JP4980121B2 - 受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線信号を復調する受信装置に関するものであり、特に最大事後確率アルゴリズムまたは最尤判定法を用いて復調を行う受信装置に関するものである。

ディジタル通信における信号判定法の一つとして最大事後確率（ＭＡＰ：“Ｍａｘｉｍｕｍ Ａ Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ”または“Ｍａｘｉｍｕｍ Ａ ｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ”）アルゴリズムがある。ＭＡＰアルゴリズムでは、まず、受信装置（以下、受信機という）側において、受信信号，伝送路応答，送信シンボル候補を用いて送信シンボル候補に対する確からしさ（尤度）を計算する。そして、計算された尤度と各送信ビットに対する事前情報とに基づいて計算される事後確率が最大になるようなシンボルを判定値として出力する手法である。

通常、事前情報はＭＡＰアルゴリズムを用いた信号判定回路の後段に配置される復号器からのフィードバックにより与えられる。また、復号器からのフィードバックを利用できない場合、または、各ビット位置における２値の生起確率が等しいことがわかっている場合などには、ＭＡＰアルゴリズムは結果的に尤度のみを用いて信号判定を行うことになる。したがって、これらの場合には最尤判定法と呼ばれる方式と等価になる。

ＭＡＰアルゴリズムおよび最尤判定法は、信号分離性能が非常に良いが、尤度計算の際に伝送路応答および送信シンボル候補に基づいて作成されたレプリカと受信信号とのメトリックを全パターンについて計算する処理を行う必要がある。このため、レプリカの組み合わせ数が多い場合などには演算量が膨大となる。この演算量を削減する手法として、たとえば、下記非特許文献１に記載されているような演算量削減型の事後確率最大化アルゴリズムを用いた技術が開示されている。下記非特許文献１の技術では、信号空間上の受信信号点近傍に存在するレプリカについてのみ尤度を計算する構成にすることにより、計算対象となるレプリカ数を制限し、演算量削減を実現している。

Bertrand M.Hochwald, Stephan ten Brink、"Achieving Near-Capacity on a Multiple-Antenna Channel"， IEEE Transactions on Communications， Vol.51，No.3，pp.389-399,March,2003

しかしながら、上記非特許文献１に記載の尤度を計算するレプリカ数に制限を与える技術によれば、送信シンボル候補に含まれるビットパターンを全く考慮しない。このため、あるビット位置において計算されるビット値が０である場合の尤度の個数と、ビット値が１である場合の尤度の個数は必ずしも一致しない。すなわち、あるビット位置に関して計算される尤度の個数が、ビット値が０である場合、ビット値が１である場合のいずれかが極端に多く、他方が極端に少ないという現象が生じる可能性がある。そのため、このように計算される尤度の個数の不整合によって軟判定値の精度が劣化し、結果として通信品質の劣化を招いてしまうという問題点がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、演算量の削減を実現しつつ、通信品質の劣化が生じない受信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、受信信号と伝送路応答行列とを用いて送信信号候補の尤度を計算する第一の尤度計算手段と、送信ビット位置ごとに、同一のビット値を有する前記尤度を計算した送信信号候補を計数し、送信ビット位置およびその位置のビット値と前記計数値とを対応付けて尤度計算個数として、全送信ビット位置の全ビット値について出力する尤度列挙手段と、前記尤度計算個数を所定の個数と比較して、前記尤度計算個数が前記所定の個数に満たない場合にはその尤度計算個数に対応する送信ビット位置およびビット値を不足ビットとし、さらに、前記所定の個数と前記尤度計算個数との差を不足数とし、前記不足ビットおよび不足数を出力する補正量検出手段と、前記不足ビットに対応する尤度を前記不足数分計算する第二の尤度計算手段と、前記第一の尤度計算手段および第二の尤度計算手段で計算された尤度を用いて軟判定値を計算する軟判定計算手段と、前記軟判定値を用いて復号を行う復号手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、演算量削減型の尤度計算処理を行った後に、計算された尤度の個数を各ビット位置のビット値ごとに計数し、計数した個数が所定の個数に満たないビット位置のビット値については、所定の個数となるように追加して尤度を計算するようにしたため、演算量の削減を実現しつつ、通信品質の劣化が生じないという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる受信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる受信装置の実施の形態１の機能構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の受信機は、アナログ信号を受信するアンテナ１０−１〜１０−Ｎ（Ｎはアンテナの本数）と、アナログ信号に対してダウンコンバート等のアナログ信号処理と信号の離散化を行いディジタル信号として出力するアナログ信号処理部１１−１〜１１−Ｎと、ディジタル信号に対して離散フーリエ変換を行い周波数領域信号として出力する離散フーリエ変換部１２−１〜１２−Ｎと、周波数領域信号を復調するディジタル信号復調部１３と、復調信号をデインタリーブ部１４と、デインタリーブされた信号に復号処理を行い復号ビット系列として出力する復号部１５と、を備えている。なお、ここでは、デインタリーブ部１４と復号部１５を独立としたが、復号部１５においてデインタリーブ処理を行うこととし、これら２つを統合してもよい。

実施の形態の受信機においては、到来する信号として、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式の信号を仮定しているが、これに限らず、本発明は、たとえば、ＭＣ−ＣＤＭＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｃａｒｒｉｅｒ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）のように他のマルチキャリア変調方式により変調された信号に適用可能であり、また、シングルキャリア変調方式の信号に対しても適用可能である。

つづいて、本発明にかかる受信機の動作を説明する。アンテナ１０−１〜Ｎは、高周波アナログ信号を受信し、アナログ信号処理部１１−１〜Ｎは、アンテナ１０−１〜Ｎを介して受信した高周波アナログ信号に対してダウンコンバート等のアナログ信号処理および信号の離散化を行い、処理結果であるディジタル信号を出力する。つぎに、アナログ信号処理部１１−１〜Ｎから出力されたディジタル信号は、離散フーリエ変換部１２−１〜Ｎに入力される。離散フーリエ変換部１２−１〜Ｎは、入力信号に対して離散フーリエ変換を実行してディジタル信号を複数のサブキャリア上で表現される周波数領域信号に変換し、その処理結果をディジタル信号復調部１３へ出力する。

ディジタル信号復調部１３は、周波数領域信号に対して後述する復調処理を行い、復調データを得る。この復調データは、デインタリーブ部１４において、送信信号に対して送信機が行ったインタリーブと逆の処理が行われた後に出力される。そして、復号部１５は、デインタリーブ部１４からの出力信号に対して軟判定復号である誤り訂正復号処理を行い、その結果を復号ビット系列として出力する。

つづいて、ディジタル信号復調部１３が入力信号を復調する動作（復調処理）について説明する。図２は、ディジタル信号復調部１３の機能構成例を示す図である。ディジタル信号復調部１３は、伝送路推定部２０と、第一の尤度計算部２１と、軟判定計算部２２と、第二の尤度計算部２３と、分布補正量検出部２４と、尤度列挙部２５と、を備えている。

ディジタル信号復調部１３には、離散フーリエ変換部１２−１〜Ｎから出力されたＮ系統の周波数領域信号が入力される。ディジタル信号復調部１３では、サブキャリア毎にＮ系統の周波数領域信号を用いて復調処理を行う。以下、説明の便宜上、同一のサブキャリアに属するＮ系統の周波数領域信号を、Ｎ次元の列ベクトルで表現し、「受信信号ベクトル」と呼ぶことにする。また、ここでは一つのサブキャリアにおける処理手順を説明するが、他のサブキャリアについても処理手順は同一である。

ディジタル信号復調部１３は、離散フーリエ変換部１２−１〜Ｎから受信信号ベクトルを受け取ると、まず、伝送路推定部２０が、受信信号ベクトルに基づいて希望信号の伝送路応答を推定する。この伝送路応答の推定は、たとえば、送信アンテナ間で直交した既知系列を用いた最小２乗法を使用して行う。ここで、送信機において、Ｍ（Ｍは１以上の整数）素子のアンテナから同一周波数帯を用いて複数の異なる信号が同時に送信されているとすると、伝送路応答は、Ｍと受信機の受信アンテナ数Ｎとを用いてＮ行Ｍ列の行列で表すことができる。

なお、ＭやＮの値によっては伝送路応答が行列ではなく、ベクトルや単にスカラーとなる場合もあるが、以下、本説明においては伝送路応答を「伝送路応答行列」という表記で統一する。伝送路応答行列がベクトルやスカラーとなるような場合においても本発明はそのまま適用可能である。推定した伝送路応答行列は第一の尤度計算部２１および第二の尤度計算部２３へ出力される。

第一の尤度計算部２１は、離散フーリエ変換部１２−１〜Ｎから入力された受信信号ベクトルと伝送路推定部２０から出力された伝送路応答行列とに基づいて送信信号候補に対する尤度を計算する。そして、尤度を計算した送信信号候補とその尤度を尤度列挙部２５および軟判定計算部２２へ出力する。第一の尤度計算部における尤度計算処理としては、たとえば「sphere decoding」のような演算量削減型の最尤判定法などを用いればよいが、これに限らず、想定される通信システムに適した任意の尤度計算処理技術を用いることができる。

尤度列挙部２５は、第一の尤度計算部２１から入力された、尤度を計算した送信信号候補とその尤度を参照して各ビット番号（送信信号の各ビット位置に対応する番号）ごとに尤度計算済み個数を計数する。尤度列挙部２５の動作の一例を送信機においてＱＰＳＫ変調信号を２つの送信アンテナから同時に送信した場合を用いて説明する。この場合、一回の信号伝送で４ビットの送信信号が送られることとなる。以下の説明では、１ビットで表される２値信号の値が“０”の場合を“ビット０”と表記し、２値信号の値が“１”の場合を“ビット１”とよぶこととする。

図３は、送信信号候補と第一の尤度計算部２１で計算した尤度の一例を示す図である。図３において、第一の尤度計算部２１において尤度が計算されなかった送信信号候補については、尤度の欄を空欄としている。この例では、送信信号候補“０００１”，“００１１”，“０１０１”，“０１１１”，“１０１１”に対する合計５個の尤度が計算されている。

尤度列挙部２５は、第一の尤度計算部２１から入力される送信信号候補とその尤度の情報に基づき、ビット番号１〜４（ここでは、図３の送信信号候補の左から右に向かってビット番号１〜４と順序づけるものとする）のビット番号ごとに、ビット０に対する尤度およびビット１に対する尤度の個数を計数する。例えば、図３に示した例の場合には、ビット番号１におけるビット０に対する尤度は、“０００１”、“００１１”、“０１０１”、“０１１１”、の４つが計算されており個数は４個となる。一方、ビット番号１におけるビット１に対する尤度は“１０１１”の１通りのみが計算されているため個数は１個となる。このように各ビット番号においてビット０およびビット１の尤度の個数を計数して列挙していく。

図４は、第一の尤度計算部２１から図３に例示した尤度の計算結果が入力された場合の尤度列挙部２５による処理結果の一例を示す図である。尤度列挙部２５は、図４に例示したような処理結果、すなわち、各ビット番号における、ビット０およびビット１に対する尤度の計算個数を分布補正量検出部２４に出力する。

図５は、分布補正量検出部２４の機能構成例を示す図である。図５に示すように、本実施例の分布補正量検出部２４は、比較部３０で構成される。分布補正量検出部２４は、尤度列挙部２５からの入力を受けて、尤度の追加計算が必要なビット番号およびビット値（ビット０またはビット１）を検出する。具体的には、分布補正量検出部２４は、あらかじめ決めておいた尤度の個数のしきい値と、尤度列挙部２５から入力された各ビット番号におけるビット０またはビット１の尤度の個数を比較して、入力された個数がしきい値に対して不足するビット番号およびビット値について追加計算が必要と判断する。追加計算が必要と判断したビット番号およびビット値について、しきい値と尤度列挙部２５から入力された尤度の個数との差を追加計算する個数として、第二の尤度計算部２３へ出力する。

しきい値としては、任意の値を設定可能であるが、たとえば、尤度個数１個をしきい値として用いる方法がある。計算された尤度個数が０個となる場合（図４のビット番号４におけるビット０に対する尤度個数のような場合に相当）、後述する軟判定計算処理が、当該ビット番号において実行不能となる。このため、結果として良好な復号結果が得られないという問題が生じる。尤度個数１個をしきい値として用いると、このような問題を回避できるため、しきい値の設定個数として意味のある値であると考えられる。

つぎに、第二の尤度計算部２３の動作例を説明する。図６は、第二の尤度計算部２３の機能構成例を示す図である。第二の尤度計算部２３は、シンボル選択部３１と、シンボル検出部３２と、誤差計算部３３と、重み計算部３４と、を備える。また、第二の尤度計算部２３のシンボル選択部３１、シンボル検出部３２および誤差計算部３３へ離散フーリエ変換部１２−１〜Ｎから出力された受信信号ベクトルが入力される。そして、伝送路推定部２０から出力された伝送路応答行列が、シンボル検出部３２、誤差計算部３３および重み計算部３４へ入力される。さらに、分布補正量検出部２４からの出力（追加計算が必要と判断されたビット番号およびビット値と、それらに対応する尤度の追加計算の個数）が、シンボル選択部３１へ入力されている。

第二の尤度計算部２３は、分布補正量検出部２４から出力された個数に対応して尤度の追加計算を行う。例えば、図３および図４で示した例を用いて説明すると、尤度列挙部２５において図４のように尤度個数が計数され、尤度個数のしきい値として１を適用した場合、第二の尤度計算部２３では、ビット番号４についてビット０に対する尤度を１個追加計算するという処理を行う。

重み計算部３４では、入力された伝送路応答行列に基づいて伝送路応答行列の逆特性を持つ第一の重み行列を生成し、シンボル選択部３１へ出力する。第一の重み行列の生成においては、たとえば、広く知られているＺｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ規範やＭｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ規範等に基づいたアルゴリズムを用いる。これに限らず、伝送路応答行列の逆特性を算出するためのアルゴリズムであれば、どのようなアルゴリズムを用いてもよい。さらに、重み計算部３４は、伝送路応答行列の列ベクトルを一つ削除した低次元の伝送路応答行列を、削除する列ベクトルを変えて伝送路応答行列の列数だけ構成する。そして、低次元の伝送路応答行列の各々の逆特性を持つ第二の重み行列を生成し、その結果をシンボル検出部３２へ出力する。

シンボル選択部３１では、分布補正量検出部２４からの入力である、追加計算する尤度の個数を参照しながら、尤度の追加計算を行うシンボルを選択してシンボル検出部３２へ出力する。具体的には、シンボル選択部３１では、まず、重み計算部３４から出力された第一の重み行列を、受信信号ベクトルに対して乗算する。その後、その乗算結果と、用いられている変調方式に応じた送信信号（シンボルごと）のマッピングを比較し、乗算結果と送信信号点との距離の近い順に追加計算する個数分のシンボルを選択する。

図７および図８を用いて、その具体例を説明する。図７および図８は、ＱＰＳＫ変調信号を２送信アンテナから同時に送信した場合における送信信号点配置と、第一の重み行列を受信信号ベクトルに乗算した結果の一例を示している。図７において、送信信号点４０，４１，４２，４３は、シンボル番号１（シンボル番号１は、ビット番号１およびビット番号２に相当）において、ビット値がそれぞれ“００”、“０１”、“１０”，“１１”に対応するシンボルを表している。乗算結果信号点４４は、第一の重み行列を受信信号ベクトルに乗算後の受信信号ベクトルの、シンボル番号１に相当する信号点を表す。

図８において、送信信号点５０〜５３はシンボル番号２（シンボル番号２は、ビット番号３およびビット番号４に相当）において、ビット値がそれぞれ“００”、“０１”、“１０”，“１１”に対応するシンボルを表している。乗算結果信号点５４は、第一の重み行列を受信信号ベクトルに乗算後の受信信号ベクトルの、シンボル番号２に相当する信号点を表す。

ここで、尤度列挙部２５において、図４のように計算された尤度の個数が計数されていたとすると、シンボル選択部３１は、ビット番号４において、ビット０に対する尤度を１個追加計算できるように、ビット番号４がビット０となるシンボルのうち、最も乗算結果信号点５４に近いシンボルを、送信信号点５０〜５３から選択する。ビット番号４がビット０となるシンボルは、送信信号点５０と送信信号点５１であり、図８の例では、このうち乗算結果信号点５４に近い送信信号点５０が選択される。しきい値が２以上の個数である場合には、さらに近い順に送信信号点を選択する。このように選択されたシンボルは、シンボル検出部３２へ出力される。

シンボル検出部３２は、シンボル選択部３１が選択したシンボル以外の送信信号成分を検出する処理を行う。具体的には、シンボル選択部３１から入力されたシンボルと、伝送路応答行列中の当該シンボルに対応する列の列ベクトルを乗算し、レプリカを作成する。その後、受信信号ベクトルから作成したレプリカを減算し、減算結果に対して重み計算部３４からの入力である第二の重み行列を乗算する。そして、その乗算結果と、用いられている変調方式に応じた送信信号のマッピングを比較し、乗算結果と送信信号点との距離が最小となるシンボルを検出する。そして、この検出したシンボルと、シンボル選択部３１から入力されたシンボルを、誤差計算部３３へ出力する。

誤差計算部３３は、伝送路応答行列とシンボル検出部３２から入力されたシンボルに基づいて、シンボル検出部３２から入力されたシンボルのレプリカを生成する。そして、その生成したレプリカと受信信号ベクトルの２乗誤差を計算し、その結果を尤度として、軟判定計算部２２へ出力する。

軟判定計算部２２は、第一の尤度計算部２１から入力された尤度と第二の尤度計算部２３から入力された尤度に基づいて各ビット番号における軟判定値を計算する。軟判定値は、下記式（１）で示すように、軟判定値を算出する対象となるビットが「０」である尤度と「１」である尤度との比を計算し、その対数をとったものとなる。
（第ｋ番目のビットの軟判定値）
＝Ｌｏｇ（（ビット１に対する尤度）÷（ビット０に対する尤度））…（１）

デインタリーブ部１４は、以上の手順で計算された軟判定値に送信信号に対して送信機が行ったインタリーブと逆の処理を施し、復号部１５は、デインタリーブされた信号に対して軟入力復号を行う。

このように、本実施の形態においては、第一の尤度計算部で計算した尤度に対して、ビット番号ごとに、ビット０に対する尤度の個数とビット１に対する尤度の個数を計数し、所定の尤度の個数のしきい値に満たないビット番号とビット値の組み合わせに対して、尤度をしきい値との差の個数だけ追加計算した後に軟判定値を計算する構成とした。このため、各ビット番号において、ビット０に対する尤度の個数とビット１に対する尤度の個数との間に大きな差を生じることなく軟判定値を計算することができる。その結果、非常に信頼度の高い軟判定値を計算可能になり、良好な通信を提供することができる。

なお、本実施の形態では、シンボル検出部３２において、乗算結果の最近傍に存在する送信信号点を検出する構成としているが、これに限らず、たとえば、最近傍に存在する信号点に加えてそれ以外の他の送信信号点も検出し、尤度の高いものから優先的に軟判定値計算に用いる構成としてもよい。同様に、シンボル選択部３１において、尤度を追加計算する個数を超えた数のシンボルを選択して処理を実行し、最終的に尤度の高いものから優先的に用いる構成とすることもできる。これらの構成とした場合、より多くの尤度が得られるため、さらに通信品質向上を実現可能である。

実施の形態２．
図９は、本発明にかかる受信装置の実施の形態２の分布補正量検出部の機能構成例を示す図である。本実施の形態における受信機の構成は、実施の形態１の分布補正量検出部２４を図９に示す分布補正量検出部に替える以外は、実施の形態１と同様である。実施の形態１と同様の部分については説明を省略し、以下実施の形態１と異なる部分について説明する。

図９に示すように、本実施の形態の分布補正量検出部は、差分計算部３５と最大値検出部３６で構成される。また、差分計算部３５および最大値検出部３６には、尤度列挙部２５の処理結果である各ビット番号におけるビット０に対する計算済みの尤度の個数（尤度計算個数）およびビット１に対する尤度計算個数が入力されている。

最大値検出部３６は、全てのビット番号およびビット値における尤度計算個数を参照し、そのなかから尤度計算個数の最大値を検出する。検出された最大値を、差分計算部３５へ出力する。

差分計算部３５では、最大値検出部３６から入力された尤度計算個数の最大値と、尤度列挙部２５からの入力された尤度計算個数の差（差の絶対値）を、各ビット番号の各ビット値に対してそれぞれ計算する。計算された各ビット番号の各ビット値における差を、各ビット番号の各ビット値と追加計算する個数として第二の尤度計算部２３へ出力する。

すなわち、本実施の形態では、実施の形態１の尤度のしきい値を、ビット番号ごとの各ビット値に対して計算された尤度の個数の最大値に置き換えている。以上の分布補正量検出部における処理以外の処理は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

このように、本実施の形態においては、分布補正量検出部において、第一の尤度計算部において計算されている尤度の最大個数を求め、最大個数に満たないビット番号とビット値の組み合わせに対して、最大個数との差の個数だけ尤度を追加計算した後に軟判定値を計算する構成とした。このため、各ビット番号およびビット値における尤度計算個数の最小値が、上記、第一の尤度計算部において計算されている尤度の最大個数と同一となり、高精度の軟判定値を計算できるようになる。

実施の形態３．
図１０は、本発明にかかる受信装置の実施の形態３の分布補正量検出部の機能構成例を示す図である。本実施の形態における受信機の構成は、実施の形態１の分布補正量検出部２４を図１０に示す分布補正量検出部に替える以外は、実施の形態１と同様である。実施の形態１と同様の部分については説明を省略し、以下実施の形態１と異なる部分について説明する。

図１０に示すように、本実施の形態の分布補正量検出部は、差分計算部３７で構成される。差分計算部３７には、尤度列挙部２５の処理結果である各ビット番号におけるビット０に対する計算済みの尤度の個数（尤度計算個数）およびビット１に対する尤度計算個数が入力されている。

差分計算部３７は、各ビット番号において、ビット０に対する尤度計算個数と、ビット１に対する尤度計算個数のうち、多い個数と少ない個数の差（差の絶対値）を計算する。そして、その計算した差を追加計算する個数として、ビット番号ごとに少ない個数に対応するビット値とそのビット値に対応する追加計算する個数を第二の尤度計算部２３へ出力する。たとえば、図４の例の場合には、ビット番号１においては、尤度計算個数の差は、ビット０に対する尤度個数“４”とビット１に対する尤度個数“１”との差、すなわち“３”となる。したがって、ビット番号１について尤度計算個数が少ないビット値としてビット１を、追加計算する個数として３を第二の尤度計算部２３へ出力する。したがって、ビット番号ごとに、尤度計算個数が少ない方のビット値に対して、尤度を追加計算するような情報を出力することとなる。

このように、本実施の形態においては、分布補正量検出部において、ビット番号ごとにビット値間の尤度計算個数の差を計算し、少ない個数となるビット値について多い個数との差を追加計算する個数として出力するようにした。このため、高精度の軟判定値を計算できるとともに、尤度の追加計算の必要なビット番号およびビット値を簡易な構成で実現することができる。

実施の形態４．
図１１は、本発明にかかる受信機の実施の形態４の機能構成例を示す図である。図１１に示すように、本実施の形態の受信機は、実施の形態１のディジタル信号復調部１３，復号部１５に替えてそれぞれディジタル信号復調部１３ａ，復号部１５ａを備え、インタリーブ部１６を追加しているが、それ以外は実施の形態１の受信機と同様である。実施の形態１と同様の働きを持つものは、同一の番号を付して説明を省略する。

本実施の形態では、ディジタル信号復調部１３ａと復号部１５ａとの間で、デインタリーブ部１４およびインタリーブ部１６を介して信号を繰返し処理する構成としている。復号部１５ａには、ＭＡＰ復号器のようないわゆる軟入力軟出力復号器を用い、復号結果に加えて、符号化ビットの信頼度に相当する復号器の外部値をインタリーブ部１６へ出力する。インタリーブ部１６は、外部値に対して送信機で行ったものと同様のインタリーブ処理を行い、ディジタル信号復調部１３ａへ出力する。インタリーブ後の外部値は、ディジタル信号復調部１３ａにおいて、事前情報として次の復調処理に用いられる。なお、ここでは、デインタリーブ部１４，復号部１５ａ，インタリーブ部６を独立としたが、復号部１５ａにおいてデインタリーブ処理およびインタリーブ処理を行うとし、これら３つを統合してもよい。

つぎに、ディジタル信号復調部１３ａの処理内容を説明する。図１２は、本実施の形態のディジタル信号復調部１３ａの機能構成例を示す図である。本実施の形態のディジタル信号復調部１３ａは、実施の形態１のディジタル信号復調部１３に、事前確率計算部２６，第三の尤度計算部２７を追加し、軟判定計算部２２に替えて軟判定計算部２２ａを備えている。これ以外は、ディジタル信号復調部１３と同様である。実施の形態１と同様の働きを持つものは、同一の番号を付して説明を省略する。

本実施の形態のディジタル信号復調部１３ａにおいては、離散フーリエ変換部１２−１〜Ｎから出力された受信信号ベクトルが伝送路推定部２０、第一の尤度計算部２１および第三の尤度計算部２７に入力されており、インタリーブ部１６から出力された外部値が事前確率計算部２６に入力されている。

事前確率計算部２６は、インタリーブ部１６から入力された外部値を用いて事前確率を計算する。事前確率は、ビット番号ごとにビット値が０である確率、および、ビット値が１である確率を表す。この計算は、たとえば、ビット番号ｋに対する復号器の外部値をＬで表し、Ｌの値が正である場合をビット０に対応させ、Ｌの値が負である場合をビット１に対応させると、次式（２），（３）で計算することができる。計算した事前確率は、第三の尤度計算部２７と、軟判定計算部２２ａに出力される。
（ビット番号ｋが１である事前確率）＝ ｅ^L／（ｅ^L ＋ １） …（２）
（ビット番号ｋが０である事前確率）＝ １／（ｅ^L ＋ １） …（３）

第三の尤度計算部２７は、事前確率計算部２６から入力された事前確率を用いて、送信信号候補の出現確率を計算する。この計算は、ビット番号間のビット値に対応する事前確率の積で計算することができる。たとえば、ビット番号１〜４において当該ビットが０である事前確率をそれぞれｘ１〜ｘ４で表し、ビット番号１〜４において当該ビットが１である事前確率をそれぞれｙ１〜ｙ４で表すものとしたとき、送信信号候補“０１０１”に対する事前確率を用いて計算される出現確率は、次式（４）で計算することができる。
（送信信号候補“０１０１”に対する出現確率）＝ｘ１×ｙ２×ｘ３×ｙ４ …（４）

第三の尤度計算部２７は、送信信号候補に対する出現確率を計算した後、送信信号候補に対する出現確率が大きいものから順に、分布補正量検出部２４から出力された追加計算する個数分の尤度を計算する。第三の尤度計算部２７における尤度の計算としては、受信信号ベクトルと、伝送路応答行列および送信信号候補に基づいて作成されるレプリカと、の二乗誤差を尤度として計算する。追加計算された尤度は軟判定計算部２２ａに出力される。

軟判定計算部２２ａでは、事前確率計算部２６から入力された事前確率と、第一の尤度計算部２１および第三の尤度計算部２７から入力された尤度とを用いて、各ビット番号における軟判定値を計算する。この計算は、たとえば、広く知られているベイズの定理を用いてビット０およびビット１の事後確率を計算した後、次式（５）を計算することで実行できる。計算された軟判定値は、デインタリーブ部１４へ出力される。
（軟判定値）＝Ｌｏｇ（ビット０の事後確率）／（ビット１の事後確率）…（５）

デインタリーブ部１４は、軟判定値をデインタリーブして復号部１５ａに出力する。復号部１５ａは、デインタリーブされた軟判定値を用いて軟入力軟出力復号処理が行われる。前述したように、復号部１５ａには、軟入力軟出力復号器を適用し、送信機において施された符号化処理を復号するとともに、復号器入力である符号化ビットに対する信頼度に相当する外部値をインタリーブ部１６へ出力する。インタリーブ部１６は、外部値に対して送信機で行ったものと同様のインタリーブ処理を行い、ディジタル信号復調部１３ａへ出力する。以下、ディジタル信号復調部１３ａと復号部１５ａの間で、デインタリーブ部１４およびインタリーブ部１６を介して、所定の回数処理が繰り返され、最終的な復号結果を得る。

上述した処理以外の処理は実施の形態１と同様である。なお、本実施の形態では、ディジタル信号復調部１３ａにおいて、実施の形態１の分布補正量検出部２４を用いることとしたが、これに替えて実施の形態２または実施の形態３の分布補正量検出部を用いるようにしてもよい。

このように、本実施の形態においては、第一の尤度計算部で計算した尤度に対して、ビット番号ごとに、ビット０に対する尤度の個数とビット１に対する尤度の個数とを計数し
、その個数が所定の個数に満たない場合には尤度を追加計算した後に、軟判定値を計算する構成とした。さらに、ディジタル信号復調部と、復号部との間で信号を繰返し処理する構成とした。その結果、信頼度の高い軟判定値を繰返して復調、復号することになり、実施の形態１に比べ、さらに良好な通信を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる受信装置は、無線信号を復調する受信装置に有用であり、特に最大事後確率アルゴリズムまたは最尤判定法を用いて復調を行う受信装置に適している。

本発明にかかる受信装置の実施の形態１の機能構成例を示す図である。 実施の形態１のディジタル信号復調部の機能構成例を示す図である。 送信信号候補と第一の尤度計算部で計算した尤度の一例を示す図である。 尤度列挙部による処理結果の一例を示す図である。 分布補正量検出部の機能構成例を示す図である。 第二の尤度計算部の機能構成例を示す図である。 ＱＰＳＫ変調信号を２送信アンテナから同時に送信した場合における送信信号点配置の一例を示す図である。 ＱＰＳＫ変調信号を２送信アンテナから同時に送信した場合における送信信号点配置の一例を示す図である。 本発明にかかる受信装置の実施の形態２の分布補正量検出部の機能構成例を示す図である。 本発明にかかる受信装置の実施の形態３の分布補正量検出部の機能構成例を示す図である。 本発明にかかる受信機の実施の形態４の機能構成例を示す図である。 実施の形態４のディジタル信号復調部の機能構成例を示す図である。

符号の説明

１０−１〜１０−Ｎ アンテナ
１１−１〜１１−Ｎ アナログ信号処理部
１２−１〜１２−Ｎ 離散フーリエ変換部
１３，１３ａ ディジタル信号復調部
１４ デインタリーブ部
１５，１５ａ 復号部
１６ インタリーブ部
２０ 伝送路推定部
２１ 第一の尤度計算部
２２ 軟判定計算部
２３ 第二の尤度計算部
２４ 分布補正量検出部
２５ 尤度列挙部
２６ 事前確率計算部
２７ 第三の尤度計算部
３０ 比較部
３１ シンボル選択部
３２ シンボル検出部
３３ 誤差計算部
３４ 重み計算部
３５，３７ 差分計算部
３６ 最大値検出部
４０,４１,４２，４３，５０，５１，５２，５３ 送信信号点
４４，５４ 乗算結果信号点

Claims (7)

1. 受信信号と伝送路応答行列とを用いて送信信号候補の尤度を計算する第一の尤度計算手段と、
   送信ビット位置ごとに、同一のビット値を有する前記尤度を計算した送信信号候補を計数し、送信ビット位置およびその位置のビット値と前記計数値とを対応付けて尤度計算個数として、全送信ビット位置の全ビット値について出力する尤度列挙手段と、
   前記尤度計算個数を所定の個数と比較して、前記尤度計算個数が前記所定の個数に満たない場合にはその尤度計算個数に対応する送信ビット位置およびビット値を不足ビットとし、さらに、前記所定の個数と前記尤度計算個数との差を不足数とし、前記不足ビットおよび不足数を出力する補正量検出手段と、
   前記不足ビットに対応する尤度を前記不足数分計算する第二の尤度計算手段と、
   前記第一の尤度計算手段および第二の尤度計算手段で計算された尤度を用いて軟判定値を計算する軟判定計算手段と、
   前記軟判定値を用いて復号を行う復号手段と、
   を備え、
   前記第二の尤度計算手段は、
   前記伝送路応答行列に基づいて第一の重み行列を計算し、前記伝送路応答行列から特定のシンボルに対応する成分を削除することで生成される次元を縮小した伝送路応答行列に基づいて第二の重み行列を計算する重み行列計算手段と、
   前記受信信号と前記第一の重み行列を乗算し、その乗算結果に基づき前記不足ビットに対応する前記不足数分のシンボルを選択するシンボル選択手段と、
   前記伝送路応答行列と前記選択シンボルに基づいてレプリカを生成し、前記受信信号から前記レプリカを減算し、その減算結果に対して前記第二の重み行列を乗算し、その乗算結果に基づき前記選択シンボル以外のシンボルを検出して、検出シンボルを前記選択シンボルに対応づけて出力するシンボル検出手段と、
   前記検出シンボルと伝送路応答行列に基づいてレプリカを生成し、前記受信信号とそのレプリカの誤差を前記選択シンボルに対応する不足ビットの尤度として計算する誤差計算手段と、
   を備えることを特徴とする受信装置。
2. 前記補正量検出手段は、送信ビット位置ごとの各ビット値に対応する尤度計算個数のなかから最大値を検出し、前記最大値を前記所定の個数とすることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 前記補正量検出手段は、送信ビット位置ごとに、各ビット値に対応する尤度計算個数を比較し、前記比較結果の大きい尤度計算個数をその送信ビット位置に対応する所定の個数とすることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
4. 前記復号手段は、前記軟判定値をデインタリーブ処理した後に復号することを特徴とする請求項１、２または３に記載の受信装置。
5. 前記復号手段は、さらに復号前の符号化ビットの信頼度に相当する情報を算出し、
   前記軟判定計算手段は、さらに前記情報を用いて軟判定値を計算し、
   前記情報に基づいて各送信ビット位置の事前確率を計算する事前確率計算手段、
   をさらに備え、
   前記第二の尤度計算手段は、事前確率に基づいて送信信号候補に優先順位を設定し、前記優先順位に基づいて前記不足ビットに対応する尤度を計算する送信信号候補を選択し、その選択結果に基づいて前記不足ビットに対応する尤度を計算することを特徴とする請求項１、２または３に記載の受信装置。
6. 前記復号手段は、前記軟判定値をデインタリーブ処理した後に復号し、前記情報をインタリーブ処理することを特徴とする請求項５に記載の受信装置。
7. 前記受信信号をＯＦＤＭ、ＭＣ−ＣＤＭＡを含むマルチキャリア変調信号とし、
   受信アンテナごとの入力信号である時間領域信号を周波数領域信号に変換する信号変換手段、
   をさらに備え、
   前記周波数領域信号に基づき、サブキャリアごとに前記尤度列挙手段、前記補正量検出手段、前記第二の尤度計算手段、前記軟判定計算手段、前記復号手段における処理を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の受信装置。

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