JP5121552B2 - 受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のアンテナで信号を受信し、最尤判定法を用いて受信信号を復調する受信装置に関する。

ディジタル無線通信システムにおいて、送受信機に複数のアンテナを用い、各アンテナから同一周波数を用いて複数の信号を伝送するＭｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）技術が知られている。ＭＩＭＯシステムの各受信アンテナでは、複数の送信アンテナから送信された複数の送信信号の合成信号が受信される。そのため、受信機において、送受アンテナ間の伝送路を推定し、その推定結果とアンテナに入力された受信信号とを用いて、送信信号を分離する必要がある。ＭＩＭＯシステムにおける信号分離法の一つに最尤判定法が知られている。最尤判定法は、受信機側において、送受信アンテナ間の伝送路推定値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計算し、メトリックが最小となるレプリカを全ての組み合わせの中から探し出し、メトリックが最小となったレプリカに対応する送信シンボル候補を判定結果として出力するものである。この最尤判定法は、優れた受信性能を有するが、メトリックを考えられる全ての組み合わせについて計算するため、一般に送信アンテナ数および変調多値数に対して膨大な演算量を必要とする。また、この演算量を削減するための技術として、たとえば、演算量削減型の最尤判定法が下記非特許文献１に記載されている。下記非特許文献１によれば、何らかの手段によってメトリックを計算する組み合わせを制限することにより、最尤判定に要する演算量を削減している。

一方、上記演算量削減型の最尤判定法は、誤り訂正復号に用いる軟判定値の計算が困難であるという問題点を有する。一般に、ビット単位の軟判定値は、当該ビットが「−１」である場合の尤度と「＋１」である場合の尤度の比によって求められる。しかしながら、上記演算量削減型の最尤判定法は、全てのレプリカについてメトリックを計算するわけではない。そのため、メトリックを計算した送信シンボル候補中に「−１」または「＋１」を含むシンボルが全く存在しない可能性があり、そのような場合には軟判定値を計算できない。そのため、上記演算量削減型の最尤判定法の課題を解決する手法として、下記特許文献１に記載の技術がある。下記特許文献１に記載の技術では、まず、演算量削減型の最尤判定法を用いて硬判定系列を推定する。つぎに、推定した硬判定系列についてビット単位の軟判定値を計算する際に、計算の対象であるビットの硬判定値を参照し、その反転ビットを有する系列を演算量削減型の最尤判定法を再度用いて推定する。この操作を、一度の送信で伝送されるビット数と同一の回数分だけ繰り返すことにより、全伝送ビットに対する「−１」および「＋１」の尤度情報を取得する。これにより、演算量削減型の最尤判定法において軟判定値の計算が可能となる。

Emanuele Viterbo, Joseph Boutros, "A Universal Lattice Code Decoder for Fading Channels", IEEE Transactions on Information Theory， Vol.45，No.5，pp.1639-1642, July 1999. GB2406760A, "Max-log MAP decoder used with maximum likelihood decoders and determining bit likelihoods"

しかしながら、上記従来の技術によれば、演算量削減型の最尤判定法において軟判定値を計算する際に、初段の硬判定系列推定を行い、さらに軟判定値を計算したいビット数と等しい回数の演算量削減型の最尤判定法を繰り返し行う必要がある。そのため、非常に多くの演算量を必要とする、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、演算量削減型の最尤判定法において、より少ない演算量で精度の高い軟判定値を得ることを可能とし、また小さな回路規模で良好な通信を提供することが可能な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、１つまたは複数のアンテナを介して受信した信号を復調する受信装置であって、前記受信信号に所定の信号処理を実行して得られたベースバンドディジタル受信信号に基づいて伝送路推定を行う伝送路推定手段と、演算量削減型の最尤判定法を利用し、前記ベースバンドディジタル受信信号および前記伝送路推定手段による伝送路推定結果に基づいて送信シンボルの推定値である硬判定シンボルを推定する信号検出手段と、前記ベースバンドディジタル受信信号、前記伝送路推定手段による伝送路推定結果および前記信号検出手段により推定された硬判定シンボルに基づいて、当該信号検出手段における当該硬判定シンボルの推定処理で当該ベースバンドディジタル受信信号とのメトリックが算出されなかった送信シンボル候補の中の所定数の送信シンボル候補についてのメトリックを算出する尤度計算手段と、前記信号検出手段における前記硬判定シンボルの推定処理で算出されたメトリックおよび前記尤度計算手段により算出されたメトリックを用いて軟判定値を計算する軟判定値処理手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、演算量削減型の最尤判定法で計算されたメトリックに加えて、軟判定計算に必要なメトリックを追加計算することとし、また、メトリックを追加計算するにあたっては、演算量削減型の最尤判定法でメトリックが計算されなかった送信シンボル候補の中の一部（所定数）の送信シンボル候補に限定してメトリックを計算するようにしたので、少ない処理量で軟判定値生成に必要なメトリックを追加計算することが可能になり、その結果、良好な通信を提供できる、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（以下、受信機と呼ぶ）の実施の形態１の構成例を示す図である。この受信機は、Ｍ本（Ｍは１以上の整数）の受信アンテナ１０−１〜１０−Ｍ、Ｍ個の前処理部１１−１〜１１−Ｍ、伝送路推定部１２、信号検出部１３、尤度保持部１４、尤度計算部１５、軟判定処理部１６および復号処理部１７を備える。以下に、本実施の形態の受信機の動作について図面を参照しながら説明する。なお、Ｎ本（Ｎは１以上の整数）の送信アンテナを有する対向通信装置（送信機）から送信された信号を受信する場合の例について説明する。

まず、全体動作を説明する。受信アンテナ１０−１〜１０−Ｍは、対向する通信装置（送信機）からＮ本の送信アンテナにて送信された高周波アナログ信号を受信し、Ｍ系統の受信信号は、それぞれ、前処理部１１−１〜１１−Ｍへ入力される。

前処理部１１−１〜１１−Ｍは、それぞれ、入力された高周波アナログ受信信号に対して所定の信号処理を実行し、ベースバンドディジタル受信信号に変換する。Ｍ系統のベースバンドディジタル受信信号は、伝送路推定部１２および信号検出部１３へ渡される。以降、Ｍ系統のベースバンドディジタル受信信号をＭ次元のベクトルにまとめたものを単に受信信号ベクトルと表記する。

伝送路推定部１２は、前処理部１１−１〜１１−Ｍから入力された受信信号ベクトルを用いて、送信アンテナと受信アンテナの間の伝送路応答を推定する。伝送路応答の推定には、任意の手法を適用可能である。例えば、受信機で既知のパイロット信号を送信機が定期的に送信し、受信機側で受信したパイロット信号と送信されたパイロット信号（既知のパイロット信号）とを比較する手法を用いることができる。本実施の形態のように、送信機からＮ本のアンテナを用いてＮ系統の信号が同時に送信されている場合、送信アンテナと受信アンテナとの間に存在する伝送路はＮＭ個存在する。以降、推定したＮＭ個の伝送路をまとめてＭ×Ｎ次元の行列にまとめ、伝送路応答行列と表記する。伝送路推定部１２で得られた伝送路応答行列は信号検出部１３および尤度計算部１５へ出力される。

信号検出部１３は、前処理部１１−１〜１１−Ｍから入力された受信信号ベクトルと、伝送路推定部１２から入力された伝送路応答行列とを用いて、送信信号を分離する。なお、この処理では、最尤判定法における尤度計算数を制限することで、最尤判定法の演算量を削減する、演算量削減型の最尤判定法を用いる。演算量削減型の最尤判定法としては、例えば上述した非特許文献１に示された「Ｓｐｈｅｒｅ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ（ＳＤ）」や、“Kyeong Jin Kim, Jiang Yue, Ronald A Iltis, and Jerry D Gibson, “A QRD-M/Kalman Filter-Based Detection and Channel Estimation Algorithm for MIMO-OFDM Systems,” IEEE Transactions on Wireless Communications, Vol. 4, No. 2, pp. 710-721, March, 2005.”にて示された「ＱＲ−Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍアルゴリズム（ＱＲＤ−Ｍアルゴリズム）」等が広く知られている。これらの方法では、伝送路応答行列および送信シンボルベクトルの候補から生成されるレプリカベクトルと、受信信号ベクトルとの２乗誤差をメトリックとして、メトリックが最小になるレプリカベクトルに対応する送信シンボルベクトルの候補が送信されたものとして信号検出を行う。また、メトリック計算過程において考慮する送信シンボルベクトル候補数を制限することで、信号検出に要する演算量を削減する。

信号検出部１３は、最終的な処理結果として、Ｎ本の送信アンテナから送信されたＮ系統の送信シンボルの推定値である、Ｎ系統の硬判定シンボル（以降、Ｎ系統の送信シンボルをＮ次元のベクトルにまとめたものを送信シンボルベクトルと表記し、Ｎ系統の硬判定シンボルをＮ次元のベクトルにまとめたものを、硬判定ベクトルと表記する）を尤度計算部１５へ出力し、また、演算量削減型の最尤判定法を実行する際に算出したメトリックを尤度保持部１４へ出力する。

尤度計算部１５は、信号検出部１３から入力された硬判定ベクトルを用いて、後述する尤度計算処理を行い、送信シンボルベクトルの候補に対するメトリックを追加計算する。また、追加計算したメトリックを尤度保持部１４へ出力する。

尤度保持部１４は、信号検出部１３および尤度計算部１５から入力されたメトリックを一旦保持し、それらを最終的に軟判定処理部１６へ出力する。

軟判定処理部１６は、尤度保持部１４から入力された、各送信シンボルベクトルの候補に対するメトリックを用いて、ビット毎の尤度比を計算し、軟判定値を計算する。ここで、尤度比の計算として、良く知られた近似法であるＭａｘ−Ｌｏｇ−ＭＡＰ法を用いると、メトリックの差を計算することで軟判定値を簡易に計算できる。１シンボルが伝送するビット数をＫとすると、Ｎ送信シンボルベクトル当たりＮＫビットが伝送されることになる。例えば、ＮＫビット中の１番目のビットに対する軟判定値をＬ（１）で表し、尤度保持部１４から入力されたメトリックのうち、１番目のビットが「−１」である送信シンボルベクトル候補に対応し、且つ、最もメトリックが小さいものをαで表し、また、１番目のビットが「＋１」である送信シンボル候補に対応し、且つ、最もメトリックが小さいものをβで表した場合、ＮＫビット中の１番目のビットに対する軟判定値（Ｌ（１））は次式（１）で求められる。
Ｌ（１）＝α−β …（１）

軟判定処理部１６により算出された各軟判定値は復号処理部１７へ渡され、復号処理部１７は、入力された軟判定値を用いて、所定の復号処理を行い、復号結果を出力する。

つづいて、本実施の形態の受信機の特徴的な処理を実行する尤度計算部１５について、図面を参照しながら詳細に説明する。図２は、尤度計算部１５の構成例を示す図である。尤度計算部１５は、減算部２０、レプリカ生成部２１、重み計算部２２、信号検出処理部２３およびメトリック計算部２４を備える。また、尤度計算部１５に入力された受信信号ベクトルは減算部２０およびレプリカ生成部２１に、硬判定ベクトルはレプリカ生成部２１に、伝送路応答行列はレプリカ生成部２１および重み計算部２２に、それぞれ入力される。なお、減算部２０、信号検出処理部２３およびメトリック計算部２４が追加メトリック算出手段を構成する。

減算部２０は、前処理部１１−１〜１１−Ｍからの入力である受信信号ベクトルから、レプリカ生成部２１により生成されたレプリカを減算する。

レプリカ生成部２１は、受信信号ベクトル、伝送路推定部１２から入力された伝送路応答行列、信号検出部１３から入力された硬判定ベクトルおよび重み計算部から入力された重み行列（後述する第１の重み行列に相当）に基づいてレプリカを生成する。

重み計算部２２は、伝送路応答行列に基づいて後述する処理を実行し、第１の重み行列および第２の重み行列を生成する。

信号検出処理部２３は、減算部２０から入力されたレプリカ減算後の受信信号ベクトルおよび重み計算部２２から入力された第２の重み行列に基づいて後述する信号検出処理を実行し、メトリック計算部２４がメトリック計算で使用する（Ｎ−１）次元のシンボルベクトルを選択する。

メトリック計算部２４は、減算部２０から入力されたレプリカ減算後の受信信号ベクトル、レプリカ生成部２１から入力されたレプリカおよび信号検出処理部２３からの入力である（Ｎ−１）次元のシンボルベクトルに基づいてメトリックを計算する。メトリックの計算方法の詳細については後述する。

つぎに、上記構成の尤度計算部１５が各入力信号に基づいてメトリックを算出する動作を説明する。

尤度計算部１５では、まず、重み計算部２２が、入力された伝送路応答行列の一般化逆行列を計算し、得られた一般化逆行列を第１の重み行列としてレプリカ生成部２１へ出力する。また、重み計算部２２は、Ｍ×Ｎ次元の伝送路応答行列から１列を削除したＭ×（Ｎ−１）次元の行列をＮ通り生成し、さらにそれらについての一般化逆行列を計算し、得られたＮ個の一般化逆行列を第２の重み行列として信号検出処理部２３へ出力する。

次に、レプリカ生成部２１が、入力された受信信号ベクトル、硬判定ベクトル、伝送路応答行列および第１の重み行列に基づいてレプリカを生成する。具体的には、受信信号ベクトルに対して第１の重み行列を乗算することにより基準信号ベクトルを生成する。ここで、第１の重み行列はＮ×Ｍ次元であり、受信信号ベクトルはＭ次元であることから、基準信号ベクトルはＮ次元になる。そして、生成したＮ次元ベクトルの基準信号ベクトル中の各要素と、信号送信に用いられているマッピング情報および硬判定ベクトルとを比較し、レプリカ生成を行うシンボル候補を選択する。以下、シンボル候補の選び方を、基準信号ベクトル中の１番目の要素を取り上げて例示する。基準信号ベクトルの１番目の要素と、信号点マッピングを比較し、基準信号ベクトルの１番目の要素の最近傍に位置するＡ個のシンボルを選択する。ただし、Ａ個のシンボル候補の中に、硬判定ベクトルの１番目の要素と同じシンボルが含まれている場合、そのシンボルはシンボル候補から除外し、次に距離が近いシンボルを選択する。この手順をＮ次元ベクトルのＮ個の要素全てに対して実行する。選択するシンボル候補数Ａの範囲は、取りうるシンボル候補数をＰで表すと、１〜Ｐの間で選択可能である。Ａを大きくすると最終的に得られる軟判定の精度が向上する代わりに、処理量が増えるという関係にある。これを考慮して、Ａの選び方として、例えば、軟判定の精度を重視する場合はＡ＝Ｐとする。また、処理量削減を重視する場合は、Ａを１に近い値とする。

レプリカ生成部２１は、Ｎ次元の基準信号ベクトルの各要素に対して、それぞれＡ個のシンボル候補を選択した後、伝送路応答行列の対応する列ベクトルを乗算し、Ｎ個の各要素に対して、それぞれ、Ａ個のレプリカベクトルを生成する。そして、生成したレプリカベクトルを減算部２０およびメトリック計算部２４へ出力する。

レプリカ生成部２１からレプリカベクトルを受け取った減算部２０は、各前処理部からの入力である受信信号ベクトルからレプリカベクトルを減算し、得られたレプリカベクトル減算後の受信信号ベクトルを信号検出処理部２３およびメトリック計算部２４へ出力する。

また、信号検出処理部２３は、重み計算部２２から入力された（Ｎ−１）×Ｍ次元の第２の重み行列に対して減算部２０から入力されたレプリカベクトル減算後の受信信号ベクトルを乗算し、（Ｎ−１）次元の信号ベクトルを得る。この（Ｎ−１）次元の信号ベクトルの各要素と、信号点マッピングを比較し、（Ｎ−１）次元の信号ベクトルの各要素の最近傍に位置するシンボルを選択する。（Ｎ−１）個の要素全てに対して比較処理を行い、シンボル選択が終了すると、選択結果を（Ｎ−１）次元のシンボルベクトルとしてまとめてメトリック計算部２４へ出力する。

メトリック計算部２４は、減算部２０から出力されたレプリカベクトル減算後の受信信号ベクトル、レプリカ生成部２１から出力されたレプリカベクトル、および信号検出処理部２３から出力された（Ｎ−１）次元のシンボルベクトルを受け取ると、（Ｎ−１）次元のシンボルベクトルを参照し、レプリカベクトルの中から、（Ｎ−１）次元それぞれについて、対応するレプリカベクトルを選択する。そして、選択したレプリカベクトルをレプリカベクトル減算後の受信信号ベクトルから減算する。最終的に残留した成分（同相成分および直交成分）の２乗和を計算し、メトリックとして尤度保持部１４へ出力する。

以上の減算部２０、信号検出処理部２３およびメトリック計算部２４における一連の処理は、レプリカ生成部２１で生成されたＡ個のレプリカベクトル、すなわちＮ次元の基準信号ベクトルのＮ個の要素それぞれに対して生成されたＡ個のレプリカベクトル全てに対して実行される。処理を実行して得られた結果（メトリック）は全て尤度保持部１４へ出力される。

このように、本実施の形態の受信機では、演算量削減型の最尤判定法で計算されたメトリックに加えて、受信信号ベクトル、演算量削減型の最尤判定法で推定した硬判定ベクトルおよび伝送路応答行列に基づいて、軟判定計算に必要なメトリックを追加計算することとした。また、メトリックを追加計算するにあたっては、メトリックを計算するシンボル候補を、受信信号ベクトルと、伝送路応答行列の一般化逆行列と、を用いて計算される基準信号ベクトルの各要素の近傍に存在するものに制限することとした。これにより、少ない処理量で軟判定値生成に必要なメトリックを追加計算することが可能になり、結果として良好な通信を提供することができる。

なお、本実施の形態のレプリカ生成部２１では、基準信号ベクトルの各要素の最近傍に存在するＡ個のシンボル候補を選択する構成としたが、シンボル候補の選択方法はこれに限定されず、例えば、ビット当たりのシンボル候補数を規定する方法も適用できる。ビット当たりのシンボル候補数をＢで表すとすると、レプリカ生成部２１では、基準信号ベクトルの各要素と、信号点マッピングと、を比較する際に、当該ビット位置において硬判定シンボルと反対のビットを持つシンボルをＢ個選択するようにシンボル候補を選択する。

例えば、１６ＱＡＭ変調を仮定し、シンボル候補選択の対象となっているシンボル位置における硬判定シンボルが｛0000｝であり、更に、Ｂ＝２を仮定するものとする。このとき、レプリカ生成部２１では、当該シンボル位置において、はじめに、１ビット目が１であるようなシンボルのうち、基準信号ベクトルの要素に近い２つのシンボルを、シンボル候補として選択する。次に、２ビット目が１であるようなシンボルのうち、基準信号ベクトルの要素に近い２つのシンボルを、シンボル候補として選択する。以下、４ビット目まで同様の処理を行っていく。このようにレプリカベクトル生成用のシンボル候補を選択することで、シンボル内に含まれるビット当たりのメトリック計算個数が少なくともＢ個となる。これによって、メトリックの計算個数が極端に少ないビットが生じることを回避することができ、結果的に良好な通信を提供することができる。また、ビット当たりのシンボル候補数をＢ個に制限することで、メトリックの追加計算にかかる演算量を削減し、受信機の処理量削減を実現できる。

また、ビット当たりのシンボル候補数は、必ずしもＢ個と一つの値に限定する必要は無い。例えば、Ｂ０とＢ１の２通りの値を用意し、１シンボル内のビット間でＢ０とＢ１を使い分けることもできる。これは、１６ＱＡＭや６４ＱＡＭのように、１シンボル内のビット間で信頼度が異なる場合に有効である。図３に１６ＱＡＭの信号点マッピングの一例を示す。図３の信号点マッピングを用いた場合、シンボル内の１ビット目と３ビット目は複素平面上で符号を判定するのみであるのに対し、２ビット目と４ビット目は振幅の判定が必要になり、２ビット目および４ビット目の軟判定の精度が悪いことが予想される。そこで、ビット当たりのメトリックシンボル候補数をＢ０とＢ１（但し、Ｂ０＞Ｂ１とする）の２通り用意し、１ビット目および３ビット目に対してはＢ１を適用し、２ビット目および４ビット目にはＢ０を適用する。このようにすることにより、軟判定の精度が悪いビットに対して、劣化を防ぐことが可能になり、良好な通信が実現できる。

また、メトリック計算部２４は、処理結果であるメトリックを尤度保持部１４へ出力するのみではなく、メトリックの計算を開始する前に、尤度保持部１４が保持しているメトリックを参照し、現在、計算しようとしているメトリックを尤度保持部１４が既に保持しているかどうかを確認する構成としてもよい。この場合、同一の送信シンボルベクトル候補に対して、複数回メトリックを計算する可能性を排除でき、処理量削減を実現できる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２の受信機の構成例を示す図である。なお、実施の形態１で示した受信機と同一の機能を有する構成要素について同一の番号を付している。すなわち、本実施の形態の受信機は、実施の形態１で示した受信機の信号検出部１３および尤度計算部１５に代えて、信号検出部１３ａおよび尤度計算部１５ａを備えた構成をとる。本実施の形態では、実施の形態１の受信機と異なる部分についてのみ説明を行う。

信号検出部１３ａは、その処理内容は実施の形態１の受信機（図１参照）が備える信号検出部１３と同一であるが、出力として、上述した硬判定ベクトルに加え、演算量削減型の最尤判定法の処理過程で得られる受信信号ベクトルおよび伝送路応答行列をそれぞれ変形したものを尤度計算部１５ａへ出力する点が異なる。信号検出部１３ａからの出力内容について説明する。Ｍ次元の受信信号ベクトルをｒ、Ｍ×Ｎ次元の伝送路応答行列をＨ、Ｎ次元の送信シンボルベクトルをｓ、受信機で混入する雑音成分を表すＭ次元の雑音ベクトルをｎで表すと、受信信号ベクトルｒは次式（２）のように書き表すことが出来る。
ｒ＝Ｈｓ＋ｎ …（２）

ここで、伝送路応答行列Ｈを、数学的に良く知られた、ユニタリー行列Ｑと上三角行列ＲにＨ＝ＱＲのように分解する手段であるＱＲ分解や、同じくＱおよびＲを用いてＨ^HＨ＝Ｒ^HＱ^HＱＲのように分解する手段であるコレスキー分解のような処理を用いて分解することを考える。ただし、Ｈ^Hは行列Ｈの複素転置操作を表す。すると、最終的に、演算量削減型の最尤判定法で計算するメトリックは次式（３）のように書き表すことができる。
Ｄ＝||ｙ−Ｒｓ’||² …（３）

ここで、ｙ＝Ｑ^Hｒであり、行列乗算後の受信信号ベクトルを示している。また、ｓ’は送信シンボルベクトルの候補を示している。以下、信号検出部１３ａは、演算量削減型の最尤判定法の種類によって、異なる手段を用いながらメトリック計算を行う送信シンボル候補ｓ’の数を制限した信号判定処理を行う。最終的に、送信シンボルベクトルの推定値である硬判定ベクトルを推定後、演算量削減型の最尤判定法において計算したメトリックを尤度保持部１４へ、硬判定ベクトルと、上式（３）におけるｙおよびＲと、を尤度計算部１５ａへ出力する。

次に、尤度計算部１５ａの処理について説明する。図５は、本実施の形態における尤度計算部１５ａの構成例を示す図である。なお、実施の形態１で示した受信機の尤度計算部１５と同一の機能を有する構成要素について同一の番号を付している。すなわち、尤度計算部１５ａは、尤度計算部１５のレプリカ生成部２１および重み計算部２２に代えて、レプリカ生成部２１ａおよび重み計算部２２ａを備えた構成をとる。ここでは、実施の形態１で示した尤度計算部１５と異なる部分であるレプリカ生成部２１ａおよび重み計算部２２ａについてのみ説明を行う。

重み計算部２２ａは、入力されたＭ×Ｎ次元の伝送路応答行列から１列ずつ削除したＭ×（Ｎ−１）次元の行列をＮ個生成し、生成した行列それぞれに対して一般化逆行列を計算し、Ｎ個の重み行列を生成する。得られたＮ個の重み行列は信号検出処理部２３へ出力する。

レプリカ生成部２１ａが実施の形態１のレプリカ生成部２１と異なる点は、レプリカベクトル生成時に用いる基準信号ベクトルの生成方法にある。レプリカ生成部２１ａは、行列乗算後の受信信号ベクトルｙと、上三角行列Ｒと、硬判定ベクトルと、送信信号のマッピングと、に基づいて所定数（Ａ個）のレプリカベクトルを生成し、生成したレプリカベクトルを減算部２０へ出力する。以下、レプリカベクトルの生成処理について、Ｍ＝Ｎ＝２の場合を例にとって具体的に説明する。行列乗算後の受信信号ベクトルｙの各要素をｙ１，ｙ２で表し、上三角行列Ｒの１行１列目の要素をＲ１１、１行２列目の要素をＲ１２、２行２列目の要素をＲ２２で表す。また、Ｒの２行１列目の要素は、Ｒが上三角行列であることから、０になる。送信シンボルベクトルｓの各要素をｓ１およびｓ２で表し、雑音成分をｎ'１、ｎ'２で表す。これらの表記を用いると、行列乗算後の受信信号ベクトルｙの２番目の要素ｙ２は次式（４）で表すことができる。
ｙ２＝Ｒ２２ｓ２＋ｎ'２ …（４）

そこで、このｙ２にＲ２２の逆数を掛け合わせることで、基準信号ベクトルの２番目の要素を得る。ここでは基準信号ベクトルの２番目の要素をｚ２として表すことにする。その後、ｚ２と、信号点マッピングと、を比較して、ｚ２の最近傍に存在する信号点をｓ２の仮判定値として検出する。ｓ２の仮判定値をｔ２として表すことにする。

また、行列乗算後の受信信号ベクトルｙの１番目の要素ｙ１は次式（５）で表すことができる。
ｙ１＝Ｒ１１ｓ１＋Ｒ１２ｓ２＋ｎ'１ …（５）

ここで、基準信号ベクトルの１番目の要素をｚ１とすると、ｚ１はｙ１からＲ１２ｔ２を減算した後、Ｒ１１の逆数を掛け合わせて算出する。以上の手順で得られたｚ１およびｚ２を要素にもつ基準信号ベクトルを用いて、以後、レプリカ生成部２１ａは、実施の形態１のレプリカ生成部２１と同様の処理を実行してレプリカベクトルを生成し、生成したレプリカベクトルを減算部２０およびメトリック計算部２４へ出力する。

このように、本実施の形態の受信機では、尤度計算部１５ａのレプリカ生成部２１ａにおいて伝送路応答行列の逆行列から基準信号ベクトルを求めるのではなく、信号検出部１３ａにおける処理過程で得られる行列乗算後の受信信号ベクトルと、上三角行列と、を用いて基準信号ベクトルを求めることとした。これにより、基準信号ベクトル算出に係る演算量を削減し、受信機の回路規模削減を実現できる。

なお、レプリカ生成部２１ａが選択するシンボル候補の数は、実施の形態１のレプリカ生成部２１と同様に、特定の数に限定されず、実施の形態１の最後で示した方法で選択可能である。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３の受信機の構成例を示す図である。なお、実施の形態１で示した受信機と同一の機能を有する構成要素について同一の番号を付している。本実施の形態の受信機は、上述した実施の形態１と同一構成である、Ｍ本の受信アンテナ１０−１〜１０−Ｍ、Ｍ個の前処理部１１−１〜１１−Ｍおよび復号処理部１７と、Ｍ個のブロック抽出部６０−１〜６０−Ｍ、Ｍ個の離散フーリエ変換部６１−１〜６１−Ｍ、Ｋ個の復調部６２−１〜６２−Ｋおよび変換部６３と、を備える。なお、ブロック抽出部６０−１〜６０−Ｍおよび離散フーリエ変換部６１−１〜６１−Ｍが信号変換手段を構成する。

本実施の形態の受信機の特徴は、離散フーリエ変換部６１−１〜６１−Ｍを備えた構成として、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）や、ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）、ＭＣ−ＣＤＭＡ（Multi-Carrier Code Division Multiple Access）のようなマルチキャリア変調信号を復調できるようにした点にある。

ブロック抽出部６０−１〜６０−Ｍは、入力された信号から処理対象のブロックを抽出する。離散フーリエ変換部６１−１〜６１−Ｍは、入力信号に対して離散フーリエ変換を実行する。復調部６２−１〜６２−２は、入力信号に対して、たとえば実施の形態１で示した受信機の伝送路推定部１２〜軟判定処理部１６における処理と同様の処理を実行し、受信信号の軟判定値を算出する。

つづいて、本実施の形態の受信機の詳細動作について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１の受信機と異なる部分の動作を中心に説明する。

各前処理部から出力されたＭ系統のベースバンドディジタル受信信号は、それぞれ、対応するブロック抽出部６０−１〜６０−Ｍに入力される。

一般に、ＯＦＤＭのようなマルチキャリア変調方式では、無線伝送路において想定される遅延波の遅延時間より長いガード区間をマルチキャリア変調シンボルの先頭に挿入することで、遅延波による符号間干渉を回避するように構成されている。そのため、ブロック抽出部６０−１〜６０−Ｍは、入力されたベースバンドディジタル受信信号から上記ガード区間を除去した後、ガード区間が除去されたベースバンドディジタル受信信号を対応する離散フーリエ変換部６１−１〜６１−Ｍへ出力する。

離散フーリエ変換部６１−１〜６１−Ｍは、ブロック抽出部６０−１〜６０−Ｍから入力されたガード区間除去後のベースバンドディジタル受信信号に対して離散フーリエ変換を実行し、Ｋ個のサブキャリア信号に変換する。なお、Ｋは、受信機に到来しているマルチキャリア変調信号で用いられているサブキャリア数であり、一般に、受信機であらかじめわかっている値である。離散フーリエ変換部６１−１〜６１−Ｍにて得られたＫ個のサブキャリア信号は、それぞれ、復調部６２−１〜６２−Ｋへ出力される。このとき、１番目のサブキャリアのサブキャリア信号は復調部６２−１に受け渡され、２番目のサブキャリアのサブキャリア信号は復調部６２−２に受け渡されるといったように、サブキャリア番号に対応する復調部６２−１〜６２−Ｋへ入力される。

次に、復調部６２−１〜６２−Ｋの動作について説明する。なお、各復調部は、信号処理の対象とするサブキャリア番号が異なるのみで、構成および動作は共通である。図７は、本実施の形態における復調部６２−１〜６２−Ｍの構成例を示す図である。これらの復調部６２−１〜６２−Ｍは、図４に示した実施の形態２の受信機の伝送路推定部１２、信号検出部１３ａ、尤度保持部１４、尤度計算部１５ａおよび軟判定処理部１６から構成される。そして、離散フーリエ変換部６１−１〜６１−Ｍから入力されるサブキャリア信号に対して、実施の形態２で示した軟判定値算出処理を実行する。得られた各軟判定値は、変換部６３へ出力される。

変換部６３は、Ｋ個の復調部６２−１〜６２−Ｋから入力された各軟判定を、並べ替えて復号処理部１７へ出力する。復号処理部１７では、所定の復号処理を行い、復号結果を出力する。

なお、本実施の形態の受信機では、離散フーリエ変換部をＭ個配置する構成としたが、一つの離散フーリエ変換部をＭ回繰り返し使用する構成にしてもよい。また、復調部についても、サブキャリア数と等しいＫ個の復調部を配置するのではなく、一つの復調部をＫ個のサブキャリアで繰り返し使用する構成にしてもよい。

また、上記説明では、復調部６２−１〜６２−Ｍを実施の形態２の受信機（図４参照）と同様の処理を実行する構成とする場合について示したが、実施の形態１の受信機（図１参照）と同様の処理を実行する構成としてもよい。

このように、本実施の形態の受信機は、離散フーリエ変換部を備え、マルチキャリア変調信号に対して離散フーリエ変換処理を行い、得られた各サブキャリア信号に対して実施の形態１や２で示した復調処理を実行することとした。これにより、ＯＦＤＭやＯＦＤＭＡ、ＭＣ−ＣＤＭＡのようなマルチキャリア変調信号を受信する受信機においても、少ない回路規模で高精度の軟判定を得ることができ、良好な通信を提供することができる。

実施の形態４．
つづいて、実施の形態４の受信機について説明する。なお、本実施の形態の受信機は、実施の形態１で示した受信機（図１参照）の尤度計算部１５を尤度計算部１５ｂに置き換えた構成をとる。そのため、本実施の形態では、尤度計算部１５ｂについてのみ説明する。

図８は、尤度計算部１５ｂの構成例を示す図である。この尤度計算部１５ｂは、図２で示した尤度計算部１５のレプリカ生成部２１および重み計算部２２に代えて、レプリカ生成部２１ｂおよび重み計算部２２ａを備えた構成をとる。その他の部分については実施の形態１の尤度計算部１５と同様であるため、同一の符号を付してその説明は省略する。また、重み計算部２２ａは、実施の形態２で示した受信機が備える重み計算部２２ａと同じであるため、説明は省略する。

レプリカ生成部２１ｂは、信号検出部１３から入力された硬判定ベクトルおよび伝送路推定部１２から入力された伝送路応答行列に基づいてレプリカベクトルを生成する。ただし、実施の形態１で説明したレプリカ生成部２１とは異なり、レプリカベクトルを生成するにあたって、基準信号を生成することはしない。その代わりに、硬判定ベクトルの各要素と、信号点のマッピングと、を比較して、硬判定ベクトルの各要素の最近傍に存在するＡ個のシンボルを、シンボル候補として選択する。そして、選択したＡ個のシンボル候補に対して実施の形態１のレプリカ生成部２１と同様の処理を実行し、レプリカベクトルを生成する。

このように、本実施の形態の受信機では、尤度計算部において、基準信号を計算することなくレプリカを生成する構成とした。これにより、基準信号を計算するための処理量を削減することができ、受信機の回路規模削減を実現できる。

なお、本実施の形態で示したレプリカ生成部２１ｂでは、硬判定ベクトルの各要素の最近傍に存在するＡ個のシンボル候補を選択する構成としたが、シンボル候補の選択方法はこれに限定されない。すなわち、実施の形態１の最後でも示したように、ビット当たりのシンボル候補数をＢ個に設定して選択する方法や、更に、ビット当たりのシンボル候補数を複数個設ける方法なども適用できる。

以上のように、本発明にかかる受信装置は、複数の受信アンテナを利用して無線信号を受信する場合に有用であり、特に、最尤判定法を利用して複数系統の受信信号を復調する受信装置に適している。

実施の形態１の受信装置（受信機）の構成例を示す図である。 実施の形態１の受信機が備える尤度計算部の構成例を示す図である。 １６ＱＡＭの信号点マッピングの一例を示す図である。 実施の形態２の受信装置（受信機）の構成例を示す図である。 実施の形態２の受信機が備える尤度計算部の構成例を示す図である。 実施の形態３の受信装置（受信機）の構成例を示す図である。 実施の形態３の受信機が備える復調部の構成例を示す図である。 実施の形態４の受信機が備える尤度計算部の構成例を示す図である。

符号の説明

１０−１〜１０−Ｍ 受信アンテナ
１１−１〜１１−Ｍ 前処理部
１２ 伝送路推定部
１３、１３ａ 信号検出部
１４ 尤度保持部
１５、１５ａ、１５ｂ 尤度計算部
１６ 軟判定処理部
１７ 復号処理部
２０ 減算部
２１、２１ａ、２１ｂ レプリカ生成部
２２、２２ａ 重み計算部
２３ 信号検出処理部
２４ メトリック計算部
６０−１〜６０−Ｍ ブロック抽出部
６１−１〜６１−Ｍ 離散フーリエ変換部
６２−１〜６２−Ｋ 復調部
６３ 変換部

Claims (13)

1. １つまたは複数のアンテナを介して受信した信号を復調する受信装置であって、
   前記受信信号に所定の信号処理を実行して得られたベースバンドディジタル受信信号に基づいて伝送路推定を行う伝送路推定手段と、
   演算量削減型の最尤判定法を利用し、前記ベースバンドディジタル受信信号および前記伝送路推定手段による伝送路推定結果に基づいて送信シンボルの推定値である硬判定シンボルを推定する信号検出手段と、
   前記ベースバンドディジタル受信信号、前記伝送路推定手段による伝送路推定結果および前記信号検出手段により推定された硬判定シンボルに基づいて、当該信号検出手段における当該硬判定シンボルの推定処理で当該ベースバンドディジタル受信信号とのメトリックが算出されなかった送信シンボル候補の中の一部の送信シンボル候補について、軟判定値の計算で使用するメトリックを算出する尤度計算手段と、
   前記信号検出手段における前記硬判定シンボルの推定処理で算出されたメトリックおよび前記尤度計算手段により算出されたメトリックを用いて軟判定値を計算する軟判定値処理手段と、
   を備えることを特徴とする受信装置。
2. 前記尤度計算手段は、
   前記伝送路推定結果に基づいて第１および第２の重み係数を算出する重み計算手段と、
   前記ベースバンドディジタル受信信号、前記第１の重み係数および前記硬判定シンボルに基づいて所定数の送信シンボル候補を選択し、さらに、当該選択した各送信シンボル候補のレプリカを、前記伝送路推定結果を用いて生成するレプリカ生成手段と、
   前記ベースバンドディジタル受信信号、前記レプリカ生成手段により生成されたレプリカおよび前記第２の重み係数に基づいて、前記所定数の送信シンボル候補それぞれについてのメトリックを算出する追加メトリック算出手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 前記重み計算手段は、前記第１の重み係数として、前記伝送路推定結果である伝送路応答行列の一般化逆行列を算出し、また、前記第２の重み係数として、当該伝送路応答行列から１列削除して得られた行列の一般化逆行列を算出することを特徴とする請求項２に記載の受信装置。
4. 前記尤度計算手段は、
   前記伝送路推定結果に基づいて重み係数を算出する重み計算手段と、
   前記信号検出手段における前記硬判定シンボルの推定処理過程で算出される、前記伝送路推定結果を利用して変換された前記ベースバンドディジタル受信信号を変換した信号、前記硬判定シンボルおよび前記伝送路推定結果、に基づいて所定数の送信シンボル候補を選択し、さらに、当該選択した各送信シンボル候補のレプリカを生成するレプリカ生成手段と、
   前記ベースバンドディジタル受信信号、前記レプリカ生成手段により生成されたレプリカおよび前記重み係数に基づいて、前記所定数の送信シンボル候補それぞれについてのメトリックを算出する追加メトリック算出手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
5. 前記尤度計算手段は、
   前記伝送路推定結果に基づいて重み係数を算出する重み計算手段と、
   前記硬判定シンボルと前記ベースバンドディジタル受信信号の変調方式に対応した信号点配置との比較結果に基づいて所定数の送信シンボル候補を選択し、さらに、当該選択した各送信シンボル候補のレプリカを、前記伝送路推定結果を用いて生成するレプリカ生成手段と、
   前記ベースバンドディジタル受信信号、前記レプリカ生成手段により生成されたレプリカおよび前記重み係数に基づいて、前記所定数の送信シンボル候補それぞれについてのメトリックを算出する追加メトリック算出手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
6. 前記重み計算手段は、前記重み係数として、前記伝送路推定結果である伝送路応答行列から１列削除して得られた行列の一般化逆行列を算出することを特徴とする請求項４または５に記載の受信装置。
7. 前記レプリカ生成手段は、入力された硬判定シンボルに応じて異なる数の送信シンボル候補を選択することを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載の受信装置。
8. 前記レプリカ生成手段は、入力された硬判定シンボル内の各ビットの状態を個別に判定し、各判定結果に基づいて所定数の送信シンボル候補を選択することを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載の受信装置。
9. 前記レプリカ生成手段は、判定を行ったビットの位置に応じて異なる数の送信シンボル候補を選択することを特徴とする請求項８に記載の受信装置。
10. 前記追加メトリック算出手段は、前記所定数の送信シンボル候補それぞれについて、過去にメトリックを算出済かどうか確認し、算出済みの送信シンボル候補についてはメトリックを計算しないことを特徴とする請求項２〜９のいずれか一つに記載の受信装置。
11. 前記送信シンボル候補をｎビット（２≦ｎ）としたとき、
    前記尤度計算手段は、
    メトリックを算出する送信シンボル候補として、前記硬判定シンボルの推定処理でメトリックが算出された送信シンボル候補のｎビット中の１ビットを反転させたｎ種類の送信シンボル候補と、当該ｎ種類の送信シンボル候補それぞれの近傍に存在する所定数の送信シンボル候補とを選択することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の受信装置。
12. 前記尤度計算手段は、
    前記ｎ種類の送信シンボル候補それぞれの近傍の送信シンボル候補を選択する際、反転させたビットのシンボル内の位置に応じて、信頼度が低いビット位置ほど、より多くの送信シンボル候補を選択することを特徴とする請求項１１に記載の受信装置。
13. １つまたは複数のアンテナを介して受信したマルチキャリア変調信号を復調する受信装置であって、
    前記マルチキャリア変調信号に所定の信号処理を実行して得られた受信信号からマルチキャリア変調シンボルを抽出し、さらに、抽出したマルチキャリア変調シンボルに対して離散フーリエ変換を実行して複数のサブキャリア信号を生成する信号変換手段と、
    請求項１〜１２のいずれか一つに記載の伝送路推定手段、信号検出手段、尤度計算手段および軟判定値処理手段により構成された復調手段と、
    を備え、
    前記伝送路推定手段は、前記サブキャリア信号をベースバンドディジタル受信信号として前記伝送路推定処理を実行し、前記信号検出手段は、前記サブキャリア信号をベースバンドディジタル受信信号として前記硬判定シンボル推定処理を実行し、前記尤度計算手段は、前記サブキャリア信号をベースバンドディジタル受信信号として前記メトリック計算処理を実行することを特徴とする受信装置。

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