JP4804997B2 - 無線信号分離方法、無線受信装置およびプログラム並びに記録媒体 - Google Patents
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Description
本発明は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）チャネルを利用して複数の信号系列を同一の周波数上に送信し、無線受信装置において空間多重化された信号に対する信号検出（あるいは信号分離）を行う無線通信システムであって、特に、マルチキャリア変調方式であるＯＦＤＭ（Orthogonal frequency division multiplex）変調方式とＭＩＭＯ通信方式とを組み合わせたＭＩＭＯ−ＯＦＤＮ通信方式を用いた無線信号分離方法、無線受信装置およびプログラム並びに記録媒体に関する。
無線通信システムにおいては、限られた周波数資源を用いて通信伝送量の大容量化を図るための周波数利用効率の向上が必須となっている。周波数利用効率を向上させる技術として、当該無線通信システムの無線送信装置側で複数の送信アンテナを備え、無線受信装置側で複数の受信アンテナを備え、同一時刻において同一周波数帯域上に空間多重チャネルを構成し、情報伝送レートを向上させるＭＩＭＯシステムが提案されている。
また情報信号を互いに直交する複数のサブキャリアに乗せて送信するＯＦＤＭマルチキャリア変調方式（以下、ＯＦＤＭ方式と呼ぶ）がある。ＯＦＤＭ方式は、各サブキャリアの帯域を狭くすることにより周波数選択性フェ−ジングをフラットフェ−ジング化することが可能な変調方式であり、更に、ガードインターバルを付加することによりマルチパスフェ−ジングによるシンボル間干渉の影響を軽減できる。従ってＯＦＤＭ方式は無線ＬＡＮ（Local Area Network）やデジタルテレビ放送などの無線通信や放送システムで広く用いられている。
上記のＭＩＭＯシステムとＯＦＤＭ方式が組み合わされたものをＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムと呼ぶ。対照的に、単純にシングルキャリア変調方式を用いた場合にはＭＩＭＯ−Ｓｉｎｇｌｅシステムと呼ぶ。また両者を統一してＭＩＭＯシステムと呼ぶ。
A comparison of detection algorithms including BLAST for wireless communication using multiple antennas"、Hassell, C.Z.W.; Thompson, J.S.; Mulgrew, B.; Grant, P.M.; 、Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2000. PIMRC 2000. The 11th IEEE International Symposium on Volume 1, 18-21 Sept. 2000 Page(s):698-703 vol.1
A comparison of detection algorithms including BLAST for wireless communication using multiple antennas"、Hassell, C.Z.W.; Thompson, J.S.; Mulgrew, B.; Grant, P.M.; 、Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2000. PIMRC 2000. The 11th IEEE International Symposium on Volume 1, 18-21 Sept. 2000 Page(s):698-703 vol.1
ところで、従来の無線受信装置に備えられた信号検出装置（Signal Detector）では信号検出方法として、ＺＦ（Zero-Forcing）方式、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）方式、ＳＩＣ（Successive Interference Cancellation）方式、ＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection）方式とそれらの基本方式を組み合わせたものなどが用いられている。この中でＳＩＣ方式では、受信誤り率特性と信号検出処理所要演算量の両立という観点では優れている。従ってＭＩＭＯ伝送を実現するにはＳＩＣ方式は非常に実用性の高いアプローチと考えられる。またＳＩＣ方式は他の信号検出方法と比べて、同時ではなく、順次にＴ個の送信信号ｓｔを検出する処理が特徴である。ここで、ＳＩＣ方式は大きく分けてＺＦ基準とＭＭＳＥ基準の二種類がある。ＺＦ−ＳＩＣ（ＺＦ基準のＳＩＣ方式）方式における代表例としてはＶ−ＢＬＡＳＴ(Vertical Bell Laboratories Layered Space-Time) 方式がある。またＭＭＳＥ−ＳＩＣ（ＭＭＳＥ基準のＳＩＣ方式）方式も提案されており、この方式はＺＦ−ＳＩＣ方式と同じ所要演算量を有しながら、より優れた誤り率特性（つまり、受信品質）を持っていることが特徴である。以下、従来のＭＭＳＥ−ＳＩＣ方式について説明する。
信号検出装置への入力が伝搬路行列Ｈと係数α、受信信号ベクトルｘであるとし、またＭＭＳＥ−ＳＩＣ方式による信号検出処理を経て出力する信号を検出信号＾ｓとすると、当該信号検出装置は、
＜ａ＞送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素ｓ＝［ｓ１，ｓ２，・・・，ｓＴ］に対して、最大の検出後ＳＩＮＲ（Signal to Interference plus noise ratio）を持つ送信系統における送信信号を次に信号検出対象と決定する。
＜ｂ＞で決めた検出信号に対して、それを検出するためのＭＭＳＥ（minimum mean square error）基準の抽出ベクトルを算出する。
＜ｃ＞ｂで生成した抽出ベクトルを用いてｓ＝［ｓ１，ｓ２，・・・，ｓＴ］の中に＜ａ＞で決定した順番にある要素信号を検出する。
＜ｄ＞受信ベクトルｘと伝搬路行列Ｈを更新する。
そして信号検出装置はａ〜ｄの全ての処理についてＴ回の反復実行を行う。
＜ａ＞送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素ｓ＝［ｓ１，ｓ２，・・・，ｓＴ］に対して、最大の検出後ＳＩＮＲ（Signal to Interference plus noise ratio）を持つ送信系統における送信信号を次に信号検出対象と決定する。
＜ｂ＞で決めた検出信号に対して、それを検出するためのＭＭＳＥ（minimum mean square error）基準の抽出ベクトルを算出する。
＜ｃ＞ｂで生成した抽出ベクトルを用いてｓ＝［ｓ１，ｓ２，・・・，ｓＴ］の中に＜ａ＞で決定した順番にある要素信号を検出する。
＜ｄ＞受信ベクトルｘと伝搬路行列Ｈを更新する。
そして信号検出装置はａ〜ｄの全ての処理についてＴ回の反復実行を行う。
ここで従来のＳＩＣ方式であるＭＭＳＥ−ＳＩＣ方式を適用してＭＩＭＯシステムにおける空間多重信号を無線受信装置の信号検出装置において処理しようとすると以下の課題が存在する。
＜課題１＞処理演算量が膨大で所要演算回路規模が大きくなる（Ｔ回の擬似逆行列の演算が必要であり、所要演算量がＯ（Ｔ４）と大きくなる。特に送受信アンテナ数の多いＭＩＭＯシステムにおいては所要演算量が膨大となる。）
＜課題２＞所要記憶デバイス容量が大きくなる（擬似逆行列の演算は大きな記憶容量が必要となる。また伝搬路行列Ｈの更新や抽出ベクトルの保存などにも記憶デバイスが必要となる）
＜課題３＞小型化、軽量化が困難となる（無線送信装置、特に無線携帯端末においては小型化、軽量化を行うことが望ましいが、従来のＭＭＳＥ−ＳＩＣの方式では所要演算回路規模と記憶デバイスが大きいため、それによって無線送信装置の小型化、軽量化が困難となる）
＜課題４＞処理遅延が大きくなる（Ｔ回の擬似逆行列の演算の並列化は不可能であるため、処理の遅延が大きい。特に送信アンテナ数が多い場合では、擬似逆行列演算の回数が増え、リアルタイムでの信号処理は極めて困難である。それを解決するためには演算回路における動作クロック周波数を上げる方法があるが、それが所要消費電力の飛躍的増加に繋がる）
＜課題５＞所要消費電力が大きい（所要消費電力は所要演算回路規模やその動作クロック周波数などに比例するため、従来のＭＭＳＥ−ＳＩＣ方式では電力消費量が大きいと考えられる。従ってバッテリによって動作するＭＩＭＯシステムの十分な動作時間の確保が困難となる）
＜課題６＞製品の大量生産に適さない（上記課題１〜課題５を踏まえて、従来のＭＭＳＥ−ＳＩＣ方式による無線受信装置への実装は極めて困難である。つまり従来のＭＭＳＥ−ＳＩＣ方式を実装したＭＩＭＯシステムを備えた無線装置における製造コストが高くなり、大量生産に適さない）
＜課題１＞処理演算量が膨大で所要演算回路規模が大きくなる（Ｔ回の擬似逆行列の演算が必要であり、所要演算量がＯ（Ｔ４）と大きくなる。特に送受信アンテナ数の多いＭＩＭＯシステムにおいては所要演算量が膨大となる。）
＜課題２＞所要記憶デバイス容量が大きくなる（擬似逆行列の演算は大きな記憶容量が必要となる。また伝搬路行列Ｈの更新や抽出ベクトルの保存などにも記憶デバイスが必要となる）
＜課題３＞小型化、軽量化が困難となる（無線送信装置、特に無線携帯端末においては小型化、軽量化を行うことが望ましいが、従来のＭＭＳＥ−ＳＩＣの方式では所要演算回路規模と記憶デバイスが大きいため、それによって無線送信装置の小型化、軽量化が困難となる）
＜課題４＞処理遅延が大きくなる（Ｔ回の擬似逆行列の演算の並列化は不可能であるため、処理の遅延が大きい。特に送信アンテナ数が多い場合では、擬似逆行列演算の回数が増え、リアルタイムでの信号処理は極めて困難である。それを解決するためには演算回路における動作クロック周波数を上げる方法があるが、それが所要消費電力の飛躍的増加に繋がる）
＜課題５＞所要消費電力が大きい（所要消費電力は所要演算回路規模やその動作クロック周波数などに比例するため、従来のＭＭＳＥ−ＳＩＣ方式では電力消費量が大きいと考えられる。従ってバッテリによって動作するＭＩＭＯシステムの十分な動作時間の確保が困難となる）
＜課題６＞製品の大量生産に適さない（上記課題１〜課題５を踏まえて、従来のＭＭＳＥ−ＳＩＣ方式による無線受信装置への実装は極めて困難である。つまり従来のＭＭＳＥ−ＳＩＣ方式を実装したＭＩＭＯシステムを備えた無線装置における製造コストが高くなり、大量生産に適さない）
そこでこの発明は、処理演算量と所要演算回路規模とを軽減することで、ＭＩＭＯシステムによる無線通信を行う無線通信装置の小型化、軽量化や、無線通信装置の処理遅延や消費電力量の縮小を行い、大量生産に適した無線通信装置を提供することのできる、無線信号分離方法、無線受信装置およびプログラム並びに記録媒体を提供することを目的としている。
また本発明は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムにおいて伝搬路行列Ｈ、所定の係数α、受信信号ベクトルｘを用いて受信信号の信号検出を行う無線受信装置における無線信号分離方法であって、無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストＳに記録する検出順番決定処理と、前記伝搬路行列Ｈと前記係数αと単位行列Ｉとに基づいて算出した拡張伝搬路行列Ｈ’を、前記順番リストＳに従い並び替えて行列Ｈ”を算出する並び替え処理と、Ｒ行Ｔ列の前記行列Ｈ”をＱＲ分解して、ユニタリー行列Ｑと上三角行列Ｒとを算出するＱＲ分解処理と、前記行列ＱのＲ行の複素共役転置を使って受信ベクトルｘをフィルタリングするフィルタリング処理と、前記上三角行列Ｒの上三角構造を利用して、後退代入により前記Ｔ個の送信信号を順次検出する後退代入処理と、前記検出したＴ個の送信信号を前記順番リストＳに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え処理と、を有し、前記検出順番決定処理は、Ｇ＝Ｈ’ Ｈ Ｈ’により算出した行列Ｇと順番リスト生成式に従って、前記順番リストＳを生成し、前記並び替え処理は、前記算出した行列Ｈ”を出力し、前記ＱＲ分解処理は、前記行列Ｑと前記行列Ｒとを出力し、前記フィルタリング処理は、前記行列ＱのＲ行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルｘとを乗算することによりベクトルｙを算出し、前記後退代入処理は、前記列ベクトルｙと前記上三角行列Ｒとを用いて、後退代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのＴ個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルｙのｋ番目の要素ｙ ｋ から前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、前記順番並び替え処理は、検出送信信号ベクトルと前記順番リストＳとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力することを特徴とする無線信号分離方法である。
また本発明は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムにおいて伝搬路行列Ｈ、所定の係数α、受信信号ベクトルｘを用いて受信信号の信号検出を行う無線受信装置における無線信号分離方法であって、無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストＳに記録する検出順番決定処理と、前記伝搬路行列Ｈと前記係数αと単位行列Ｉとに基づいて算出した拡張伝搬路行列Ｈ’を、前記順番リストＳに従い並び替えて行列Ｈ”を算出する並び替え処理と、Ｒ行Ｔ列の前記行列Ｈ”をＱＲ分解して、ユニタリー行列Ｑと下三角行列Ｒとを算出するＱＲ分解処理と、前記行列ＱのＲ行の複素共役転置を使って受信ベクトルｘをフィルタリングするフィルタリング処理と、前記下三角行列Ｒの下三角構造を利用して、前進代入により前記Ｔ個の送信信号を順次検出する前進代入処理と、前記検出したＴ個の送信信号を前記順番リストＳに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え処理と、を有し、前記検出順番決定処理は、Ｇ＝Ｈ’ Ｈ Ｈ’により算出した行列Ｇと順番リスト生成式に従って、前記順番リストＳを生成し、前記並び替え処理は、前記算出した行列Ｈ”を出力し、前記ＱＲ分解処理は、前記行列Ｑと前記行列Ｒとを出力し、前記フィルタリング処理は、前記行列ＱのＲ行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルｘとを乗算することによりベクトルｙを算出し、前記前進代入処理は、前記列ベクトルｙと前記下三角行列Ｒとを用いて、前進代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのＴ個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルｙのｋ番目の要素ｙ ｋ から前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、前記順番並び替え処理は、検出送信信号ベクトルと前記順番リストＳとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力することを特徴とする無線信号分離方法である。
また本発明は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムにおいて伝搬路行列Ｈ、所定の係数α、受信信号ベクトルｘを用いて受信信号の信号検出を行う無線受信装置であって、無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストＳに記録する検出順番決定手段と、前記伝搬路行列Ｈと前記係数αと単位行列Ｉとに基づいて算出した拡張伝搬路行列Ｈ’を、前記順番リストＳに従い並び替えて行列Ｈ”を算出する並び替え手段と、Ｒ行Ｔ列の前記行列Ｈ”をＱＲ分解して、ユニタリー行列Ｑと上三角行列Ｒとを算出するＱＲ分解手段と、前記行列ＱのＲ行の複素共役転置を使って受信ベクトルｘをフィルタリングするフィルタリング手段と、前記上三角行列Ｒの上三角構造を利用して、後退代入により前記Ｔ個の送信信号を順次検出する後退代入手段と、前記検出したＴ個の送信信号を前記順番リストＳに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え手段と、を備え、前記検出順番決定手段は、Ｇ＝Ｈ’ Ｈ Ｈ’により算出した行列Ｇと順番リスト生成式に従って、前記順番リストＳを生成し、前記並び替え手段は、前記算出した行列Ｈ”を出力し、前記ＱＲ分解手段は、前記行列Ｑと前記行列Ｒとを出力し、前記フィルタリング手段は、前記行列ＱのＲ行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルｘとを乗算することによりベクトルｙを算出し、前記後退代入手段は、前記列ベクトルｙと前記上三角行列Ｒとを用いて、後退代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのＴ個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルｙのｋ番目の要素ｙ ｋ から前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、前記順番並び替え手段は、検出送信信号ベクトルと前記順番リストＳとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力することを特徴とする無線受信装置である。
また本発明は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムにおいて伝搬路行列Ｈ、所定の係数α、受信信号ベクトルｘを用いて受信信号の信号検出を行う無線受信装置であって、無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストＳに記録する検出順番決定手段と、前記伝搬路行列Ｈと前記係数αと単位行列Ｉとに基づいて算出した拡張伝搬路行列Ｈ’を、前記順番リストＳに従い並び替えて行列Ｈ”を算出する並び替え手段と、Ｒ行Ｔ列の前記行列Ｈ”をＱＲ分解して、ユニタリー行列Ｑと下三角行列Ｒとを算出するＱＲ分解手段と、前記行列ＱのＲ行の複素共役転置を使って受信ベクトルｘをフィルタリングするフィルタリング手段と、前記下三角行列Ｒの下三角構造を利用して、前進代入により前記Ｔ個の送信信号を順次検出する前進代入手段と、前記検出したＴ個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え手段と、を備え、前記検出順番決定手段は、Ｇ＝Ｈ’ Ｈ Ｈ’により算出した行列Ｇと順番リスト生成式に従って、前記順番リストＳを生成し、前記並び替え手段は、前記算出した行列Ｈ”を出力し、前記ＱＲ分解手段は、前記行列Ｑと前記行列Ｒとを出力し、前記フィルタリング手段は、前記行列ＱのＲ行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルｘとを乗算することによりベクトルｙを算出し、前記前進代入手段は、前記列ベクトルｙと前記下三角行列Ｒとを用いて、前進代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのＴ個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルｙのｋ番目の要素ｙ ｋ から前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、前記順番並び替え手段は、検出送信信号ベクトルと前記順番リストＳとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力することを特徴とする無線受信装置である。
また本発明は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムにおいて伝搬路行列Ｈ、所定の係数α、受信信号ベクトルｘを用いて受信信号の信号検出を行う無線受信装置のコンピュータに実行させるプログラムであって、無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストＳに記録する検出順番決定処理と、前記伝搬路行列Ｈと前記係数αと単位行列Ｉとに基づいて算出した拡張伝搬路行列Ｈ’を、前記順番リストＳに従い並び替えて行列Ｈ”を算出する並び替え処理と、Ｒ行Ｔ列の前記行列Ｈ”をＱＲ分解して、ユニタリー行列Ｑと上三角行列Ｒとを算出するＱＲ分解処理と、前記行列ＱのＲ行の複素共役転置を使って受信ベクトルｘをフィルタリングするフィルタリング処理と、前記上三角行列Ｒの上三角構造を利用して、後退代入により前記Ｔ個の送信信号を順次検出する後退代入処理と、前記検出したＴ個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え処理と、をコンピュータに実行させ、前記検出順番決定処理においては、Ｇ＝Ｈ’ Ｈ Ｈ’により算出した行列Ｇと順番リスト生成式に従って、前記順番リストＳを生成し、前記並び替え処理においては、前記算出した行列Ｈ”を出力し、前記ＱＲ分解処理においては、前記行列Ｑと前記行列Ｒとを出力し、前記フィルタリング処理においては、前記行列ＱのＲ行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルｘとを乗算することによりベクトルｙを算出し、前記後退代入処理においては、前記列ベクトルｙと前記上三角行列Ｒとを用いて、後退代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのＴ個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルｙのｋ番目の要素ｙ ｋ から前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、前記順番並び替え処理においては、検出送信信号ベクトルと前記順番リストＳとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力することを特徴とするプログラムである。
また本発明は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムにおいて伝搬路行列Ｈ、所定の係数α、受信信号ベクトルｘを用いて受信信号の信号検出を行う無線受信装置のコンピュータに実行させるプログラムであって、無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストＳに記録する検出順番決定処理と、前記伝搬路行列Ｈと前記係数αと単位行列Ｉとに基づいて算出した拡張伝搬路行列Ｈ’を、前記順番リストＳに従い並び替えて行列Ｈ”を算出する並び替え処理と、Ｒ行Ｔ列の前記行列Ｈ”をＱＲ分解して、ユニタリー行列Ｑと下三角行列Ｒとを算出するＱＲ分解処理と、前記行列ＱのＲ行の複素共役転置を使って受信ベクトルｘをフィルタリングするフィルタリング処理と、前記下三角行列Ｒの下三角構造を利用して、前進代入により前記Ｔ個の送信信号を順次検出する前進代入処理と、前記検出したＴ個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え処理と、をコンピュータに実行させ、前記検出順番決定処理においては、Ｇ＝Ｈ’ Ｈ Ｈ’により算出した行列Ｇと順番リスト生成式に従って、前記順番リストＳを生成し、前記並び替え処理においては、前記算出した行列Ｈ”を出力し、前記ＱＲ分解処理においては、前記行列Ｑと前記行列Ｒとを出力し、前記フィルタリング処理においては、前記行列ＱのＲ行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルｘとを乗算することによりベクトルｙを算出し、前記前進代入処理においては、前記列ベクトルｙと前記下三角行列Ｒとを用いて、前進代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのＴ個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルｙのｋ番目の要素ｙ ｋ から前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、前記順番並び替え処理においては、検出送信信号ベクトルと前記順番リストＳとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力することを特徴とするプログラムである。
また本発明は、上記プログラムのうち何れかを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体である。
従来技術ではＴ回の擬似逆行列演算により、Ｔ個の送信信号における信号検出順番決定と信号抽出ベクトル生成を行い、更に、抽出ベクトルを用いて順番に送信信号を検出していた。しかしながら本発明では擬似逆行列を一回も計算することなく、まず、新規な方法により検出順番を決定し、次にＱＲ分解演算により列ベクトルが並び替えられた拡張伝搬路行列Ｈ’の三角化を図り、最後に伝達係数行列の三角構造を利用して後退代入あるいは前進代入でＴ個の送信信号を検出し、元の送信された空間順番に並び直して出力する。
これにより、上述の実施例によれば、擬似逆行列演算をする必要は無く、主な演算量は検出順番決定演算と、ＱＲ分解演算と、後退あるいは前進代入演算となる。従って，所要演算量は従来のＳＩＣ方式と比較して極めて少なくなる。従って，従来に比べて、処理演算量が少なく所要演算回路規模が小さい無線受信装置の信号検出装置を提供することができる。
これにより、上述の実施例によれば、擬似逆行列演算をする必要は無く、主な演算量は検出順番決定演算と、ＱＲ分解演算と、後退あるいは前進代入演算となる。従って，所要演算量は従来のＳＩＣ方式と比較して極めて少なくなる。従って，従来に比べて、処理演算量が少なく所要演算回路規模が小さい無線受信装置の信号検出装置を提供することができる。
また本発明によれば、擬似逆行列の演算がないため必要な記憶容量が小さい。これにより、無線受信装置の信号検出装置の所要記憶デバイス容量を小さくすることができる。
また本発明によれば、所要演算回路規模と記憶デバイスが小さいため無線受信装置の信号検出装置の小型化・軽量化を容易に行うことができる。
また本発明によれば、Ｔ回の擬似逆行列の演算の代わりに、新規な方法により検出順番を決定し、次にＱＲ分解演算により列ベクトルが並び替えられた拡張伝搬路行列Ｈ’の三角化を図り、最後に伝達係数行列の三角構造を利用して後退代入あるいは前進代入でＴ個の送信信号を検出する。このため、処理の遅延が大幅に削減することになる。これにより送信アンテナの数が多い場合においても、演算回路におけるクロック周波数を上げずにリアルタイム処理が可能である。つまり無線受信装置の信号検出装置の処理遅延を小さくすることができる。
また本発明によれば、所要消費電力は所要演算回路規模やその動作クロック周波数などに比例するため、従来のＳＩＣ方式による電力消費量よりも本発明の無線受信装置の信号検出装置では電力消費量が少なくなる。従って、バッテリによって動作するＭＩＭＯシステムの動作時間の長持ちが実現可能となる。
また本発明によれば、無線受信装置の信号検出装置のハードウェア並びにソフトウェアへの経済的な実装において、上述の効果により、製造コストが安くなり大量生産に適したものとなる。
以下、本発明の一実施形態による無線通信システムを図面を参照して説明する。
図１はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの構成を示す第１の図である。
図２はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの構成を示す第２の図である。
図３はＭＩＭＯ−Ｓｉｎｇｌｅシステムの構成を示す第１の図である。
図４はＭＩＭＯ−Ｓｉｎｇｌｅシステムの構成を示す第２の図である。
これらのＭＩＭＯシステムにおいて、図１と図３で示したシステムの構成はチャネル符号化及びシンボルマッピングを一系列で処理している。また図２と図４で示したシステムでは送信アンテナの本数Ｔに合わせて、Ｔ個の信号系列を並列に処理する構成を新たに備えている。
図１はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの構成を示す第１の図である。
図２はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの構成を示す第２の図である。
図３はＭＩＭＯ−Ｓｉｎｇｌｅシステムの構成を示す第１の図である。
図４はＭＩＭＯ−Ｓｉｎｇｌｅシステムの構成を示す第２の図である。
これらのＭＩＭＯシステムにおいて、図１と図３で示したシステムの構成はチャネル符号化及びシンボルマッピングを一系列で処理している。また図２と図４で示したシステムでは送信アンテナの本数Ｔに合わせて、Ｔ個の信号系列を並列に処理する構成を新たに備えている。
ＭＩＭＯシステムの無線送信装置（Transmitter）においては、Ｔ個の送信信号ｓｔ（ｔ＝１，２，・・・，Ｔ）にベースバンド変調及びパスバンド処理を経た後、Ｔ本の送信アンテナより空間へ送出される。またＭＩＭＯシステムの無線受信装置（Receiver）においては、Ｒ本の受信アンテナを用いて空間で多重されているＴ個の送信信号を受信し、パスバンド処理とベースバンド復調を経た後、Ｒ個の受信信号ｘｒ（ｒ＝１，２，・・・，Ｒ）として信号検出装置へ入力される。そして信号検出装置（Signal Detector）は空間多重化された信号を検出する機能を有しており、その処理によって検出したＴ個の検出信号＾ｓｔを出力する。ここで信号の検出とは、信号分離あるいは干渉キャンセラと呼ぶ場合もあるが本質は空間多重化された信号から、無線送信装置において送信した送信系統毎の信号を検出することである。
またＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム並びにＭＩＭＯ−Ｓｉｎｇｌｅシステムにおいては、そのＴ個の送信信号ｓｔと、Ｒ個の受信信号ｘｒとの関係を式（１）で表現できる。
この式（１）において「ｓ」はＴ×１（Ｔ行１列）の送信信号ベクトルを表している。また「ｘ」はＲ×１（Ｒ行１列）の受信信号ベクトルを表している。また「ｗ」はＲ×１の雑音成分ベクトルを表している。また「Ｈ」はＲ×Ｔ（Ｒ行Ｔ列）のシステム伝達係数行列（伝搬路行列）を表している。また、全ての下付数字は空間インデックスを表している。例えばｓ４は無線送信装置における４番目の送信アンテナにより送信された送信信号、ｘ２は無線受信装置における２番目の受信アンテナにより受信された受信信号、ｗ１は無線受信装置における１番目の受信アンテナで加わった雑音成分、ｈ３，２は無線送信装置における２番目の送信アンテナと無線受信装置における３番目の受信アンテナの結ぶ無線リンクにおける伝達係数を表している。更に、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいては、上記式（１）を下記の式（２）として表すことができる。
この式（２）においてｎは時間インデックスを表している。またｋは周波数インデックスを表している。また式（２）は式（１）を時刻ｎ番目のＯＦＤＭ信号のｋ番目のサブキャリアにおけるＴ個の送信信号とＲ個の受信信号との数学的関係に限定している。またＭＩＭＯ−Ｓｉｎｇｌｅシステムにおいては式（１）を式（３）として表すことが出来る。
この式（３）においてｎは時間インデックスを表している。また式（３）は式（１）を、時刻ｎ番目のシングルキャリア変調信号におけるＴ個の送信信号とＲ個の受信信号との数学的関係に限定している。ただし、本発明の信号検出方法では、ＭＩＭＯシステムにおけるすべての時間インデックス及び周波数インデックスにおいて、同様に実施することが可能なため、以降の説明ではｎとｋを省略する。また時間と周波数が変化するにつれて伝搬路行列Ｈの値を推定しなおす必要があれば、その推定処理を行うこととする。更にＭＩＭＯシステムにおける送無線受信装置間の周波数及び時間の同期が正常に取れていることとする。以下、図１〜図４で示したＭＩＭＯシステムにおける無線受信装置の信号検出方法について説明する。
＜実施例１＞
無線受信装置内の信号検出装置への入力が伝搬路行列Ｈと係数α、受信信号ベクトルｘであるとし、また本実施形態による信号検出処理を経て出力する信号を検出信号＾ｓ（＾の記号はハットを示す）とすると、当該信号検出装置は、
（ステップＳ１ａ）送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素ｓ＝［ｓ１，ｓ２，・・・，ｓＴ］に対して、それぞれの信号検出の順番を同時に決定し、リストＳに記録する。
（ステップＳ１ｂ）拡張伝搬路行列Ｈ’の列ベクトルをステップＳ１ａで決めた順番リストＳに従い並び替えを行い行列Ｈ”を算出する。
（ステップＳ１ｃ）ステップＳ１ｂの並び替えによって算出された行列Ｈ”をＱＲ分解し、行列Ｑと上三角行列Ｒとを算出する。
（ステップＳ１ｄ）行列Ｑの最初のＲ行の複素共役転置を用いて受信ベクトルｘをフィルタリングする。
（ステップＳ１ｅ）行列Ｒの上三角構造を利用し、後退代入によりＴ個の送信信号を順次に検出する。
（ステップＳ１ｆ）検出されたＴ個の送信信号をリストＳに従い、元の送信された空間順番（アンテナ順番）に並べ直して出力する。
ここで、信号検出装置はステップＳ１ｅの処理のみが反復計算を含むが、それ以外のステップＳ１ａ〜１ｄ、１ｆの処理については１回のみ実行すればよい。
無線受信装置内の信号検出装置への入力が伝搬路行列Ｈと係数α、受信信号ベクトルｘであるとし、また本実施形態による信号検出処理を経て出力する信号を検出信号＾ｓ（＾の記号はハットを示す）とすると、当該信号検出装置は、
（ステップＳ１ａ）送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素ｓ＝［ｓ１，ｓ２，・・・，ｓＴ］に対して、それぞれの信号検出の順番を同時に決定し、リストＳに記録する。
（ステップＳ１ｂ）拡張伝搬路行列Ｈ’の列ベクトルをステップＳ１ａで決めた順番リストＳに従い並び替えを行い行列Ｈ”を算出する。
（ステップＳ１ｃ）ステップＳ１ｂの並び替えによって算出された行列Ｈ”をＱＲ分解し、行列Ｑと上三角行列Ｒとを算出する。
（ステップＳ１ｄ）行列Ｑの最初のＲ行の複素共役転置を用いて受信ベクトルｘをフィルタリングする。
（ステップＳ１ｅ）行列Ｒの上三角構造を利用し、後退代入によりＴ個の送信信号を順次に検出する。
（ステップＳ１ｆ）検出されたＴ個の送信信号をリストＳに従い、元の送信された空間順番（アンテナ順番）に並べ直して出力する。
ここで、信号検出装置はステップＳ１ｅの処理のみが反復計算を含むが、それ以外のステップＳ１ａ〜１ｄ、１ｆの処理については１回のみ実行すればよい。
ここで上記行列のＱＲ分解とは、あるＲ行Ｔ列の行列Ａを、Ｒ行Ｔ列の列ユニタリー行列Ｑと、Ｔ行Ｔ列の上三角行列Ｒとに分解すること、あるいはＲ行Ｔ列の行列Ａを、Ｒ行Ｒ列のユニタリー行列Ｑと、上三角行列Ｒを含むＲ行Ｔ列の行列Ｕに分解することを意味する。つまりＱＲ分解については、下記の式（４）あるいは式（５）のＱＲ分解式で表すことができる。
ここで式（５）において、
となる。つまり、０ｎはｎ行Ｔ列のゼロ行列であり、０ｍはｍ行Ｔ列のゼロ行列である。更に（ｎ,ｍ＝０，１，２，…，Ｒ−Ｔかつｎ＋ｍ＝Ｒ−Ｔ）の条件が成り立つ。またＲは式（８）のような上三角行列である。
次に、上述の（ステップＳ１ａ）〜（ステップＳ１ｆ）の処理の詳細について説明する。
＜ステップＳ１ａの処理について＞
送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素ｓ＝［ｓ１，ｓ２，・・・，ｓＴ］に対して、それぞれの信号検出順番を同時に決定し、リストＳに記録する。そして、式（９）のように定義された拡張伝搬路行列Ｈ’を用いて、式（９）により行列Ｇを算出する。
＜ステップＳ１ａの処理について＞
送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素ｓ＝［ｓ１，ｓ２，・・・，ｓＴ］に対して、それぞれの信号検出順番を同時に決定し、リストＳに記録する。そして、式（９）のように定義された拡張伝搬路行列Ｈ’を用いて、式（９）により行列Ｇを算出する。
ただしＨ’はＲ＋Ｔ行Ｔ列の行列を表す。また、α＝σｗ／σｓでり、σｗとσｓはそれぞれ雑音成分の分散と送信信号の分散を表す。仮に、σｗとσｓの値が既知でなければ、それらを推定してその推定値を用いて係数αを求めることが可能である。また、係数αをＭＩＭＯシステムの要求条件に合わせて他の値に設定することも可能である。例えば、α＝０と設定し、その場合は拡張伝搬路行列Ｈ’のＲ＋１番目の行からＲ＋Ｔ番目の行までがゼロとなるため、拡張伝搬路行列Ｈ’の１番目の行からＲ番目の行までの部分（つまり、伝搬路行列Ｈ）のみを考慮すればよい。また、その時Ｇ＝ＨＨＨとなる。以下の処理については、α＝０の場合において拡張伝搬路行列Ｈ’＝伝搬路行列Ｈと見なす。
次に行列Ｇの要素を用いて、式（１０）によりＶｐを算出する。ただしｖ（ｉ，ｊ）は式（１１）のように定義される。
式（１１）においてｄ１〜ｄ５は本実施形態によるＭＩＭＯシステムのシステム要求条件に合わせて決定する値である。次に式（１２）によりＶｐを用いてβｐを算出する。
ここで拡張伝搬路行列Ｈ’はＴ個の列ベクトルがあるため、それに応じてβｐの値はβ１からβＴまでＴ個算出する。そして、算出したＴ個のβｐを式（１３）のように大小を比較して降順に並び替える。
式（１３）においてＴ＝３である場合、ある拡張伝搬路行列Ｈ’に対してβ１＝０．３，β２＝５．７、β３＝１．８と仮定する。すると式（１３）によりβ２≧β３≧β１⇔βｐ１≧βｐ２≧βｐ３，ｐ１＝２，ｐ２＝３，ｐ３＝１となる。
次に式（１３）の大小比較と並び替えで得られたｐ１からｐＴまでの数値を式（１４）のようにＴ個の送信信号の検出順番リストＳとして記録する。式（１０）〜（１４）を順番リスト生成式とする。
上記の通り、Ｔ＝３、ある拡張伝搬路行列Ｈ’に対してβ１＝０．３，β２＝５．７、β３＝１．８と仮定すると、Ｓ＝｛ｐ３，ｐ２，ｐ１｝＝｛１，３，２｝となる。つまり送信信号ｓ２は１番目に、ｓ３は２番目に、ｓ１は３番目に検出することを意味する。なおｐｋ（ｋ＝１，・・，Ｔ）とは、送信信号ｓｐｋをｋ番目に検出することを意味している。
＜ステップＳ１ｂの処理について＞
次に拡張伝搬路行列Ｈ’の列ベクトルをステップＳ１ａで決めた順番リストＳに従い並び替えを行う。式（１５）はその並び替えを行うために用いる数式である。
次に拡張伝搬路行列Ｈ’の列ベクトルをステップＳ１ａで決めた順番リストＳに従い並び替えを行う。式（１５）はその並び替えを行うために用いる数式である。
この式（１５）においてＰは並び替え行列に相当し、その列ベクトルはｅｐＴ，・・・，ｅｐ２，ｅｐ１により構成される。またｅｋはＴ行１列の列ベクトルであり、そのｋ番目の要素は１でそれ以外は０である。式（１５）のように並び替えを行った後、あるいはその並び替えに相当するような処理を施された後の伝搬路行列をＨ”と表す。例えばＳ＝｛ｐ３，ｐ２，ｐ１｝＝｛１，３，２｝の場合ではＰ＝［ｅｐ３，ｅｐ２，ｅｐ１］＝［ｅ１，ｅ３，ｅ２］である。従って式（１６）で示すように拡張伝搬路行列Ｈ’の列ベクトルがＰによって並べ替えられる。
ここで行列Ｈ’とＰの乗算は実際には数学的演算をする必要がなく、行列Ｐは順番リストＳに従い、Ｈ’の列ベクトルを並び替えるようにすればよい。つまり実際にステップＳ１ｂを実装する場合でも、拡張伝搬路行列Ｈ’の列ベクトルをリストＳに従い並び替えるようにすればよい。
＜ステップＳ１ｃの処理について＞
次にステップＳ１ｂで並び替えられた行列Ｈ”をＱＲ分解し、行列Ｑと上三角行列Ｒを算出する。行列Ｑと上三角行列Ｒを導く処理は式（１７）で表される。
次にステップＳ１ｂで並び替えられた行列Ｈ”をＱＲ分解し、行列Ｑと上三角行列Ｒを算出する。行列Ｑと上三角行列Ｒを導く処理は式（１７）で表される。
ここでＱはＲ＋Ｔ行Ｔ列の行列を表し、ＲはＴ行Ｔ列の行列を表す。なお式（１７）のようなＱＲ分解の方法はいくつか考えられる。例えば、Classical Gram-Schmidt QR分解法、Modified Gram-Schmidt QR分解法、Householder QR分解法、Given QR分解法などである。また必要であればステップＳ１ａで算出した行列ＧをＱＲ分解演算の入力として使用するようにしても良い。どのような分解法を使用するかは実装上の考慮を踏まえた上で決定される。
＜ステップＳ１ｄの処理について＞
次にステップＳ１ｃで算出した行列Ｑの最初のＲ行の複素共役転置を使って列ベクトルｙを算出し、式（１８）で示すように、受信ベクトルｘをフィルタリングする。なお、式（１８）において、行列Ｑの最初のＲの行をＱ１、残りのＴ行をＱ２とする。
次にステップＳ１ｃで算出した行列Ｑの最初のＲ行の複素共役転置を使って列ベクトルｙを算出し、式（１８）で示すように、受信ベクトルｘをフィルタリングする。なお、式（１８）において、行列Ｑの最初のＲの行をＱ１、残りのＴ行をＱ２とする。
ここで、α＝０の場合は、拡張伝搬路行列Ｈ’＝伝搬路行列Ｈとなり、Ｑ＝Ｑ１である（つまりＨ’とＱは共にＲ行しか存在しない）。またｓ’は行列ＰＴにより送信信号ベクトルｓの要素の順番が並び替えられた行列を表す。またｖは線形フィルタリング処理を施した後の雑音成分ベクトルと干渉成分ベクトルの合成を表す。また列ベクトルｙは、行列Ｒと列ベクトルｓ’との乗算及び雑音成分と干渉成分とを合成した列ベクトルｖとで構成されている。
＜ステップＳ１ｅの処理について＞
次にＲの上三角構造を利用して、後退代入によりＴ個の送信信号を順次検出する。上記算出した列ベクトルｙは式（１９）のように要素ごとに書き表すことができる。
次にＲの上三角構造を利用して、後退代入によりＴ個の送信信号を順次検出する。上記算出した列ベクトルｙは式（１９）のように要素ごとに書き表すことができる。
式（１９）においてｒｋ，ｋ、ｒｋ，ｉ、ｖｋ（ｋ＝Ｔ，…，１）はそれぞれ行列Ｒとベクトルｖの中の要素を表す。後退代入処理は、下記の式（２０）、式（２１）、式（２２）の３つの演算を、ｋ＝Ｔからｋ＝１まで（つまり、ｋ＝Ｔ，Ｔ−１，…，１）繰り返して行う。式（２０）では、送信信号ｓｋ ’に対する干渉成分を算出する演算（干渉成分算出式）である。この演算においてＫ＝Ｔの場合には、干渉成分は０、つまり＾ｍＴ＝０となる。また式（２１）では列ベクトルのｋ番目要素ｙｋから干渉成分＾ｍｋを減算し、送信信号の軟判定結果〜ｓｋ’（〜の記号はチルダを示す）を求める演算である。また式（２２）は式（２１）で得られた軟判定結果〜ｓｋ’に対して送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行う処理である。
そして上記式（２０）〜（２２）による処理をｋ＝Ｔからｋ＝１までＴ回実行して、送信信号ベクトル＾ｓ’＝［＾ｓ１’，＾ｓ２’，…，＾ｓＴ’］が得られる。
＜ステップＳ１ｆの処理について＞
次に検出されたＴ個の送信信号を順番リストＳに従い、元の送信された空間順番(アンテナ順番)に並びなおして出力する。式（２３）のように行列Ｐの転置を用いて、上記ステップＳ１ｅで検出した送信信号＾ｓ’の順番の並び替え処理を行う。行列ＰはステップＳ１ｂの処理において検出順番リストＳに従って得られる行列Ｐと同一のものである。
次に検出されたＴ個の送信信号を順番リストＳに従い、元の送信された空間順番(アンテナ順番)に並びなおして出力する。式（２３）のように行列Ｐの転置を用いて、上記ステップＳ１ｅで検出した送信信号＾ｓ’の順番の並び替え処理を行う。行列ＰはステップＳ１ｂの処理において検出順番リストＳに従って得られる行列Ｐと同一のものである。
例えば、ステップＳ１ｂと同様に、Ｓ＝｛ｐ３，ｐ２，ｐ１｝＝｛１，３，２｝の場合ではＰ＝［ｅ１，ｅ３，ｅ２］＝［ｅ１，ｅ３，ｅ２］Ｔである。従って式（２４）で示すように＾ｓ’の各要素がＰによって並べ替えられる。
ここで式（２４）で示した行列Ｐと＾ｓ’の乗算は、実際には数学的演算をする必要が無く、無線受信装置内部の信号検出装置は、行列Ｐが順番リストＳに従い＾ｓ’の要素を並び替える機能を有していれば良い。そして並び替え処理が終わった後は、検出された送信信号ベクトル＾ｓを信号検出装置から出力し、無線受信装置の次の処理部が処理を行う。
次に信号検出装置の構成について説明する。
図５は信号検出装置の機能処理部を示す第１の図である。
図６は信号検出装置の機能処理部を示す第２の図である。
図７は信号検出装置の機能処理部を示す第３の図である。
まず図５において、符号１１〜１６の機能処理部はそれぞれ上述のステップＳ１ａ〜ステップＳ１ｆに対応する処理を行う機能処理部に対応する。ここで機能処理部とは、信号検出装置における回路群または当該装置で実行されるプログラム群を意味する。また、符号１７は読み書き可能な記憶デバイスまたは情報のパイプライン（配線）を表す。
図５は信号検出装置の機能処理部を示す第１の図である。
図６は信号検出装置の機能処理部を示す第２の図である。
図７は信号検出装置の機能処理部を示す第３の図である。
まず図５において、符号１１〜１６の機能処理部はそれぞれ上述のステップＳ１ａ〜ステップＳ１ｆに対応する処理を行う機能処理部に対応する。ここで機能処理部とは、信号検出装置における回路群または当該装置で実行されるプログラム群を意味する。また、符号１７は読み書き可能な記憶デバイスまたは情報のパイプライン（配線）を表す。
そして符号１１は検出順番決定処理部（Ordering）である。検出順番決定処理部１１は記憶デバイス（またはパイプライン）１７から伝搬路行列Ｈと係数αを読み取るか或いは受け取り、演算処理によって順番リストＳと行列Ｇを算出した後、それらを記憶デバイス１７へ書込む（またはパイプラインへ出力する）。図６に示すように検出順番決定処理部１１の構成は更に１１ａと１１ｂに分けられる。１１ａは行列Ｇ計算処理部（G Computation）である。行列Ｇ計算処理部１１aは記憶デバイス（またはパイプライン）１７から伝搬路行列Ｈと係数αを読み取るか或いは受け取り、式（９）に従って行列Ｇを算出し、それを記憶デバイス１７に記録する（またはパイプラインへ出力する）。また１１ｂは順番リスト決定処理部（S Determination）である。順番リスト決定処理部１１ｂは記憶デバイス（またはパイプライン）１７から行列Ｇを読み取るか或いは受け取り、式（１０）〜式（１４）に従って、信号検出順番リストＳを生成し、それを記憶デバイス１７に書込む（またはパイプラインへ出力する）。
また符号１２は拡張伝搬路行列ベクトル並び替え処理部（Column Exchange）である。拡張伝搬路行列ベクトル並び替え処理部１２は記憶デバイス（またはパイプライン）１７から信号検出順番リストＳと拡張伝搬路行列Ｈ’とを読み取るか或いは受け取り、信号検出順番リストＳに従って拡張伝搬路行列Ｈ’を並び替えた後で、その結果の行列Ｈ”を記憶デバイス１７へ書込む（またはパイプラインへ出力する）。
また符号１３はＱＲ分解処理部（QR Decomposition）である。ＱＲ分解処理部１３は記憶デバイス（またはパイプライン）１７から行列Ｈ”または行列Ｈ”と行列Ｇの両方を読み取るか或いは受け取り、式（４）または式（５）に従ったＱＲ分解処理によって行列Ｑと行列Ｒとを算出し、それらを記憶デバイス１７に書込む（またはパイプラインへ出力する）。
また符号１４はフィルタリング処理部（QH Filtering）である。フィルタリング処理部１４は記憶デバイス（またはパイプライン）１７から行列Ｑ１と受信信号ベクトルｘを読み取るか或いは受け取り、Ｑ１の複素共役転置とｘとを乗算することによりベクトルｙを算出し、それを記憶デバイス１７に書込む（またはパイプラインへ出力する）。
また符号１５は後退代入処理部（Back Substitution）である。後退代入処理部１５は記憶デバイス（またはパイプライン）１７から列ベクトルｙと行列Ｒを読み取るか或いは受け取り、後退代入演算処理によって、検出送信信号ベクトル＾ｓ’を算出し、その検出送信信号ベクトル＾ｓ’を記憶デバイス１７へ書込む（またはパイプラインへ出力する）。図７に示すように、後退代入処理部１５は更に、干渉成分計算処理部（Interference Computation）１５ａ、減算処理部（subtractor）１５ｂ、量子化処理部（Quantiztion）１５ｃ、の機能処理部を備えている。そして、ｋ＝Ｔからｋ＝１の場合まで、図７の各機能処理部をＴ回用いて検出信号ベクトル＾ｓ’の要素を＾ｓＴ’から＾ｓ１’までの順番で検出する。そして干渉成分計算処理部１５ａは、記憶デバイス（またはパイプライン）１７からｒｋ，ｉ（ｋ＝Ｔ，Ｔ−１，・・・，１）と＾ｓｉ’（ｉ＝ｋ＋１，ｋ＋２，…，Ｔ）を読み取るか或いは受け取り、式（２０）に従って干渉成分＾ｍｋを算出し、それを減算処理部１５ｂへ送出する。また減算処理部１５ｂは記憶デバイス（またはパイプライン）１７から列ベクトルｙのｋ番目の要素ｙｋを読み取るか或いは受け取り、当該要素ｙｋから干渉成分＾ｍｋを減算することにより軟判定検出信号〜ｓｋ’を算出し、量子化処理部１５ｃへ送出する。そして量子化処理部１５ｃは、入力を受付けた軟判定検出信号〜ｓｋ’に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い、硬判定検出信号＾ｓｋ’を算出し、それを記憶デバイス１７に書込む（またはパイプラインへ出力する）。
また符号１６は順番並び替え処理部（Row Exchange）である。順番並び替え処理部１６は記憶デバイス（またはパイプライン）１７から＾ｓ’と順番リストＳとを読み取るか或いは受け取り、順番リストＳに従って＾ｓ’を並び替えた後で、その結果送信信号ベクトル＾ｓを信号検出装置から出力する。
＜実施例２＞
次に実施例２について説明する。
実施例１同様に、無線受信装置内の信号検出装置への入力が伝搬路行列Ｈと係数α、受信信号ベクトルｘであるとし、また本実施形態による信号検出処理を経て出力する信号を検出信号＾ｓとすると、当該信号検出装置は、
（ステップＳ２ａ）送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素ｓ＝［ｓ１，ｓ２，・・・，ｓＴ］に対して、それぞれの信号検出の順番を同時に決定し、リストＳに記録する。
（ステップＳ２ｂ）拡張伝搬路行列Ｈ’の列ベクトルをステップＳ２ａで決めた順番リストＳに従い並び替えを行い行列Ｈ”を算出する。
（ステップＳ２ｃ）ステップＳ２ｂの並び替えによって算出された行列Ｈ”をＱＲ分解し、行列Ｑと下三角行列Ｒとを算出する。
（ステップＳ２ｄ）行列Ｑの最初のＲ行の複素共役転置を用いて受信ベクトルｘをフィルタリングする。
（ステップＳ２ｅ）行列Ｒの下三角構造を利用し、前進代入によりＴ個の送信信号を順次に検出する。
（ステップＳ２ｆ）検出されたＴ個の送信信号をリストＳに従い、元の送信された空間順番（アンテナ順番）に並べ直して出力する。
ここで、信号検出装置はステップＳ２ｅの処理のみが反復計算を含むが、それ以外のステップＳ２ａ〜２ｄ、２ｆの処理については１回のみ実行すればよい。
次に実施例２について説明する。
実施例１同様に、無線受信装置内の信号検出装置への入力が伝搬路行列Ｈと係数α、受信信号ベクトルｘであるとし、また本実施形態による信号検出処理を経て出力する信号を検出信号＾ｓとすると、当該信号検出装置は、
（ステップＳ２ａ）送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素ｓ＝［ｓ１，ｓ２，・・・，ｓＴ］に対して、それぞれの信号検出の順番を同時に決定し、リストＳに記録する。
（ステップＳ２ｂ）拡張伝搬路行列Ｈ’の列ベクトルをステップＳ２ａで決めた順番リストＳに従い並び替えを行い行列Ｈ”を算出する。
（ステップＳ２ｃ）ステップＳ２ｂの並び替えによって算出された行列Ｈ”をＱＲ分解し、行列Ｑと下三角行列Ｒとを算出する。
（ステップＳ２ｄ）行列Ｑの最初のＲ行の複素共役転置を用いて受信ベクトルｘをフィルタリングする。
（ステップＳ２ｅ）行列Ｒの下三角構造を利用し、前進代入によりＴ個の送信信号を順次に検出する。
（ステップＳ２ｆ）検出されたＴ個の送信信号をリストＳに従い、元の送信された空間順番（アンテナ順番）に並べ直して出力する。
ここで、信号検出装置はステップＳ２ｅの処理のみが反復計算を含むが、それ以外のステップＳ２ａ〜２ｄ、２ｆの処理については１回のみ実行すればよい。
ここで上記行列のＱＲ分解とは、あるＲ行Ｔ列の行列Ａを、Ｒ行Ｔ列の列ユニタリー行列Ｑと、Ｔ行Ｔ列の下三角行列Ｒとに分解すること、あるいはＲ行Ｔ列の行列Ａを、Ｒ行Ｒ列のユニタリー行列Ｑと、下三角行列Ｒを含むＲ行Ｔ列の行列Ｌに分解することを意味する。つまりＱＲ分解については、下記の式（２５）あるいは式（２６）のＱＲ分解式で表すことができる。
ここで式（２６）において、
となる。つまり、０ｎはｎ行Ｔ列のゼロ行列であり、０ｍはｍ行Ｔ列のゼロ行列である。更に（ｎ,ｍ＝０，１，２，…，Ｒ−Ｔかつｎ＋ｍ＝Ｒ−Ｔ）の条件が成り立つ。またＲは式（２９）のような下三角行列である。
次に、上述の（ステップＳ２ａ）〜（ステップＳ２ｆ）の処理の詳細について説明する。
＜ステップＳ２ａの処理について＞
送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素ｓ＝［ｓ１，ｓ２，・・・，ｓＴ］に対して、それぞれの信号検出順番を同時に決定し、リストＳに記録する。そして、式（９）のように定義された拡張伝搬路行列Ｈ’を用いて、式（３０）により行列Ｇを算出する。
＜ステップＳ２ａの処理について＞
送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素ｓ＝［ｓ１，ｓ２，・・・，ｓＴ］に対して、それぞれの信号検出順番を同時に決定し、リストＳに記録する。そして、式（９）のように定義された拡張伝搬路行列Ｈ’を用いて、式（３０）により行列Ｇを算出する。
ただしＨ’はＲ＋Ｔ行Ｔ列の行列を表す。また、α＝σｗ／σｓでり、σｗとσｓはそれぞれ雑音成分の分散と送信信号の分散を表す。仮に、σｗとσｓの値が既知でなければ、それらを推定してその推定値を用いて係数αを求めることが可能である。また、係数αをＭＩＭＯシステムの要求条件に合わせて他の値に設定することも可能である。例えば、α＝０と設定し、その場合は拡張伝搬路行列Ｈ’のＲ＋１番目の行からＲ＋Ｔ番目の行までがゼロとなるため、拡張伝搬路行列Ｈ’の１番目の行からＲ番目の行までの部分（つまり、伝搬路行列Ｈ）のみを考慮すればよい。また、その時Ｇ＝ＨＨＨとなる。以下の処理については、α＝０の場合において拡張伝搬路行列Ｈ’＝伝搬路行列Ｈと見なす。
次に行列Ｇの要素を用いて、式（３１）によりＶｐを算出する。ただしｖ（ｉ，ｊ）は式（３２）のように定義される。
式（３２）においてｄ１〜ｄ５は本実施形態によるＭＩＭＯシステムのシステム要求条件に合わせて決定する値である。次に式（３３）によりＶｐを用いてβｐを算出する。
ここで拡張伝搬路行列Ｈ’はＴ個の列ベクトルがあるため、それに応じてβｐの値はβ１からβＴまでＴ個算出する。そして、算出したＴ個のβｐを式（３４）のように大小を比較して降順に並び替える。
式（３４）においてＴ＝３である場合、ある拡張伝搬路行列Ｈ’に対してβ１＝０．３，β２＝５．７、β３＝１．８と仮定する。すると式（３４）によりβ２≧β３≧β１⇔βｐ１≧βｐ２≧βｐ３，ｐ１＝２，ｐ２＝３，ｐ３＝１となる。
次に式（３４）の大小比較と並び替えで得られたｐ１からｐＴまでの数値を式（３５）のようにＴ個の送信信号の検出順番リストＳとして記録する。式（３１）〜（３５）を順番リスト生成式とする。
上記の通り、Ｔ＝３、ある拡張伝搬路行列Ｈ’に対してβ１＝０．３，β２＝５．７、β３＝１．８と仮定すると、Ｓ＝｛ｐ１，ｐ２，ｐ３｝＝｛２，３，１｝となる。つまり送信信号ｓ２は１番目に、ｓ３は２番目に、ｓ１は３番目に検出することを意味する。なおｐｋ（ｋ＝１，・・，Ｔ）とは、送信信号ｓｐｋをｋ番目に検出することを意味している。
＜ステップＳ２ｂの処理について＞
次に拡張伝搬路行列Ｈ’の列ベクトルをステップＳ２ａで決めた順番リストＳに従い並び替えを行う。式（３６）はその並び替えを行うために用いる数式である。
次に拡張伝搬路行列Ｈ’の列ベクトルをステップＳ２ａで決めた順番リストＳに従い並び替えを行う。式（３６）はその並び替えを行うために用いる数式である。
この式（３６）においてＰは並び替え行列に相当し、その列ベクトルはｅ１Ｔ，ｅ２Ｔ，・・・，ｅｐＴにより構成される。またｅｋはＴ行１列の列ベクトルであり、そのｋ番目の要素は１でそれ以外は０である。式（３６）のように並び替えを行った後、あるいはその並び替えに相当するような処理を施された後の伝搬路行列をＨ”と表す。例えばＳ＝｛ｐ１，ｐ２，ｐ３｝＝｛２，３，１｝の場合ではＰ＝［ｅｐ１，ｅｐ２，ｅｐ３］＝［ｅ２，ｅ３，ｅ１］である。従って式（３７）で示すように拡張伝搬路行列Ｈ’の列ベクトルがＰによって並べ替えられる。
ここで行列Ｈ’とＰの乗算は実際には数学的演算をする必要がなく、行列Ｐは順番リストＳに従い、Ｈ’の列ベクトルを並び替えるようにすればよい。つまり実際にステップＳ２ｂを実装する場合でも、拡張伝搬路行列Ｈ’の列ベクトルをリストＳに従い並び替えるようにすればよい。
＜ステップＳ２ｃの処理について＞
次にステップＳ２ｂで並び替えられた行列Ｈ”をＱＲ分解し、行列Ｑと下三角行列Ｒを算出する。行列Ｑと下三角行列Ｒを導く処理は式（３８）で表される。
次にステップＳ２ｂで並び替えられた行列Ｈ”をＱＲ分解し、行列Ｑと下三角行列Ｒを算出する。行列Ｑと下三角行列Ｒを導く処理は式（３８）で表される。
ここでＱはＲ＋Ｔ行Ｔ列の行列を表し、ＲはＴ行Ｔ列の行列を表す。なお式（３８）のようなＱＲ分解の方法はいくつか考えられる。例えば、Classical Gram-Schmidt QR分解法、Modified Gram-Schmidt QR分解法、Householder QR分解法、Given QR分解法などである。また必要であればステップＳ２ａで算出した行列ＧをＱＲ分解演算の入力として使用するようにしても良い。どのような分解法を使用するかは実装上の考慮を踏まえた上で決定される。
＜ステップＳ２ｄの処理について＞
次にステップＳ２ｃで算出した行列Ｑの最初のＲ行（Ｑ１）の複素共役転置を使って列ベクトルｙを算出し、式（３９）で示すように、受信ベクトルｘを線形フィルタリング（つまり乗算処理）する。なお、式（３９）において、行列Ｑの最初のＲの行をＱ１、残りのＴ行をＱ２とする。
次にステップＳ２ｃで算出した行列Ｑの最初のＲ行（Ｑ１）の複素共役転置を使って列ベクトルｙを算出し、式（３９）で示すように、受信ベクトルｘを線形フィルタリング（つまり乗算処理）する。なお、式（３９）において、行列Ｑの最初のＲの行をＱ１、残りのＴ行をＱ２とする。
ここで、α＝０の場合は、拡張伝搬路行列Ｈ’＝伝搬路行列Ｈとなり、Ｑ＝Ｑ１である（つまりＨ’とＱは共にＲ行しか存在しない）。またｓ’は行列ＰＴにより送信信号ベクトルｓの要素の順番が並び替えられた行列を表す。またｖは線形フィルタリング処理を施した後の雑音成分ベクトルと干渉成分ベクトルの合成を表す。また列ベクトルｙは、行列Ｒと列ベクトルｓ’との乗算及び雑音成分と干渉成分とを合成した列ベクトルｖとで構成されている。
＜ステップＳ２ｅの処理について＞
次にＲの下三角構造を利用して、前進代入によりＴ個の送信信号を順次検出する。上記算出した列ベクトルｙは式（４０）のように要素ごとに書き表すことができる。
次にＲの下三角構造を利用して、前進代入によりＴ個の送信信号を順次検出する。上記算出した列ベクトルｙは式（４０）のように要素ごとに書き表すことができる。
式（４０）においてｒｋ，ｋ、ｒｋ，ｉ、ｖｋ（ｋ＝Ｔ，…，１）はそれぞれ行列Ｒとベクトルｖの中の要素を表す。前進代入処理は、下記の式（４１）、式（４２）、式（４３）の３つの演算を、ｋ＝１からｋ＝Ｔまで（つまり、ｋ＝１，２，…，Ｔ）繰り返して行う。式（４１）では、送信信号ｓｋ ’に対する干渉成分を算出する演算（干渉成分算出式）である。この演算においてＫ＝１の場合には、干渉成分は０、つまり＾ｍ１＝０となる。また式（４２）では列ベクトルのｋ番目要素ｙｋから干渉成分＾ｍｋを減算し、送信信号の軟判定結果〜ｓｋ’（〜の記号はチルダを示す）を求める演算である。また式（４３）は式（４２）で得られた軟判定結果〜ｓｋ’に対して送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行う処理である。
そして上記式（４１）〜（４２）による処理をｋ＝１からｋ＝ＴまでＴ回実行して、送信信号ベクトル＾ｓ’＝［＾ｓ１’，＾ｓ２’，…，＾ｓＴ’］が得られる。
＜ステップＳ２ｆの処理について＞
次に検出されたＴ個の送信信号を順番リストＳに従い、元の送信された空間順番(アンテナ順番)に並びなおして出力する。式（４４）のように行列Ｐの転置を用いて、上記ステップＳ２ｅで検出した送信信号＾ｓ’の順番の並び替え処理を行う。行列ＰはステップＳ２ｂの処理において検出順番リストＳに従って得られる行列Ｐと同一のものである。
次に検出されたＴ個の送信信号を順番リストＳに従い、元の送信された空間順番(アンテナ順番)に並びなおして出力する。式（４４）のように行列Ｐの転置を用いて、上記ステップＳ２ｅで検出した送信信号＾ｓ’の順番の並び替え処理を行う。行列ＰはステップＳ２ｂの処理において検出順番リストＳに従って得られる行列Ｐと同一のものである。
例えば、ステップＳ２ｂと同様に、Ｓ＝｛ｐ１，ｐ２，ｐ３｝＝｛２，３，１｝の場合ではＰ＝［ｅ２，ｅ３，ｅ１］＝［ｅ３，ｅ１，ｅ２］Ｔである。従って式（４５）で示すように＾ｓ’の各要素がＰによって並べ替えられる。
ここで式（４５）で示した行列Ｐと＾ｓ’の乗算は、実際には数学的演算をする必要が無く、無線受信装置内部の信号検出装置は、行列Ｐが順番リストＳに従い＾ｓ’の要素を並び替える機能を有していれば良い。そして並び替え処理が終わった後は、検出された送信信号ベクトル＾ｓを信号検出装置から出力し、無線受信装置の次の処理部が処理を行う。
次に信号検出装置の構成について説明する。
図８は信号検出装置の機能処理部を示す第４の図である。
図９は信号検出装置の機能処理部を示す第５の図である。
図１０は信号検出装置の機能処理部を示す第６の図である。
まず図８において、符号２１〜２６の機能処理部はそれぞれ上述のステップＳ２ａ〜ステップＳ２ｆに対応する処理を行う機能処理部に対応する。ここで機能処理部とは、信号検出装置における回路群または当該装置で実行されるプログラム群を意味する。また、符号２７は読み書き可能な記憶デバイスまたは情報のパイプライン（配線）を表す。
図８は信号検出装置の機能処理部を示す第４の図である。
図９は信号検出装置の機能処理部を示す第５の図である。
図１０は信号検出装置の機能処理部を示す第６の図である。
まず図８において、符号２１〜２６の機能処理部はそれぞれ上述のステップＳ２ａ〜ステップＳ２ｆに対応する処理を行う機能処理部に対応する。ここで機能処理部とは、信号検出装置における回路群または当該装置で実行されるプログラム群を意味する。また、符号２７は読み書き可能な記憶デバイスまたは情報のパイプライン（配線）を表す。
そして符号２１は検出順番決定処理部（Ordering）である。検出順番決定処理部２１は記憶デバイス（またはパイプライン）２７から伝搬路行列Ｈと係数αを読み取るか或いは受け取り、演算処理によって順番リストＳと行列Ｇを算出した後、それらを記憶デバイス２７へ書込む（またはパイプラインへ出力する）。図９に示すように検出順番決定処理部２１の構成は更に２１ａと２１ｂに分けられる。２１ａは行列Ｇ計算処理部（G Computation）である。行列Ｇ計算処理部２１aは記憶デバイス（またはパイプライン）２７から伝搬路行列Ｈと係数αを読み取るか或いは受け取り、式（３０）に従って行列Ｇを算出し、それを記憶デバイス２７に記録する（またはパイプラインへ出力する）。また２１ｂは順番リスト決定処理部（S Determination）である。順番リスト決定処理部２１ｂは記憶デバイス（またはパイプライン）２７から行列Ｇを読み取るか或いは受け取り、式（３１）〜式（３５）に従って、信号検出順番リストＳを生成し、それを記憶デバイス２７に書込む（またはパイプラインへ出力する）。
また符号２２は拡張伝搬路行列ベクトル並び替え処理部（Column Exchange）である。拡張伝搬路行列ベクトル並び替え処理部２２は記憶デバイス（またはパイプライン）２７から信号検出順番リストＳと拡張伝搬路行列Ｈ’とを読み取るか或いは受け取り、信号検出順番リストＳに従って拡張伝搬路行列Ｈ’を並び替えた後で、その結果の行列Ｈ”を記憶デバイス２７へ書込む（またはパイプラインへ出力する）。
また符号２３はＱＲ分解処理部（QR Decomposition）である。ＱＲ分解処理部２３は記憶デバイス（またはパイプライン）２７から行列Ｈ”または行列Ｈ”と行列Ｇの両方を読み取るか或いは受け取り、式（２５）または式（２６）に従ったＱＲ分解処理によって行列Ｑと行列Ｒとを算出し、それらを記憶デバイス２７に書込む（またはパイプラインへ出力する）。
また符号２４はフィルタリング処理部（QH Filtering）である。フィルタリング処理部２４は記憶デバイス（またはパイプライン）２７から行列Ｑ１と受信信号ベクトルｘを読み取るか或いは受け取り、Ｑ１の複素共役転置とｘとを乗算することによりベクトルｙを算出し、それを記憶デバイス２７に書込む（またはパイプラインへ出力する）。
また符号２５は前進代入処理部（Back Substitution）である。前進代入処理部２５は記憶デバイス（またはパイプライン）１７から列ベクトルｙと行列Ｒを読み取るか或いは受け取り、前進代入演算処理によって、検出送信信号ベクトル＾ｓ’を算出し、その検出送信信号ベクトル＾ｓ’を記憶デバイス２７へ書込む（またはパイプラインへ出力する）。図１０に示すように、前進代入処理部２５は更に、干渉成分計算処理部（Interference Computation）２５ａ、減算処理部（subtractor）２５ｂ、量子化処理部（Quantiztion）２５ｃ、の機能処理部を備えている。そして、ｋ＝１からｋ＝Ｔの場合まで、図１０の各機能処理部をＴ回用いて検出信号ベクトル＾ｓ’の要素を＾ｓ１’から＾ｓＴ’までの順番で検出する。そして干渉成分計算処理部２５ａは、記憶デバイス（またはパイプライン）２７からｒｋ，ｉ（ｋ＝１，２，・・・，Ｔ）と＾ｓｉ’（ｉ＝１，２，・・・，ｋ−１）を読み取るか或いは受け取り、式（４１）に従って干渉成分＾ｍｋを算出し、それを減算処理部２５ｂへ送出する。また減算処理部２５ｂは記憶デバイス（またはパイプライン）２７から列ベクトルｙのｋ番目の要素ｙｋを読み取るか或いは受け取り、当該要素ｙｋから干渉成分＾ｍｋを減算することにより軟判定検出信号〜ｓｋ’を算出し、量子化処理部２５ｃへ送出する。そして量子化処理部２５ｃは、入力を受付けた軟判定検出信号〜ｓｋ’に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い、硬判定検出信号＾ｓｋ’を算出し、それを記憶デバイス２７に書込む（またはパイプラインへ出力する）。
また符号２６は順番並び替え処理部（Row Exchange）である。順番並び替え処理部２６は記憶デバイス（またはパイプライン）２７から＾ｓ’と順番リストＳとを読み取るか或いは受け取り、順番リストＳに従って＾ｓ’を並び替えた後で、その結果送信信号ベクトル＾ｓを信号検出装置から出力する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、従来技術ではＴ回の擬似逆行列演算により、Ｔ個の送信信号における信号検出順番決定と信号抽出ベクトル生成を行い、更に、抽出ベクトルを用いて順番に送信信号を検出していた。しかしながら本発明では擬似逆行列を一回も計算することなく、まず、新規な方法により検出順番を決定し、次にＱＲ分解演算により列ベクトルが並び替えられた拡張伝搬路行列Ｈ’の三角化を図り、最後に伝達係数行列の三角構造を利用して後退代入あるいは前進代入でＴ個の送信信号を検出し、元の送信された空間順番に並び直して出力する。
これにより、上述の実施例によれば、擬似逆行列演算をする必要は無く、主な演算量は検出順番決定演算と、ＱＲ分解演算と、後退あるいは前進代入演算となる。従って，所要演算量は従来のＳＩＣ方式と比較して極めて少なくなる。従って，従来に比べて、処理演算量が少なく所要演算回路規模が小さい無線受信装置の信号検出装置を提供することができる。
これにより、上述の実施例によれば、擬似逆行列演算をする必要は無く、主な演算量は検出順番決定演算と、ＱＲ分解演算と、後退あるいは前進代入演算となる。従って，所要演算量は従来のＳＩＣ方式と比較して極めて少なくなる。従って，従来に比べて、処理演算量が少なく所要演算回路規模が小さい無線受信装置の信号検出装置を提供することができる。
また本発明によれば、擬似逆行列の演算がないため必要な記憶容量が小さい。これにより、無線受信装置の信号検出装置の所要記憶デバイス容量を小さくすることができる。
また本発明によれば、所要演算回路規模と記憶デバイスが小さいため無線受信装置の信号検出装置の小型化・軽量化を容易に行うことができる。
また本発明によれば、Ｔ回の擬似逆行列の演算の代わりに、新規な方法により検出順番を決定し、次にＱＲ分解演算により列ベクトルが並び替えられた拡張伝搬路行列Ｈ’の三角化を図り、最後に伝達係数行列の三角構造を利用して後退代入あるいは前進代入でＴ個の送信信号を検出する。このため、処理の遅延が大幅に削減することになる。これにより送信アンテナの数が多い場合においても、演算回路におけるクロック周波数を上げずにリアルタイム処理が可能である。つまり無線受信装置の信号検出装置の処理遅延を小さくすることができる。
また本発明によれば、所要消費電力は所要演算回路規模やその動作クロック周波数などに比例するため、従来のＳＩＣ方式による電力消費量よりも本発明の無線受信装置の信号検出装置では電力消費量が少なくなる。従って、バッテリによって動作するＭＩＭＯシステムの動作時間の長持ちが実現可能となる。
また本発明によれば、無線受信装置の信号検出装置のハードウェア並びにソフトウェアへの経済的な実装において、上述の効果により、製造コストが安くなり大量生産に適したものとなる。
なお本発明の実施形態において最も重要な特徴は、１．新規な信号検出順番決定方法を考案したこと、２．ＱＲ分解によって拡張伝搬路行列Ｈ’を三角化する方法を考案したこと、３．拡張伝搬路行列Ｈ’の三角構造を利用した後退あるいは前進代入によって信号検出を行う方法を考案したこと、４．（１．）と（２．）と（３．）とを組合わせる方法を考案したことである。
なお、上述の無線受信装置の信号検出装置は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
１１，２１・・・検出順番決定処理部
１２，２２・・・伝搬路行列ベクトル並び替え処理部
１３，２３・・・ＱＲ分解処理部
１４，２４・・・フィルタリング処理部
１５・・・後退代入処理部
２５・・・前進代入処理部
１６，２６・・・順番並び替え処理部
１７，２７・・・記憶デバイス
１２，２２・・・伝搬路行列ベクトル並び替え処理部
１３，２３・・・ＱＲ分解処理部
１４，２４・・・フィルタリング処理部
１５・・・後退代入処理部
２５・・・前進代入処理部
１６，２６・・・順番並び替え処理部
１７，２７・・・記憶デバイス
Claims (7)
- ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムにおいて伝搬路行列Ｈ、所定の係数α、受信信号ベクトルｘを用いて受信信号の信号検出を行う無線受信装置における無線信号分離方法であって、
無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストＳに記録する検出順番決定処理と、
前記伝搬路行列Ｈと前記係数αと単位行列Ｉとに基づいて算出した拡張伝搬路行列Ｈ’を、前記順番リストＳに従い並び替えて行列Ｈ”を算出する並び替え処理と、
Ｒ行Ｔ列の前記行列Ｈ”をＱＲ分解して、ユニタリー行列Ｑと上三角行列Ｒとを算出するＱＲ分解処理と、
前記行列ＱのＲ行の複素共役転置を使って受信ベクトルｘをフィルタリングするフィルタリング処理と、
前記上三角行列Ｒの上三角構造を利用して、後退代入により前記Ｔ個の送信信号を順次検出する後退代入処理と、
前記検出したＴ個の送信信号を前記順番リストＳに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え処理と、を有し、
前記検出順番決定処理は、Ｇ＝Ｈ’ Ｈ Ｈ’により算出した行列Ｇと順番リスト生成式に従って、前記順番リストＳを生成し、
前記並び替え処理は、前記算出した行列Ｈ”を出力し、
前記ＱＲ分解処理は、前記行列Ｑと前記行列Ｒとを出力し、
前記フィルタリング処理は、前記行列ＱのＲ行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルｘとを乗算することによりベクトルｙを算出し、
前記後退代入処理は、前記列ベクトルｙと前記上三角行列Ｒとを用いて、後退代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのＴ個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルｙのｋ番目の要素ｙ ｋ から前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、
前記順番並び替え処理は、検出送信信号ベクトルと前記順番リストＳとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力する
ことを特徴とする無線信号分離方法。 - ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムにおいて伝搬路行列Ｈ、所定の係数α、受信信号ベクトルｘを用いて受信信号の信号検出を行う無線受信装置における無線信号分離方法であって、
無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストＳに記録する検出順番決定処理と、
前記伝搬路行列Ｈと前記係数αと単位行列Ｉとに基づいて算出した拡張伝搬路行列Ｈ’を、前記順番リストＳに従い並び替えて行列Ｈ”を算出する並び替え処理と、
Ｒ行Ｔ列の前記行列Ｈ”をＱＲ分解して、ユニタリー行列Ｑと下三角行列Ｒとを算出するＱＲ分解処理と、
前記行列ＱのＲ行の複素共役転置を使って受信ベクトルｘをフィルタリングするフィルタリング処理と、
前記下三角行列Ｒの下三角構造を利用して、前進代入により前記Ｔ個の送信信号を順次検出する前進代入処理と、
前記検出したＴ個の送信信号を前記順番リストＳに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え処理と、を有し、
前記検出順番決定処理は、Ｇ＝Ｈ’ Ｈ Ｈ’により算出した行列Ｇと順番リスト生成式に従って、前記順番リストＳを生成し、
前記並び替え処理は、前記算出した行列Ｈ”を出力し、
前記ＱＲ分解処理は、前記行列Ｑと前記行列Ｒとを出力し、
前記フィルタリング処理は、前記行列ＱのＲ行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルｘとを乗算することによりベクトルｙを算出し、
前記前進代入処理は、前記列ベクトルｙと前記下三角行列Ｒとを用いて、前進代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのＴ個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルｙのｋ番目の要素ｙ ｋ から前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、
前記順番並び替え処理は、検出送信信号ベクトルと前記順番リストＳとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力する
ことを特徴とする無線信号分離方法。 - ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムにおいて伝搬路行列Ｈ、所定の係数α、受信信号ベクトルｘを用いて受信信号の信号検出を行う無線受信装置であって、
無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストＳに記録する検出順番決定手段と、
前記伝搬路行列Ｈと前記係数αと単位行列Ｉとに基づいて算出した拡張伝搬路行列Ｈ’を、前記順番リストＳに従い並び替えて行列Ｈ”を算出する並び替え手段と、
Ｒ行Ｔ列の前記行列Ｈ”をＱＲ分解して、ユニタリー行列Ｑと上三角行列Ｒとを算出するＱＲ分解手段と、
前記行列ＱのＲ行の複素共役転置を使って受信ベクトルｘをフィルタリングするフィルタリング手段と、
前記上三角行列Ｒの上三角構造を利用して、後退代入により前記Ｔ個の送信信号を順次検出する後退代入手段と、
前記検出したＴ個の送信信号を前記順番リストＳに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え手段と、を備え、
前記検出順番決定手段は、Ｇ＝Ｈ’ Ｈ Ｈ’により算出した行列Ｇと順番リスト生成式に従って、前記順番リストＳを生成し、
前記並び替え手段は、前記算出した行列Ｈ”を出力し、
前記ＱＲ分解手段は、前記行列Ｑと前記行列Ｒとを出力し、
前記フィルタリング手段は、前記行列ＱのＲ行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルｘとを乗算することによりベクトルｙを算出し、
前記後退代入手段は、前記列ベクトルｙと前記上三角行列Ｒとを用いて、後退代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのＴ個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルｙのｋ番目の要素ｙ ｋ から前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、
前記順番並び替え手段は、検出送信信号ベクトルと前記順番リストＳとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力する
ことを特徴とする無線受信装置。 - ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムにおいて伝搬路行列Ｈ、所定の係数α、受信信号ベクトルｘを用いて受信信号の信号検出を行う無線受信装置であって、
無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストＳに記録する検出順番決定手段と、
前記伝搬路行列Ｈと前記係数αと単位行列Ｉとに基づいて算出した拡張伝搬路行列Ｈ’を、前記順番リストＳに従い並び替えて行列Ｈ”を算出する並び替え手段と、
Ｒ行Ｔ列の前記行列Ｈ”をＱＲ分解して、ユニタリー行列Ｑと下三角行列Ｒとを算出するＱＲ分解手段と、
前記行列ＱのＲ行の複素共役転置を使って受信ベクトルｘをフィルタリングするフィルタリング手段と、
前記下三角行列Ｒの下三角構造を利用して、前進代入により前記Ｔ個の送信信号を順次検出する前進代入手段と、
前記検出したＴ個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え手段と、を備え、
前記検出順番決定手段は、Ｇ＝Ｈ’ Ｈ Ｈ’により算出した行列Ｇと順番リスト生成式に従って、前記順番リストＳを生成し、
前記並び替え手段は、前記算出した行列Ｈ”を出力し、
前記ＱＲ分解手段は、前記行列Ｑと前記行列Ｒとを出力し、
前記フィルタリング手段は、前記行列ＱのＲ行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルｘとを乗算することによりベクトルｙを算出し、
前記前進代入手段は、前記列ベクトルｙと前記下三角行列Ｒとを用いて、前進代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのＴ個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルｙのｋ番目の要素ｙ ｋ から前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、
前記順番並び替え手段は、検出送信信号ベクトルと前記順番リストＳとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力する
ことを特徴とする無線受信装置。 - ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムにおいて伝搬路行列Ｈ、所定の係数α、受信信号ベクトルｘを用いて受信信号の信号検出を行う無線受信装置のコンピュータに実行させるプログラムであって、
無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストＳに記録する検出順番決定処理と、
前記伝搬路行列Ｈと前記係数αと単位行列Ｉとに基づいて算出した拡張伝搬路行列Ｈ’を、前記順番リストＳに従い並び替えて行列Ｈ”を算出する並び替え処理と、
Ｒ行Ｔ列の前記行列Ｈ”をＱＲ分解して、ユニタリー行列Ｑと上三角行列Ｒとを算出するＱＲ分解処理と、
前記行列ＱのＲ行の複素共役転置を使って受信ベクトルｘをフィルタリングするフィルタリング処理と、
前記上三角行列Ｒの上三角構造を利用して、後退代入により前記Ｔ個の送信信号を順次検出する後退代入処理と、
前記検出したＴ個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え処理と、をコンピュータに実行させ、
前記検出順番決定処理においては、Ｇ＝Ｈ’ Ｈ Ｈ’により算出した行列Ｇと順番リスト生成式に従って、前記順番リストＳを生成し、
前記並び替え処理においては、前記算出した行列Ｈ”を出力し、
前記ＱＲ分解処理においては、前記行列Ｑと前記行列Ｒとを出力し、
前記フィルタリング処理においては、前記行列ＱのＲ行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルｘとを乗算することによりベクトルｙを算出し、
前記後退代入処理においては、前記列ベクトルｙと前記上三角行列Ｒとを用いて、後退代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのＴ個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルｙのｋ番目の要素ｙ ｋ から前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、
前記順番並び替え処理においては、検出送信信号ベクトルと前記順番リストＳとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力する
ことを特徴とするプログラム。 - ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムにおいて伝搬路行列Ｈ、所定の係数α、受信信号ベクトルｘを用いて受信信号の信号検出を行う無線受信装置のコンピュータに実行させるプログラムであって、
無線送信装置の送信した信号の該送信信号ベクトルｓの中にあるＴ個の要素に対して、それぞれの信号検出の順番を決定し、順番リストＳに記録する検出順番決定処理と、
前記伝搬路行列Ｈと前記係数αと単位行列Ｉとに基づいて算出した拡張伝搬路行列Ｈ’を、前記順番リストＳに従い並び替えて行列Ｈ”を算出する並び替え処理と、
Ｒ行Ｔ列の前記行列Ｈ”をＱＲ分解して、ユニタリー行列Ｑと下三角行列Ｒとを算出するＱＲ分解処理と、
前記行列ＱのＲ行の複素共役転置を使って受信ベクトルｘをフィルタリングするフィルタリング処理と、
前記下三角行列Ｒの下三角構造を利用して、前進代入により前記Ｔ個の送信信号を順次検出する前進代入処理と、
前記検出したＴ個の送信信号を前記順番リストに従って、元の送信された空間順番に並べなおして出力する順番並び替え処理と、をコンピュータに実行させ、
前記検出順番決定処理においては、Ｇ＝Ｈ’ Ｈ Ｈ’により算出した行列Ｇと順番リスト生成式に従って、前記順番リストＳを生成し、
前記並び替え処理においては、前記算出した行列Ｈ”を出力し、
前記ＱＲ分解処理においては、前記行列Ｑと前記行列Ｒとを出力し、
前記フィルタリング処理においては、前記行列ＱのＲ行の複素共役転置と前記受信信号ベクトルｘとを乗算することによりベクトルｙを算出し、
前記前進代入処理においては、前記列ベクトルｙと前記下三角行列Ｒとを用いて、前進代入演算処理によって、検出送信信号ベクトルを算出し、その検出送信信号ベクトルのＴ個の要素を順番に検出し、干渉成分算出式に従って干渉成分を算出し、前記列ベクトルｙのｋ番目の要素ｙ ｋ から前記干渉成分を減算することにより軟判定検出信号を算出し、当該軟判定検出信号に対して、送信側で変調時に適用したコンスタレションに基づいて硬判定を行い硬判定検出信号を算出し、
前記順番並び替え処理においては、検出送信信号ベクトルと前記順番リストＳとを読み取り、当該リストに従って前記検出送信信号ベクトルを並び替えた後で、その並び替え結果を出力する
ことを特徴とするプログラム。 - 請求項５または請求項６のプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006107800A JP4804997B2 (ja) | 2006-04-10 | 2006-04-10 | 無線信号分離方法、無線受信装置およびプログラム並びに記録媒体 |
Applications Claiming Priority (1)
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