JP4788879B2 - 複数のアンテナを用いた無線通信システム、受信装置および、それらに用いる復調方法並びにそのプログラム - Google Patents

複数のアンテナを用いた無線通信システム、受信装置および、それらに用いる復調方法並びにそのプログラム Download PDF

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Description

本発明は無線通信システムに関し、特に複数のアンテナを備えた受信装置に関する。
符号化を適用したMIMO（Multiple Input Multiple Output）システムの受信方法については、広く研究開発が行われている。中でも、最尤推定法（MLD法）の演算量を削減した削減型MLD法と軟判定復号を組み合わせた受信方法は簡易で高性能な受信特性が得られる。ここでは、非特許文献1に記載の方式について図19を用いて説明する。ただし、簡単のために送受信機間の伝搬路はフラットフェージングであると仮定する。
図19は非特許文献1に記載の方式を構成するブロック図である。
図19を参照すると、送信装置11は3本アンテナ21-1、21-2、21-3を備え、受信装置10は3本のアンテナ11-1、11-2、11-3を備える。受信装置10は内部に、チャネル推定装置3111と、QR分解MLD装置3121と、ビット尤度計算装置101と、復号装置3123を備える。
送信装置11は、3つの信号d1、d2、d3を入力として、送信信号s1、s2、s3を生成して送信する。
3本のアンテナ11-1、11-2、11-3で受信された信号r1、r2、r3は受信装置10に送られる。
チャネル推定装置3111は受信信号r1、r2、r3を入力として送受信装置間の伝搬路を推定し、チャネル推定値h11、h12、h13、h21、h22、h23、h31、h32、h33を出力する。ここで、hijはアンテナ21-jと、11-iの伝搬路を示す。
QR分解MLD装置3121は、受信信号r1、r2、r3とチャネル推定値h11、h12、h13、h21、h22、h23、h31、h32、h33を入力として、シンボル候補と当該シンボルの尤度を計算し、シンボル候補・尤度対（S1、e1）…（S256、e256）を出力する。ここで、S1〜S256はシンボル候補を、e1〜e256はンボル尤度を表し、候補数を256としている。
ビット尤度計算装置101は、シンボル候補・尤度対（S1、e1）…（S256、e256）を入力として、ビット尤度対（L01、L11）と、（L02、L12）と、（L03、L13）を計算し出力する。
復号装置3123は、ビット尤度対（L01、L11）と、（L02、L12）と、（L03、L13）を入力として復号を行い、復号データd1、d2、d3を出力する。
次に、ビット尤度計算装置101について詳細に説明する。ビット尤度計算装置では、送信されたビットが0である尤度と1である尤度を計算する。
図20はビット尤度計算装置101を構成するブロック図である。図20を参照するとビット尤度計算装置101は、内部に平均化装置1011と、バッファ1012と、選択装置3221-1、3221-2、3221-3を含む。
平均化装置1011は、シンボル候補・尤度対（S1、e1）…（S256、e256）を入力として、送信された3つの信号に含まれる各ビットが0であるシンボル候補と1であるシンボル候補を共に選択できる場合に、当該シンボル候補の最大尤度を選択し、ビットが0である尤度と1である尤度のうち小さい方を平均して平均値qを出力する。
バッファ1012シンボル候補・尤度対（S1、e1）…（S256、e256）を入力としてバッファリングを行い、平均化装置1011における平均化が終了するまでデータを蓄積する。
選択装置3221-1、3221-2、3221-3はそれぞれバッファリングにより遅延されたシンボル候補・尤度対（S1、e1）…（S256、e256）と、平均値qを入力とする。各選択装置では、ビット尤度を計算する際に、各ビットが0であるシンボル候補と1であるシンボル候補を選択し、該当するシンボル候補の最大シンボル尤度を選択し、ビット尤度として出力する。このとき、ビット0あるいは1を含むシンボル候補が存在せず、従って、ビット尤度を選択できない場合には、入力される平均値qをビット0あるいは、ビット1のビット尤度とする。
ビット尤度計算装置101では、平均化装置1011おける平均化区間を広くすることで、平均化の精度を上げることができる。
Hiroyuki KAWAI、 Kenichi HIGUCHI、 Noriyuki MAEDA、 Mamoru SAWAHASHI、 Takumi ITO、 Yoshikazu KAKURA、 Akihisa USHIROKAWA、 Hiroyuki SEKI、 "Likelihood Function for QRM-MLD Suitable for Soft-Decision Turbo Decoding and Its Performance for QFCDM MIMO Multiplexing in Multipath Fading Channel、" IEICE TRANS. Commun.、 Vol.E88-B、 No.1、 Jan. 2005.
しかし、上述した従来技術には次のような問題点があった。
第1の問題は、処理遅延が大きくなることである。これは、平均化処理を待つためのバッファリングにより遅延が発生するためである。従って、遅延時間への制約が厳しい無線通信システムへ適用することが困難であった。
第2の問題は、平均化に用いるサンプル数があらかじめ確定できないことである。これは、平均化処理に入力されるシンボル候補のうち、ビット0とビット1の両方を含むシンボルがどの程度存在するかをあらかじめ確定できないためである。
本発明の目的は、削減型MLDと尤度計算を組み合わせた受信方法において処理遅延を発生することなくビット尤度を計算する手段を提供することである。
本発明の復調方法による受信装置は以下のように構成される。
M本（Mは2以上の整数）のアンテナを備えそれぞれが高々M個の信号を空間多重したK種類（Kは2以上の整数）の信号を送信する送信装置から送信された信号を受信するN本（Nは2以上の整数）のアンテナを備えた受信装置であって、
データ再生手段と尤度情報生成手段を有し、
前記データ再生手段は、受信モード1とした後に、前記N本のアンテナで受信された受信信号と、ビット尤度情報を入力として、第k信号（kは2以上K以下）に空間多重された信号の特徴を検出して前記受信モード1と受信モード2を切り替え、前記受信モード1では、各ビットが1である尤度と0である尤度を前記受信信号から直接計算して第1ビット尤度対とし、再生したビット列と前記第1ビット尤度対を出力し、前記受信モード2では、各ビットが1である尤度と0である尤度を直接計算出来る場合には前記受信信号から直接計算し、出来ない場合には前記ビット尤度情報から計算して第2ビット尤度対とし、前記第2ビット尤度対を用いて軟判定復号を行って再生したビット列を出力し、
前記尤度計算手段は、前記受信信号と、前記第1ビット尤度対を入力として、前記第1ビット尤度対のうち小さい方のビット尤度に関する物理量を計算して前記ビット尤度情報として出力する。
この場合、前記第k信号に空間多重された信号が制御信号とデータ信号を含み、前記データ再生装置は、前記制御信号と前記データ信号それぞれの変調方式の積を比較し、該比較結果から、受信モード1と受信モード2を切り替えるとしてもよい。
また、前記尤度情報生成手段は、前記第1ビット尤度対の小さい方のみを用いて平均化を行い、前記第k信号に多重された信号の送信パラメータと各アンテナ間の伝搬路パラメータの少なくとも一方を用いて変換し、前記ビット尤度情報とするとしてもよい。
さらに、前記尤度情報生成手段は、前記送信パラメータとして信号点配置を用いるとしてもよい。
また、第k信号で第mアンテナから送信される信号の平均最小信号点間自乗距離をd2 k,m,minとし、K1種類（K1は1以上K未満）の信号を第1受信モードで、（K-K1）種類の信号を第2受信モードで受信する場合に、前記第1ビット尤度対の小さい方の平均値をqとして、前記ビット尤度情報Qを
Figure 0004788879
と生成するとしてもよい。
また、第k信号で第mアンテナから送信される信号の平均最小信号点間自乗距離をd2 k,m,minとし、K1種類（K1は1以上K未満）の信号を第1受信モードで、（K-K1）種類の信号を第2受信モードで受信する場合に、第ｎ受信アンテナと第ｍ送信アンテナとの間の伝搬路をhnmとし、前記第1ビット尤度対の小さい方の平均値をqとして、前記ビット尤度情報Qを
Figure 0004788879
と生成するとしてもよい。
本発明の無線通信システムは上記の受信装置を用いて構成され、本発明のプログラムは、上記の処理を受信装置に実行させるものである。
本発明の第1の無線通信システムは2本以上の受信アンテナと、データ再生装置と尤度情報生成装置を有し、送信される信号の特徴に応じて、データ再生装置の受信モード1と2を切り替える。受信モード1では、データの再生と尤度情報の生成を行い、受信モード2では受信モード1で生成された尤度情報を用いてデータ再生を行う。
上記のような構成とすることで、バッファリングによる遅延が発生せず、速やかに送信データを再生できる。
本発明の第2の無線通信システムは、送信装置と受信装置の間の伝搬路パラメータや送信信号の送信パラメータに応じて、尤度情報の生成を行う。これにより、バッファリングによる遅延を削減しつつ、高性能に受信できる。また、ビット尤度情報の精度をあらかじめ規定できる。
本発明によれば、送信信号の特徴に応じて受信方法を切り替え、一方の受信方法で計算したビット尤度を他方の受信方法で利用することにより、バッファリングによる処理遅延を発生することなく、速やかに信号受信が実現できる。
図1は本発明の実施の形態を示すブロック図である。
図1を参照すると、本実施の形態による無線通信システムは、M本のアンテナ21-1、21-2、…、21-Mから送信される送信信号s1、s2、…、sMによってV個の入力信号d1、d2…dV（ｖは任意の数)を送信する送信装置2と、N本のアンテナ11-1、11-2、…、11-Nを備えた受信装置1を含む構成となっている。
受信装置1は内部にデータ再生装置12と、尤度情報生成装置13と、記録媒体14を含み、データ再生装置12は内部に第1のデータ再生装置121と、第2のデータ再生装置122を含み、データ再生装置122は内部に、削減型MLD装置1221とビット尤度計算装置1222と、復号装置1223を含む構成となっている。本実施の形態では、第1の受信モードとして第1のデータ再生装置121および尤度情報生成装置13が動作し、第2の受信モードとして第2のデータ再生装置122が動作する。また、これらの第1および第2の受信モードは、受信信号中の制御信号およびデータ信号を使用することにより切り替えられる。
図2は、本実施の形態による処理を示すフローチャートである。図1、図2を参照して、本実施の形態による受信装置1の動作を説明する。なお、これらの処理は演算装置（図示せず）が受信装置1に含まれる記録媒体14に格納されたプログラムを実行することで実現されるものであり、本発明にはプログラムも含まれる。
アンテナ11-1、11-2、…、11-Nで受信された受信信号r1、r2、…、rNは受信装置1に送られる。
データ再生装置12に含まれる第1のデータ再生装置121は、受信信号r1、r2、…、rNを入力として受信信号中の制御信号からdU+1、dU+2…dvを再生するとともに、あるビットが0である尤度と1である尤度をビット尤度対（L0U+1、L1,U+1）、（L0U+2、L1U+2）…（L0V、L1V）として出力する（ステップS101）。
尤度情報生成装置13は、ビット尤度対（L0U+1、L1,U+1）、（L0U+2、L1U+2）…（L0V、L1V）と受信信号r1、r2、…、rNを入力として受信信号中の制御信号からビット尤度情報Q1、Q2、…、QK1を生成し、出力する（ステップS102）。
第2のデータ再生装置122に含まれる削減型MLD装置1221は、受信信号r1、r2、…、rNを入力として受信信号中のデータ信号からK1種類（k1はk以下の任意の数）の信号に対するシンボル候補と当該シンボルの尤度を計算し、シンボル候補・尤度対（S11、e11）…（S1J1、e1J1）、（S21、e21）…（S2J2、e2J2）、…、（SK11、eK11）…（SK1JK1、eK1JK1）を出力する（ステップS103）。但し、J1、J2…JK1はそれぞれ第1，第2…第K1信号のシンボル候補・尤度対の数を表す。
ビット尤度計算装置1222は、シンボル候補・尤度対（S11、e11）…（S1J1、e1J1）、（S21、e21）…（S2J2、e2J2）、…、（SK11、eK11）…（SK1JK1、eK1JK1）と、ビット尤度情報Q1、Q2、…、QK1を入力としてU個のデータ信号に関するビット尤度対（L01、L11）、…、（L0U、L1U）を計算し出力する（ステップS104）。
復号装置1223は、ビット尤度対（L01、L11）、…、（L0U、L1U）を入力として復号を行い、U個のデータ信号d1、d2、…dUを再生し出力する（ステップS105）。
上記のように、第1の受信モードで計算されたビット尤度対からビット尤度情報を生成し、第2の受信モードで利用することにより信号を再生し出力する。
以上の説明では、2つのデータ再生装置を用いて、受信モード1，2を構成する場合について説明したが、これは本発明の形態を制限するものではない。例えば、一つのデータ再生装置を構成し、適用する復調パラメータを制御することによって、第1、第2の受信モードを実現することも出来る。
実施例1
図3は、本発明の第1の実施例を示すブロック図である。本実施例による無線通信システムは、図1に示す実施の形態と同様の構成となっている。
図3を参照すると、本実施例による無線通信システムは、3本のアンテナ21-1、21-2、21-3を備えた送信装置4と、3本のアンテナ11-1、11-2、11-3を備えた受信装置3から構成されている。
受信装置3は、データ再生装置31と、尤度情報生成装置32と、記録媒体33を備え、データ再生装置31は、第1のデータ再生装置311と第2のデータ再生装置312を備える。
第1のデータ再生装置311は、チャネル推定装置3111と、最大比合成装置3112と、ビット尤度計算装置3113と、復号装置3114を備え、第2のデータ再生装置312は、チャネル推定装置3111’と、QR分解MLD装置3121と、ビット尤度計算装置3122と、復号装置3123を備える。尤度情報生成装置32は、比較平均化装置321と、変換装置322を備える。
図4は、送信装置4が送信する信号のフォーマットを示す図である。図4を参照すると、送信装置4はアンテナ21-1からデータ信号1と制御信号を、アンテナ21-2からデータ信号2と制御信号を、アンテナ21-3からデータ信号3と制御信号を送信する。つまり、データ信号と制御信号の2種類の信号が送信され、データ信号は3多重、制御信号は多重なし（1多重）となっている。また、データ信号1、2，3の変調方式（信号点配置）は16QAMであるとし、制御信号の変調方式（信号点配置）はQPSKであると仮定する。
なお、以下の全ての実施例では、送受信装置間の伝搬路はフラットフェージングとし、その変動は充分に緩やかであるとする。但し、これは説明の都合であって、本発明の実施を限定するものではない。
また、制御信号、データ信号の変調方式（コンスタレーション）、送信アンテナ数は受信装置にて既知であると仮定している。これも説明の都合であり、適応変調などの適応制御によって変調方式等が変動する場合には、当該情報を再生する機能を尤度情報生成装置などに設けることで、以下の実施例で説明する場合と同等に扱うことができる。
さらに、送信信号はいずれの実施例においても2種類とし、一方を制御信号、他方をデータ信号としている。これも説明のために設けた仮定であって、本発明の実施を制限するものではない。加えて、2種類の受信モードを別々の装置（第1のデータ再生装置と第2のデータ再生装置）で実現しているが、これも本発明の実施を制限するものではない。例えば、信号再生に用いるパラメータを制御することによっても2種類の受信モードを実現できる。
はじめに各アンテナから同一の信号が送信される制御信号と異なる信号が送信されるデータ信号の違いについて説明する。
制御信号をsc[t]とすると、各送信アンテナから同一の信号が送信されるため、各受信アンテナで受信される信号は、
Figure 0004788879
と書ける。但し、rc 1[t]、rc 2[t]、rc 3[t]はそれぞれ受信アンテナ1、2、3における受信信号を、hijは送信アンテナjと受信アンテナiの伝搬路を表す。また、伝搬路の変動は信号の送信間隔に比べて十分に短いものとしている。
上式は、複数の送信アンテナから同一の信号を送信した場合、1つの送信アンテナから信号を送信した場合と同一に扱える事を示している。この場合の受信方式はすでに多くの文献で紹介されており、例えば本実施例で示すように最大比合成を行うことで最も良好な特性を実現できる。
一方、データ信号1、2、3をsd 1[t]、sd 2[t]、sd 3[t]とすると、各受信アンテナで受信される信号は
Figure 0004788879
となる。このように受信されるMIMO信号からデータ信号1、2、3を復調・復号するためには、非特許文献1にあるQR分解MLDのような受信方法が必要となる。
図5は本実施例による受信装置3の復調処理を示すフローチャートである。図3、4、5を参照して本実施例による受信装置3の処理について説明する。なお、図5に示す処理は、受信装置3内の演算装置（図示しない）が記録媒体33のプログラムを実行することで実現される。
3本のアンテナで受信された信号r1、r2、r3は、受信装置3に送られる。
第1のデータ再生装置311に含まれるチャネル推定装置3111は、受信信号r1、r2、r3を入力としてチャネル推定を行う。チャネル推定装置3111は、送信装置4のアンテナ21-1、21-2、21-3と、受信装置3のアンテナ11-1、11-2、11-3の間の伝搬路を推定し、チャネル推定値h11、h12、h13、h21、h22、h23、h31、h32、h33を出力する（ステップS301）。
次に、最大比合成装置3112、ビット尤度計算装置3113、復号装置3123により、制御チャネルを復号する（ステップS302）。最大比合成装置3112は受信信号r1、r2、r3とチャネル推定値h11、h12、h13、h21、h22、h23、h31、h32、h33を入力として復調信号zc[t]を形成し、出力する。これは、
Figure 0004788879
と書ける。但し、rc 1[t]、rc 2[t]、rc 3[t]はアンテナ11-1、11-2、11-3で受信される制御信号を表す。
ビット尤度計算装置3113では、復調信号zc[t]を入力として、ビット尤度対（L04、L14）を計算し出力する。この計算は、例えば、3GPP、TR25.848（HSDPA）、A.1.4の方法によって計算できる。復号装置3123は、ビット尤度対（L04、L14）を入力として復号し、再生データd4を出力する。
次に、尤度情報生成装置32について説明する。尤度情報生成装置32は、ビット尤度対（L04、L14）と、受信信号r1、r2、r3を入力とする。
比較平均装置321は、ビット尤度対（L04、L14）を入力として、各ビットが0である尤度と1である尤度を比較して小さい方を選択し、平均化して平均第2尤度qとして出力する。（ステップS303、S304）。
変換装置322は、平均第2尤度qと、受信信号r1、r2、r3を入力として、ビット尤度情報Q1を生成し、出力する（ステップS305）。
図6は、変換装置322の構成を示すブロック図である。図6を参照すると、変換装置322は内部に、チャネル推定装置3111、加算自乗回路3221、加算回路3222、自乗逆数回路3223、乗算回路3224、逆数回路3225を備える。
図7は、加算自乗回路3221の構成を示すブロック図である。図7を参照すると、加算自乗回路3221は、内部に加算回路3222、自乗回路32211を含む。
図8は自乗逆数回路3223の構成を示すブロック図である。図8を参照すると、自乗逆数回路3223は、内部に自乗回路32211と、加算回路3222と、逆数回路3225を含む。
変換装置3122はチャネル推定値h11、h12、h13、h21、h22、h23、h31、h32、h33に対し、加算自乗回路3221と加算回路3222を用いて
Figure 0004788879
を計算し、自乗逆数回路3223と加算回路3222を用いて
Figure 0004788879
を計算する。
これらを乗算回路3224、逆数回路3225を用いて演算することで、ビット尤度情報Q1を
Figure 0004788879
と生成する。
但し、d2 2,min、d2 1,minは、制御信号、データ信号の平均最小信号点間自乗距離を表す。ここで、平均最小信号点間自乗距離とは、あるシンボルと1ビットだけ異なるシンボルまでの最小信号点間自乗距離の平均値を表す。グレイ符号化を仮定した場合、QPSKでは信号点の対称性から、d2 minは最小信号転換距離の自乗に等しくなる。
なお、上記のビット尤度情報Q1は、送信アンテナおよび受信アンテナが３本の場合のものであり、M本（Mは2以上の整数）の送信アンテナのそれぞれに高々M個の信号が空間多重されたK種類（Kは2以上の整数）の信号が送信され、これをN本（Nは2以上の整数）のアンテナにより受信する場合、第k信号で第mアンテナから送信される信号の平均最小信号点間自乗距離をdk,m,minとし、K1種類（K1は1以上K未満）の信号を第1受信モードで、（K-K1）種類の信号を第2受信モードで受信する場合に、第ｎ受信アンテナと第ｍ送信アンテナとの間の伝搬路をhnmとし、前記第1ビット尤度対の小さい方の平均値をqとすると、一般的なビット尤度情報Qは、
Figure 0004788879
と表すことができる。
一方、16QAMではグレイ符号化を仮定した場合でも信号点の位置に基づいた平均を取る。
図21に、16QAMの信号点配置の一部を示す。16QAMの信号点配置の対称性を考慮し、第1象限のみを描いている。信号点1111は、最隣接する位置に1ビット異なるシンボル4つが存在するが、信号点1110、1011では1つが、信号点1010では2つが最隣接する位置以外に存在する。従ってこれらを平均し、
Figure 0004788879
となる。ここでd2 minは16QAMの最小信号点間距離である。
次に、第2のデータ再生装置312について説明する。第2のデータ再生装置312は、受信信号r1、r2、r3と、ビット尤度情報Q1を入力とする。
チャネル推定装置3111’は、受信信号r1、r2、r3を入力としてチャネルを推定し、チャネル推定値h11、h12、h13、h21、h22、h23、h31、h32、h33を出力する（ステップS306）。QR分解MLD装置3121は、受信信号r1、r2、r3とチャネル推定装置3111’からのチャネル推定値h11、h12、h13、h21、h22、h23、h31、h32、h33を入力としてデータ信号1、2、3に関するシンボル候補と当該シンボル候補の尤度を計算し、シンボル候補・尤度対（S11、e11）…（S1256、e1256）を出力する（ステップS307）。ここでは、シンボル候補・尤度対の数を256としている。これにより、MLD法を適用し、シンボル候補・尤度対を4096通り計算する場合に比べて、大幅に計算量が削減されている。
ビット尤度計算装置3122は、QR分解MLD装置3121からのシンボル候補・尤度対（S11、e11）…（S1256、e1256）と、変換装置322からのビット尤度情報Q1を入力として、データ信号1、2、3のビット尤度対（L01、L11）と、（L02、L12）と、（L03、L13）を計算し、出力する（ステップS308）。復号装置3123は、ビット尤度対（L01、L11）と、（L02、L12）と、（L03、L13）を入力として復号を行い、復号データd1、d2、d3を出力する（ステップS309）。
次に、ビット尤度計算装置3122について説明する。図9は、ビット尤度計算装置3122を説明するためのブロック図である。
図9を参照すると、ビット尤度計算装置3122は、内部に選択装置31221-1、31221-2、31221-3を含む。
各選択装置は、シンボル候補・尤度対（S11、e11）…（S1256、e1256）と、ビット尤度情報Q1を入力とする。各選択装置は、各ビットが0であるシンボル候補と1であるシンボル候補を256個のシンボル候補から選択し、当該シンボル候補の中で最大のシンボル尤度をビット0あるいは、1に対するビット尤度として選択する。このとき、ビット0に対するシンボル候補、あるいは、ビット1に対するシンボル候補が存在しない場合には、ビット尤度としてビット尤度情報を選択する。これにより、各ビットの0に対する尤度と1に対する尤度をシンボル候補の存在に関わらず確実に計算できる。
従って、本実施例によれば削減型MLDに続くビット尤度計算装置においてビット尤度を計算する際に平均化処理が不要なため、平均化による処理遅延が発生せず迅速にビット尤度を計算することが出来る。また、ビット尤度情報は第1のデータ再生装置1で計算されるためビット尤度情報の平均化精度は第1のデータ再生装置によって決定される。従って、第2のデータ再生装置でビット尤度の計算を開始するまでに、ビット尤度情報の精度をあらかじめ決定できる。
なお、尤度情報生成装置32における処理は本発明の実施例を説明するための都合であり、具体的な動作はここで説明した限りではない。
実施例2
図10は、本発明の第2の実施例を示すブロック図である。本実施例による無線通信システムは、図1に示す実施の形態と同様の構成となっている。
図10を参照すると、本実施例による無線通信システムは、3本のアンテナ21-1、21-2、21-3を備えた送信装置6と、3本のアンテナ11-1、11-2、11-3を備えた受信装置5から構成されている。
受信装置5は内部に、データ再生装置51と、尤度情報生成装置53と、記録媒体52を含み、さらにデータ再生装置51は内部に、第1のデータ再生装置511と、第2のデータ再生装置312を含む。
図11は、送信装置6が送信する信号のフォーマットを示す図である。
図11を参照すると、送信装置6はアンテナ21-1からデータ信号1と制御信号1を、アンテナ21-2からデータ信号2と制御信号2を、アンテナ21-3からデータ信号3と制御信号3を送信する。つまり、送信装置６は、制御信号とデータ信号の2種類の信号を送信し、それぞれ3個の信号が空間多重されている。また、本実施例では、データ信号1、2、3の変調方式（信号点配置）は16QAMであり、制御信号1、2、3の変調方式（信号点配置）はQPSKであるとする。
図12は本実施例による受信装置5の復調処理を示すフローチャートである。
図11、12、13を参照して本実施例による受信装置5の処理について説明する。なお、図13に示す処理は、受信装置5内の演算装置（図示しない）が記録媒体52のプログラムを実行することで実現される。
アンテナ11-1、11-2、11-3で受信された信号r1、r2、r3は受信装置5に送られる。受信装置5に含まれる第1のデータ再生装置511は再生したデータ信号d4、d5、d6と、ビット尤度対（L04、L14）と、（L05、L15）と、（L06、L16）を出力する。尤度情報生成装置53は、ビット尤度対（L04、L14）と、（L05、L15）と、（L06、L16）を入力として、ビット尤度情報Q1出力する（ステップS501）。
第2のデータ再生装置312は受信信号r1、r2、r3とビット尤度情報Q1を入力として、実施例1と同様にして復号を行い、データ信号d1、d2、d3を出力する（ステップS505）。本実施例で実施例1と異なるのは、第1のデータ再生装置511と、尤度情報生成装置53であるから、これらについて詳細に説明する。
図13は第1のデータ再生装置511を表すブロック図である。
図13を参照すると、第1のデータ再生装置511は内部にチャネル推定装置3111、最尤推定装置5111、ビット尤度計算装置5112、復号装置3123を含む。
チャネル推定装置3111は、実施例1と同様に、受信信号r1、r2、r3を入力として、伝搬路の推定を行い、チャネル推定値h11、h12、h13、h21、h22、h23、h31、h32、h33を出力する。最尤推定装置5111は、大鐘、西村、小川、“MIMOチャネルにおける空間分割多重方式とその基本特性、”信学会 論文誌B、J87-B、No9、1162-1173、2004年9月に記載の最尤推定法に従って、送信された可能性のある全てのシンボル候補に対し、その尤度を計算し、シンボル候補と当該シンボルの尤度の尤度を計算してシンボル候補・尤度対（S21、e21）…、（S264、e264）を出力する。
ビット尤度装置5112は、シンボル候補・尤度対を入力としてビット尤度対（L04、L14）と、（L05、L15）と、（L06、L16）を計算し出力する。制御信号は変調方式の積が64であり、データ信号の変調方式の積4096に比べて十分小さい。このような場合には、ここで説明した最尤推定法を用いることで、簡易かつ高性能に信号を受信できる。最尤推定法では、全てのシンボル候補についてのシンボル尤度を出力するため、各ビットが0である候補と1である候補を確実に含む。そのため、各ビットに対し当該ビットが0あるいは1のシンボル候補の最大シンボル尤度を選択してビット尤度とすることで、ビット尤度を直接計算できる。
復号装置3123は、ビット尤度対（L04、L14）と、（L05、L15）と、（L06、L16）を入力としてデータ信号d4、d5、d6を復号し、出力する。
図14は尤度情報生成装置53を表すブロック図である。
図14を参照すると、尤度情報生成装置53は、内部に比較平均化装置531と、変換装置532を含む。
比較平均化装置531は、ビット尤度対（L04、L14）と、（L05、L15）と、（L06、L16）を入力として各ビットに対する0の尤度と1の尤度を比較し、小さい方を選択して平均化し、平均第2尤度qとして出力する（ステップS502、S503）。
変換装置532は、平均第2尤度qと、受信信号r1、r2、r3を入力としてビット尤度情報Q1を生成し、出力する（ステップS505）。
図15に変換装置532を構成するブロック図を示す。図15を参照すると、変換装置532は内部に逆数回路3225と、乗算回路3224を含む。
逆数回路3225は、制御信号の平均的最小信号点間自乗距離d2 2、minを入力としてその逆数を出力し、乗算回路3224は、前記逆数と、データ信号の平均的最小信号点間自乗距離d2 1,minと、平均第2尤度qを乗算し、結果をビット尤度情報として出力する。これは、
Figure 0004788879
と書ける。
なお、上記のビット尤度情報Q1は、送信アンテナおよび受信アンテナが３本の場合のものであり、M本（Mは2以上の整数）の送信アンテナのそれぞれに高々M個の信号が空間多重されたK種類（Kは2以上の整数）の信号が送信され、これをN本（Nは2以上の整数）のアンテナにより受信する場合第k信号で第mアンテナから送信される信号の平均最小信号点間自乗距離をd2 k,m,minとし、K1種類（K1は1以上K未満）の信号を第1受信モードで、（K-K1）種類の信号を第2受信モードで受信する場合に、前記第1ビット尤度対の小さい方の平均値をqとすると、一般的なビット尤度情報Qは、
Figure 0004788879
と表すことができる。
実施例1では、推定した伝搬路応答と信号点配置に基づいた変換であるのに対し、本実施例では信号点配置のみに基づいて変換している。これは、制御信号、データ信号が共にMIMOチャネルを通して伝送されたためである。
従って、本実施例によれば制御信号がMIMO伝送されている場合でも、確実にビット尤度を計算できる復調方法を適用することで、ビット尤度情報を確実に生成することができ、結果として第2のデータ再生装置におけるビット尤度計算の際に平均化処理が不要なため、平均化による処理遅延が発生せず迅速にビット尤度を計算することが出来る。
なお、尤度情報生成装置53における処理は本発明の実施例を説明するための都合であり、具体的な動作はここで説明した限りではない。
実施例3
本実施例では実施例2と同様に図11に示すような3つのデータ信号と3つの制御信号が送信される場合を考える。本実施例では、データ信号の変調方式は同一であるが、制御信号の変調方式は互いに異なるものとする。
このとき、受信装置の全体構成は図14において、変換装置532が図16に示す変換装置732に変更された構成となる。つまり、本実施例と実施例2は、変換装置732が異なるのみである。従って、ここでは変換装置732について説明する。
図16は、本実施例の変換装置732の構成を示すブロック図である。図16を参照すると、変換装置732は内部に加算回路3222、逆数回路3225、乗算回路3224を含む。
変換装置732は平均第2尤度qを入力とし、加算回路3222、逆数回路3225、乗算回路3224を用いて
Figure 0004788879
を計算する。但し、 d2 4,min、d2 5,min、d2 6,minはそれぞれ制御信号1、2、3の平均的最小信号点間自乗距離を、d2 1,minはデータ信号の平均的最小信号点間自乗距離を表す。
従って、本実施例によれば制御信号の変調方式が同一でない場合でも、変換装置732を用いることで制御信号の信号点配置に応じた重み付けにより、平均第2尤度からビット尤度情報を生成できる。
実施例4
本実施例では実施例2と同様に図11に示すような3つのデータ信号と3つの制御信号が送信される場合を考える。本実施例では、データ信号、制御信号の変調方式は必ずしも同一ではないとする。
このとき、受信装置の全体構成は図14において、変換装置532が図17に示す変換装置832に変更される構成となる。つまり、本実施例と実施例4とは変換装置832のみが異なる。そこで、以下では変換装置832について説明する。
図17は、本実施例の変換装置832の構成を示すブロック図である。図17を参照すると、変換装置832は内部に逆数回路3225、加算回路3222、乗算回路3224を含む。
変換装置832は、逆数回路3225、加算回路3222、乗算装置3224を用いて、
Figure 0004788879
と平均第2尤度qを変換し、ビット尤度情報Q1を出力する。但し、 d2 1,min、d2 2,min、d2 3,minはそれぞれデータ信号1、2、3の平均的最小信号点間自乗距離を、d2 4,minは制御信号の平均的最小信号点間自乗距離を表す。
従って、本実施例に従えばデータ信号の信号点配置が一定でない場合でもビット尤度情報を求めることが出来る。
実施例5
本実施例では実施例1と同様に、3つのデータ信号と1つの制御信号が送信される場合を考える。
このときの全体構成は、図3におけるビット尤度計算装置3122を図18に示すビット尤度計算装置9122に変更した構成となる。そこで、以下ではビット尤度計算装置9122について説明する。
図18は本実施例におけるビット尤度計算装置9122を構成するブロック図である。図18を参照すると、ビット尤度計算装置9122は内部に、平均化装置91221と、選択装置3221-1、3221-2、3221-3を含む。
平均化装置91221は、シンボル候補・尤度対（S11、e11）…（S1256、e1256）と、ビット尤度情報Q1を入力とする。
平均化装置91221は、シンボル候補・尤度対から、ビット0に対する尤度とビット1に対する尤度の両方が選択できる場合に限り、その尤度の小さいほうを平均化対象とし、ビット尤度情報Q1を初期値として、逐次平均化し平均値pを出力する。
選択装置3221-1、3221-2、3221-3は、それぞれシンボル候補・尤度対と、平均値pを入力とし、シンボル候補・尤度対からビット0に対する尤度とビット1に対する尤度が共に選択できる場合には当該シンボル尤度の最大値を選択してビット尤度とし、いずれか一方しか選択できない場合には、代わりに平均値pを選択してビット尤度とする。
平均化装置91221では初期値をビット尤度情報とした逐次平均を行うため、変換装置内にバッファが不要となり、結果として、図20に示す従来技術で発生していた遅延を抑えることができる。
また、時間の経過と共に逐次平均値が図20で計算される平均値に近づくという特徴も持つ。
本発明の実施の形態による構成を示すブロック図である 本発明の実施の形態による処理を示すフローチャートである 本発明の第1の実施例による構成を示すブロック図である 本発明の第1の実施例における送信信号を示すブロック図である 本発明の第1の実施例による処理を示すフローチャートである 図3の変換装置の構成を示すブロック図である 図6の加算自乗回路の構成を示すブロック図である 図6の自乗逆数回路の構成を示すブロック図である 図6のビット尤度計算装置の構成を示すブロック図である 本発明の第2の実施例による構成を示すブロック図である 本発明の第2の実施例における送信信号を示すブロック図である 本発明の第2の実施例における処理を示すフローチャートである 図10に示す復調装置の構成を示すブロック図である 図10の尤度情報生成装置の構成を示すブロック図である 図14に示す変換装置の構成を示すブロック図である 本発明の第3の実施例における尤度情報生成装置の構成を示すブロック図である 本発明の第4の実施例における尤度情報生成装置の構成を示すブロック図である 本発明の第5の実施例におけるビット尤度計算装置の構成を示すブロック図である 従来例による構成を示すブロック図である 図19におけるビット尤度計算装置の構成を示すブロック図である 本発明の平均的最小信号点間自乗距離を説明するための図である。
符号の説明
1、3、5、10 受信装置
11、21 アンテナ
12、31、51 データ再生装置
121、311、511 第1のデータ再生装置
122 第2のデータ再生装置
13、32、53 尤度情報生成装置
1221、 削減型MLD装置
1222、3122、5112、91221、101 ビット尤度計算装置
1223、3114、3123 復号装置
14、33、52 記録媒体
2、4、6、11 送信装置
3111 チャネル推定装置
3112 最大比合成装置
321、531 比較平均化装置
322、532、732、832 変換装置
3221 加算自乗回路
3222 加算回路
3223 自乗逆数回路
3224 乗算回路
3225 逆数回路
3121 QR分解MLD装置
31221-1、31221-2、31221-3 選択装置
5111 最尤推定装置
9211、1011 平均化装置
1012 バッファ

Claims (19)

  1. M本（Mは2以上の整数）のアンテナを備え、それぞれに高々M個の信号が空間多重されたK種類（Kは2以上の整数）の信号を送信する送信装置と、前記送信装置から送信された信号を受信するN本（Nは2以上の整数）のアンテナを備えた受信装置とからなる無線通信システムであって、
    前記受信装置は、データ再生装置と尤度情報生成装置を有し、
    前記データ再生装置は、受信モード1とした後に、前記N本のアンテナで受信された受信信号と、ビット尤度情報を入力として、第k信号（kは2以上K以下）に空間多重された信号の特徴を検出して前記受信モード1と受信モード2を切り替え、前記受信モード1では、各ビットが1である尤度と0である尤度を前記受信信号から直接計算して第1ビット尤度対とし、再生したビット列と前記第1ビット尤度対を出力し、前記受信モード2では、各ビットが1である尤度と0である尤度を直接計算出来る場合には、前記受信信号から直接計算し、出来ない場合には前記ビット尤度情報から計算して第2ビット尤度対とし、前記第2ビット尤度対を用いて軟判定復号を行って再生したビット列を出力し、
    前記尤度計算装置は、前記受信信号と、前記第1ビット尤度対を入力として、前記第1ビット尤度対のうち小さい方のビット尤度に関する物理量を計算して前記ビット尤度情報として出力することを特徴とした無線通信システム。
  2. 前記第k信号に空間多重された信号が制御信号とデータ信号を含み、前記データ再生装置は、前記制御信号と前記データ信号それぞれの変調方式の積を比較し、該比較結果から、受信モード1と受信モード2を切り替えることを特徴とした請求項1記載の無線通信システム。
  3. 前記尤度情報生成装置は、前記第1ビット尤度対の小さい方のみを用いて平均化を行い、送信信号の送信パラメータと各アンテナ間の伝搬路パラメータの少なくとも一方を用いてこれを変換し、前記ビット尤度情報とすることを特徴とした請求項1記載の無線通信システム。
  4. 前記尤度情報生成装置は、前記送信パラメータとして信号点配置を用いることを特徴とした請求項3記載の無線通信システム。
  5. 第k信号で第mアンテナから送信される信号の平均最小信号点間自乗距離をd2 k,m,minとし、K1種類（K1は1以上K未満）の信号を第1受信モードで、（K-K1）種類の信号を第2受信モードで受信する場合に、前記第1ビット尤度対の小さい方の平均値をqとして、前記ビット尤度情報Qを
    Figure 0004788879
     と生成することを特徴とした請求項3記載の無線通信システム。
  6. 第k信号で第mアンテナから送信される信号の平均最小信号点間自乗距離をd2 k,m,minとし、K1種類（K1は1以上K未満）の信号を第1受信モードで、（K-K1）種類の信号を第2受信モードで受信する場合に、第ｎ受信アンテナと第ｍ送信アンテナとの間の伝搬路をhnmとし、前記第1ビット尤度対の小さい方の平均尤度をqとして、前記ビット尤度情報Qを
    Figure 0004788879
     と生成することを特徴とした請求項3記載の無線通信システム。
  7. M本（Mは2以上の整数）のアンテナを備えそれぞれが高々M個の信号を空間多重したK種類（Kは2以上の整数）の信号を送信する送信装置から送信された信号を受信するN本（Nは2以上の整数）のアンテナを備えた受信装置であって、
    データ再生手段と尤度情報生成手段を有し、
    前記データ再生手段は、受信モード1とした後に、前記N本のアンテナで受信された受信信号と、ビット尤度情報を入力として、第k信号（kは2以上K以下）に空間多重された信号の特徴を検出して前記受信モード1と受信モード2を切り替え、前記受信モード1では、各ビットが1である尤度と0である尤度を前記受信信号から直接計算して第1ビット尤度対とし、再生したビット列と前記第1ビット尤度対を出力し、前記受信モード2では、各ビットが1である尤度と0である尤度を直接計算出来る場合には前記受信信号から直接計算し、出来ない場合には前記ビット尤度情報から計算して第2ビット尤度対とし、前記第2ビット尤度対を用いて軟判定復号を行って再生したビット列を出力し、
    前記尤度計算手段は、前記受信信号と、前記第1ビット尤度対を入力として、前記第1ビット尤度対のうち小さい方のビット尤度に関する物理量を計算して前記ビット尤度情報として出力することを特徴とした受信装置。
  8. 前記第k信号に空間多重された信号が制御信号とデータ信号を含み、前記データ再生装置は、前記制御信号と前記データ信号それぞれの変調方式の積を比較し、該比較結果から、受信モード1と受信モード2を切り替えることを特徴とした請求項7記載の受信装置。
  9. 前記尤度情報生成手段は、前記第1ビット尤度対の小さい方のみを用いて平均化を行い、前記第k信号に多重された信号の送信パラメータと各アンテナ間の伝搬路パラメータの少なくとも一方を用いて変換し、前記ビット尤度情報とすることを特徴とした請求項7記載の受信装置。
  10. 前記尤度情報生成手段は、前記送信パラメータとして信号点配置を用いることを特徴とした請求項9記載の受信装置。
  11. 第k信号で第mアンテナから送信される信号の平均最小信号点間自乗距離をd2 k,m,minとし、K1種類（K1は1以上K未満）の信号を第1受信モードで、（K-K1）種類の信号を第2受信モードで受信する場合に、前記第1ビット尤度対の小さい方の平均値をqとして、前記ビット尤度情報Qを
    Figure 0004788879
     と生成することを特徴とした請求項9記載の受信装置。
  12. 第k信号で第mアンテナから送信される信号の平均最小信号点間自乗距離をd2 k,m,minとし、K1種類（K1は1以上K未満）の信号を第1受信モードで、（K-K1）種類の信号を第2受信モードで受信する場合に、第ｎ受信アンテナと第ｍ送信アンテナとの間の伝搬路をhnmとし、前記第1ビット尤度対の小さい方の平均値をqとして、前記ビット尤度情報Qを
    Figure 0004788879
     と生成することを特徴とした請求項9記載の受信装置。
  13. M本（Mは2以上の整数）のアンテナを備えそれぞれが高々M個の信号を空間多重したK種類（Kは2以上の整数）の信号を送信する送信装置から送信された信号を受信するN本（Nは2以上の整数）のアンテナを備えた受信装置の復調方法であって、
    データ再生ステップと尤度情報生成ステップを有し、
    前記データ再生ステップは、受信モード1とした後に、前記N本のアンテナで受信された受信信号と、ビット尤度情報を入力として、第k信号（kは1以上K以下）に空間多重された信号の特徴を検出して前記受信モード1と受信モード2を切り替え、前記受信モード1では、各ビットが1である尤度と0である尤度を前記受信信号から直接計算してビット尤度対とし、再生したビット列と前記ビット尤度対を出力し、前記受信モード2では、各ビットが1である尤度と0である尤度を直接計算できる場合には前記受信信号から直接計算し、出来ない場合には前記ビット尤度情報から計算して第2ビット尤度対とし、前記第2ビット尤度対を用いて軟判定復号を行って再生したビット列を出力し、
    前記尤度計算ステップは、前記受信信号と、前記第1ビット尤度対を入力として、前記第1ビット尤度対のうち小さい方のビット尤度に関する物理量を計算して前記ビット尤度情報として出力することを特徴とした復調方法。
  14. 前記第k信号に空間多重された信号が制御信号とデータ信号を含み、前記データ再生ステップは、前記制御信号と前記データ信号それぞれの変調方式の積を比較し、該比較結果から、受信モード1と受信モード2を切り替えることを特徴とした請求項13記載の復調方法。
  15. 前記尤度情報生成ステップは、前記ビット尤度対の小さい方のみを用いて平均化を行い、前記第k信号に多重された信号の送信パラメータと各アンテナ間の伝搬路パラメータの少なくとも一方を用いて変換し、前記ビット尤度情報とすることを特徴とした請求項13記載の復調方法。
  16. 前記尤度情報生成ステップは、前記送信パラメータとして信号点配置を用いることを特徴とした請求項15記載の復調方法。
  17. 第k信号で第mアンテナから送信される信号の平均最小信号点間自乗距離をd2 k,m,minとし、K1種類（K1は1以上K未満）の信号を第1受信モードで、（K-K1）種類の信号を第2受信モードで受信する場合に、前記第1ビット尤度対の小さい方の平均値をqとして、前記ビット尤度情報Qを
    Figure 0004788879
     と生成することを特徴とした請求項15記載の復調方法。
  18. 第k信号で第mアンテナから送信される信号の平均最小信号点間自乗距離をdk,m,minとし、K1種類（K1は1以上K未満）の信号を第1受信モードで、（K-K1）種類の信号を第2受信モードで受信する場合に、第ｎ受信アンテナと第ｍ送信アンテナとの間の伝搬路をhnmとし、前記第1ビット尤度対の小さい方の平均値をqとして、前記ビット尤度情報Qを
    Figure 0004788879
     と生成することを特徴とした請求項15記載の復調方法。
  19. M本（Mは2以上の整数）のアンテナを備えそれぞれが高々M個の信号を空間多重したK種類（Kは2以上の整数）の信号を送信する送信装置から送信された信号を受信するN本（Nは2以上の整数）のアンテナを備えた受信装置の復調方法で用いるプログラムであって、
    データ再生ステップと尤度情報生成ステップを有し、
    前記データ再生ステップは、受信モード1とした後に、前記N本のアンテナで受信された受信信号と、ビット尤度情報を入力として、第k信号（kは2以上K以下）に空間多重された信号の特徴を検出して前記受信モード1と受信モード2を切り替え、前記受信モード1では、各ビットが1である尤度と0である尤度を前記受信信号から直接計算して第1ビット尤度対とし、再生したビット列と前記第1ビット尤度対を出力し、前記受信モード2では、各ビットが1である尤度と0である尤度を直接計算できる場合には前記受信信号から直接計算し、出来ない場合には前記ビット尤度情報から計算して第2ビット尤度対とし、前記第2ビット尤度対を用いて軟判定復号を行って再生したビット列を出力し、
    前記尤度計算ステップは、前記受信信号と、前記第1ビット尤度対を入力として、前記第1ビット尤度対のうち小さい方のビット尤度に関する物理量を計算して前記ビット尤度情報として出力することをコンピュータに実行させるためのプログラム。
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