JP4943263B2

JP4943263B2 - 最尤復号方法及び受信機

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Publication number: JP4943263B2
Application number: JP2007197545A
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Inventors: 裕也増井; 隆矢野; 岳彦小林
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Description

本発明は、複数の送受信アンテナを用いて高速かつ安定な通信を行う無線通信方法及び無線通信装置に関し、特に、受信信号の最尤復号の処理に関する。

複数の送受信アンテナを用いて無線通信を行うＭＩＭＯ（ＭｕｌｔｉｐｌｅＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅＯｕｔｐｕｔ）方式は、高い伝送速度を達成する。しかし、高い伝送速度を達成するために、受信信号に混在する送信信号の干渉を正確に分離し、検出する処理が必要である。最尤復号（ＭＬＤ：ＭａｘｉｍｕｍＬｉｋｅｌｉｈｏｏｄＤｅｔｅｃｔｉｏｎ）は、最も優れた特性が得られる検出方法であるが、処理が複雑になるため、膨大な演算量を必要とする。そこで、実用的な近似方法としてＱＲＭ−ＭＬＤ処理が提案されている。

特許文献１に記載された技術によると、伝送路のインパルス応答を示すチャネル行列の順序を変えて２種類（例えば、正順及び逆順）用意し、各チャネル行列を用いてＱＲＭ−ＭＬＤ処理を実行し、実行された結果を組み合わせることによって、演算量は増大するが、解の品質を向上させる技術が記載されている。

また、非特許文献１に記載された技術によると、順序の異なるチャネル行列を３種類以上用意し、それぞれのチャネル行列を用いてＱＲＭ−ＭＬＤ処理を実行する技術が記載されている。

ここで、図７及び図８を用いて従来のＱＲＭ−ＭＬＤ処理について説明する。

図７は、従来技術のＱＲＭ−ＭＬＤ処理を実行するＱＲＭ−ＭＬＤ処理部の構成図である。

ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部は、各チャネル推定部７１、チャネル行列生成部７２、ＱＲ分解処理部７３、信号変換部７４、及びＭＬＤ処理部７５を備える。

各チャネル推定部７１は、既知のパイロット信号を用いて、各伝搬路のチャネルインパルス応答を推定する。

チャネル行列生成部７２は、各チャネル推定部７１で推定されたチャネルインパルス応答を行列要素とするチャネル行列を生成する。

ＱＲ分解処理部７３は、チャネル行列生成部７２で生成されたチャネル行列をＱＲ分解する。例えば、送信アンテナ及び受信アンテナの数が４本ずつの場合、送信信号と受信信号との関係はＲ＝ＨＴであり、次式で表される。

そして、チャネル行列のＱＲ分解は、Ｈ＝ＱＨ’であり、次式で表される。

ＱＲ分解は、一意の行列の変換であり、右辺の一つ目の行列Ｑは、ユニタリー行列（複素共役転置との行列積が単位行列に等しい）である。また、二つ目の行列Ｈ’は、上三角行列である。

次に、行列Ｑの複素共役転置行列をＱ^*と表し、式（１）の両辺に左側からＱ^*を乗算して左辺をＱ^*Ｒ＝Ｚとおく場合、右辺はＱ^*ＨＴ＝Ｑ^*（ＱＨ’）Ｔ＝Ｈ’Ｔとなり、次式で表される。

信号変換部７４は、ＱＲ分解によって得られるユニタリー行列の複素共役転置行列を受信信号に乗算し、受信信号を新たな信号に変換する。例えば、式（３）で表されるように、受信信号行列Ｒに複素共役転置行列Ｑ^*を乗算し、信号行列Ｚに変換する。

ＭＬＤ処理部７５は、送信信号をＭＬＤ処理によって推定する。

次に、ＱＲ分解後のＭＬＤ処理の詳細を説明する。まず、式（３）においてｔ₄に着目すると、ｚ₄＝ｈ₄₄’ｔ₄が成立する。ここで、変復調にＱＰＳＫ方式を用いることを考えると、送信信号のシンボル候補は、多値数に応じて４種類となる。各シンボル候補について、ｈ₄₄’ｔ₄を計算し、ｚ₄との２乗ユークリッド距離を算出する。算出されたユークリッド距離のうち、最も短いシンボルの候補が、正しい送信信号である確率が高いと推定される。次に、ｔ₃に着目すると、ｚ₃＝ｈ₃₃’ｔ₃＋ｈ₃₄’ｔ₄が成立するため、ｔ₃及びｔ₄のシンボル候補の組み合わせ（４×４＝１６種類）について、ｈ₃₃’ｔ₃＋ｈ₃₄’ｔ₄を計算し、ｚ₃との２乗ユークリッド距離を算出する。ｚ₃との２乗ユークリッド距離及びｚ₄との２乗ユークリッド距離を合わせて、１６種類のシンボル候補のユークリッド距離を算出する。算出されたユークリッド距離のうち、最も短いシンボルの候補が正しい信号であると推定される。同様の処理をｔ₁まで続けるのがＭＬＤ処理である。なお、ｔ₁では、４の４乗（＝２５６）種類のシンボル候補に対して距離計算が必要となり、一般に、多値数Ｃのシンボルで送信アンテナ数Ｎを用いて送信する場合、ＣのＮ乗という膨大な演算量が必要となる。そこで、演算量を削減するため、Ｍアルゴリズムが適用される。

図８は、従来技術のＭアルゴリズムの処理の動作図である。

まず、送信信号ｔ₄の候補として、Ｃ₁〜Ｃ₄の４種類の信号レプリカを生成する。信号レプリカとは、受信装置で仮に設定される信号である。具体的には、推定されるチャネルインパルス応答に基づいて受信信号として想定された信号である。

次に、４種類の信号レプリカに対して、送信信号ｔ₃の候補を４種類ずつ信号レプリカとして生成し、１６種類の送信信号ｔ₃の候補を設定する。そして、設定された各送信信号の候補と変換信号Ｚとの２乗ユークリッド距離を計算し、計算された２乗ユークリッド距離が近い順に（ｔ₃、ｔ₄）の組み合わせを絞り込む。例えば、図８に示されるようにＭ＝３の場合、（ｔ₃、ｔ₄）の組み合わせを３種類の候補に絞り込む。

次に、ｔ₃で絞り込まれた３種類の送信信号の候補に対して送信信号ｔ₂の信号レプリカを生成し、２乗ユークリッド距離を計算する。

最後に、送信信号ｔ₁についても同様に、ｔ₂で絞り込まれた３種類の送信信号の候補に対してＭアルゴリズムの処理を実行し、最終的に２乗ユークリッド距離が最短となる（ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、ｔ₄）の組み合わせを決定する。つまり、途中の処理の段階で組み合わせの候補を絞り込むことによって、最適解を見逃す可能性は生じるが、指数関数的な演算量の増大を抑えることができる。
特開２００６−１２１３４８号公報木村亮太、船田龍平、原田博司、嶋本薫、"MIMO-OFDMにおける複数のQR分解を用いるグループディテクションアルゴリズムに関する検討"、電子情報通信学会無線通信システム研究会、RCS2006-124、2006年8月、pp.115-120

前述した従来技術では、少なくとも一方のＱＲＭ−ＭＬＤ処理において推定解の候補を一つに絞り込み、他方のＱＲＭ−ＭＬＤ処理に援用していた。そのため、演算時間が増大し、先に推定解の候補を一つに絞り込んだため、最適解を見逃す可能性が生じていた。

また、チャネル行列毎に異なる送信信号の推定解を確定していたため、送信信号全体の組み合わせとして最適解に到達できない可能性が高かった。

本発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、複数のアンテナによって受信された受信信号を複数の送信信号に分離する最尤復号方法であって、前記受信信号に対応するチャネルインパルス応答を、複数の異なる順序に並べ、前記複数の順序に並べられたチャネルインパルス応答を用いて前記チャネルインパルス応答を行列要素とするチャネル行列を生成し、前記生成されたチャネル行列をＱＲ分解することによって三角行列を取得する第１の手順と、前記チャネルインパルス応答が並べられた順序と同じ数の部分に前記受信信号を分けるように各部分を特定する第２の手順と、前記取得された三角行列を用いて前記送信信号の各部分の組み合わせ候補を一つ以上決定する第３の手順と、前記第３の手順で決定された組み合わせ候補を前記各部分から選択し、前記選択された組み合わせ候補間のユークリッド距離が最も短くなるように、前記組み合わせ候補を選択する第４の手順を含み、前記第１の手順は、前記受信信号に対応するチャネルインパルス応答を、第１の順序及び前記第１の順序と異なる第２の順序に並べる手順と、複数の異なる順序に並べられたチャネルインパルス応答を用いて前記チャネルインパルス応答を行列要素とするチャネル行列を生成し、前記生成されたチャネル行列をＱＲ分解することによって三角行列を取得する手順と、前記取得された三角行列の右下対角項の値を比較する手順と、前記比較された右下対角項の値のうち、小さい方の値が最も大きくなるチャネルインパルス応答の順序の組を特定する手順と、前記特定された順序の組を構成する順序を、前記第１の順序及び前記第２の順序とする手順と、を含み、前記第２の手順では、前記受信信号を第１の部分及び第２の部分に分けるように特定し、前記第３の手順は、前記第１の順序に並べられたチャネルインパルス応答を用いて前記チャネルインパルス応答を行列要素とするチャネル行列を生成し、前記生成されたチャネル行列をＱＲ分解することによって三角行列を取得し、前記取得された三角行列を用いて前記送信信号の第１の部分の組み合わせ候補を一つ以上決定する手順と、前記第２の順序に並べられたチャネルインパルス応答を用いて前記チャネルインパルス応答を行列要素とするチャネル行列を生成し、前記生成されたチャネル行列をＱＲ分解することによって三角行列を取得し、前記取得された三角行列を用いて前記送信信号の第２の部分の組み合わせ候補を一つ以上決定する手順と、を含み、前記第４の手順では、前記第１の部分の組み合わせ候補と前記第２の部分の組み合わせ候補とのユークリッド距離が最も短くなるように、前記第１の部分及び前記第２の部分の組み合わせ候補を選択する。

特に、前記第３の手順で決定された組み合わせ候補を前記各部分から選択し、前記選択された組み合わせ候補と合わせた全体でのユークリッド距離が最も短くなるように、前記組み合わせ候補を選択する第４の手順を含むことが好ましい。

本発明の一形態によると、各チャネル行列のＭＬＤ処理を途中まで実行することによって、演算量を削減することができる。また、複数の候補に基づいて統合ＭＬＤ処理を実行することによって、推定解の品質を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

＜実施形態１＞
まず、本発明の第１の実施の形態のＭＩＭＯ通信システムについて説明する。

図１Ａは、本発明の第１の実施の形態のＭＩＭＯ通信システムの構成図である。

ＭＩＭＯ通信システムは、送信機１、受信機２、送信アンテナ３（３Ａ、３Ｂ）、及び受信アンテナ４（４Ａ、４Ｂ）を備える。

送信機１は、送信データ（ｔ₁，ｔ₂）を送信信号として異なる２本の送信アンテナ３によって、同一の周波数で同時に送信する。なお、送信信号は、各伝搬路のチャネルインパルス応答（ｈ₁₁〜ｈ₂₂）の影響を受ける。

受信機２は、チャネルインパルス応答（ｈ₁₁〜ｈ₂₂）の影響を受けた信号を異なる２本の受信アンテナ４によって受信する。また、受信信号には複数の送信データが混在しているため、受信信号から混在している送信信号を分離する信号分離処理を実行し、推定信号（ｒ₁’，ｒ₂’）を求める。

なお、図１Ａには送信アンテナ３及び受信アンテナ４がそれぞれ２本ずつ示されているが、３本以上の複数の異なるアンテナを備えてもよい。

ここで、送信アンテナ３及び受信アンテナがそれぞれ２本ずつである場合、送受信信号の関係は次式で表される。

図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態の受信機２の構成図である。

受信機２は、ＲＦ受信回路部５及びベースバンド信号処理部６を備える。

ＲＦ受信回路部５は、受信回路７（７Ａ、７Ｂ）を備える。受信回路７は、受信アンテナ４から受信した信号の振幅を増幅し、増幅した受信信号をベースバンド信号処理部に入力する。

ベースバンド信号処理部６は、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８、対数尤度計算部９、及び復号化処理部１０を備える。

ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、受信信号に混在する送信信号の干渉を分離する。なお、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８の詳細は、後述する図２で説明する。

対数尤度計算部９は、分離された信号の対数尤度を計算する。

復号化処理部１０は、計算された対数尤度に基づいて、ターボ復号等の復号化処理を実行する。

本発明の第１の実施の形態のＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、演算量を削減するため、順序の異なるチャネル行列を複数作成し、作成された順序の異なるチャネル行列毎にＱＲ分解する。さらに、ＱＲ分解されたチャネル行列から得られる三角行列を用いてＭＬＤ処理を途中まで部分的に実行する。そして、最後に最適解の品質を上げるために、それぞれのＭＬＤ処理の結果を組み合わせて統合ＭＬＤ処理を実行する。以上の処理を多重ＱＲＭ−ＭＬＤ処理と呼び、多重数２の例を図２に示す。

図２は、本発明の第１の実施の形態のＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８の構成図である。

ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、各チャネル推定部２１、チャネル行列生成部２２、ＱＲ分解処理部２４（２４Ａ、２４Ｂ）、信号変換部２５（２５Ａ、２５Ｂ）、チャネル行列入れ替え部２３、ＭＬＤ処理部２６（２６Ａ、２６Ｂ）、及び統合ＭＬＤ部２７を備える。

各チャネル推定部２１は、既知のパイロット信号を用いて、各伝搬路のチャネルインパルス応答を推定する。

チャネル行列生成部２２は、各チャネル推定部２１で推定されたチャネルインパルス応答を行列要素とするチャネル行列を生成する。

チャネル行列入れ替え部２３は、チャネル行列生成部２２で生成されたチャネル行列の順序を入れ替える。例えば、式（２）のチャネル行列に対して、逆順に入れ替えたチャネル行列を生成する。

ＱＲ分解処理部２４は、チャネル行列生成部２２で生成されたチャネル行列をＱＲ分解する。チャネル行列入れ替え部２３で逆順に入れ替えたチャネル行列をＱＲ分解処理部２４ＢでＱＲ分解すると式（５）のように表される。

信号変換部２５は、ＱＲ分解によって得られるユニタリー行列の複素共役転置行列を受信信号に乗算し、受信信号を新たな信号に変換する。例えば、式（５）で表されたＱＲ分解に基づいて、信号行列を変換すると式（６）のように表される。

ＭＬＤ処理部２６は、ＭＬＤ処理を途中まで部分的に実行する。具体的に、ＭＬＤ処理部２６Ｂは、式（６）に基づいて、ｔ₁及びｔ₂の部分にＭＬＤ処理を実行し、送信信号の候補を決定する。また、ＭＬＤ処理部２６Ａは、同様にｔ₃及びｔ₄の部分にＭＬＤ処理を実行し、送信信号の候補を絞り込む。

統合ＭＬＤ処理部２７は、ＭＬＤ処理部２６で処理された結果を組み合わせてＭＬＤ処理を実行する。具体的に、統合ＭＬＤ処理部２７は、ｔ₁及びｔ₂の送信信号の候補とｔ₃及びｔ₄の送信信号の候補との結果に基づいてＭＬＤ処理を実行する。

図３は、本発明の第１の実施の形態の多重ＱＲＭ−ＭＬＤ処理のフローチャートである。

多重ＱＲＭ−ＭＬＤ処理は、受信信号がＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８に入力されたときに開始される。

まず、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、各チャネル推定部２１で送信アンテナ３と受信アンテナ４との間の伝搬路のチャネルを推定する（５０２）。具体的には、既知のパイロット信号を用いて、伝搬路のチャネルインパルス応答を推定する。

次に、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、チャネル行列生成部２２でチャネル行列を生成する（５０３）。なお、チャネル行列の生成の詳細については、後述する図４で説明する。

次に、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、生成されたチャネル行列に対してＱＲ分解処理部２４ＡでＱＲ分解を実行し、信号変換部２５Ａで受信信号を変換する（５０４）。具体的には、生成されたチャネル行列をＱＲ分解し、ＱＲ分解によって得られるユニタリー行列Ｑの複素共役転置行列を受信信号ｒに乗算し、変換信号Ｚを得る。

次に、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、ＱＲ分解によって得られる上三角行列、及び、信号変換部２５で得られる変換信号に対してＭＬＤ処理を実行し、ｔ₃及びｔ₄の候補を決定する（５０５）。具体的には、ＱＲ分解によって得られる上三角行列Ｈ’、及び、変換信号Ｚに基づいて、送信信号ｔ₃及びｔ₄の候補が決定されるまでＭＬＤ処理部２６ＡでＭＬＤ処理を実行する（送信信号ｔ₁及びｔ₂についてはＭＬＤ処理を実行しない）。

次に、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、ステップ５０３で生成されたチャネル行列をチャネル行列入れ替え部２３で入れ替え（例えば、逆順にする）、新たにチャネル行列を生成する（５０６）。そして、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、入れ替えられたチャネル行列をＱＲ分解処理部２４ＢでＱＲ分解し、信号変換部２５Ｂで信号を変換する（５０７）。

次に、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、入れ替えたチャネル行列を分解することによって得られる上三角行列及び変換信号に対してＭＬＤ処理を実行し、ｔ₁及びｔ₂の候補を決定する（５０８）。具体的には、送信信号ｔ₁及びｔ₂の候補が決定されるまでＭＬＤ処理部２６ＢでＭＬＤ処理を実行する。

次に、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、ステップ５０５で求めた送信信号ｔ₃及びｔ₄の候補と、ステップ５０８で求めた送信信号ｔ₁及びｔ₂の候補とに基づいて、送信信号ｔ₁〜ｔ₄の推定値を一意に決定する（５０９）。具体的には、ステップ５０５で求めた送信信号ｔ₃及びｔ₄の候補とステップ５０８で求めた送信信号ｔ₁及びｔ₂の候補とのユークリッド距離を算出し、全体が最も短いユークリッド距離となる送信信号ｔ₁〜ｔ₄の候補を推定値として決定する。そして、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、処理を終了する。

ここで、チャネル行列の生成について検討する。ＱＲ分解することによって得られる式（３）の上三角行列の右下対角項ｈ₄₄’及び式（６）の上三角行列の右下対角項ｈ₄₁”の絶対値がそれぞれ小さい場合、送信信号に雑音が含まれるため、式（３）の送信信号ｔ₄及び式（６）の送信信号ｔ₁の候補を決定するときに雑音の影響が大きくなり誤差が増大する。したがって、各行列の右下対角項の絶対値ができるだけ大きくなるような順序で（例えば、二つの右下対角項の絶対値で小さい方が最大となるように）、チャネル行列を生成する方が、送信信号の候補を決定する時に雑音の影響が小さいため有効である。

ここで、具体的に、チャネル行列を生成する処理について説明する。

図４は、本発明の第１の実施の形態のチャネル行列設定処理のフローチャートである。

まず、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、チャネル行列設定処理内で使用する変数を初期化（ａ_max＝０）する（８０２）。

次に、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、推定されたチャネルインパルス応答に基づいて、第１の順序のチャネル行列を設定する（８０３）。さらに、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、ステップ８０３で設定された第１の順序と異なる、第２の順序のチャネル行列を設定する（８０４）。

次に、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、設定した第１の順序及び第２の順序のチャネル行列をそれぞれＱＲ分解する（８０５）。

次に、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、ＱＲ分解することによって得られる上三角行列の右下対角項の絶対値を第１の順序及び第２の順序についてそれぞれ算出する（８０６）。

次に、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、算出された第１の順序及び第２の順序の上三角行列の右下対角項の絶対値を比較し、大きい方をａとする（８０７）。

次に、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、変数ａ_maxと比較し、ａ_maxより大きいか否かを判定する（８０８）。ａ_maxより大きい場合、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、ステップ８０９に進む。一方、ａ_maxより小さい場合、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、ステップ８１０に進む。

次に、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、ａを新たにａ_maxとして更新する（８０９）。

次に、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、チャネル行列の候補が存在するか否かを判定する（８１０）。チャネル行列の候補がある場合、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、ステップ８０３に進む。一方、チャネル行列の候補がない場合、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、ステップ８１１に進む。

次に、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、ａ_maxとなる第１の順序及び第２の順序のチャネル行列を決定する（８１１）。そして、ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部８は、処理を終了する。

図５は、本発明の第１の実施の形態の統合ＭＬＤの処理の動作図である。

ｔ₃及びｔ₄は、Ｍアルゴリズムを用いてＭＬＤ処理が実行され、ｔ₁及びｔ₂は、別のＭＬＤ処理によって送信信号の複数候補が決定されるため、ｔ₁及びｔ₂のＭＬＤ処理が省略される（スキップ処理）。具体的に、まず、ｔ₃及びｔ₄についてＭＬＤ処理が実行されることによってｔ₃及びｔ₄の複数候補が決定される。次に、ｔ₁及びｔ₂は、別のＭＬＤ処理によって予め決定されたｔ₁及びｔ₂の複数候補を選択した場合のＭＬＤ処理を実行することによって、ｔ₁及びｔ₂の全ての信号レプリカについて新たにＭＬＤ処理を実行する必要がなく、ｔ₁及びｔ₂のＭＬＤ処理を部分的に省略することができる。

また、ｔ₁及びｔ₂のＭＬＤ処理によって決定される候補とｔ₃及びｔ₄のＭＬＤ処理によって決定される候補とのいずれか一方の候補を、ＭＬＤ処理で算出されるユークリッド距離に基づいて一つに絞り込んでから統合ＭＬＤ処理を実行すると、最適解の品質が劣る可能性はあるが、演算量の削減をすることが可能である。例えば、ｔ₃及びｔ₄のＭＬＤ処理によって一つの候補を決定し、統合ＭＬＤ処理においてｔ₃及びｔ₄の処理をスキップし、ｔ₁及びｔ₂の部分をＭＬＤ処理するため、図５に示されるツリー構造の後段で処理をスキップするので演算量は少ない。

図６は、本発明の第１の実施の形態の演算量を従来技術と比較した評価図である。

変復調方式に１６ＱＡＭを使用し、送信信号の候補を選択する数を１６とし、送受信アンテナ数をそれぞれ４×４（送信アンテナが４本、受信アンテナが４本）及び６×６（送信アンテナが６本、受信アンテナが６本）とした場合の複素乗算数を比較する。

比較するために考慮する処理は、ＱＲ分解、信号レプリカの作成、及び２乗ユークリッド距離の計算である。送信アンテナ数をＮ、変復調の多値数をＣ、選択候補数をＳ、多重数をＧとすると、複素乗算数は、ＱＲ分解ではＮの３乗程度の演算量が必要である。また、信号レプリカの作成においてはＣ＋ＳＣ（Ｎ／Ｇ−１）（Ｎ／Ｇ＋２）／２の演算量が必要である。また、２乗ユークリッド距離計算においてはＣ＋ＳＣ（Ｎ／Ｇ−１）の演算量が必要である。

従来型に着目すると、送受信アンテナ数が４×４の場合に演算量が３２５３回であるのに対し、送受信アンテナ数が６×６の場合に演算量が６８６２回であり、送受信アンテナ数の１０の２乗程度で演算量が増加している。

一方、本発明の信号分割（多重）数を２とした場合、アンテナ数が４×４の場合に演算量が２５２２回であるのに対し、送受信アンテナ数が６×６の場合は、演算量が５２３６回であり、従来型よりも演算量が減少（２２〜２４％減）していることが分かる。これは、ＱＲ分解の演算量が２倍に増加するが、それ以上にＭＬＤ処理での信号レプリカの作成、及び、２乗ユークリッド距離計算の演算量を削減する効果が高いためである。なお、アンテナ数が６×６で信号分割（多重）数を３とする場合、ＱＲ分解を３回実行することによって２個ずつの送信信号の組み合わせについて信号の候補を決定し、統合ＭＬＤ処理を実行して最尤復号を行なう。３分割する場合の信号変換式を式（７）〜（９）に示す。

具体的には、式（７）に基づいて（ｔ₅，ｔ₆）を部分的にＭＬＤ処理する。また、式（８）に基づいて（ｔ₃，ｔ₄）を部分的にＭＬＤ処理する。また、式（９）に基づいて（ｔ₁，ｔ₂）を部分的にＭＬＤ処理する。そして、それぞれ部分的にＭＬＤ処理して決定した送信信号の候補の結果に基づいて、統合ＭＬＤ処理を実行して最尤復号を行なう。なお、信号を３分割することによって、演算量を４４５８回に削減する（３５％減）ことができる。

本発明の第１の実施の形態のＭＩＭＯ通信システムの構成図である。本発明の第１の実施の形態の受信機の構成図である。本発明の第１の実施の形態のＱＲＭ−ＭＬＤ処理部の構成図である。本発明の第１の実施の形態の多重ＱＲＭ−ＭＬＤ処理のフローチャートである。本発明の第１の実施の形態のチャネル行列設定処理のフローチャートである。本発明の第１の実施の形態の統合ＭＬＤの処理の動作図である。本発明の第１の実施の形態の演算量を従来技術と比較した評価図である。従来のＱＲＭ−ＭＬＤ処理を実行するＱＲＭ−ＭＬＤ処理部の構成図である。従来のＭアルゴリズムの処理の動作図である。

符号の説明

１送信機
２受信機
８ＱＲＭ−ＭＬＤ処理部
２４ＱＲ分解処理部
２６ＭＬＤ処理部
２７統合ＭＬＤ部

Claims

複数のアンテナによって受信された受信信号を複数の送信信号に分離する最尤復号方法であって、
前記受信信号に対応するチャネルインパルス応答を、複数の異なる順序に並べ、前記複数の順序に並べられたチャネルインパルス応答を用いて前記チャネルインパルス応答を行列要素とするチャネル行列を生成し、前記生成されたチャネル行列をＱＲ分解することによって三角行列を取得する第１の手順と、
前記チャネルインパルス応答が並べられた順序と同じ数の部分に前記受信信号を分けるように各部分を特定する第２の手順と、
前記取得された三角行列を用いて前記送信信号の各部分の組み合わせ候補を一つ以上決定する第３の手順と、
前記第３の手順で決定された組み合わせ候補を前記各部分から選択し、前記選択された組み合わせ候補間のユークリッド距離が最も短くなるように、前記組み合わせ候補を選択する第４の手順を含み、
前記第１の手順は、
前記受信信号に対応するチャネルインパルス応答を、第１の順序及び前記第１の順序と異なる第２の順序に並べる手順と、
前記第１の順序及び前記第２の順序に並べられたチャネルインパルス応答を用いて前記チャネルインパルス応答を行列要素とするチャネル行列を生成し、前記生成されたチャネル行列をＱＲ分解することによって三角行列を取得する手順と、
前記取得された三角行列の右下対角項の値を比較する手順と、
前記比較された右下対角項の値のうち、小さい方の値が最も大きくなるチャネルインパルス応答の順序の組を特定する手順と、
前記特定された順序の組を構成する順序を、前記第１の順序及び前記第２の順序とする手順と、を含み、
前記第２の手順では、前記受信信号を第１の部分及び第２の部分に分けるように特定し、
前記第３の手順は、
前記第１の順序に並べられたチャネルインパルス応答を用いて前記チャネルインパルス応答を行列要素とするチャネル行列を生成し、前記生成されたチャネル行列をＱＲ分解することによって三角行列を取得し、前記取得された三角行列を用いて前記送信信号の第１の部分の組み合わせ候補を一つ以上決定する手順と、
前記第２の順序に並べられたチャネルインパルス応答を用いて前記チャネルインパルス応答を行列要素とするチャネル行列を生成し、前記生成されたチャネル行列をＱＲ分解することによって三角行列を取得し、前記取得された三角行列を用いて前記送信信号の第２の部分の組み合わせ候補を一つ以上決定する手順と、を含み、
前記第４の手順では、前記第１の部分の組み合わせ候補と前記第２の部分の組み合わせ候補とのユークリッド距離が最も短くなるように、前記第１の部分及び前記第２の部分の組み合わせ候補を選択することを特徴とする最尤復号化方法。
前記第４の手順では、前記第３の手順で決定された組み合わせ候補を前記各部分から選択し、前記選択された組み合わせ候補と合わせた全体でのユークリッド距離が最も短くなるように、前記組み合わせ候補を選択することを特徴とする請求項１記載の最尤復号化方法。
前記第４の手順では、前記第１の部分の組み合わせ候補と前記第２の部分の組み合わせ候補と合わせた全体でのユークリッド距離が最も短くなるように、前記第１の部分及び前記第２の部分の組み合わせ候補を選択することを特徴とする請求項１に記載の最尤復号化方法。
前記第３の手順では、前記取得された三角行列を用いて前記第１の部分の組み合わせ候補を一つだけ決定し、
前記第４の手順では、前記決定された第１の部分の一つの組み合わせ候補と前記第２の部分の組み合わせ候補とのユークリッド距離が最も短くなるように、前記第２の部分の組み合わせ候補を選択することを特徴とする請求項１に記載の最尤復号化方法。
前記第４の手順では、前記決定された第１の部分の一つの組み合わせ候補と前記第２の部分の組み合わせ候補と合わせた全体でのユークリッド距離が最も短くなるように、前記第２の部分の組み合わせ候補を選択することを特徴とする請求項４に記載の最尤復号化方法。
複数のアンテナによって受信された受信信号を複数の送信信号に分離する最尤復号装置と、
前記分離された複数の送信信号の対数尤度を計算する計算部と、
前記計算された対数尤度に基づいて前記分離された複数の送信信号を復号化する復号部と、を備える受信機であって、
前記最尤復号装置は、
前記受信信号に対応するチャネルインパルス応答を、複数の異なる順序に並べ、前記複数の順序に並べられたチャネルインパルス応答を用いて前記チャネルインパルス応答を行列要素とするチャネル行列を生成し、前記生成されたチャネル行列をＱＲ分解することによって三角行列を取得する第１の手段と、
前記チャネルインパルス応答が並べられた順序と同じ数の部分に前記受信信号を分けるように各部分を特定する第２の手段と、
前記取得された三角行列を用いて前記送信信号の各部分の組み合わせ候補を一つ以上決定する第３の手段と、
前記第３の手段で決定された組み合わせ候補を前記各部分から選択し、前記選択された組み合わせ候補間のユークリッド距離が最も短くなるように、前記組み合わせ候補を選択する第４の手段と、を備え、
前記第１の手段は、
前記受信信号に対応するチャネルインパルス応答を、第１の順序及び前記第１の順序と異なる第２の順序に並べ、
前記第１の順序及び前記第２の順序に並べられたチャネルインパルス応答を用いて前記チャネルインパルス応答を行列要素とするチャネル行列を生成し、前記生成されたチャネル行列をＱＲ分解することによって三角行列を取得し、
前記取得された三角行列の右下対角項の値を比較し、
前記比較された右下対角項の値のうち、小さい方の値が最も大きくなるチャネルインパルス応答の順序の組を特定し、
前記特定された順序の組を構成する順序を、前記第１の順序及び前記第２の順序とし、
前記第２の手段は、前記受信信号を第１の部分及び第２の部分に分けるように特定し、
前記第３の手段は、
前記第１の順序に並べられたチャネルインパルス応答を用いて前記チャネルインパルス応答を行列要素とするチャネル行列を生成し、前記生成されたチャネル行列をＱＲ分解することによって三角行列を取得し、前記取得された三角行列を用いて前記送信信号の第１の部分の組み合わせ候補を一つ以上決定し、
前記第２の順序に並べられたチャネルインパルス応答を用いて前記チャネルインパルス応答を行列要素とするチャネル行列を生成し、前記生成されたチャネル行列をＱＲ分解することによって三角行列を取得し、前記取得された三角行列を用いて前記送信信号の第２の部分の組み合わせ候補を一つ以上決定し、
前記第４の手段は、前記第１の部分の組み合わせ候補と前記第２の部分の組み合わせ候補とのユークリッド距離が最も短くなるように、前記第１の部分及び前記第２の部分の組み合わせ候補を選択することを特徴とする受信機。
前記第４の手段は、前記第３の手段で決定された組み合わせ候補を前記各部分から選択し、前記選択された組み合わせ候補と合わせた全体でのユークリッド距離が最も短くなるように、前記組み合わせ候補を選択することを特徴とする請求項６記載の受信機。
前記第４の手段は、前記第１の部分の組み合わせ候補と前記第２の部分の組み合わせ候補と合わせた全体でのユークリッド距離が最も短くなるように、前記第１の部分及び前記第２の部分の組み合わせ候補を選択することを特徴とする請求項６に記載の受信機。
前記第３の手段は、前記取得された三角行列を用いて前記第１の部分の組み合わせ候補を一つだけ決定し、
前記第４の手段は、前記決定された第１の部分の一つの組み合わせ候補と前記第２の部分の組み合わせ候補とのユークリッド距離が最も短くなるように、前記第２の部分の組み合わせ候補を選択することを特徴とする請求項６に記載の受信機。
前記第４の手段は、前記決定された第１の部分の一つの組み合わせ候補と前記第２の部分の組み合わせ候補と合わせた全体でのユークリッド距離が最も短くなるように、前記第２の部分の組み合わせ候補を選択することを特徴とする請求項９に記載の受信機。