレメントの受信信号を分離した後の処理である。
図16は、本実施形態に係る受信装置の動作を示すフローチャートである。なお、この図が示す動作は、図15のデマッピング部b303−rが、データが送信されたリソースエレメントの受信信号とパイロットシンボルが送信されたリソースエレメントの受信信号を分離した後の処理である。
(ステップS501)チャネル推定部b304は、パイロットシンボルが送信されたリソースエレメントの受信信号に基づいてチャネル推定を行う。その後、ステップS502へ進む。
(ステップS502)ストリーム選択部b305は、ステップS501で得られるチャネル値に基づいて線形ストリームと非線形ストリームを選択する。その後、ステップS503へ進む。
(ステップS503)三角化部b409は、ステップS502で得られる線形ストリームと非線形ストリームに基づいてチャネル行列Hを列方向に並び替える。この際、線形ストリーム内、非線形ストリーム内でさらに並び替えを行なってもよい。三角化部b409は、並び替えられたHにQR分解を行う。三角化部b409は、QR分解の結果に基づいて受信信号を三角化する。その後、ステップS504へ進む。
(ステップS504)送信候補探索部b506は、非拘束線形検出を行う。この結果得られる系列を硬判定し、そのときのメトリックを算出する。そのメトリックはfに基準メトリックとして保存される。また、そのビット系列を保存する。その後、ステップS505へ進む。
(ステップS505)k=NTとする。また、各変数を初期化する。その後、ステップS506へ進む。
(ステップS506)第k並び替えストリームで用いている変調シンボル全てに対して、式(38)を用いて累積メトリックを算出する。その後、ステップS507へ進む。
(ステップS507)fk(n)の小さい順にnを取り出し、nnkに保存する。その後、ステップS508へ進む。
(ステップS508)nnkが空の場合、ステップS509へ進む。そうではない場合、ステップS512へ進む。
(ステップS509)kがNTより小さい場合、ステップS510へ進む。そうではない場合、ステップS511へ進む。
(ステップS510)k=k+1としてステップS508へ進む。
(ステップS511)LLR算出部b307は、メトリックを最小とする送信候補に対応する線形検出信号に基づいて線形ストリームのLLRを算出する。LLR算出部b307は、式(50)や、式(54)および(55)等を用いて非線形ストリームのLLRを算出する。復号部b308は、そのLLRを用いて復号を行う。その後、受信装置b5は処理を終了する。
(ステップS512)mkにnnkの先頭の値を保存する。その先頭の値はnnkから除去される。その後、ステップS513へ進む。
(ステップS513)fがfk(mk)より大きい場合、ステップS514へ進む。そうではない場合、ステップS508へ進む。
(ステップS514)kがNT−NK+1より大きい場合、ステップS515へ進む。そうではない場合、ステップS516へ進む。
(ステップS515)k=k−1としてステップS506へ進む。
(ステップS516)得られているv=NT−NK+1、・・・、NTのmvを用い、式(17)に基づいて線形検出信号を生成する。その線形検出信号への硬判定により、得られていないv=1、・・・、NTのmvを求め、そのときのメトリックf1を算出する。その後、ステップS517へ進む。
(ステップS517)fがf1より大きい場合、ステップS518へ進む。そうではない場合、ステップS508へ進む。
(ステップS518)fをf1で更新する。また、mv(v=1、・・・、NT)を新しい系列として保存する。その後、ステップS508へ進む。
このように、本実施形態によれば、送信候補探索部b506が、累積メトリックが基準メトリックを下回る非線形候補を選択し、LLRを算出することで、演算量を削減することができる。
なお、上記第5の実施形態において、拘束メトリックを用いずに非線形ストリームのLLRを算出する場合について説明したが、拘束メトリックを用いてもよい。例えば、図16のフローチャートにおいて、ステップS517のNoの出力とステップS518の出力の先に新たなステップ(例えば、ステップS519)を作り、v=NT−NK+1、・・・、NTについて、f(v,q,dv,q)を更新するようにする。このようにしても、ステップS513のため、最終的なf(k,q,0)とf(k,q,1)のうち(k=NT−NK+1、・・・、NT)、いずれかが不足している場合がある。不足している拘束メトリックを、別の手段で算出することで、LLRを算出することができる。例えば、不足しているストリームのビットを固定し、送信候補探索部b506が行う線形検出信号生成と同様な方法で候補を生成し、メトリックを算出することで、不足している拘束メトリックを算出することができる。
(第6の実施形態)
以下、図面を参照しながらが本発明の第6の実施形態について詳しく説明する。本実施形態では、信号検出と復号を繰り返す方法について説明する。
以下、図面を参照しながらが本発明の第6の実施形態について詳しく説明する。本実施形態では、信号検出と復号を繰り返す方法について説明する。
なお、本発明の第6の実施形態に係る送信装置は、第3の実施形態に係る送信装置a3と構成が同じのため、説明を省略する。
図17は、本発明の第6の実施形態に係る受信装置b6の構成を示す概略ブロック図である。本発明に係る受信装置b6(図17)と第4の実施形態に係る受信装置b4(図13)とを比較すると、送信候補探索部b606、LLR算出部b607、復号部b608が異なる。しかし、その他の構成要素(受信部b301−r、時間周波数変換部b302−r、デマッピング部b303−r、チャネル推定部b304、ストリーム選択部b305、三角化部b409)が持つ機能は第4の実施形態と同じである。第4の実施形態と同じ機能の説明は省略する。
送信候補探索部b606、LLR算出部b607、復号部b608は、初回は第4の実施形態と同じ動作をする。なお、第5の実施形態と同じ動作でもよい。初回処理の結果、復号部b608の復号結果に誤りが検出されなかった場合は、復号ビットを出力して処理を終了する。誤りが検出された場合は、復号部b608が符号化ビットのLLRを送信候補探索部b606に出力して、繰り返し処理に移行する。具体的に、出力するLLRは復号結果から、LLR算出部b607から入力されるLLRを減算したものとすることができる。以下で、繰り返し処理について説明する。
送信候補探索部b606は、復号部b608から入力される符号化ビットのLLRを用いて、非線形ストリームのLLRを更新する。送信候補探索部b606は、t=NT、・・・、NT−NK+1の順番にLLRを算出する。
まず、送信候補探索部b606は、初回処理で得られる非拘束線形検出のメトリックをtと復号部b608から入力される事前情報に基づいて変形する。変形したメトリックを基準メトリックとして保存する。また、送信候補探索部b606は、それに対応する拘束メトリックを算出して保存する。
送信候補探索部b606は、第NT−NK+1、・・・、NT並び替えストリーム、すなわち非線形ストリーム、の取りうる送信候補である非線形候補であって、その各並び替えの累積メトリックが基準メトリックと、tに対応する拘束メトリックを下回る非線形候補を生成する。なお、累積メトリックの算出にはtと復号部b608から入力される事前情報が用いられる。送信候補探索部b606は、生成した非線形候補に基づいて非拘束線形検出信号を修正することで、線形検出信号を生成する。
送信候補探索部b606は、線形検出信号に硬判定を行い、線形ストリームの送信候補を生成し、その送信候補と対応する非線形候補を組み合わせることで、全ストリームの送信候補を生成する。送信候補探索部b606は、その送信候補のメトリックを算出する。このメトリック算出にはtと復号部b608から入力される事前情報が用いられる。送信候補探索部b606は、生成したメトリックが、tに対応する拘束メトリックを下回る場合、生成したメトリックを新しい拘束メトリックとして保存する。
送信候補探索部b606は、上記の非線形候補選択、線形検出信号生成、および拘束メトリック更新を、選択できる非線形候補が存在しなくなるまで行う。拘束メトリックの更新が終わったら、tを別の非線形ストリームに設定し、同様の処理を行う。
LLR算出部b607は、送信候補探索部b606から入力される拘束メトリックを用いて非線形ストリームのLLRを算出する。LLR算出部b607は、算出したLLRを復号部b608へ出力する。
復号部b608は、初回処理と同様に復号を行う。
上記の送信候補探索、LLR算出、復号は、誤りが検出されなくなるか、事前に定めた最大繰り返し回数に達するまで繰り返される。なお、その最大繰り返し回数は受信装置b6を設計した段階で固定してもよいし、受信装置b6のファームウェアやソフトウェアをアップデートする際に更新するなどでもよい。
<動作原理について>
以下、受信装置b6の動作原理について説明する。
以下、受信装置b6の動作原理について説明する。
第t並び替えストリームの事前情報がある場合、拘束メトリックf(t,q,0)とf(t,q,1)を次式(56)および(57)のようにすることでLLRを算出することができる。
ここで、log p(mk)は復号部b608から入力されるLLRから算出することができる。本実施形態では、QR分解を用いた送信候補探索において、式(56)と(57)をベースに累積メトリックを算出し、非線形ストリームのLLRを更新することで、LLRの精度を改善することができる。
<受信装置b6の動作について>
図18は、本実施形態に係る受信装置の動作を示すフローチャートである。なお、この図が示す動作は、図17の復号部b608が初回処理の復号を行った後の処理である。
図18は、本実施形態に係る受信装置の動作を示すフローチャートである。なお、この図が示す動作は、図17の復号部b608が初回処理の復号を行った後の処理である。
(ステップS601)復号部b608は、復号結果に誤りがあるか、又は繰り返し回数が最大値まで到達したかを検出する。この結果が真の場合、ステップS602へ進む。そうではない場合、受信装置b6は処理を終了する。
(ステップS602)LLRを算出する並び替えストリームtをNTに設定する。その後、ステップS603へ進む。
(ステップS603)基準メトリックとして、fにfMMSEとtに基づいたメトリックを保存する。具体的に、次式(58)で表されるメトリックを保存する。
ここで、式(58)の第1項は式(36)のfMMSEである。また、硬判定値Dec[x]に基づいて、式(58)の結果をf(t,q,dt,q=Dec[x]t)に保存する。その後、ステップS604へ進む。
(ステップS604)k=NTとする。また、各変数を初期化する。その後、ステップS605へ進む。
(ステップS605)第k並び替えストリームで用いている変調シンボル全てに対して、事前情報を考慮した累積メトリックを算出する。具体的に、次式(59)および(60)で表すことができる。
ここで、f’t,k,nは第k並び替えストリームの事前情報である。その後、ステップS606へ進む。
(ステップS606)fk(n)の小さい順にnを取り出し、nnkに保存する。その後、ステップS607へ進む。
(ステップS607)nnkが空の場合、ステップS608へ進む。そうではない場合、ステップS614へ進む。
(ステップS608)kがNTより小さい場合、ステップS609へ進む。そうではない場合、ステップS610へ進む。
(ステップS609)k=k+1としてステップS607へ進む。
(ステップS610)LLR算出部b607は、拘束メトリックf(t,q,0)とf(t,q,1)と式(47)に基づいて第t並び替えストリームのLLRを算出する。その後、ステップS611へ進む。
(ステップS611)tがNT−NK+1より大きい場合、ステップS612へ進む。そうではない場合、ステップS613へ進む。
(ステップS612)t=t−1としてステップS603へ進む。
(ステップS613)復号部b608は、ステップS610で得られるLLRを用いて復号を行う。その後、ステップS601へ進む。
(ステップS614)mkにnnkの先頭の値を保存する。その先頭の値はnnkから除去される。その後、ステップS615へ進む。
(ステップS615)fが、第t並び替えストリームの拘束メトリックf(t,q,dt,q)より大きい場合、ステップS616へ進む。そうではない場合、ステップS617へ進む。なお、k>tで、dt,qが確定していない場合、fがf(t,q,0)とf(t,q,1)のいずれかより大きい場合、ステップS616へ進む。そうではない場合、ステップS607へ進む。
(ステップS616)kがNT−NK+1より大きい場合、ステップS617へ進む。そうではない場合、ステップS618へ進む。
(ステップS617)k=k−1としてステップS605へ進む。
(ステップS618)得られているv=NT−NK+1、・・・、NTのmvを用い、式(17)に基づいて線形検出信号を生成する。その線形検出信号への硬判定により、得られていないv=1、・・・、NTのmvを求め、そのときのメトリックf1を算出する。その後、ステップS619へ進む。
(ステップS619)拘束メトリックf(t,q,dt,q)を更新する。その後、ステップS607へ進む。
このように、本実施形態によれば、信号検出と復号を繰り返すことで伝送特性を大幅に改善することができる。
なお、上記第6の実施形態において、QR分解を前提とした受信処理を説明したが、第3の実施形態のように、QR分解を用いない場合に適用してもよい。
なお、上記第6の実施形態において、繰り返し処理においても初回処理と同様の線形ストリームおよび非線形ストリームを用いる場合について説明したが、変更してもよい。例えば、復号の結果、LLRの大きさの平均値が小さいストリームを非線形ストリームとするようにしてもよい。また、非線形の数NKを減らしてもよい。
本発明に関わる送信装置a1、a2、受信装置b1、b2、b3、b4、b5で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、CPU等を制御するプログラム(コンピュータを機能させるプログラム)である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にRAMに蓄積され、その後、各種ROMやHDDに格納され、必要に応じてCPUによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体(例えば、ROM、不揮発性メモリカード等)、光記録媒体(例えば、DVD、MO、MD、CD、BD等)、磁気記録媒体(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等)等のいずれであってもよい。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。
また市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。また、上述した実施形態において、図面を用いて説明した送信装置a1、a2、受信装置b1、b2、b3、b4、b5の一部、または全部を典型的には集積回路であるLSIとして実現してもよい。送信装置a1、a2、受信装置b1、b2、b3、b4、b5の各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、または全部を集積してチップ化してもよい。また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。
以上、この発明の実施形態に関して図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、本発明は、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記各実施形態に記載された要素であり、同様の効果を奏する要素同士を置換した構成も含まれる。
なお、本願発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、本願発明の端末装置は、衛星通信に適用されることができる。また、本願発明の端末装置は、移動局装置への適用に限定されるものではなく、屋内外に設置される据え置き型、または非可動型の電子機器、たとえば、AV機器、キッチン機器、掃除・洗濯機器、空調機器、オフィス機器、自動販売機、その他生活機器などに適用出来ることは言うまでもない。
本発明は、受信装置、受信方法および受信プログラムに用いて好適である。
401、402、403、404 QPSKの変調点
801 太いチャネル行列の左側の部分正方行列
802 太いチャネル行列の右側の部分行列
803 801をQR分解して得られるユニタリ行列
804 801をQR分解して得られる三角行列
805 803の右側にゼロ行列を付加した行列
806 803の複素共役転置を802に乗算して得られる行列
807 804の右側に806を付加した行列
808 807の下側にゼロ行列を付加した行列
a1、a3 送信装置
a1−k 送信アンテナ
b1、b2、b3、b4、b5、b6 受信装置
b1−r 受信アンテナ
a101、a301 S/P変換部
a102−k、a303−l 変調部
a103、a305 パイロット生成部
a104−k マッピング部
a105−k、a309−k 送信部
a302−l 符号化部
a304 レイヤーマッピング部
a306 プリコーディング部
a307−k REマッピング部
a308−k OFDM信号生成部
b101−r、b301−r 受信部
b102−r、b303−r デマッピング部
b103、b304 チャネル推定部
b104、b305 ストリーム選択部
b105、b205、b306、b406、b506、b606 送信候補探索部
b206、b409 三角化部
b302−r 時間周波数変換部
b307、b507、b607 LLR算出部
b308、b608 復号部
801 太いチャネル行列の左側の部分正方行列
802 太いチャネル行列の右側の部分行列
803 801をQR分解して得られるユニタリ行列
804 801をQR分解して得られる三角行列
805 803の右側にゼロ行列を付加した行列
806 803の複素共役転置を802に乗算して得られる行列
807 804の右側に806を付加した行列
808 807の下側にゼロ行列を付加した行列
a1、a3 送信装置
a1−k 送信アンテナ
b1、b2、b3、b4、b5、b6 受信装置
b1−r 受信アンテナ
a101、a301 S/P変換部
a102−k、a303−l 変調部
a103、a305 パイロット生成部
a104−k マッピング部
a105−k、a309−k 送信部
a302−l 符号化部
a304 レイヤーマッピング部
a306 プリコーディング部
a307−k REマッピング部
a308−k OFDM信号生成部
b101−r、b301−r 受信部
b102−r、b303−r デマッピング部
b103、b304 チャネル推定部
b104、b305 ストリーム選択部
b105、b205、b306、b406、b506、b606 送信候補探索部
b206、b409 三角化部
b302−r 時間周波数変換部
b307、b507、b607 LLR算出部
b308、b608 復号部
Claims (18)
- MIMO伝送方式を用いて送信装置から送信された送信信号を受信する受信装置であって、
前記送信装置が送信したストリームを第1のストリーム群と第2のストリーム群に分割するストリーム選択部と、
前記第1のストリーム群の候補を少なくとも1つ生成し、前記第1のストリーム群の候補に基づいて前記第2のストリーム群の線形検出信号を生成して送信候補を生成し、前記送信候補のメトリックを算出し、前記送信候補のメトリックが最小となる前記送信候補を選択する送信候補探索部と、
を備えることを特徴とする受信装置。 - 前記送信候補探索部は、前記第2のストリーム群のみを用いた線形検出結果である非拘束線形検出信号を生成し、
前記非拘束線形検出信号を前記第1のストリーム群の候補に基づいて修正することで前記線形検出信号を生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の受信装置。 - 直交変換を行なってチャネル行列を三角化する三角化部を備え、
前記送信候補探索部は、前記第1のストリーム群の候補の生成と、前記線形検出信号の生成と、前記メトリックの算出を逐次的に行ない、
前記第1のストリーム群の候補であって、その累積メトリックがそれまでの逐次探索で得られた前記メトリックより小さい第1のストリーム群の候補を生成する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の受信装置。 - 前記送信候補探索部は、前記第1のストリーム群の候補を所定の数生成した場合、前記逐次探索を終了する、
ことを特徴とする請求項3に記載の受信装置。 - 受信処理を行う前に、受信信号に干渉低減を行なう、
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の受信装置。 - 前記ストリーム選択部は、
線形検出後の振幅が小さい所定数のストリームを前記第1のストリーム群として選択する、
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の受信装置。 - 前記ストリーム選択部は、
受信信号の相関行列の逆行列の対角成分が大きいストリームを所定数、前記第1のストリーム群として選択する、
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の受信装置。 - 前記ストリーム選択部は、
前記第1のストリーム群の候補数よりも前記第2のストリーム群の候補数の方が小さくなるように選択する、
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の受信装置。 - 前記ストリーム選択部は、
前記第1のストリーム群の候補数よりも前記第2のストリーム群の候補数の方が大きくなるように選択する、
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の受信装置。 - ビット対数尤度比を算出するLLR算出部と、
前記ビット対数尤度比を用いて復号を行う復号部と、
を備え、
前記LLR算出部は、
線形検出後の振幅と前記第2のストリーム群の線形検出信号に基づいて前記第2のストリーム群のビット対数尤度比を算出し、
前記第2のストリーム群のビット対数尤度比の大きさの平均値と、前記第1のストリーム群の候補に基づいて前記第1のストリーム群のビット対数尤度比を算出する、
ことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の受信装置。 - ビット対数尤度比を算出するLLR算出部と、
前記ビット対数尤度比を用いて復号を行う復号部と、
を備え、
前記LLR算出部は、
線形検出後の振幅と前記第2のストリーム群の線形検出信号に基づいて前記第2のストリーム群のビット対数尤度比を算出し、
前記第1のストリーム群の線形検出信号を生成し、
線形検出後の振幅と前記第1のストリーム群の線形検出信号に基づいて前記第1のストリーム群のビット対数尤度比を算出する、
ことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の受信装置。 - ビット対数尤度比を算出するLLR算出部と、
前記ビット対数尤度比を用いて復号を行う復号部と、
を備え、
前記送信候補探索部は、前記送信候補の、1つのストリームにおける1つのビットを固定した場合の最小メトリックである拘束メトリックを算出し、
前記LLR算出部は、
線形検出後の振幅と前記第2のストリーム群の線形検出信号に基づいて前記第2のストリーム群のビット対数尤度比を算出し、
前記拘束メトリックに基づいて前記第1のストリーム群のビット対数尤度比を算出する、
ことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の受信装置。 - 直交変換を行なってチャネル行列を三角化する三角化部を備え、
前記送信候補探索部は、前記第1のストリーム群の候補生成と、前記線形検出信号の生成と、前記メトリックの算出を逐次的に行ない、
前記第1のストリーム群の候補であって、関連する拘束メトリックの少なくとも1つがそれまでの逐次探索で得られた前記メトリックより小さい第1のストリーム群の候補を生成し、
前記生成した第1のストリーム群の候補のビット系列に関連する拘束メトリックであって、前記生成した第1のストリーム群の候補のメトリックが前記拘束メトリックより小さい拘束メトリックを、前記生成した第1のストリーム群の候補のメトリックで更新する、
ことを特徴とする請求項12に記載の受信装置。 - MIMO伝送方式を用いて送信装置から送信された送信信号を受信する受信方法であって、
前記送信装置が送信したストリームを第1のストリーム群と第2のストリーム群に分割するストリーム選択過程と、
前記第1のストリーム群の候補を少なくとも1つ生成し、前記第1のストリーム群の候補に基づいて前記第2のストリーム群の線形検出信号を生成して送信候補を生成し、前記送信候補のメトリックを算出し、前記送信候補のメトリックが最小となる前記送信候補を選択する送信候補探索過程と、
を有することを特徴とする受信方法。 - ビット対数尤度比を算出するLLR算出過程と、
前記ビット対数尤度比を用いて復号を行う復号過程と、
を有し、
前記送信候補探索過程は、前記送信候補の、1つのストリームにおける1つのビットを固定した場合の最小メトリックである拘束メトリックを算出し、
前記LLR算出過程は、
線形検出後の振幅と前記第2のストリーム群の線形検出信号に基づいて前記第2のストリーム群のビット対数尤度比を算出し、
前記拘束メトリックに基づいて前記第1のストリーム群のビット対数尤度比を算出する、
ことを特徴とする請求項14に記載の受信方法。 - 直交変換を行なってチャネル行列を三角化する三角化過程を有し、
前記送信候補探索過程は、前記第1のストリーム群の候補生成と、前記線形検出信号の生成と、前記メトリックの算出を逐次的に行ない、
前記第1のストリーム群の候補であって、関連する拘束メトリックの少なくとも1つがそれまでの逐次探索で得られた前記メトリックより小さい第1のストリーム群の候補を生成し、
前記生成した第1のストリーム群の候補のビット系列に関連する拘束メトリックであって、前記生成した第1のストリーム群の候補のメトリックが前記拘束メトリックより小さい拘束メトリックを、前記生成した第1のストリーム群の候補のメトリックで更新する、
ことを特徴とする請求項15に記載の受信方法。 - 前記復号過程は、符号化ビット対数尤度比を算出し、
前記送信候補探索過程は、前記符号化ビット対数尤度比に基づいて前記送信候補の拘束メトリックを算出し、
前記LLR算出過程は、前記拘束メトリックを用いてビット対数尤度比を算出する、
という一連の処理を所定の回数だけ繰り返す、
ことを特徴とする請求項15または16に記載の受信方法。 - 請求項14〜17のいずれか一項に記載の受信方法をコンピュータに実行させるための受信プログラム。
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