JP4536495B2

JP4536495B2 - 信号分離装置及び信号分離方法

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Publication number: JP4536495B2
Application number: JP2004344134A
Authority: JP
Inventors: 裕之川合; 健一樋口; 規行前田; 衛佐和橋
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2024-11-29
Also published as: JP2006157390A

Description

本発明は、一般に多入力多出力（ＭＩＭＯ：ＭｕｌｔｉＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉＯｕｔｐｕｔ）方式の無線通信の技術分野に関連し、特にＭＩＭＯ方式用の受信機に使用される信号分離装置及び信号分離方法に関連する。

この種の技術分野では、現在及び次世代以降の大容量高速情報通信を実現するための研究開発が進められている。例えば、単入力単出力（ＳＩＳＯ：ＳｉｎｇｌｅＩｎｐｕｔＳｉｎｇｌｅＯｕｔｐｕｔ）方式に加えて、通信容量を増やす観点から、単入力多出力（ＳＩＭＯ：ＳｉｎｇｌｅＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉＯｕｔｐｕｔ）方式、多入力単出力（ＭＩＳＯ：ＭｕｌｔｉＩｎｐｕｔＳｉｎｇｌｅＯｕｔｐｕｔ）方式、更には多入力多出力（ＭＩＭＯ：ＭｕｌｔｉＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉＯｕｔｐｕｔ）方式等に関する研究がなされている。

図１は、送信機１０２及び受信機１０４を含むＭＩＭＯ方式の通信システムの概要を示す。ＭＩＭＯ方式では、複数の送信アンテナ１０６−１〜Ｎから別々の信号が、同時に同一の周波数で送信される。これらの送信信号ｘ_１，．．．，ｘ_４は複数の受信アンテナ１０８−１〜Ｎにて受信される。簡単のため、送信アンテナ数及び受信アンテナ数は共にＮ個とされているが、異なるアンテナ数であってもよい。受信機１０４内では、各受信アンテナで受信された受信信号ｙ_１，．．．，ｙ_４に基づいて、送信機からの複数の信号を個々の信号に分離する処理が行なわれる。分離後の信号は、更なる復調処理を行なうために後段の処理要素に与えられる。

受信機１０４で行なわれる信号分離法にはいくつかの手法が存在する。１つは、最尤判定（ＭＬＤ：ＭａｘｉｍｕｍＬｉｋｅｌｉｈｏｏｄＤｅｔｅｃｔｉｏｎ）法と呼ばれる方法である。これは、複数の送信アンテナから送信された複数の送信信号と受信信号との全ての可能な組合せについてユークリッド距離又はその二乗を算出し、最小の距離を与える送信信号の組合せを、最も確からしい推定結果として選択する。この手法によれば、複数の送信信号を個々の信号に確実に分離できるが、二乗ユークリッド距離を多数回計算することに起因して、信号分離に要する演算負担が非常に大きくなってしまう問題点がある。例えば、４つの送信信号が、１６ＱＡＭの変調方式で４本の送信アンテナからそれぞれ送信されたとする。この場合に、１つの送信信号は、１６個の信号点の何れかにマッピングされるので、受信信号に含まれる送信信号の組合せの総数は、（１つの送信信号に対する信号点数）^{（送信アンテナ数）}＝１６^４＝６５５３６通りにもなる。受信した信号とこれら全ての組合せについて二乗ユークリッド距離を計算し、最も確からしい組合せを選択することは、非常に大きな演算能力を要し、特に移動端末の小型化を妨げてしまう。更に、演算負担が大きいと、電力消費量も大きくなり、小型の移動端末には特に不利になる。

ＭＬＤ法を改善した信号分離法に、ＱＲＭ−ＭＬＤ法がある。これは、ＱＲ分解とＭアルゴリズムを用いてＭＬＤ法を改善することで、二乗ユークリッド距離の計算回数を減らそうとするものである。この方法によれば、二乗ユークリッド距離の計算回数を、上記の想定例の場合に、（初段の信号点候補数）＋（新たに追加される信号点候補数）×（前段階で生き残った信号点候補数）×（送信アンテナ数）＝１６＋１６×１６×３＝７８４回に減らすことができる。このようなＱＲＭ−ＭＬＤ法は、例えば非特許文献１に説明されている。

図２は、従来のＱＲＭ−ＭＬＤ法による信号分離を行なう受信機の部分ブロック図を示す。簡単のため、信号ｘ＝（ｘ_１．．．ｘ_４）^Ｔが、１６ＱＡＭの変調方式で４本の送信アンテナからそれぞれ送信されるものとする（上付文字の記号Ｔは、転置を表す。）。信号ｘは送信信号ベクトルとも言及され、１つのシンボルを構成するものとする。ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４は送信信号又はベクトル成分とも言及される。受信機は、複数の受信アンテナ２０２−１，２０２−２，２０２−３，２０２−４と、チャネル推定部２０４と、ランク付け部２０６と、並べ換え部２０８と、ＱＲ分解部２１０と、信号変換部２１２と、最尤判定部２１４と、尤度出力部２１５とを有する。最尤判定部２１４は、４つの判定部２１６−１，２１６−２，２１６−３，２１６−４を有する。判定部の数は、送信信号数に合わせて設けられる。各判定部は同様な処理ブロックを有するので、第４の判定部２１６−４がそれらを代表して説明される。判定部は、シンボルレプリカ生成部２１８−４と、二乗ユークリッド距離算出部２２０−４と、生き残りシンボル候補選択部２２２−４とを有する。

チャネル推定部２０４は、送信及び受信の双方の側で既知のパイロット信号を含む受信信号に基づいて、チャネルインパルス応答値（ＣＩＲ：ｃｈａｎｎｅｌｉｍｐｌｕｓｅｒｅｓｐｏｎｓｅ）又はチャネル推定値を求める。チャネル推定値ｈ_ｎｍを行列要素とする行列Ｈは、チャネル行列と呼ばれる。但し、ｈ_ｎｍはｍ番目の送信アンテナとｎ番目の受信アンテナ間のチャネル推定値を表し、目下の例では、１≦ｎ，ｍ≦４である。

ランク付け部２０６は、受信された複数の受信信号ｙ_１，．．．，ｙ_４を電力の大きさの順に格付け又はランキングする。

並べ換え部２０８は、複数の受信信号の並ぶ順序をＱＲ分解部２１０及び信号変換部２１２に通知する。

ＱＲ分解部２１０は、チャネル推定部２０４で求められたチャネル行列Ｈが、ユニタリ行列Ｑ及び上三角行列Ｒの積で表現されるように、行列Ｑ，Ｒを求める（Ｈ＝ＱＲ）。この場合におけるユニタリ行列Ｑは、Ｑ^ＨＱ＝ＱＱ^Ｈ＝Ｉを満たし、正方行列であってもよいし、行数及び列数が異なっていてもよい。上付き文字のＨは共役転置を表し、Ｉは単位行列を表す。

信号変換部２１２は、受信信号ベクトルｙ＝（ｙ_１．．．ｙ_４）^Ｔに、ユニタリ行列Ｑの共役転置行列Ｑ^Ｈを乗算することで、信号変換を行なう。送信信号及び受信信号の間には、ｙ＝Ｈｘ＝ＱＲｘが成立する。この式に左からＱ^Ｈを乗算すると、左辺は、Ｑ^Ｈｙ＝ｚとなり、右辺は、Ｑ^ＨＱＲｘ＝Ｒｘとなるので、送信及び受信信号の関係は、ｚ＝Ｒｘのように表現できる。但し、ｚ＝（ｚ_１．．．ｚ_４）^Ｔ＝Ｑ^Ｈｙである。ｚはユニタリ変換後の受信信号ベクトルと言及される。

上記の関係式は、
ｚ_１＝ｒ_１１ｘ_１＋ｒ_１２ｘ_２＋ｒ_１３ｘ_３＋ｒ_１４ｘ_４
ｚ_２＝ｒ_２２ｘ_２＋ｒ_２３ｘ_３＋ｒ_２４ｘ_４
ｚ_３＝ｒ_３３ｘ_３＋ｒ_３４ｘ_４
ｚ_４＝ｒ_４４ｘ_４
とも書ける。

最尤判定部２１４は、最尤判定法（ＭＬＤ法）により、送信信号の候補（シンボル候補とも言及される。）を絞り込む、即ち候補数を減らす。判定部２１６−４のシンボルレプリカ生成部２１８−４は、上三角行列Ｒの行列要素を用いて、受信信号ｙ_４に対応する送信信号の候補を生成する。候補数は例えばＣ個で固定的に設定されている。

二乗ユークリッド距離算出部２２０−４は、変換後の受信信号ｚ_４と、Ｃ個の信号点の候補との二乗ユークリッド距離を算出する。二乗ユークリッド距離は、尤度を計算する際の基礎となるメトリックを表す。二乗ユークリッド距離の小さい候補が、送信されたシンボルに近いものとして判断される。

生き残りシンボル候補選択部２２２−４は、各候補に対する二乗ユークリッド距離に基づいて、Ｓ_１（≦Ｃ）個の候補を、生き残り候補として出力する。

尤度出力部２１５は、最終段の生き残りシンボル候補選択部から出力された候補の尤度又は確からしさを算出する。より具体的には、この尤度は、対数尤度比（ＬＬＲ：ＬｏｇＬｉｋｅｌｉｈｏｏｄＲａｔｉｏ）で表現される。尤度出力部２１５からの出力は、信号分離結果を表し、後段の復調部（例えば、ターボデコーダ）へ伝送される。

動作が次に説明される。受信機は、送信信号を４本の受信アンテナで受信信号ｙ_１〜ｙ_４として受信する。それらはチャネル推定部２０４及び信号変換部２１２に与えられる。チャネル推定部２０４、ランク付け部２０６及び並べ換え部２０８により、複数の受信信号の並ぶ順序が決定される。ここでは、受信電力の大きさの順に受信信号が並べられ、簡単のため、ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４の順に受信電力が大きくなっているものとする。受信信号は、信号変換部２１２により、ｚ＝（ｚ_１．．．ｚ_４）^Ｔ＝Ｑ^Ｈｙのようにユニタリ変換され、変換後の信号が最尤判定部２１４に入力される。

最尤判定部２１４における第１段階（第１ステージ）では、初期設定に相当する処理が判定部２１６−４にて行なわれる。この段階では、上記のｚ_４に関する式に着目する。行列要素ｒ_４４は既知であり、ｚ_４は他の信号と干渉しておらず、１つの送信信号ｘ_４にのみ依存していることが分かる。従って、送信信号ｘ_４については、高々１６通りの信号点の候補しかない。シンボル候補生成部２１８−４は、ｘ_４に関する１６個（Ｃ＝１６）の信号点の候補を生成する。言い換えれば、信号のコンステレーション（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）上の１６個の信号点が選択される。これらの候補と第４の変換後の受信信号ｚ_４との二乗ユークリッド距離が、二乗ユークリッド距離算出部２２０−４で算出され、距離の小さい順にＳ_１個の候補が選択され、それらは生き残り候補となる。

第２段階（第２ステージ）は、判定部２１６−３にて行なわれる。ここでは、ｚ_３に関する式に着目する。行列要素ｒ_３３，ｒ_３４は既知であり、ｘ_４には１６通りの候補があり、ｘ_３についても１６通りの信号点の候補が存在する。ｘ_３に関する新たな信号点として１６個の信号点が、シンボル生成部２１８−３により導入される。従って、１６×１６＝２５６通りの信号点の組合せがあり得る（２５６個の候補がある。）。これらの候補と第３の受信信号ｘ_３との２５６通りの二乗ユークリッド距離が算出され、その値の小さい順に１６個（Ｓ_２＝１６）の組合せを選択することで、候補が絞り込まれる。

第３段階（第３ステージ）は、判定部２１６−２にて、同様な処理が行なわれる。この段階では、ｚ_２に関する式に着目する。行列要素ｒ_２２，ｒ_２３，ｒ_２４は既知であり、送信信号ｘ_３，ｘ_４の組合せは前段で１６通りの候補に絞られており、ｘ_２については１６通りの信号点の候補が存在する。このため、シンボル候補生成部２１８−２は、ｘ_２に関する１６個の候補を生成する。この場合も、２５６通りの信号点の組合せの中から、二乗ユークリッド距離の小さい１６通り（Ｓ_３＝１６）の候補を選択することで、候補が絞り込まれる。

第４段階（第４ステージ）は、判定部２１６−１にて、同様な処理が行なわれる。この段階では、ｚ_１に関する式に着目する。行列要素ｒ_１１，ｒ_１２，ｒ_１３，ｒ_１４は既知であり、送信信号ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４の組合せは前段で１６通りの候補に絞られており、ｘ_１については１６通りの信号点の候補が存在する。このため、シンボル候補生成部２１８−１は、ｘ_１に関する１６個の候補を生成する。この場合も、２５６通りの信号点の組合せの中から、二乗ユークリッド距離の小さい１６通り（Ｓ_４＝１６）の候補を選択することで、候補が絞り込まれる。

このようにして、各段階で候補数を一定数（Ｓ_１≦Ｃ等）以下に制限することで、総ての可能な信号点の組合せについて二乗ユークリッド距離を算出せずに、送信信号の信号点の候補を絞り込むことができる。
Ｋ．Ｊ．Ｋｉｍ，ｅｔａｌ．，"ＪｏｉｎｔｃｈａｎｎｅｌｅｓｔｉｍａｔｉｏｎａｎｄｄａｔａｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｆｏｒＭＩＭＯ−ＯＦＤＭｓｙｓｔｅｍｓ"，Ｐｒｏｃ．３６ｔｈＡｓｉｌｏｍａｒＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＳｉｇｎａｌｓ，ＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＣｏｍｐｕｔｅｒｓ，Ｎｏｖ．２００２

ところで、各段階で出力される候補数は互いに等しい値であるが、各段階で出力される生き残り候補の確からしさは、全段階を通じて同程度であるとは限らない。このことを説明するために、例えば、ＱＰＳＫ方式で４つの送信信号がそれぞれ変調され、４つの送信アンテナからそれぞれ送信されるものとする。この場合において、ある送信アンテナから送信された信号Ａ，Ｂ，Ｃ又はＤが、図３に示されるように、あるチャネルを通じて信号ａ，ｂ，ｃ又はｄとして受信されるものとする。信号点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと信号点ａ，ｂ，ｃ，ｄとの対応関係は、チャネル推定値に基づいて予測することができる。同様に、別の送信アンテナから送信された信号Ｅ，Ｆ，Ｇ又はＧは、図４に示されるように、別のチャネルを通じて信号ｅ，ｆ，ｇ又はｈとして受信されるものとする。信号点Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈと信号点ｅ，ｆ，ｇ，ｈとの対応関係も、チャネル推定値に基づいて予測することができる。各段階での生き残り候補数Ｃは２であるとする（Ｃ＝２）。更に、上述したようなＱＲＭ−ＭＬＤ方式の第１段階において、ユニタリ変換後の受信信号ベクトルに含まれるベクトル成分ｚ_４が、図５に示されるような信号点に位置付けられたとする。第１段階では、４つの信号点ａ，ｂ，ｃ及びｄのうち、ｚ_４との二乗ユークリッド距離の小さい２つの信号点ａ，ｂが、生き残り候補として選択される。

第２段階では、図６に示されるように、２つの生き残り候補ａ，ｂの各々に対して、４つの信号点が新たな候補として導入される。導入される新たな信号点は、信号ｅ，ｆ，ｇ及びｈに起因するものである。第２段階で推定される信号点ｚ_３の座標が、図６の点Ｐに位置付けられる場合には、点Ｐとの距離の小さい信号点ｇ，ｈの２つが生き残り候補になる。このような場合は、信号点ｇ，ｈが信号点ｅ，ｆよりも顕著に確からしいといえよう。しかしながら、信号点ｚ_３の座標が、図６の点Ｑに位置付けられる場合には事情が異なる。この場合は、点Ｑとの距離の小さい信号点ｅ，ｈの２つが生き残り候補になるかもしれないが、距離の大きさの観点からは、破棄される信号点ｆ，ｇと点Ｑとの間の距離は、信号点ｅ，ｈとの間の距離に匹敵している。従って、このような状況で、信号点ｆ，ｇを破棄すると、以後の信号推定精度に悪影響を及ぼすことが懸念される。さりとて、生き残り候補数を４つに増やすと、信号点ｚ_３が点Ｐに位置付けられるような場合に、信号点ｅ，ｆのような不要な候補を考慮することとなり、演算量が無駄に増えてしまうことが懸念される。

本発明は、上記問題点の少なくとも１つに対処するためになされたものであり、その課題は、ＱＲＭ−ＭＬＤ方式の信号分離に関する演算の効率化を図ることの可能な信号分離装置及び信号分離方法を提供することである。

開示される発明の一形態による信号分離装置は、
ＭＩＭＯ方式の無線受信装置における信号分離装置であって、ＱＲＭ−ＭＬＤ方式で信号分離を行うための複数の判定部を有し、該複数の判定部の各々は、
ＱＲ分解における三角行列の行列要素を用いて、信号のコンステレーション上の複数の信号点の候補を決定する候補決定手段と、
ユニタリ変換後の受信信号ベクトルのベクトル成分に対応する信号点と前記複数の信号点の候補との間の距離の二乗を求める距離算出手段と、
通信状況に応じて選択基準を設定する選択基準設定手段と、
前記選択基準に従って、前記複数の信号点の候補の中から、１以上の信号点を生き残り候補として選択する選択手段と
を備え、前記複数の判定部の内ある判定部は、先行する判定部において算出された生き残り候補及び前記三角行列の行列要素に基づいて、前記複数の信号点の候補を決定し、
通信状況が良い場合の生き残り候補数は通信状況が悪い場合の生き残り候補数より少ないことを、前記選択基準は示す、信号分離装置である。

本発明によれば、ＱＲＭ−ＭＬＤ方式の信号分離に関する演算の効率化を図ることができる。

本発明の一態様によれば、ＱＲＭ−ＭＬＤ方式で信号分離を行う信号分離装置において、三角行列の行列要素を用いて、信号のコンステレーション上の複数の信号点の候補が決定され、ユニタリ変換後の受信信号ベクトルのベクトル成分に対応する信号点と前記複数の信号点の候補との間の距離の二乗が求められ、通信状況に応じて変更可能な選択基準に従って、前記複数の信号点の候補の中から１以上の信号点が選択され、三角行列の行列要素と前記１以上の信号点に基づいて、複数の信号点の候補が更に決定される。通信状況に応じて変更可能な選択基準に従って、前記複数の信号点の候補の中から１以上の信号点が選択されるので、通信状況に適した候補数の信号点に関する演算が行われるので、演算精度を劣化させずに過不足無く演算を実行することができる。

本発明の一態様によれば、前記選択基準設定手段が、受信信号中の希望信号及び非希望信号の比率を算出し、選択する信号点の候補数を決定する。本発明の一態様によれば、前記選択基準設定手段が、複数の距離の二乗の最小値の大きさに応じて、選択する信号点の候補数を決定する。本発明の一態様によれば、前記選択基準設定手段が、複数の距離の二乗の平均値の大きさに応じて、選択する信号点の候補数を決定する。信号品質の良否や距離の大小は、通信環境の様子を反映するので、それらに基づいて選択基準を決定することで、適切な生き残り候補数が設定される。

本発明の一態様によれば、前記距離算出手段が、異なる時点で得られた２以上の受信信号ベクトルに関する又は受信信号ベクトルの２以上のサブキャリア成分に関する２以上の距離の二乗を算出する。本発明の一態様によれば、前記２以上の距離の二乗の差分が、所定の範囲内に含まれるか否かに応じて、前記選択基準設定手段が、選択する信号点の候補数を決定する。本発明の一態様によれば、前記選択基準設定手段が、前記２以上の距離の二乗の平均値の大きさに応じて、選択する信号点の候補数を決定する。２以上の受信信号ベクトルが考慮されることで、より適切に通信状況を反映した生き残り候補数が設定できる。

本発明の一態様によれば、１つの受信信号ベクトルに含まれるベクトル成分の総てを推定するために使用される信号点の候補数の合計が、一定値以下であるように設定される。これにより、候補数を各段階で適切に変化させながら、信号分離全体に要する演算負担を一定の限度までに抑制することができる。

以下、本発明に関する実施例が図面を参照しながら説明される。機能ブロック図に描かれている要素の全部又は一部は、ハードウエアとして実現されてもよいし、ソフトウエアとして実現されてもよいし、それらの組み合わせとして実現されてもよい。以下の実施例では、４つの送信信号が４つの送信アンテナから送信され、４つの受信アンテナで受信されているが、送信信号数、送信アンテナ数及び受信アンテナ数等は、当然に他の値であってもよい。

図７は、本発明の一実施例による信号分離装置の部分ブロック図を示す。図示されている部分は、図２に示される複数の判定部の１つの代わりに使用され、判定部２１６−１〜４の全部又は一部が図３に示される機能部を備えていてもよい。本実施例では、判定部３１６が４つ用意され、それらで最尤判定部２１４が構成される。図７に示される判定部３１６は、シンボルレプリカ生成部３１８と、二乗ユークリッド距離算出部３２０と、選択基準決定部３２１と、生き残り候補選択部３２２とを有する。

シンボルレプリカ生成部３１８は、上三角行列Ｒの行列要素を用いて、受信信号に対応する送信信号の候補を生成する、即ち信号コンステレーション上のいくつかの信号点が選択される。

二乗ユークリッド距離算出部３２０は、ユニタリ変換後の受信信号に対応する信号点と、信号点の候補との二乗ユークリッド距離を算出する。二乗ユークリッド距離は、尤度を計算する際の基礎となるメトリックを表す。二乗ユークリッド距離の小さい候補は、送信された信号に近いことを表す。

選択基準決定部３２１は、通信状況に応じて、生き残り候補選択部で選択される候補数を決定する及び／又は生き残り候補を選択する判断基準を決定する。通信状況は、具体的には、受信電力の変動、雑音の大きさ、フェージングの様子等によって変わり、そのような通信状況が不図示の要素によって監視されている。生き残り候補数を決定する判断基準としては、以下に例示的に示されるように、いくつかの基準が考えられる。

（１）チャネル又は伝搬路の状態が良好であれば、算出された二乗ユークリッド距離は確からしいと考えられるので、生き残り候補数を少なくし、そうでなければ候補数を多くしてもよい。チャネル状態の良否は、例えば、受信信号中の希望波と非希望波の比率に基づいて判定されてもよい。更に、チャネル状態の良否は、良又は否の２者択一的であってもよいし、２より多くの段階でチャネル状態が表現されてもよい。

（２）最小二乗ユークリッド距離が小さいならば、その値は確からしいので生き残り候補数を少なくし、そうでなければ候補数を多くしてもよい。

（３）二乗ユークリッド距離の平均値が小さければ生き残り候補数を少なくし、大きければ候補数を多くしてもよい。平均値が大きければ、受信信号の信号点は、候補の信号点から大きく逸脱しており、確からしさが低いと考えられるからである。

生き残り候補選択部３２２は、各候補に対する二乗ユークリッド距離及び選択基準に基づいて、Ｓ_１個の候補を、生き残り候補として出力する。

図２，７を参照しながら動作を説明する。受信機は、送信信号を４本の受信アンテナで受信信号ｙ_１〜ｙ_４として受信する。それらはチャネル推定部２０４及び信号変換部２１２に与えられる。チャネル推定部２０４、ランク付け部２０６及び並べ換え部２０８により、複数の受信信号の並ぶ順序が決定される。ここでは、受信電力の大きさの順に受信信号が並べられ、簡単のため、ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４の順に受信電力が大きくなっているものとする。受信信号は、信号変換部２１２により、ｚ＝（ｚ_１．．．ｚ_４）^Ｔ＝Ｑ^Ｈｙのようにユニタリ変換され、変換後の信号が最尤判定部２１４に入力される。

最尤判定部２１４における第１段階では、初期設定に相当する処理が判定部で行なわれる。この段階では、上記のｚ_４に関する式に着目する。行列要素ｒ_４４は既知であり、ｚ_４が１つの送信信号ｘ_４にのみ依存している（他の信号と干渉していない）。従って、送信信号ｘ_４については、高々１６通りの信号点の候補しかない。シンボル候補生成部３２０は、ｘ_４に関する１６個の信号点の候補を生成する。言い換えれば、信号のコンステレーション上の１６個の信号点が選択される。これらの候補とユニタリ変換後の第４の受信信号ｚ_４との二乗ユークリッド距離が、二乗ユークリッド距離算出部３２０で算出される。

本実施例では、二乗ユークリッド距離に基づいて、生き残り候補を選択する判断基準が選択基準決定部３２１にて決定され、その判断基準が生き残り候補選択部３２２に通知される。次に、生き残り候補選択部３２２は、通知された判断基準及び二乗ユークリッド距離に基づいて、１６個の候補の中から１以上の候補を選択する。例えば、通知された判断基準が、信号対干渉電力比（ＳＩＲ）が所定値を上回るならば８個の候補を選択し、そうでなければ１６個の候補を選択するように通知される。生き残り候補選択部３２２は、ＳＩＲの値に基づいて、８個又は１６個の候補を、二乗ユークリッド距離の小さい順に選択し、それらを生き残り候補として出力する。

第２段階を行う判定部では、ｚ_３に関する式に着目する。行列要素ｒ_３３，ｒ_３４は既知であり、ｘ_４については推定済みであり、ｘ_３については１６通りの信号点の候補が存在する。ｘ_３に関する新たな信号点として１６個の信号点が、シンボル生成部３１８により導入される。これらの候補と第３の受信信号ｘ_３との二乗ユークリッド距離が算出され、それらが選択基準決定部３２１及び生き残り候補選択部３２２に与えられる。この場合も、選択基準決定部３２１は判断基準を決定し、生き残り候補選択部３２２に通知する。生き残り候補選択部３２２は、通知された判断基準及び二乗ユークリッド距離に基づいて、１６個の候補の中から１以上の候補を選択する。例えば、上記と同様に、信号対干渉電力比（ＳＩＲ）が所定値を上回るならば８個の候補を選択し、そうでなければ１６個の候補を選択するように、判断基準が通知される。第１段階と異なる判断基準が採用されてもよい。生き残り候補選択部３２２は、ＳＩＲの値に基づいて、８個又は１６個の候補を、二乗ユークリッド距離の小さい順に選択し、それらを生き残り候補として出力する。この場合において、第１段階で生き残る候補数Ｓ_１と、第２段階で生き残る候補数Ｓ_２は、必ずしも同じでないことに留意を要する。生き残り候補選択部３２２は、ＳＩＲの値に基づいて、８個又は１６個の候補を、二乗ユークリッド距離の小さい順に選択し、それらを生き残り候補として出力する。

第３段階の判定部でも同様な処理が行なわれる。この段階では、ｚ_２に関する式に着目する。行列要素ｒ_２２，ｒ_２３，ｒ_２４は既知であり、送信信号ｘ_３，ｘ_４については前段で推定済みであり、ｘ_２については１６通りの信号点の候補が存在する。このため、シンボル候補生成部３１８は、ｘ_２に関する１６個の候補を生成する。これらの候補と第２の受信信号ｘ_２との二乗ユークリッド距離が算出され、それらが選択基準決定部３２１及び生き残り候補選択部３２２に与えられる。この場合も、選択基準決定部３２１は判断基準を決定し、生き残り候補選択部３２２に通知する。生き残り候補選択部３２２は、通知された判断基準及び二乗ユークリッド距離に基づいて、１６個の候補の中から１以上の候補を選択する。例えば、上記と同様に、信号対干渉電力比（ＳＩＲ）が所定値を上回るならば８個の候補を選択し、そうでなければ１６個の候補を選択するように、判断基準が通知される。第１，２段階と異なる判断基準が採用されてもよい。生き残り候補選択部３２２は、ＳＩＲの値に基づいて、８個又は１６個の候補を、二乗ユークリッド距離の小さい順に選択し、それらを生き残り候補として出力する。この場合において、第１，２段階で生き残る候補数Ｓ_１，Ｓ_２と、第３段階で生き残る候補数Ｓ_３は、必ずしも同じでないことに留意を要する。生き残り候補選択部３２２は、ＳＩＲの値に基づいて、８個又は１６個の候補を、二乗ユークリッド距離の小さい順に選択し、それらを生き残り候補として出力する。

第４段階の判定部でも同様な処理が行なわれる。この段階では、ｚ_１に関する式に着目する。行列要素ｒ_１１，ｒ_１２，ｒ_１３，ｒ_１４は既知であり、送信信号ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４については推定済みであり、ｘ_１については１６通りの信号点の候補が存在する。このため、シンボル候補生成部３１８−１は、ｘ_１に関する１６個の候補を生成する。これらの候補と第１の受信信号ｘ_１との二乗ユークリッド距離が算出され、それらが選択基準決定部３２１及び生き残り候補選択部３２２に与えられる。この場合も、選択基準決定部３２１は判断基準を決定し、生き残り候補選択部３２２に通知する。生き残り候補選択部３２２は、通知された判断基準（例えば、上記と同じ基準）及び二乗ユークリッド距離に基づいて、１６個の候補の中から１以上の候補を選択する。第１，２，３段階と異なる判断基準が採用されてもよい。生き残り候補選択部３２２は、ＳＩＲの値に基づいて、８個又は１６個の候補を、二乗ユークリッド距離の小さい順に選択し、それらを生き残り候補として出力する。この場合において、第１，２，３段階で生き残る候補数Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３と、第４段階で生き残る候補数Ｓ_４は、必ずしも同じでないことに留意を要する。生き残り候補選択部３２２は、ＳＩＲの値に基づいて、８個又は１６個の候補を、二乗ユークリッド距離の小さい順に選択し、それらを生き残り候補として出力する。

この出力は、尤度出力部２１５に入力され、尤度又は確からしさが算出する。より具体的には、この尤度は、対数尤度比（ＬＬＲ：ＬｏｇＬｉｋｅｌｉｈｏｏｄＲａｔｉｏ）で表現される。尤度出力部２１５からの出力は、信号分離結果を表し、後段の復調部（例えば、ターボデコーダ）へ伝送される。

図８は、本発明の一実施例による信号分離装置の部分ブロック図を示す。実施例１では、ある１つのシンボルに含まれる４つの成分が順に推定されていた。実施例２では、複数のシンボルが並列的に処理される。図８に示される判定部４１６は、図２に示される判定部２１６−１〜４の１つに使用することが可能であり、本実施例では、判定部４１６が４つ用意され、それらで最尤判定部２１４が構成される。判定部４１６は、Ｍ個（Ｍ≧２）のシンボルレプリカ生成部４１８−１〜Ｍと、Ｍ個の二乗ユークリッド距離算出部４２０−１〜Ｍと、１つの選択基準決定部４２１と、Ｍ個の生き残り候補選択部４２２−１とを有する。

実施例１と同様に、シンボルレプリカ生成部４１８−１〜Ｍは、送信信号を推定する段階（ステージ）の各々に応じて与えられる行列要素に基づいて、複数の信号点の候補をそれぞれ決定する。二乗ユークリッド距離算出部４２０−１〜Ｍは、信号点の候補及びユニタリ変換後の受信信号に基づいて、二乗ユークリッド距離を算出し、算出結果を選択基準決定部４２１及び生き残り候補選択部４２２−１〜Ｍにそれぞれ与える。選択基準決定部４２１は、複数のシンボルに関する二乗ユークリッド距離に基づいて、各シンボルに関する生き残り候補を選択する判断基準をそれぞれ決定し、生き残り候補選択部４２２−１〜Ｍにそれぞれ通知する。複数の生き残り候補選択部４２２−１〜Ｍは、指示された判断基準に応じて、生き残り候補をそれぞれ出力する。

本実施例では、複数のシンボルに関するユニタリ変換後の受信信号が、判定部４１６に与えられる。図示されているように、シンボル１乃至Ｍに関する受信信号が、シンボルレプリカ生成部４１８−１〜Ｍに与えられている。上述したように、１つのシンボルは、複数の（本実施例では４つの）信号を含む概念であり、１つの送信シンボルはｘ＝（ｘ_１，．．．，ｘ_４）により表現され、１つの受信シンボルはｙ＝（ｙ_１，．．．，ｙ_４）により表現される。図８に登場する複数のシンボルは、例えば時間的に異なるタイミングで受信されたシンボルでもよい。或いは、これらのシンボルは、同一シンボル中の異なるサブキャリア成分に対応するものでもよい。

本実施例における選択基準決定部４２１は、各シンボルに関する二乗ユークリッド距離の計算結果に基づいて、各シンボルに関する生き残り候補を選択する判断基準を決定する。実施例１で示した（１）乃至（３）の他に、以下に例示されるような様々な判断基準が採用されてもよい。

（ａ）２以上のシンボルの各々に関して算出された２以上の最小二乗ユークリッド距離の差分が所定の範囲内にある場合は、選択される候補数が少なく設定され、そうでなければ多くの候補数が選択されてもよい。二乗ユークリッド距離算出部４２０−１で算出された複数の距離の中での最小値、４２０−２で算出された最小値、．．．及び４２０−Ｍで算出された最小値のＭ個の最小値が、互いに同程度に小さな値であれば（それらの差分が、ある小さな範囲内にあるならば）、通信状況は良好であり、算出結果の確からしさが高いと考えられるからである。

（ｂ）２以上のシンボルの各々に関して算出された２以上の最小二乗ユークリッド距離の平均値を求め、その平均値に基づいて、各シンボルに関する二乗ユークリッド距離の大小を判定してもよい。或いは、その平均値に比例する量に基づいて、大小比較が行われてもよい。２以上のシンボルの各々に関して算出された二乗ユークリッド距離の最小値（又はそれに比例する量）に基づいて、各シンボルに関する二乗ユークリッド距離の大小が比較されてもよい。更には、二乗ユークリッド距離だけでなく、信号品質の良否も、２以上のシンボルにわたって平均化された量や最良の値等に基づいて判定されてもよい。

（ｃ）信号推定の各段階で出力される生き残り候補数は可変であるが、全段階を通じて出力される生き残り候補数は一定値以下に制限されてもよい。例えば、各段階で出力される信号点の候補数は、４個、８個又は１６個の選択肢を有するが、４つの段階全体を通じて出力される候補数が８×４＝３２個に制限されてもよい。これにより、個々の段階で出力される候補数を可変にしつつ、信号推定全体に要する演算量（演算負担）を抑制することができる。

上記に例示された（１）〜（３）及び（ａ）〜（ｃ）の判断基準は、個別的に採用されてもよいし、適切に組合わせて使用されてもよい。更に、距離の大小や品質の良否等については、２者択一的な判定だけでなく、２より多くの多肢選択的な判定が行われてもよい。本発明は、上記の判断基準に限定されず、通信状況を評価する適切ないかなる判断基準をも採用することができる。

図９は、信号分離における処理の順序を概念的に示す。図９（Ａ）は実施例１に関する処理の順序を示し、図９（Ｂ）は実施例２に関する処理の順序を示す。各図には、三角行列の行列要素と、第１及び第２のシンボルとが描かれている。これらのシンボルは、時間的に異なるタイミングで得られるものでもよいし、異なるサブキャリア成分に対応するものでもよい。第１のシンボルは、４つの信号ｘ_１，１，．．．，ｘ_４，１を含む。第２のシンボルは、４つの信号ｘ_１，２，．．．，ｘ_４，２を含む。図９（Ａ）に示されるように、実施例１の手法では、第１のシンボルの内、他のシンボルと干渉しない信号ｘ_４，１が最初に推定され、以後同一シンボル内の信号ｘ_３，１，ｘ_２，１及びｘ_１，１が順に推定され、その後に第２のシンボルが推定される。この順序は、図中の太い矢印で示される。このような処理順序に関しては、従来の手法も同じであるが、実施例１は、各段階で出力される生き残り候補数が可変である等の点で、従来の手法と大きく異なる。

図９（Ｂ）に示される実施例２の手法では、第１段階において、第１及び第２のシンボルに関する信号ｘ_４，１及びｘ_４，２が並列的に推定される。以後同様に、信号ｘ_３，１及びｘ_３，２が並列的に推定され、信号ｘ_２，１及びｘ_２，２が並列的に推定され、信号ｘ_１，１及びｘ_１，２が並列的に推定される。この順序は、図中の太い矢印で示される。この例では、複数のシンボルに関する受信状況に基づいて判断基準が決定されるので、通信状況に合わせて生き残り候補数を更に適切に設定することができる。

ＭＩＭＯ方式の通信システムの概要を示す図である。信号分離を行う受信機のブロック図である。信号コンステレーションにおける信号点の候補を示す図である。信号コンステレーションにおける信号点の候補を示す図である。信号コンステレーションにおける信号点の候補及び受信信号に対応する信号点を示す図である。信号コンステレーションにおける信号点の候補及び受信信号に対応する信号点を示す図である。本発明の一実施例による信号分離装置の部分ブロック図を示す。本発明の一実施例による信号分離装置の部分ブロック図を示す。実施例１及び２における処理の順序を模式的に示す図である。

符号の説明

１０２送信機；１０４受信機；１０６−１〜Ｎ送信アンテナ；１０８−１〜Ｎ受信アンテナ；
２０２−１〜４受信アンテナ；２０４チャネル推定部；２０６ランク付け部；２０８並べ換え部；２１０ＱＲ分解部；２１２信号変換部；２１４最尤判定部；２１５尤度出力部；２１６−１〜４判定部；２１８−１〜４シンボルレプリカ生成部；２２０−１〜４二乗ユークリッド距離算出部；２２２−１〜４生き残り候補選択部；
３１６判定部；３１８シンボルレプリカ生成部；３２０二乗ユークリッド距離算出部；３２１選択基準決定部；３２２生き残り候補選択部；
４１６判定部；４１８−１〜Ｍシンボルレプリカ生成部；４２０−１〜Ｍ二乗ユークリッド距離算出部；４２１選択基準決定部；４２２−１〜Ｍ生き残り候補選択部

Claims

ＭＩＭＯ方式の無線受信装置における信号分離装置であって、ＱＲＭ−ＭＬＤ方式で信号分離を行うための複数の判定部を有し、該複数の判定部の各々は、
ＱＲ分解における三角行列の行列要素を用いて、信号のコンステレーション上の複数の信号点の候補を決定する候補決定手段と、
ユニタリ変換後の受信信号ベクトルのベクトル成分に対応する信号点と前記複数の信号点の候補との間の距離の二乗を求める距離算出手段と、
通信状況に応じて選択基準を設定する選択基準設定手段と、
前記選択基準に従って、前記複数の信号点の候補の中から、１以上の信号点を生き残り候補として選択する選択手段と
を備え、前記複数の判定部の内ある判定部は、先行する判定部において算出された生き残り候補及び前記三角行列の行列要素に基づいて、前記複数の信号点の候補を決定し、
通信状況が良い場合の生き残り候補数は通信状況が悪い場合の生き残り候補数より少ないことを、前記選択基準は示す、信号分離装置。
前記選択基準設定手段が、受信信号中の希望信号及び非希望信号の比率を算出し、選択する信号点の候補数を決定する、請求項１記載の信号分離装置。
前記選択基準設定手段が、複数の距離の二乗の最小値の大きさに応じて、選択する信号点の候補数を決定する、請求項１記載の信号分離装置。
前記選択基準設定手段が、複数の距離の二乗の平均値の大きさに応じて、選択する信号点の候補数を決定する、請求項１記載の信号分離装置。
前記距離算出手段が、異なる時点で得られた２以上の受信信号ベクトルに関する又は受信信号ベクトルの２以上のサブキャリア成分に関する２以上の距離の二乗を算出する、請求項１記載の信号分離装置。
前記２以上の距離の二乗の差分が、所定の範囲内に含まれるか否かに応じて、前記選択基準設定手段が、選択する信号点の候補数を決定する、請求項５記載の信号分離装置。
前記選択基準設定手段が、前記２以上の距離の二乗の平均値の大きさに応じて、選択する信号点の候補数を決定する、請求項５記載の信号分離装置。
１つの受信信号ベクトルに含まれるベクトル成分の総てを推定するために使用される信号点の候補数の合計が、一定値以下であるように設定される、請求項１又は５に記載の信号分離装置。
ＭＩＭＯ方式の無線受信装置における信号分離方法であって、ＱＲＭ−ＭＬＤ方式で信号分離を行うための一連の複数の判定ステップを有し、該複数の判定ステップの各々は、
ＱＲ分解における三角行列の行列要素を用いて、信号のコンステレーション上の複数の信号点の候補を決定し、
ユニタリ変換後の受信信号ベクトルのベクトル成分に対応する信号点と前記複数の信号点の候補との間の距離の二乗を求め、
通信状況に応じて変更可能な選択基準に従って、前記複数の信号点の候補の中から１以上の信号点を生き残り候補として選択するステップを有し、
前記複数の判定ステップの内ある判定ステップは、先行する判定ステップにおいて算出された生き残り候補及び前記三角行列の行列要素に基づいて、前記複数の信号点の候補を決定し、
通信状況が良い場合の生き残り候補数は通信状況が悪い場合の生き残り候補数より少ないことを、前記選択基準は示す、信号分離方法。