JP5032506B2 - 積和演算を実行する方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は、一般に、通信信号処理の文脈において用いられるような数値処理に関し、特に積和演算に関する。
積和(MAC)演算は、2数を乗算して、その結果を保存されている値に、あるいは、さらに一般的に言えば、累積レジスタに加算するものである。一連の数字対に対してこの演算を繰り返すことによって、デジタル領域における信号フィルタリングのような有用な結果が得られることになる。
所望の一連のMAC演算を行う従来のアプローチは、この一連の演算において個々の数字対に対する完全精度の乗算演算と完全精度の加算演算とを必要とする。ソフトウェアの形で行われる従来方式のMAC演算の実施は、結果的に望ましくない、パフォーマンス上不利な状態をもたらすことがある。適切に相互接続された加算器/乗算器と制御論理回路の形で専用MACハードウェアを設けることによって、パフォーマンスの大幅な改善を図ることが可能となる。しかしながら、無線通信領域におけるデジタル信号処理と関連づけられる演算のような、MAC演算の高速実行処理は、非常に高速な加算器と乗算器とを必要とする。このようなハードウェアは、少なくともいくつかの集積回路による処理用としては実際的でないか、又は、極端に高価なものとなるか、多量の電力を必要とするものとなることが考えられる。
1つの実施形態では、一連の積和(MAC)演算を行う方法が、所望の一連のMAC演算に対応する、積集合内の特定の積の出現カウント値をカウントするステップと、このカウント値に対応する積を乗算することによって部分和を生成するステップと、この部分和を加算して、所望の一連のMAC演算の最終結果を得るようにするステップと、を備えることになる。所望の一連のMAC演算が一連の個々の乗算の総和を表わし、個々の乗算が乗数対を含むことになるため、1つの実施形態において積をカウントするステップは、乗数対の乗算を実行するステップと、上記乗算の結果生じる積の出現カウント値をカウントするステップとを備えることになる。別の実施形態では、積をカウントするステップは積に対応する乗数対の出現カウント値をカウントするステップを備える。すなわち、このカウント値は積対の乗算を行う必要なく得られることになる。
上記いずれの実施形態においても、所定の積の正号の出現カウント値に対しては対応するカウンタの増分を行い、また、積の負号の出現カウント値に対しては当該カウンタの減分を行うことによって上記カウントを行うことが可能となる。積を構成する個々の乗数の符号に基づいて負数及び正数の出現カウント値を決定することができる。したがって、1つのMAC回路の実施形態は、所望の一連のMAC演算において積の出現カウント値をカウントし、このカウント値にその対応する積を乗算して、部分和を得るようにし、この部分和を加算して最終結果を得るように構成される1以上の処理回路を備えることになる。MAC回路の1以上の実施形態において、処理回路はカウンタ及びアドレス指定/制御回路を含む。このアドレス指定/制御回路は、カウントされる積の関数としてカウンタのアドレス指定を行う。例えば、アドレス指定/制御回路は、個々の一意の積の絶対値を所定のカウンタに対応づけるように構成し、それによって、カウンタが、積の負号の出現カウント値に対しては減分され、また、正号の出現カウント値に対しては増分されるようにすることができる。
上記積に対応する乗数対をカウントするステップに基づいて積の出現カウント値をカウントする実施形態の場合、制御回路はこの乗数対を対応するカウンタに対応づけるように構成することができる。例えば、本明細書に教示されているような1つのMAC回路の実施形態には、個々の一意の乗数対用カウンタが含まれている。しかし、カウンタの数を節減するために、アドレス指定/制御回路は、別の実施形態では、「同等の」乗数対を同じカウンタに対応づけるように構成される。1つの実施形態では、乗数対が同じ積の絶対値に対応していれば、この乗数対は同等であると見なされる。別の実施形態では、積の絶対値に基づいて同等と見なすことに加えて、あるいは、このような見なしの代替として、例えば、a×b=b×aのような同じ乗数を有すれば、(含まれている符号にかかわりなく)乗数対は同等であると見なすことができる。
本明細書において教示される種々の回路並びに方法を示す実施形態は、広範な適用性を有するものである。例えば、1つの実施形態では、無線通信装置が、本願において教示されるようなMAC回路を含むものとなり、少なくとも部分的に上記MAC回路を用いて受信信号処理のための干渉相関を計算するように構成される。別の実施形態では、無線通信装置が、チップ等化フィルタ値の計算のために本願で教示されているようなMAC回路を使用するように構成される。別の実施形態では、無線通信装置が、汎用RAKE受信機回路を含み、その場合、所望の一連のMAC演算は、汎用RAKE受信機回路における合成重み生成のために使用できるような、少なくとも受信信号に対する相関推定処理の一部を備えることになる。本発明を限定するものではない別の実施例によって、サンプル値相関推定処理、信号畳み込み処理、信号相関処理、又は有限インパルス応答フィルタ処理において本願で教示されるような所望の一連のMAC演算の実行が可能となる。
本発明が上記特徴及び利点のみに限定されるわけではないことは言うまでもない。
実際、当業者であれば、添付図面を見ながら以下の説明を読むとき、追加の特徴及び利点を認識するであろう。
図1は、所望の一連の積和(MAC)演算を実行するための1つの処理用論理回路の実施形態を示す論理流れ図であり、この論理回路はハードウェア、ソフトウェア、又はこれらを任意に組み合わせた形で実装可能である。この例示の方法をより良く理解する手段として、所定の一連のMAC演算に関与する積項を表わす積10の集合が図2に例示されている。これらの積(P1〜P10)の各々は乗数対に対応していることがわかる。例えば、乗数aとbは積P1を生み出し、乗数bとcは積P2を生み出す、等々。
集合10の検査によって、この集合内のいくつかの積が2回以上出現していることが明らかにされる。例えば、この時点に対する符号の違いを全く無視すると、積P1は積P9と同じである。さらに、積に対応する乗数対を有する個々の乗数の順序が所定のアプリケーションにとって重要なものでなければ、乗数bとcの積は積集合10において4回(すなわち、P2、P6、P8、P10)生じていることになる。積の反復は、長い一連の乗数対にわたって顕著になると考えられる。さらに詳細には、個々の乗数がとる基底を成す値の範囲に制限がある場合、例えば、乗数が低分解能のデジタルサンプル値に対応し、長いサンプル値の連続にわたって反復される乗数対/積の数が大きな意義をもつようになると考えられる。
この点を考慮し、図1の論理回路に戻ると、所望の一連のMAC演算の最終結果を決定する処理は、所望の一連のMAC演算における積の出現カウント値をカウントすることによって「開始する」(ステップ100)。処理は上記カウント値にその対応する積を乗算して、部分和を得るようにし、次いで、この部分和を加算して、最終結果を得るようにし続ける(ステップ102)。したがって、実数値サンプル値か、複素数サンプル値かにかかわらず、さらに、乗数対であるか、さらに多くの複素積項であるかにかかわらず、本願において教示されるMAC回路と方法は、(例えば、アップ/ダウンカウンタなどの)複数の単純なカウンタ、及び、単純なポストカウンティング演算を用いて、所望の一連のMAC演算を行って、所望の一連のMAC演算を評価する基礎を提供することになる。
1以上の実施形態において、このような処理は符号付き数値に基づいて行われ、次いで、2つの部分(符号ビット部と絶対値部)に変えられる。このような実施形態において、個々のカウンタは2つの絶対値の積に関連づけられる。カウンタは、積を形成する2つの絶対値によって、特に積を形成する2つの絶対値によってアドレス指定される。カウンタがアドレス指定される場合、符号ビット(符号ビットは+1又は−1によって表わされる)の積が正であるとき、カウンタは1だけカウントアップされ(本願ではこれを正数の出現カウント値と呼ぶ)、符号ビットの積が負のとき、1だけカウントダウンされる(本願ではこれを負数の出現カウント値と呼ぶ)。このようにして、カウンタ内の値は関連づけられた絶対値の対の累積された乗数を表わすことになる。例えば、所望の一連のMAC演算が2*3+(−2*3)+(−2*−3)+2*3+(−2*−3)+(−2*3)であれば、本願で教示されるMAC処理方法を示す1以上の実施形態では、この所望の一連のMAC演算は以下のように計算される:(1−1+1+1+1−1)(2*3)=2*6。
アップ/ダウンカウントは、上記の操作で(1−1+1+1+1−1)=2を計算する。所望の一連のMAC演算の最終結果は、上記最終の数式に例示のように、アップダウンカウンタの「カウント値」(上記の例によれば2)と、上記カウンタと関連づけられる2つの絶対値の積(上記の例によれば6)と、を乗算することによって計算される。
1以上の実施形態において、所定の積の正数の出現カウント値は1つのカウンタの中で累積され得ること、さらに、当該同じ積の負数の出現カウント値は別のカウンタの中で累積され得ることにも留意されたい。次いで、これらの積の乗数は、累積された負数の出現カウント値を累積された正数の出現カウント値から減算することにより決定される。或いは、累積に先行して、負の部分和と正の部分和とを形成するようにしてもよい。アップ/ダウンカウンタではなく、例えばアップカウンタなどの一方向カウンタの使用の方が望ましい場合には、このような実施形態を実施することができる。カウント値の対応する積を乗じるような累積カウント値は部分和を生むことになり、次いで、この部分和をまとめて加算して、所望の一連のMAC演算の最終結果を得るようにしてもよい。すべての数が正(無符号)であれば、アップカウンタのみが必要となり、符号ビットを含む演算を省くことができる。
本願で教示されるようなMAC処理は任意の所望の一連のMAC演算に適用することができる。一般に、所望の一連のMAC演算は下式のように表わすことができる:
[数1]
Figure 0005032506
x(i)とy(i)の絶対値を用いて、アップダウンカウンタのアドレス指定を行うことができる。そして、x(i)とy(i)の符号ビットの積を用いて、アドレス指定済みカウンタを増分すべきか、減分すべきかが決定される。乗数x(i)とy(i)が、有限の範囲の値をとる場合には、生じ得る積の数もやはり有限なものになる。そして、本願で教示される方法は、所定の一連のMAC演算において生じる積の絶対値の反復を利用するものとなる。
一般に、x(i)とy(i)は実数である必要はないため、本願で教示される方法は、通信信号処理のような広い範囲の信号処理への広範にわたる適用性を有することになる。例えば、2つの数列の相関は数1の形をとる。したがって、本願で提案される方法は、広範囲の通信信号処理関数において優勢な相関計算に適用することが可能となる。
例えば、符号分割多元接続(CDMA)システムにおいて、受信機は、複素数値化された受信サンプル値と、逆拡散と呼ばれる複素数値化された拡散シーケンスとの間の相関計算を行う必要がある場合が多い。逆拡散演算は本願で提案される方法を用いて行うことができる。広帯域CDMA(WCDMA)とCDMA2000とにおいて、拡散シーケンスは、値{a,b,−a,−b}をとる。但し、a=1+jかつb=1−jである。上記シーケンスが複素数値{c,d,e,f,−c,−d,−e,−f}をとると仮定する。(a,c)、(a,d)、(a,e)、(a,f)、(b,c)、(b,d)、(b,e)、(b,f)とそれぞれ関連づけられるアップダウンカウンタを用いて、個々の対に関連づけられる乗数を相関中に数え上げることができる。最終相関は下式により得ることができる。
[数2]
z=Cac(a*c)+Cad(a*d)+Cae(a*e)+Caf(a*f)+Cbc(b*c)+Cbd(b*d)+Cbe(b*e)+Cbf(b*f)
但し、ci,jは(i,j)に関連づけられるカウンタ値である。
さらに別の例として、有限インパルス応答(FIR)フィルタリングもMAC演算となり、下式のように表わすことができる。
[数3]
Figure 0005032506
したがって、x(i)はFIRフィルタの係数を表わすことができることになる。また、y(i)はフィルタへ入力される信号サンプル値を表わすことができる。それ故、本願で教示される方法はFIRフィルタに直接適用される。さらに、信号x(i)とy(i)間の畳み込みは数3の形をとるため、本願で教示される方法は2つの信号の畳み込みに直接適用される。
上記並びに別の適用を念頭に置いて、図3は、MAC回路12の1つの実施形態を例示する図であり、この実施形態は、本願で教示されるMAC演算を行う方法を実施するように構成することができる。例示のMAC回路12は、MAC回路12に含まれるか、MAC回路12と関連づけられる複数のカウンタ16を制御するように構成されるカウンタ制御回路14、並びに、1以上の計算回路18を備える。計算回路18は、所望の一連のMAC演算に対応する積を処理するカウンタ制御回路14の関数としてカウンタ16において累積する積出現カウント値に基づいて部分和を得るように、そして、この部分和をまとめて加算することによって最終結果を生成するように構成される。
理解すべきことだが、図3に描かれている回路素子はハードウェアベースの回路、ソフトウェアベースの回路、又はこれらの任意の組み合わせを備えることができる。例えば、図4は、プログラムメモリ22を含むか、あるいは、プログラムメモリ22に関連づけられるマイクロプロセッサ(又はDSP)20を示す図である。このプログラムメモリ22には、MAC回路12を実現するコンピュータプログラム命令が記憶される。また、上記プログラムメモリ22は、カウンタ16を実現するためのレジスタを提供し、積集合10(又は対応する乗数対)を記憶するデータメモリ24とさらに関連づけられる(積又は乗数を予め記憶する必要がなく、リアルタイムで、又はリアルタイムの近くで行われる所定の一連のMAC演算のための生成されるような(as-generated)基礎に基づいて処理を行うことができる点にも留意されたい。さらに、マイクロプロセッサの代わりに、ASIC、FPGA、又は別のプログラマブル論理素子を用いてMAC回路12を実現するようにしてもよいことに留意されたい。)。
1つの実施形態では、その実施構成の細部にかかわりなく、MAC回路12は、積に対応する乗数対に対して乗算演算を実行し、個々の積の正数と負数の出現カウント値をカウントすることによって所望の一連のMAC演算における積の出現カウント値をカウントする。(或いは、関連づけられた回路が乗数対乗算を実行して、積を取得し、カウント用MAC回路12を提供するようにしてもよい。さらに、積値を丸めたり、量子化したりして、生じ得る積値の個数を制限するようにし、それによって必要なカウンタの数を減らすようにしてもよい。1つの実施形態では、個々の積の正数と負数の出現カウント値をカウントするステップは、積の絶対値を用いて、対応するカウンタ16のカウンタをアドレス指定するステップと、所定の積の個々の正数の出現カウント値に対して対応するカウンタを増分ステップと、個々の負数の出現カウント値に対して対応するカウンタを減分するステップとを備える。このアプローチによって、カウント値にそれらの対応する積を乗算して、部分和を得るようにするステップは、個々のカウンタに記憶されたカウント値に、対応する積を乗算するステップを備えることになる。
所望の一連のMAC演算における乗数対の乗算を行うことにより積の出現カウント値をカウントするステップは、MAC演算への従来方式の直接アプローチと比べて計算上の大きな利点を表わすものになる。その場合、個々の乗数対が乗算され、次いで、結果として生じる積がMAC累算器に加えられる。例えば、一連の100回のMAC演算を実行するために、従来方式の(直接)MAC回路は、100回の完全精度の乗算と100回の完全精度の加算とを実行することになり、この実行にはキャリー/オーバフロートラッキング(carry/overflow tracking)が含まれることになる。しかし、MAC回路12の1つの実施例では、MAC回路12が100回の乗算を実行するとき、同じ値の積の出現カウント値が単純にカウントされ、累積されたカウント値が用いられて、対応する同じ値の積が乗算され、次いで、これらの結果をまとめて加算して、最終結果が得られることになる。100回の積が単に15個の一意の値を含む場合、従来方式で必要とされる100回の加算の代わりに、15回の加算のみが必要となる。対応する乗数対の積は、所定の積値を保持するルックアップテーブル又は別のデータ構造を用いて決定することができる。さらに一般的には、所望の一連のMAC演算時の積に対応する少なくともいくつかの乗数対の積は、予め計算された値としてメモリに記憶することができる。
1以上の別の実施形態において、MAC回路12及び対応する方法が、積に対応する乗数対の出現カウント値をカウントするステップに基づいて、所望の一連のMAC演算における積の出現カウント値をカウントすることによりさらに大きな計算効率を得る。このような実施形態では、乗数対の乗算を第1に行う必要なく積のカウントが取得される。再度、種々の乗数対の積に対応する予め計算された値を記憶することが可能となり、それによって、乗算を行うことによってではなく、ルックアップ機能を用いて乗数対の積値の決定が可能となる。したがって、ルックアップデータを含むメモリは、MAC回路12の中に含まれうることになる。あるいは直接的に又は間接的にMAC回路12と関連づけることが可能となる。これらの乗数対の値をさらに量子化して、必要なカウンタの数を減らすようにすることができる。
他の利点の中で、本願で教示されるようなMAC処理により提供される計算効率における利得は顕著な低減を可能にするものになり得る。例えば、電力の節減を実現することができるが、これは、MAC回路12が機能的構成において相対的に単純であり、また、本願で教示される方法を用いて、所望の一連のMAC処理の結果を計算するために必要な演算回数を減らすことができるからである。さらに、本願で教示されるようなMAC処理をさらに実行可能にすることも可能である。例えば、160MIPSのような乗算の実行は困難なものになる場合があるが、本願で教示されるようなカウントベースのMAC演算は同様の速度でずっと簡単に行うことができる。
積のカウンティングを示す1以上の実施形態をより良く示すために、図5には、アドレス生成回路30及び増分/減分制御回路32を備えるものとして、MAC回路12のカウンタ制御回路14が描かれている。これらの回路は、カウンタ16と関連づけられる。例えば、1つの実施形態では、MAC回路12を備える1以上の処理回路は積の絶対値の関数としてカウンタアドレスを生成し、次いで、カウンタの増分と減分を積符号の関数として制御するように構成される。複数のカウンタにおける対応するカウンタは、所定の積の個々の出現カウント値に対応して増分されるか、減分されるようになる。1以上の実施形態において、所望の一連のMAC演算に対して乗数符号等を特定するようなカウンタと前処理機能とが、MAC回路12を備えた上記1以上の処理回路内に含まれるようにしてもよい。
上記に関係なく、積の絶対値は、個々の一意の積の関数として対応するカウンタのアドレスを生成するように構成することができるアドレス生成回路30への入力になり得る。さらに、対応する積符号は、増分/減分制御回路32への入力になり得る。この構成によって、一連の演算における個々の一意の積は、カウンタ16のうちの特定のカウンタに対応づけられる。したがって、一連の演算における一意の積の個々の出現カウント値は、該出現カウント値が正数であれば、対応するカウンタを増分させ、又は、該出現カウント値が負数であれば減分させることになる。出現カウント値は、カウントされる出現カウント値と共に増分/減分制御回路32へ入力される(単複の)符号値によって正数か、又は負数かのいずれかに個々に決定される。
別の実施形態では、MAC回路12は、所定の乗数対の個々の出現カウント値に対する対応するカウンタへのアドレス指定に基づいて、積に対応する乗数対を処理し、出現カウント値が正数であれば対応するカウンタを増分し、出現カウント値が負数であれば対応するカウンタを減分することによって所望の一連のMAC演算時における積をカウントする。したがって、アドレス生成回路30は、所定の乗数対を有する個々の乗数の絶対値に基づいてカウンタアドレスを決定することによって、所定の乗数対の個々の出現カウント値に対してカウンタアドレスを生成するように構成することができる。すなわち、乗数対、又は該乗数対の対応する絶対値は、乗数対又は該乗数対の対応する符号値の、増分/減分制御回路32の中への入力と共に、アドレス生成回路30への入力になり得る。
1つの実施形態では、アドレス生成回路30は個々の一意の乗数対に対して一意のカウンタアドレスを生成する。例えば、本発明を限定するものではない例として、実数を用いて、アドレス生成回路30は、乗数対(a*b)及び(b*a)に対して異なるカウンタアドレスを生成するように構成することができる。この場合これらの乗数対の対応する積の絶対値は同じである。すべての一意の乗数対を異なるカウンタアドレスに対応付ける1つの利点としてアドレス生成論理回路の単純化がある。このような単純化は非常に高速信号処理用アプリケーションにとって望ましい場合がある。
このような対応付けは単純化されたカウンタアドレス生成を結果としてもたらすことができるが、一方で、この対応付けは一般に、複数のカウンタ16の中に多数のカウンタを必要とすることになる。アドレス指定可能なメモリレジスタを用いてカウンタ16を実装できるという理由のために、利用可能な多量のカウンタ資源が生じる可能性がある。また一方で、カウンタ資源が関心事(concern)であるか、回路パフォーマンスが問題点でないかの少なくともいずれかであれば、アドレス生成回路30は「同等の」乗数対を同じカウンタアドレスに対応付けるように構成することができる。1つの実施形態では、同等の乗数対は、同じ絶対値を有する個々の乗数の乗数対として定義される。例えば、乗数対(3,2)は(2,3)と同等なものとなる。さらに、上記とは別に、同等の乗数対の定義は同じ積の絶対値に対応する乗数対にまで拡張することができる。したがって、(3,2)、(2,3)、(1,6)、及び(6,1)はすべて同等なものとなり、これらの積のうちのいずれの積の出現カウント値も同じカウンタアドレスを生成することになる。
実際の積をカウントするか、又は、対応する乗数対をカウントするかの選択、並びに、多数のカウンタよりも単純化されたカウンタアドレス生成の方を優先するかの選択は、少なくともある程度まで手元にある特定のアプリケーションに依存して決められることになる。本願で前述したように例えば、MAC演算を行うMAC回路12及び対応する方法は通信信号処理用アプリケーションにおいて適用することができる。
この点に関して、(WCDMA及びCDMA2000の無線通信ネットワークなどの)市販のCDMAシステムでは、多元接続干渉によってパフォーマンスが制限を受ける場合が多い。多元接続干渉の少なくとも一部は着色ノイズとしてモデル化することができる。基地局から端末へのダウンリンクにおいて、分散チャネルを経由して受信される2、3の基地局信号から着色ノイズが生じる。個々の基地局信号は周波数選択フェージングによって着色される。同様に、アップリンクにおいて、分散チャネルを経由するアクセス端末からの高出力の高速データレート受信信号は基地局受信機において着色干渉を引き起こす。
基地局受信機又はアクセス端末のいずれかにおいて、着色ノイズが優勢になると、干渉を抑制するための干渉相関を利用することによって受信機のパフォーマンスを大幅に改善することが可能となる。一般に、干渉相関推定値の決定が多数のMAC演算を潜在的に実行するステップを含むため、本願で教示される回路と方法を用いて少なくともいくつかの所望のMAC演算を実行することにより、干渉相関の決定を計算上単純化することが可能となる。干渉相関にはデータ又はチップサンプル値の相関が含まれるという点に留意されたい。
例えば、図6は、本願で教示されるようなMAC処理を実行する無線通信装置40を示す図である。例示の実施形態では、無線通信装置40は、受信/送信アンテナ42、スイッチ/送受切換器44、受信機フロントエンド46、送信増幅回路48、受信プロセッサ52と送信プロセッサ54とを含むベースバンドプロセッサ回路50、システムコントローラ56、及びユーザインタフェース58を備える。当業者であれば理解できるように、無線通信装置40は、描かれている回路構成から逸脱するものであってもよいことは言うまでもない。例えば、無線通信装置40は、(セルラハンドセットなどの)移動無線電話機、無線通信機能を備えた携帯用デジタルアシスタント(PDA)、無線ページャ、パームトップ/ラップトップコンピュータ又は該コンピュータ内のネットワークカード、等を備えるものであってもよい。
図7に図示の1つの実施形態において、受信プロセッサ52は、逆拡散ユニット62を備える汎用RAKE(G−RAKE)受信機60、合成重み生成器64、MAC回路12の実施形態を含む干渉相関回路66、及び合成回路68を含む。動作中、干渉相関回路66は、受信データサンプル値に関連する干渉相関推定値を生みだす干渉相関推定処理を実行する。上記受信データサンプル値は、合成重み生成器64により実行されるような合成重み生成において使用するための値である。干渉相関推定値が着色干渉相関を正確に表わす程度まで、逆拡散ユニット62により出力された逆拡散信号に対して生成済みの合成重みを印加すると、その結果として、合成回路68により出力された合成信号における着色干渉の除去が生じることになる。
特に、干渉相関回路66は、該干渉相関回路の中に含まれているMAC回路12を用いて少なくとも部分的に干渉相関推定を実行する。但し上記干渉相関回路66は従来方式のMAC回路を含むか、又は従来方式のMAC回路へも同様にアクセスするものであってもよい。したがって、受信プロセッサ52により実行される干渉相関推定処理に関連して、計算効率と、処理速度と、電力消費特性との少なくともいずれかが改善されることになる。(理解すべきことだが、マイクロプロセッサ、ASIC、FPGA、又は別の処理回路内において受信プロセッサ52が実行可能である。)
さらに、当業者であれば理解できるように、G−RAKE処理は線形最小平均2乗誤差(LMMSE)ベースのチップ等化(CE)と同等のものである。この目的のために、受信プロセッサ52の別の実施形態が図8に描かれている。該受信プロセッサ52はチップ等化回路70を含み、このチップ等化回路70は、(チップ)等化フィルタ72、フィルタ係数生成装置74、MAC回路12の実施形態を含むデータ相関回路76、及び逆拡散相関器78を備える。
動作中、等化フィルタ72は、フィルタ係数生成装置74により生成されるフィルタ係数に基づいて受信信号サンプル値を等化する。次いで、フィルタ係数が、データ相関回路76により生成されるデータ相関推定値に少なくとも部分的に基づいて生成される。このデータ相関回路76は、その中に含まれているMAC回路を用いてデータサンプル値の相関を生成するように構成される。等化された受信信号サンプル値は、次いで、送信済みシンボル情報の検出のために逆拡散相関器78へ入力される。
図7の干渉相関回路66の場合と同様に、図8のデータ相関回路76は、干渉相関推定値を生成するために必要とされるMAC演算の少なくとも一部のために、MAC回路12の使用によるそのデータ相関推定処理中に計算効率の改善を図るものである。一般に線形干渉抑制受信機の場合、MAC回路12の種々の実施形態は、合成重み生成のためのG−RAKE実装構成における干渉相関の推定において、又は、フィルタタップ係数のためのCE実装構成におけるデータ相関の推定において顕著なパフォーマンスと効率上の利点との少なくともいずれかを生み出すことができる。
G−RAKEの場合、合成重みは、wGR=Ru -1hのように定式化することができる。ここで、Ruは干渉相関値であり、hはネット応答値である。CEの場合、タップ係数はwCE=Rd -1fによって決定することができる。ここで、Rdは受信サンプル値の相関値であり、fは受信サンプル値と関心対象のチップ値との間の相関値である。重みベクトルwGRとwCEは正数の換算係数と関係づけられる。すなわち、wGR=λwCE、但し、λ>0。したがって、G−RAKEの合成重みは、受信したサンプル値相関Rd行列を用いて決定することができる。したがって、本願で教示されるMAC回路12と方法とにより提供されるようなRdの効率的な計算は、チップ等化器だけでなくG−RAKE受信機にも利点を与えるものとなる。実際は、G−RAKEのコンテキストにおいて、合成重み推定を逆拡散値ではなくチップサンプル値に基づかせることによって、高速フェージング条件の下で改善されたパフォーマンスを生み出すことが可能となる。
したがって、本願で教示されるような効率的なMAC処理は、一般に通信受信機に顕著な利点を与えることになる。したがって、本願で特定の実施形態を示されながら、当業者は、例えば、基地局と移動局の少なくともいずれかのような固定受信機と移動受信機の双方において本願で教示される方法と回路の実装が可能となることを認識することになる。
通信受信機用アプリケーションをさらに詳細に見ると、y(i)はi番目の複素数値化された受信サンプル値として表わされ、d1,d2,...dJは、サンプル値のユニットにおけるフィンガ(又はタップ)遅延にされている。受信サンプル値の相関行列Rdは下式によって推定することができる。
[数4]
Figure 0005032506
但し、Nは平滑化係数であり、ベクトルy(i)=[y(iK+d1),y(iK+d2),...,y(iK+dJ)]T
項Kは通常チップ時間におけるサンプル数に設定される。
一般に、Rdの正確な推定値を得るには大きな平滑化係数Nを必要とする。数4に必要な計算量は、Nが大きい場合かなり大きな量になる可能性がある。さらに詳細には、Rdの中にJ*J個の要素が存在し、さらに、個々の要素について、N回の複素乗算の計算を必要とする。したがって、全体としてN*J2回の複素乗算が必要となる。しかし、処理回路はRdのエルミート対称性を利用して、複素乗算の回数をほぼNJ2/2まで減らすように構成することができる。例えば、J=6、N=1000のWCDMAベースの通信信号のコンテキストにおいて、演算処理RdがWCDMAスロット毎に更新されるものと仮定すると、MAC演算への従来のアプローチを用いるRdの演算処理は、毎秒1憶6000万回以上の命令(MIPS)を消費することになる。
このような演算のためにMAC回路12の実施形態を使用することは、所望のMIPSにおける大幅な減少をもたらすことになる。この減少は、例のようなRdの(1,1)と(1,2)の要素の推定値を用いることにより示すことができる。前者の場合は(単複の)対角要素Rdを表わし、後者の場合は(単複の)非対角要素Rdを表わす。非対角要素r1,2から始めると、
[数5]
Figure 0005032506
1,2の実数部又は同相成分(i)は下式のように表わすことができる。
[数6]
Figure 0005032506
ここで、yI(i)とyQ(i)は、それぞれ、受信したサンプル値y(i)の実数部と虚数部(直角位相成分(Q))である。同様に、r1,2の虚数部は下式のように表わすことができる。
[数7]
Figure 0005032506
数6と数7の計算のためのアップダウンカウンタの利用は、これらの数式の計算に必要な潜在的に多数の従来方式のMAC演算の実行と比較して、計算効率において顕著な利得をもたらすことになる。例えば、受信サンプル値y(i)の実数部と虚数部の双方が、1ビットの符号と2ビットの絶対値から成る3ビットに量子化されると仮定する。3ビットの量子化値はレベル−7、−5、−3、−1、1、3、5、及び7を表わす。2つの3ビットの符号付き整数の積は(s12)(u12)によって計算することができる。ここで、sとsは符号であり、u1とu2は、2ビットの絶対値である。符号の積は、カウントアップするか、カウントダウンするか(カウント値を増分するか減分するか)の決定に用いることができる。数5を実行する1つの方法として、数6の同相成分用の個別のカウンタと、数7の直角位相成分の個別のカウンタとを個々の反復について2回更新させる方法がある。
図9は、直上に記載のように、絶対値と符号の形の対応する乗数対の処理に基づいて、所望の一連のMAC演算における積の出現カウント値をカウントするように構成されるMAC回路12のカウンタ制御回路14の実施形態を例示する図である。さらに詳細には、アドレス生成回路30は、乗数対(u1,u2)に対応する[u1(1),u1(2)]と[u2(1),u2(2)]の絶対値の関数として、カウンタアドレス((カウンタ(i,j))を生成するように構成される。ここでuk(1)とuk(2)は、ukの2ビットの2ビット絶対値を示す。さらに、増分/減分制御回路32は、乗数対の符号(s1,s2)の関数として、アドレス済みのカウンタを増分するか、減分するように構成される。図10は2ビット絶対値のための積のテーブルであり、乗数対の絶対値と該乗数対の対応する積との間の対応付けを示す。この対応付けは、カウンタのアドレス指定を行うために使用することができる。
したがって、MAC回路12は、ある特定のカウンタにアクセスするためのアドレスとして、所望の一連のMAC演算において乗数対に対応する積の絶対値ビットを利用するように構成することができる。すなわち、絶対値ビット(i,j)はアドレスカウンタ(i,j)となる。例えば、2つの絶対値が3及び5であれば、カウンタ値(3,5)がアドレスになる。このアドレス指定されたカウンタは、乗数対符号ビットの積が1又は−1であれば、それぞれカウントアップするか、カウントダウンすることになる。
上述したように、MAC回路12は個々の一意の乗数対を異なるカウンタに対応づけるように構成することができる。上記アプローチは図10に描かれている乗数対の対応付けを行うために16のカウンタを必要とする。しかし、前述したように、乗数対の複数の組み合わせが同じ積値への対応づけを行うようになっている。したがって、同じカウンタに対して同等の乗数対を対応付けることによって、より少数のカウンタが使用できることになる。例えば、図10に示される値に対してこのようにすることによって、必要なカウンタの数は10個だけになる。
いずれの場合にも、カウントのアップダウンを行うために数6のすべての積項がカウンタのアドレス指定において使用されると、数6の総和を計算することが下式によって可能となる。
[数8]
Figure 0005032506
ここで、Mはカウンタの総数であり、c(m)はカウンタのm番目の値であり、p(m)はm番目のカウンタと関連づけられた積値である。受信サンプルの実数部と虚数部とに関連する3ビット符号付き整数についての本願の例を続けて、乗算の対称性を利用すると、M=10、p(1)=1*1=1、p(2)=1*3=3、p(3)=1*5=5、p(4)=1*7=7、p(5)=3*3=9、p(6)=3*5=15、p(7)=3*7=21、p(8)=5*5=25、p(9)=5*7=35、及びp(10)=7*7=49。ここで、p(m)は予め計算し、記憶したものであってもよいという点に注意されたい。
例えば要素(1,1)などのRdの対角要素の場合、MAC回路12は、Rdの非対角要素を計算するのに使用するのと同じ論理回路を使用することができる。対角要素は純粋に実数であるので、数7の計算は省くことができる。上記とは別に、MAC回路12は、対角要素特性を利用するアドレス指定論理回路を含むものであってもよい。この点に関して、(1,1)要素r1,1などの対角要素Rdは下式のように計算できることに留意されたい。
[数9]
Figure 0005032506
したがって、yi又はyqの2つの絶対値ビットのみが、対応するカウンタのアドレス指定に必要となる。(この場合カウントを「アップ」するためだけに必要な)カウンタのアドレス指定においてすべてのyiとyqとを使用すると、数9の総和は下式により計算することができる。
[数10]
Figure 0005032506
ここで、M’は対角要素Rdの計算に用いられるカウンタの総数であり、c’(m)はm番目のカウンタの値であり、p’mはm番目のカウンタと関連づけられる積値である。受信サンプル値の実数部と虚数部に関連する3ビット符号付き整数の本願の例を続けると、M=4、p’(1)=1*1=1、p’(2)=3*3=9、p’(3)=5*5=25、及びp’(4)=7*7=49となる。
ここで、p’(m)は予め計算し、記憶したものであってもよいという点に注意されたい。
演算処理数式の数8をさらに容易にするために、MAC回路12は加算/減算演算と組み合わせたシフト演算を利用して、c(m)p(m)のすべての積を計算するように構成することができる。周知のように、2のべき乗の乗算は、左シフトを使用して実現することが可能であり、したがって、
c(1)p(1)=c(1);c(2)p(2)=c(2)*3=4c(2)−c(2)又は2c(2)+c(2);
c(3)p(3)=c(3)5=4c(3)+c(3);c(4)p(4)=c(4)7=8c(4)−c(4);
c(5)p(5)=c(5)9=8c(5)+c(5);
c(6)p(6)=c(6)15=16c(6)−c(6);c(7)p(7)=c(7)21=16c(7)+4c(7)+c(7);
c(8)p(8)=c(8)25=16c(8)+8c(8)+c(8);c(9)p(9)=c(9)35=32c(9)+4c(9)−c(9);
c(10)p(10)=c(10)49=64c(10)−16c(10)+c(10)となる。
1以上の実施形態において、MAC回路12は、上記計算を実行するように調整されるハードウェアとソフトウェアとの少なくともいずれかをベースとする論理回路を含み、同様の計算を用いて数10の計算が可能となることを理解すべきである。さらに、除算を容易にするために2のべき乗のような平滑化係数Nを選択することができる。絶対単位が重要でなければ、Nによる除算は省くことができる。
上記の例は乗数対を用いるMAC処理を示すものではあるが、MAC回路12を用いて所望の一連のMAC演算の実行が可能であり、その場合複数の計算から積が生じることを理解すべきであることは言うまでもない。例えば、r1,1 Iを計算する際に、図11に図示のようなテーブル2次元カウンタマッピングテーブルは用いて実数部と虚数部の和の2乗yI 2(iK+d1)+yQ 2(iK+d1
を求めることができる。この場合、カウンタは個々のサンプルについて2回あるいは4回ではなく一回だけ更新される。
大まかに言って、この場合、本願で教示されるようなMAC処理は実数の単純な積対に、又は、複素数値化された積対に、又は、例えば、積項を引き起こす3つのさらに多くの乗数などの積はいくつかの乗算を表わす所望の一連のMAC演算に適用することができる。したがって、本願で教示されるMAC処理は、所望の一連のMAC演算を含むほぼ任意のタイプの信号処理又は別の数値計算に適用されることになる。所望の一連のMAC演算において生じる積がとり得る可能な値の範囲が制限されている場合、処理効率において顕著な利得が得られることになる。
生じる可能性のある積の範囲がきわめて広いか、又は無制限のインスタンスにおいてさえ、一連のMAC演算全体の部分集合に対して良好に境界が設けられている場合がある。すなわち、積によっては他の積よりも出現頻度が高いものもある。したがって、本願で教示されるようなMAC処理、すなわち、MAC結果の決定へのカウンタベースのアプローチを積集合全体における第1の部分集合の積に対して適用することが可能となる。従来方式の(直接)MAC演算、すなわち、総当たり積和処理を用いるか、又は同等のルックアップテーブル処理を行うことによって、残りの部分集合の積を処理することができる。このようにして、少なくとも最も普通に生じる積、すなわち、実行される一連のMAC演算に関連して最も頻繁に反復される積を本願で教示されるように処理することが可能となる。次いで、個々の部分集合の最終結果を合成して、一連のMAC演算全体の最終結果を得るようにすることができる。
したがって、当業者であれば理解できるように、本発明は上述の説明によって限定されるものではないし、添付図面によって限定されるものでもない。実際には、本発明は、特許請求の範囲における記載及びその均等物によってのみ限定されるものである。
積和(MAC)処理の1つの実施例のための処理論理回路の論理流れ図である。 図1のMAC処理方法に従って処理することができるような仮想上の積及び該積の対応する乗数対を示すテーブルである。 MAC処理用として構成されたMAC回路の1つの実施形態のための回路素子のブロック図である。 MAC回路を実現するのに用いることができるマイクロプロセッサベースの回路のブロック図である。 MAC処理の1つの実施例のためのMAC回路の細部を示すブロック図である。 MAC処理用として構成された無線通信装置のブロック図である。 図6の無線通信装置に含まれる受信機回路の汎用RAKEの実施形態のためのブロック図であり、この実施形態では、合成重み生成のための干渉相関推定値を得るために、本願で教示されるようなMAC処理が利用される。 図6の無線通信装置に含まれる受信機回路のチップ等化(CE)実施形態のためのブロック図であり、この実施形態では、本願で教示されるようなMAC処理が用いられて、CEフィルタリング用のフィルタタップ係数が得られる。 MAC処理の1つの実施例のためのMAC回路の細部を示すブロック図である。 本願で教示されるような、MAC演算論理回路により実現可能であるような乗数からカウンタへのマッピングテーブルを示すテーブルである。 本願で教示されるような、MAC演算論理回路により実現可能であるような乗数からカウンタへのマッピングテーブルを示すテーブルである。

Claims (24)

  1. 所望の一連の積和演算の最終結果を決定するための、積和回路で実行される方法であって、
    前記所望の一連の積和演算における、絶対値が同一の積の出現カウント値をカウントするステップと、
    前記出現カウント値に、該出現カウント値に対応する積を乗算して、部分和を得るステップと、
    前記部分和を加算して、前記最終結果を得るステップと
    を備えることを特徴とする方法。
  2. 前記所望の一連の積和演算における、絶対値が同一の積の出現カウント値をカウントするステップは、
    前記積に対応する乗数対について乗算演算を実行することにより前記積を得るステップと、
    個々の積の正号と負号の出現カウント値をカウントするステップと
    を備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記個々の積の正号と負号の出現カウント値をカウントするステップは、
    対応するカウンタのアドレス指定を行うために積の絶対値を用いるステップと、
    所定の積の個々の正号の出現カウント値に対して対応するカウンタを増分するステップと、
    個々の負号の出現カウント値に対して対応するカウンタを減分するステップと
    を含み、
    前記部分和を得るために、前記カウント値に対応する積を乗算するステップは、個々のカウンタに記憶された前記カウント値に前記対応する積を乗算するステップを含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。
  4. 前記所望の一連の積和演算における、絶対値が同一の積の出現カウント値をカウントするステップは、前記積に対応する乗数対の出現カウント値をカウントするステップを含み、
    前記所望の一連の積和演算における、絶対値が同一の積の出現カウント値をカウントするステップは、
    所定の乗数対の個々の出現カウント値に対して対応するカウンタのアドレス指定を行うステップと、
    前記所定の乗数対に含まれる個々の乗数の符号の積が正数であれば、前記対応するカウンタを増分するステップと、
    前記所定の乗数対に含まれる個々の乗数の符号の積が負数であれば、前記対応するカウンタを減分するステップと、によって前記積に対応する乗数対を処理するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  5. 前記所定の乗数対の個々の出現カウント値に対して、対応するカウンタをアドレス指定するステップは、前記所定の乗数対に含まれる個々の乗数の絶対値に基づいてカウンタアドレスを決定するステップを含
    ことを特徴とする請求項4に記載の方法。
  6. 前記部分和を得るために、前記カウント値に対応する積を乗算するステップは、個々のカウンタに記憶された前記カウント値に、前記対応する乗数対の前記積を乗算するステップを含むことを特徴とする請求項4に記載の方法。
  7. 前記所望の一連の積和演算の前記最終結果は、一連の積和演算全体の第1の部分集合の最終結果を含み、
    前記方法は、
    直接に積和演算又は同等のテーブルルックアップ演算を用いて前記一連の積和演算全体の第2の部分集合の最終結果を決定するステップと、
    前記第1の部分集合の最終結果と前記第2の部分集合の最終結果とを結合して、前記一連の積和演算全体の最終結果を得るステップと
    をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  8. 前記所望の一連の積和演算は、汎用RAKE受信処理、または、チップ等化フィルタ処理を用いて受信信号処理を実行するように構成された無線通信受信機のための合成重み推定において実行されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  9. 前記所望の一連の積和演算は、信号サンプル相関推定処理、信号畳み込み処理、信号相関処理、及び有限インパルス応答フィルタ処理のうち、いずれか1つの処理において実行されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  10. 所望の一連の積和演算における、絶対値が同一の積の出現カウント値をカウントするように構成された複数のカウンタと、
    前記カウント値に該出現カウント値に対応する積を乗算して部分和を得て、前記部分和を加算して最終結果を得るように構成された1以上の演算回路と
    を備えることを特徴とする積和回路。
  11. 所定の積の個々の出現カウント値について複数のカウンタのうち対応するカウンタが増減するように、積の絶対値の関数としてカウンタアドレスを生成し、積符号の関数としてカウンタの増減を制御するように構成されたカウンタ制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項10に記載の積和回路。
  12. 前記複数のカウンタは、前記積に対応する乗数対の出現カウント値をカウントすることによって前記絶対値が同一の積の出現カウント値をカウントするように構成され、
    所定の乗数対の個々の出現カウント値について前記複数のカウンタのうち対応するカウンタが増減するように、前記積和回路は、乗数対の絶対値の関数としてカウンタアドレスを生成し、前記乗数対の符号の関数としてカウンタの増減を制御するように構成されたカウンタ制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項10に記載の積和回路。
  13. 前記積和回路は、前記積に対応する乗数対について乗算演算を実行して前記積を得るようにさらに構成され、
    前記複数のカウンタは、個々の積の正号と負号の出現カウント値をカウントすることにより、前記所望の一連の積和演算における前記絶対値が同一の積の出現カウント値をカウントするように構成されたことを特徴とする請求項10に記載の積和回路。
  14. 前記積和回路は、対応するカウンタのアドレス指定を行うために積の絶対値を用い、所定の積の個々の正号の出現カウント値に対して対応するカウンタを増分し、個々の負号の出現カウント値に対して前記対応するカウンタを減分するようにさらに構成され、
    前記1以上の演算回路は、個々のカウンタに記憶された前記カウント値に前記対応する積を乗算することによって、前記部分和を得るために前記カウント値にその対応する積を乗算するように構成されたことを特徴とする請求項13に記載の積和回路。
  15. 前記複数のカウンタは、前記積に対応する乗数対の出現カウント値をカウントすることによって前記所望の一連の積和演算における前記積の出現カウント値をカウントするように構成されたことを特徴とする請求項10に記載の積和回路。
  16. 所定の乗数対の個々の出現カウント値に対して対応するカウンタをアドレス指定し、
    前記所定の乗数対に含まれる個々の乗数の符号の積が正数であれば、前記対応するカウンタを増分し、
    前記所定の乗数対に含まれる個々の乗数の符号の積が負数であれば、前記対応するカウンタを減分する
    ように構成されたカウンタ制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項10に記載の積和回路。
  17. 前記カウンタ制御回路は、前記所定の乗数対に含まれる個々の乗数の絶対値に基づいてカウンタアドレスを決定することによって、前記所定の乗数対の個々の出現カウント値に対して前記対応するカウンタをアドレス指定するように構成されことを特徴とする請求項16に記載の積和回路。
  18. 前記1以上の演算回路は、個々のカウンタに記憶された前記カウント値に前記対応する乗数対の前記積を乗算することによって、前記部分和を得るために前記カウント値に対応する積を乗算するように構成されたことを特徴とする請求項17に記載の積和回路。
  19. 前記所望の一連の積和演算の最終結果は、一連の積和演算全体の第1の部分集合の最終結果を含み、
    直接に積和演算又は同等のテーブルルックアップ演算を用い、前記一連の積和演算全体の第2の部分集合の最終結果を決定し、前記第1の部分集合の最終結果と前記第2の部分集合の最終結果とを結合して、前記一連の積和演算全体の最終結果を得るように構成された追加の積和回路をさらに備えることを特徴とする請求項10に記載の積和回路。
  20. 前記積和回路は、合成重み生成の一部として干渉相関推定処理を実行するように構成された汎用RAKE受信機回路を含む無線通信装置の一部を備え、
    前記積和回路は、前記汎用RAKE受信機回路の一部を備え、かつ、前記合成重みを生成するために干渉相関行列を生成する処理の一部として前記所望の一連の積和演算を実行するように構成されたことを特徴とする請求項10に記載の積和回路。
  21. 前記積和回路は汎用RAKE受信機回路を含む無線通信装置の一部を備え、
    前記積和回路は、合成重み生成のための信号サンプル値相関処理の一部として前記所望の一連の積和演算を実行するように構成されたことを特徴とする請求項10に記載の積和回路。
  22. 前記積和回路は、受信信号等化処理の一部としてフィルタ係数推定処理を実行するように構成されたチップ等化フィルタ回路を含む無線通信装置の一部を備え、
    前記積和回路は、前記チップ等化フィルタ回路の一部を備え、かつ、等化フィルタ係数を生成するために前記所望の一連の積和演算を実行するように構成されたことを特徴とする請求項10に記載の積和回路。
  23. 前記所望の一連の積和演算は、信号サンプル相関推定処理、信号畳み込み処理、信号相関処理及び有限インパルス応答フィルタ処理のうち、いずれか1つの処理において行われることを特徴とする請求項10に記載の積和回路。
  24. 前記積和回路は、予め計算された積を含むルックアップテーブルから、少なくともいくつかの前記対応する積を得るように構成されたことを特徴とする請求項10に記載の積和回路。
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