JP6144846B2

JP6144846B2 - 無線通信装置及び無線通信システム

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Publication number: JP6144846B2
Application number: JP2016551355A
Authority: JP
Inventors: 仲田　樹広; 樹広仲田; 圭伊藤; 大樹星
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2017-06-07
Anticipated expiration: 2034-09-29
Also published as: JPWO2016051467A1; WO2016051467A1

Description

本開示は無線通信装置に関し、例えばターボ信号処理技術に適用可能である。

近年、広帯域シングルキャリアの符号間干渉（ＩＳＩ: Inter Symbol Interference）や空間多重ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）における高い空間相関環境での特性劣化を軽減する手法としてターボ等化信号処理が注目されている。
ターボ等化信号処理は等化器と誤り訂正復号器をデインタリーバとインタリーバを介して接続し、これらの処理の間で外部情報の交換を複数回反復して行うことにより、これら干渉成分の低減を実現することが可能である。その結果として、上記に示すような劣悪な伝搬路環境であっても高い誤り訂正復号特性を得ることができる。
ターボ等化信号処理をＭＩＭＯに適用する場合のアルゴリズムとしてＳＣ／ＭＭＳＥ（Soft Canceller followed by Minimum Mean Square Error filter）アルゴリズムが提案されている。これは、復号器に入力される受信ビットの復号対数尤度比（ＬＬＲ：Log Likelihood Ratio）と誤り訂正復号処理された符号化ビットのＬＬＲとから得られる復号器の外部のＬＬＲから干渉成分の軟推定値を作成し、ＳＣ（Soft Canceller）において受信信号から干渉成分の軟推定値を減算することで復号性能の向上を図っている。
ターボ等化信号処理で用いられる誤り訂正復号には、軟入力軟出力を必要とする最大事後確率復号（ＭＡＰ: Maximum A Posteriori probability）が必要であり、例えば、ＳＯＶＡ（Soft Output Viterbi Algorithm）やＢＣＪＲ（Bahl-Cocke-Jelinek-Raviv）アルゴリズムに基づいた復号器が用いられる。実際には、ＢＣＪＲアルゴリズムをそのまま適用すると計算量が膨大となり現実的ではないため、一般的にはＭａｘ−Ｌｏｇ−ＭＡＰ復号が用いられることが多い。

"High-performance programmable SISO decoder VLSI implementation for decoding turbo codes" , Sony Corp , Global Telecommunications Conference, 2001. GLOBECOM '01. IEEE (Volume: 1)

ターボ等化信号処理を実現する場合、等化器、デインタリーバ、軟入力軟出力誤り訂正復号器（例えば、ＢＣＪＲアルゴリズム）及びインタリーバの一巡の処理（ターボループ）を複数回反復処理するため、これらの処理遅延時間がターボループの支配的な処理遅延時間となり、装置及びシステムの総処理遅延時間増大が課題となっている。
特に、ＢＣＪＲアルゴリズムに基づいた誤り訂正復号器では、状態遷移確率（γ）、前向きメトリック（α）、後向きメトリック（β）を計算して復号を行う必要がある。この中でも、後向きメトリック（β）は未来の時刻のメトリックを基にトレリス線図の後方時刻から逆方向に順次計算を行うため、未来のデータを受信した後にようやく計算が可能となり、処理遅延の発生は不可避である。

また、送信側で連続した畳み込み符号化を行う場合においては、受信信号を適切な長さ（Ｋ）で時間的にオーバーラップさせながら区切ってＢＣＪＲアルゴリズムを計算するスライディング窓法が提案されている。
非特許文献１ではスライディング窓法を応用したＢＣＪＲアルゴリズムのメモリマネジメントについての検討がなされ、復号処理長さをＫとするとＢＣＪＲアルゴリズムの処理遅延は４Ｋとなることが報告されている。非特許文献１で報告されている処理遅延の内訳について簡単に説明する。後向きメトリック（β）の初期値を算出するために２Ｋ時間の等化器出力のＬＬＲをメモリに蓄え２Ｋ時間経過後にトレリス線図を逆順に１Ｋ時間トレースすることで後向きメトリック（β）の初期値を算出する。そこから更に１Ｋの時間をかけてトレリス線図をトレースすることで逆方向のβが得られる。ここまでの処理に４Ｋの処理遅延が発生する。前向きメトリック（α）は順方向であるため、トレリス線図を逆順にトレースする必要がなくβよりも早いタイミングで正確なαを得ることが可能であるが、βのタイミングに一致させるように待機する必要がある。算出したα、β、γを用いて３Ｋ〜４Ｋ−１の期間で復号が実施されるが、復号結果はトレリス線図を逆順にトレースしながら実施しているため、４Ｋ以降に正順に並び替えることで最終的な復号結果が得られる。このため、ＢＣＪＲアルゴリズムによる復号の総計で４Ｋの処理遅延が発生する。
更に、ターボループ内のデインタリーバ及びインタリーバの処理においても、ランダムインタリーブを実現しようとすると、インタリーブ処理単位時間と同様の遅延が生じてしまう。インタリーブの処理単位時間を先程のＢＣＪＲアルゴリズムの復号処理長さ（Ｋ）と同じ長さとすると、デインタリーバ及びインタリーバの処理で２Ｋの遅延時間が発生してしまう。
従って、ターボ等化信号処理の一巡ループでは、等化器による処理遅延はほぼ０とすると、４Ｋ（ＢＣＪＲアルゴリズム）＋２Ｋ（デインタリーバ、インタリーバ）＝６Ｋの処理遅延が発生してしまうという課題がある。また、これら処理遅延の増大は、同時にハードウェア規模の増大にも繋がってしまうという課題も存在する。
本開示の課題は、ターボループの処理遅延を低減する技術を提供することにある。

本開示のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、無線通信装置は、前向きメトリック（α）、後向きメトリック（β）、及び状態遷移確率（γ）をトレリス時間に対して順方向と逆方向の順序で同時に算出し、順方向と逆方向の誤り訂正復号を同時並行して実施する。また、誤り訂正復号処理をその前後に搭載されるデインタリーブとインタリーブのメモリアクセスと協調して処理する。

本開示によれば、ターボループの処理遅延を低減することが可能である。

第一の実施例に係る無線通信装置を示すブロック図である。第二の実施例に係る無線通信装置を示すブロック図である。デインタリーブ処理を説明するための図である。トレリス線図及び前向きメトリック計算方向を示す図である。トレリス線図及び後向きメトリック計算方向を示す図である。メモリマネジメントを説明するための図である。前向きメトリックを算出するためのメモリマネジメントを説明するための図である。後向きメトリックを算出するためのメモリマネジメントを説明するための図である。状態遷移確率を算出するためのメモリマネジメントを説明するための図である。順方向と逆方向の復号手段とインタリーバによる並べ替え処理を説明するための図である。

以下、実施の形態および実施例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。

まず、ＢＣＪＲアルゴリズムに基づいたＭａｘ-Ｌｏｇ-ＭＡＰ復号について説明する。詳細な説明は参考文献１に記載される（その内容は参照によってこの明細書に取り込まれる）。
［参考文献１］特許庁:技術資料集［分類］2−4−1 周辺要素技術／誤り制御技術／誤り訂正技術、［２０１４年７月１４日検索］、インターネット〈URL: http://www.jpo.go.jp/shiryou/s_sonota/hyoujun_gijutsu/mimo/2-4-1.pdf〉
畳み込み符号器に対応するトレリス線図において、状態遷移確率をγ、前向きメトリックをα、後向きメトリックをβ、復号ビット系列長をＫ、復号ビット系列番号をl（小文字のエル）、トレリス線図における遷移元内部状態をＳ’、遷移先内部状態をＳ、受信ビットのＬＬＲをＬ^Ｄ _α、内部状態の畳み込み符号器出力をνとすると、各計算は以下の式（１）から式（３）のように表される。式（２）、式（３）では、前向きメトリック（α）は1サンプル時刻前のαから再帰的に算出され、後向きメトリック（β）は1サンプル時刻後のβから再帰的に算出される。そのため、これらメトリックを導出する際には、その初期値となるトレリス線図の始点と終点を予め算出しておく必要がある。

これらの変数を用いて、以下に示す式（４）から式（６）を用いて復号を行う。情報化ビットのＬＬＲをＬ^Ｄ _ｕ、第一の符号化ビットのＬＬＲをＬ^Ｄ _ν１、第二の符号化ビットのＬＬＲをＬ^Ｄ _ν２とすると、以下の計算により求められる。

次に、実施の形態に係る無線通信システム及び無線通信装置について説明する。
無線通信システムは送信装置と受信装置とを備える。無線通信装置である送信装置は、誤り訂正符号器と、インタリーバと、インタリーブ結果をデジタル変調するデジタル変調器と、デジタル変調器によって変調された変調信号を送信する送信部と、を備える。
無線通信装置である受信装置は、変調信号を受信する受信部と、受信部で受信した受信信号と後述する等化器の事前情報（Ｌ^Ｅ _ｕ）とから受信ビットのＬＬＲを計算する等化器（デマッパ１０１）と、受信ビットのＬＬＲ（Ｌ^Ｅ _ｅ）を所定の順序に並び替える第一と第二のデインタリーバと、を備える。
また、受信装置は、第一のデインタリーバ（デインタリーバ１０２，１０８、デインタリーバ２００）の出力から順方向前向きメトリック（α_ｆｏｒ）と順方向状態遷移確率（γ_ｆｏｒ）を計算する計算器（順方向前向きメトリック計算器１０３、順方向状態遷移確率計算器１０９）と、復号ビット長をＬとするとき０からＬ／２番目の順方向前向きメトリックを逆順に並び替え逆方向前向きメトリック（α_ｂａｋ）を算出する計算器（αメモリ１１２）と、を備える。

また、受信装置は、第二のデインタリーバ（デインタリーバ１０４，１０６，１０８、デインタリーバ２００）の出力から逆方向後向きメトリック（β_ｂａｋ）と逆方向状態遷移確率（γ_ｂａｋ）を計算する計算器（逆方向後向きメトリック計算器１０５、後向きメトリック初期値計算器１０７、逆方向状態遷移確率計算器１１０）と、復号ビット長をＬとするとき０からＬ／２番目の逆方向後向きメトリックを逆順に並び替え順方向後向きメトリック（β_ｆｏｒ）を算出する計算器（βメモリ１１１）と、を備える。
また、受信装置は、順方向前向きメトリック（α_ｆｏｒ）と順方向状態遷移確率（γ_ｆｏｒ）と順方向後向きメトリック（β_ｆｏｒ）とに基づいた最大事後確率復号を行う順方向最大事後確率復号手段により符号化ビットのＬＬＲ（Ｌ^Ｄ _{ν−ｆｏｒ}）と情報ビットの尤度比（Ｌ^Ｄ _{ｕ−ｆｏｒ}）を算出する計算器（順方向復号ＬＬＲ計算器１１３）と、順方向の符号化ビットの尤度比を所定の順序で並び替える第一のインタリーバ（インタリーバ１１５、インタリーバ２０１）と、を備える。
また、受信装置は、逆方向前向きメトリック（α_ｂａｋ）と逆方向状態遷移確率（γ_ｂａｋ）と逆方向後向きメトリック（β_ｂａｋ）とに基づいた最大事後確率復号を行う逆方向最大事後確率復号器により符号化ビットのＬＬＲ（Ｌ^Ｄ _{ν−ｂａｋ}）と情報ビットのＬＬＲ（Ｌ^Ｄ _{ｕ−ｂａｋ}）を算出する計算器（逆方向復号ＬＬＲ計算器１１４）と、逆方向の符号化ビットのＬＬＲを所定の順序で並び替える第二のインタリーバ（インタリーバ１１６、インタリーバ２０１）と、を備える。
さらに、受信装置は、第一のインタリーバと第二のインタリーバから得られる符号化ビットのＬＬＲを所定の正規の順序に並び替えてパラレル／シリアル変換する変換器（データ選択器１１７）と、最大事後確率復号器によって得られた情報ビットのＬＬＲ（Ｌ^Ｄ _ｕ）から硬判定結果（ｕ）を算出する計算器（硬判定器１１８）と、を備える。
パラレル／シリアル変換器からの情報を等化器の事前情報（Ｌ^Ｅ _ｕ）として入力し、事前情報に基づいて等化処理する。上記一連の処理を実施する一巡のターボ等化信号処理をＮ回（Ｎは１以上の整数）反復して演算する。Ｎ回（所定回数）の反復演算を行った後、硬判定する。

本実施の形態では、ターボループにおいて、誤り訂正復号器のみ着目せず、周辺のデインタリーバとインタリーバと一体となって処理することで、前向きメトリック（α）と後向きメトリック（β）の同時並列計算を可能とする。具体的には、誤り訂正復号器の前段にあるデインタリーバのメモリから正順（昇順）と逆順（降順）にデータを読み出す手段を提供することで、前向きメトリックと後向きメトリックの同時並列計算を行うことが可能となる。ＢＣＪＲアルゴリズムとその前後に搭載するデインタリーバ、インタリーバのメモリのタイミングを協調して動作させると共に、順方向、逆方向の復号を同時並行で処理するため、１時刻に２サンプルの情報を得ることができ、処理遅延を低減することができる。

言い換えると、本実施の形態では、前向きメトリック（α）、後向きメトリック（β）、及び状態遷移確率（γ）をトレリス時間に対して順方向と逆方向の順序で同時に算出し、順方向と逆方向の誤り訂正復号を同時並行して実施する。また、誤り訂正復号処理をその前後に搭載されるデインタリーブとインタリーブのメモリアクセスと協調して処理することにより、ターボループの処理遅延を低減することができる。

第一の実施例（実施例１）について図１及び図３から図１０を用いて説明する。以下に説明する実施例１は、ＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)で変調された空間多重ＭＩＭＯ方式の信号を受信する受信機（無線通信装置）について説明を行うが、前述したようなＩＳＩを低減するようなシングルキャリアのターボ等化信号処理であっても適用可能である。また、上記の無線通信装置に類するターボ等化信号処理に適用可能であることは言うまでもない。

図１に示すように、実施例１に係る受信機は、デマッパ（等化器）１０１とデインタリーバ１０２と順方向前向きメトリック計算器（α_ｆｏｒ計算器）１０３とデインタリーバ１０４と逆方向後向きメトリック計算器（β_ｂａｋ計算器）１０５と、デインタリーバ１０６と後向きメトリック初期値計算器（β初期値計算器）１０７とデインタリーバ１０８と順方向状態遷移確率計算器（γ_ｆｏｒ計算器）１０９と逆方向状態遷移確率計算器（γ_ｂａｋ計算器）１１０とβメモリ１１１とαメモリ１１２と順方向復号ＬＬＲ計算部１１３と逆方向復号ＬＬＲ計算部１１４とインタリーバ１１５とインタリーバ１１６とデータ選択器１１７と硬判定器１１８とを備える。

ターボ等化信号処理の誤り訂正復号では式（４）から式（６）で示した演算を実施するが、そのためには前向きメトリック（α）、後向きメトリック（β）、及び状態遷移確率（γ）が必要である。

ここで、順方向と逆方向の信号変数のサフィックスについて、順方向をｆｏｒ、逆方向をｂａｋとし、順方向前向きメトリックをα_ｆｏｒ、逆方向前向きメトリックをα_ｂａｋと定義する。同様に、順方向後向きメトリックをβ_ｆｏｒ、逆方向後向きメトリックをβ_ｂａｋと定義する。最後に、順方向状態遷移確率をγ_ｆｏｒ、逆状態遷移確率をγ_ｂａｋと定義する。

以下の説明では、デマッパ１０１とデインタリーバ１０２,１０４,１０６,１０８のメモリ書き込み手順についての説明を行った後、順方向、逆方向の前向きメトリック（α_ｆｏｒ、α_ｂａｋ）の算出方法について述べる。その後、後向きメトリック（β_ｆｏｒ、β_ｂａｋ）と状態遷移確率（γ_ｆｏｒ、γ_ｂａｋ）の算出方法についても順に説明する。最後に、復号手段とインタリーバの動作説明を行い、処理遅延の軽減について言及する。

最初に、デマッパ１０１とデインタリーバ１０２とデインタリーバ１０４とデインタリーバ１０６とデインタリーバ１０８についての説明を行う。
デマッパ１０１には、受信アンテナで受信され、ＦＦＴ（Fast Fourie Transform）にて周波数領域に変換された受信信号（Ｙ_ｉ）が入力される。ここで、ＭＩＭＯ方式の場合にはｉは受信アンテナ番号を示しており、ｉ≧２の整数である。デマッパ１０１では後述する事前のＬＬＲ（Ｌ^Ｅ _α）を用いて復調を行うが、ターボループの一巡目では事前のＬＬＲ（Ｌ^Ｅ _α）が得られていないため、ＭＩＭＯ信号処理でよく用いられるＭＭＳＥなどの空間分離フィルタやＭＬＤ(Maximum Likelihood Detection)等の同時推定処理を用いて等化される。これらのアルゴリズムに関しての詳細については参考文献２に記載される（その内容は参照によってこの明細書に取り込まれる）。
［参考文献２］風間宏志著「ＭＩＭＯワイヤレス通信」、東京電機大学出版
デマッパ１０１の復調結果のＬＬＲ（Ｌ^Ｅ _ｅ）はデインタリーバ１０２とデインタリーバ１０４とデインタリーバ１０６とデインタリーバ１０８へ出力する。デインタリーバ１０２とデインタリーバ１０４とデインタリーバ１０６とデインタリーバ１０８はメモリを用いて構成され、その書き込み手順はそれぞれ同様の動作となる。
これらのデインタリーブ処理では、入力された復調結果のＬＬＲ（Ｌ^Ｅ _ｅ）を予め決められたパターンで並び替えを行う。この時、インタリーブの処理単位はＫの長さとし、図３に示すように長さＫの範囲内で並び替えが行われるものとする。例えば、ＡＲＩＢＳＴＤＢ-５７（標準規格「１.２ＧＨｚ／２.３ＧＨｚ帯テレビジョン放送番組素材伝送用可搬形ＯＦＤＭ方式デジタル無線伝送システム」）では周波数デインタリーブが規定されており、ＯＦＤＭシンボル内のサブキャリア順序をランダムに並び替える。ＡＲＩＢＳＴＤＢ-５７のＯＦＤＭシンボル内のデータサブキャリア本数は１３４４であり、Ｋ＝１３４４の長さでデインタリーブを行う。
また、シングルキャリアでＩＳＩを軽減するようにターボ等化信号処理する際には、時間方向のデインタリーブが適用されることになる。

デインタリーバの書き込みタイミングは図７〜図９の（i）行に示すように、深さがＫのメモリに復調結果のＬＬＲ（Ｌ^Ｅ _ｅ）を予め決められたパターンのメモリアドレスに書き込む。図７〜図１０に示されている太枠で示したメモリマネジメントについて図６を用いて説明する。横軸は時刻、縦軸はメモリアドレスを示している。また、図中の実線はメモリへの書き込みアドレス、点線は読み出しアドレスを示し、その傾きにより正順（傾きが正の場合は順方向）、逆順（傾きが負の場合は逆方向）を区別している。

この図７〜図９ではデインタリーブ処理からＢＣＪＲアルゴリズム復号を経由してインタリーバまでのタイミング関係を図示しており、以下の説明では時刻０〜Ｋ−１の信号（Ｎ_１）に関するターボ等化信号処理について説明するが、後続するデータ（Ｎ_２、Ｎ_３、・・・）についても同様に継続して処理することになる。

（１）前向きメトリック（α）の算出
まずは、前向きメトリック（α）に関して、前向きメトリック（α）を算出するためのメモリマネジメントについて図７を用いて説明する。
デインタリーバ１０２のメモリに所定の順序でＬＬＲ（Ｌ^Ｅ _ｅ）を書き込む（図７の（i）行目のＮ_１（Π^−１−Ｍｅｍ（ランダムｗ）））。デインタリーバ１０２のメモリから３Ｋ時間経過した後に順方向に読み出しを行い（図７の（ii）行目のＮ_１（Π^−１−Ｍｅｍ（順ｒ）））、並び替えたＬＬＲ（Ｌ^Ｄ _{α−ｆｏｒ}）をα_ｆｏｒ計算器１０３へ出力する。３Ｋ時間の待機することの必要性について、詳細は後述するが、後向きメトリック（β）の算出タイミングと一致させるための処置である。
α_ｆｏｒ計算器１０３における計算イメージについて図４を用いて説明する。図４に示すように、デインタリーバ１０２のメモリから順方向にＬＬＲ（Ｌ^Ｄ _{α−ｆｏｒ}）が読み出され、式（１）と式（２）に基づいてトレリス線図を順方向にトレースしながら計算することで順方向前向きメトリック（α_{１−ｆｏｒ}）を得る（図７の（iii）行目のα_{１−ｆｏｒ}計算）。
順方向前向きメトリック（α_ｆｏｒ）は再帰的な算出方法であるため、算出する際には初期値（トレリスの始点）が必要となるが、これは１シンボル前に算出したα_ｆｏｒの最終結果（α_{０（Ｋ−１）}）を利用することで容易に得ることができる（図７の（iii）行目から（iv）行目への初期値二重矢印）。
α_ｆｏｒ計算器１０３にて算出したα_ｆｏｒは、αメモリ１１２に順方向に書き込む（図７の（iv）行目のα_１（α−Ｍｅｍ（順ｗ）））。αメモリ１１２に書き込む期間は３Ｋ〜３.５Ｋ−１であるが、α_ｆｏｒ計算器１０３の処理は３.５Ｋ〜４Ｋ−１の期間も継続して実施しており、その期間の順方向前向きメトリック（α_{１−ｆｏｒ}）も算出する。
αメモリ１１２では書き込まれた順方向前向きメトリック（α_{１−ｆｏｒ}）を３.５Ｋ〜４Ｋ−１の期間に逆順に読み出すことで、逆方向前向きメトリック（α_{１−ｂａｋ}）を得る（図７の（iv）行目のα_１（α−Ｍｅｍ（逆ｒ）））。
これら処理（前向きメトリック算出処理）により、３.５Ｋ〜４Ｋ−１の期間では順方向前向きメトリック（α_{１−ｆｏｒ}）と逆方向前向きメトリック（α_{１−ｂａｋ}）を同時に得ることができる。

（２）後向きメトリック（β）の算出
次に、後向きメトリック（β）の算出に関する説明を行う。前向きメトリック（α）と同様に後向きメトリック（β）の算出イメージについて図５を用いて説明する。図５に示すように、トレリス線図を逆順にトレースしながら、式（１）と式（３）に基づいて逆順後向きメトリック（β_ｂａｋ）を算出する。この後向きメトリック（β）のメモリマネジメントについては図８を用いて説明する。
逆順後向きメトリック（β_ｂａｋ）の算出方法も再帰的であるので、αと同様に初期値（トレリスの終点）が必要となる。βの初期値は未来時刻の信号を逆順にトレースしながら算出する必要があり、時刻Ｋ−１の初期値を確定するためにＫ〜２Ｋ−１の信号（Ｎ_２）が必要となる。デインタリーバ１０６とβ初期値算出器１０７は、このβの初期値を算出するために設けられている。
デインタリーバ１０４，１０６のメモリに所定の順序でＬＬＲ（Ｌ^Ｅ _ｅ）を書き込む（図８の（i）行目のＮ_１（Π^−１−Ｍｅｍ（ランダムｗ）））。デインタリーバ１０６のメモリから２Ｋ時間経過後にＬＬＲ（Ｌ^Ｄ _{α−ｂａｋ}）を逆順に読み出し（図８の（ii）行目のＮ_２（Π^−１−Ｍｅｍ（逆ｒ）））、β初期値計算器１０７では、式（１）と式（３）に基づいて後向きメトリック（β_{２−ｂａｋ}）を算出する（図８の（iii）行目のβ_{２−ｂａｋ}初期値計算）。この時の後向きメトリック計算時の初期値は任意の値で良く、０を用いることが多い。
その後、Ｋ期間のトレリス逆順トレース（２Ｋ〜３Ｋ−１）により後向きメトリック（β）が確定し、β初期値算出器１０７の最終的な出力結果（β_２（０））（時刻３Ｋ−１）は逆方向後向きメトリック算出器１０５に入力され、逆方向後向きメトリック（β_{１−ｂａｋ}）を算出する際の初期値として用いられる（図８の（iii）行目から（v）行目への初期値二重矢印）。
デインタリーバ１０４のメモリから３Ｋ時間経過後にＬＬＲ（Ｌ^Ｄ _{α−ｂａｋ}）を逆順に読み出し（図８の（iv）行目のＮ_１（Π^−１−Ｍｅｍ（逆ｒ）））、β_ｂａｋ計算器１０５に入力する。β_ｂａｋ計算器１０５ではβ初期値算出器１０７からの初期値と式（１）と式（３）に基づき逆方向後向きメトリック（β_{１−ｂａｋ}）を算出する（図８の（v）行目のβ_{１−ｂａｋ}計算）。
β_ｂａｋ計算器１０５にて算出した（β_{１−ｂａｋ}）は、βメモリ１１１に逆順に書き込む（図８の（vi）行目のβ_１（β−Ｍｅｍ（逆ｗ）））。このβメモリ１１１に書き込む期間はαメモリ１１２と同様に３Ｋ〜３.５Ｋ−１の期間である。
３.５Ｋ〜４Ｋ−１の期間ではβメモリ１１１に書き込んだ結果を正順に読み出すことで順方向後向きメトリック（β_{１−ｆｏｒ}）を得る（図８の（vi）行目のβ_１（β−Ｍｅｍ（順ｒ）））と同時に、β_ｂａｋ計算器１０５の処理も３.５Ｋ〜４Ｋ−１の期間で継続して実施されている（図８の（v）行目のβ_{１−ｂａｋ}計算）。３Ｋ〜３.５Ｋ−１の期間におけるβメモリ１１１のデータをβ_１と表記している。
以上の処理により、３.５Ｋ〜４Ｋ−１の期間では順方向後向きメトリック（β_{１−ｆｏｒ}）と逆方向後向きメトリック（β_{１−ｂａｋ}）を同時に得ることができる。

（３）状態遷移確率（γ）の算出
最後に、状態遷移確率（γ）の算出に関する説明を行う。状態遷移確率（γ）のメモリマネジメントについては図９を用いて説明する。
デインタリーバ１０８のメモリに所定の順序でＬＬＲ（Ｌ^Ｅ _ｅ）を書き込む（図８の（i）行目のＮ_１（Π^−１−Ｍｅｍ（ランダムｗ）））。デインタリーバ１０８のメモリから３.５Ｋ時間経過後にＬＬＲ（Ｌ^Ｄ _{α−ｆｏｒ}）を正順に読み出し（図９の（ii）行目のＮ_１（Π^−１−Ｍｅｍ（順ｒ）））、ＬＬＲ（Ｌ^Ｄ _{α−ｂａｋ}）を逆順に読み出す（図９（iv）行目のＮ_１（Π^−１−Ｍｅｍ（逆ｒ）））。これら読み出しタイミングは３.５Ｋ〜４Ｋ−１の期間で同時とする。３.５Ｋ〜４Ｋ−１の期間で読み出す理由は、前述した前向きメトリック（α_{１−ｆｏｒ}、α_{１−ｂａｋ}）と後向きメトリック（β_{１−ｆｏｒ}、β_{１−ｂａｋ}）がこの期間に算出されるため、これらのタイミングに合わせてメモリから読み出す状態遷移確率（γ）は式（１）に基づいてγ_ｆｏｒ計算器１０９及びγ_ｂａｋ計算器１１０で算出され、３.５Ｋ〜４Ｋ−１の期間で順状態遷移確率（γ_{１−ｆｏｒ}）（図９の（iii）行目のγ_{１−ｆｏｒ}計算）と逆状態遷移確率（γ_{１−ｂａｋ}）（図９の（v）行目のγ_{１−ｂａｋ}計算）を同期間に得ることができる。

（４）復号・インタリーブ・データ選択
以上の処理により、３.５Ｋ〜４Ｋ−１の期間に順方向と逆方向の前向きメトリック（α_{１−ｆｏｒ}、α_{１−ｂａｋ}）、後向きメトリック（β_{１−ｆｏｒ}、β_{１−ｂａｋ}）、及び状態遷移確率（γ_{１−ｆｏｒ}、γ_{１−ｂａｋ}）が同時（同期間）に得られることになる。順方向と逆方向の前向きメトリック（α）、後向きメトリック（β）、及び状態遷移確率（γ）の変数を用いた順方向と逆方向の復号器とインタリーバによる並べ替え処理について図１０を用いて説明する。
順方向復号ＬＬＲ計算器１１３では、α_ｆｏｒ計算器１０３からの順方向前向きメトリック（α_{１−ｆｏｒ}）と、βメモリ１１１からの順方向後向きメトリック（β_{１−ｆｏｒ}）、及びγ_ｆｏｒ計算器１０９からの順方向状態遷移確率（γ_{１−ｆｏｒ}）を用いて誤り訂正復号を行い、誤り訂正復号された情報ビットのＬＬＲ（Ｌ^Ｄ _{ｕ−ｆｏｒ}（Ｌｕ_{１−ｆｏｒ}））と誤り訂正された符号化ビットのＬＬＲ（Ｌ^Ｄ _{ν−ｆｏｒ}（Ｌｖ_{１−ｆｏｒ}））を得る（図１０の（iii）行目の順復号＆ＬＬＲ計算）。これらの復号器は式（４）〜式（６）に従うものとする。
順方向復号ＬＬＲ計算器１１３からの信号はインタリーバ１１５のメモリに順方向に書き込まれ、順方向の復号結果はトレリス時刻のＫ／２〜Ｋ−１の情報であるため、その時刻に相当するメモリアドレスに書き込む必要がある（図１０の（iv）行目のＮ_１（Π―Ｍｅｍ（順ｗ）））。
逆方向復号ＬＬＲ計算器１１４では逆順の復号を行う。具体的には、αメモリ１１２からの逆方向前向きメトリック（α_{１−ｂａｋ}）と、β_ｂａｋ計算器１０５からの逆方向後向きメトリック（β_{１−ｂａｋ}）、及びγ_ｂａｋ計算器１１０からの逆方向状態遷移確率（γ_{１−ｂａｋ}）を用いて誤り訂正復号を行い、誤り訂正復号された情報ビットのＬＬＲ（Ｌ^Ｄ _{ｕ−ｂａｋ}（Ｌｕ_{１−ｂａｋ}））と誤り訂正された符号化ビットのＬＬＲ（Ｌ^Ｄ _{ν−ｂａｋ}（Ｌｖ_{１−ｂａｋ}））を得る（図１０の（v）行目の逆復号＆ＬＬＲ計算）。これらの復号手段も式（４）〜式（６）に従うものとする。
逆方向復号ＬＬＲ計算器１１４からの信号は第二のインタリーバ１１６に逆方向に書き込まれ、逆方向の復号結果はトレリス時刻のＫ／２−１〜０の情報であるため、その時刻に相当するメモリアドレスに書き込む（図１０の（vi）行目のＮ_１（Π―Ｍｅｍ（逆ｗ）））。
これらの順方向、逆方向復号結果のＬＬＲ（Ｌｕ_{１−ｆｏｒ}、Ｌｖ_{１−ｆｏｒ}、Ｌｕ_{１−ｂａｋ}、Ｌｖ_{１−ｂａｋ}）を第一のインタリーバ１１５、インタリーバ１１６に書き終えた後、インタリーバ１１５，１１６ではそれぞれ４Ｋ〜５Ｋ−１の期間でメモリを予め決まったパターンで読み出すことで、インタリーブ処理を実現する（図１０の（vii）行目のＮ_１（Π−Ｍｅｍ（ランダムｒ）））。
以上の処理により、デインタリーバから復号処理を経て、インタリーブ処理を完了するまでの処理遅延は４Ｋに短縮することが可能である（図１０の（vii）行目）。
インタリーバ１１５、インタリーバ１１６からの符号化ビットのＬＬＲ（Ｌｖ_{１−ｆｏｒ}、Ｌｖ_{１−ｂａｋ}）は同時タイミングで出力されるため、データ選択器１１７では、これらＬＬＲ（Ｌｖ_{１−ｆｏｒ}、Ｌｖ_{１−ｂａｋ}）を所定の順序に並べ替えるパラレル／シリアル変換等の処理を施し、並べ替えたＬＬＲ（Ｌ^Ｅ _α）をデマッパ１０１へ出力する。

（５）二巡目以降の等化処理
デマッパ１０１では前述したようにターボループ一巡目では一般的なＭＩＭＯ等化処理の一つであるＭＭＳＥ等が適用されるが、二巡目以降では符号化ビット毎のＬＬＲ（Ｌ^Ｅ _α）をビット確率に変換し、ビット確率から干渉成分のソフトレプリカを生成する。このソフト干渉レプリカを受信信号（Ｙｉ）から減算することで、干渉の影響を軽減できる。また、シングルキャリアのターボ等化信号処理ではＩＳＩを軽減するためのソフト干渉レプリカを算出する。このように干渉成分を軽減した信号に対して、ＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection）やＭＭＳＥ、あるいはＭＲＣ（最大比合成）等の等化処理を実施する。

（６）硬判定
以上の処理がターボループ信号処理の一巡処理であり、この処理を複数回反復演算することで符号誤り率の向上を実現できる。この反復演算回数は所定回数あるいは、復号特性が所定の性能に達するまで反復演算を行った後、硬判定部１１８にて最終的な結果として復号結果（ｕ）を得る。硬判定器１１８では入力された情報ビットのＬＬＲ（Ｌ^Ｄ _ｕ）に対して硬判定処理を行い、復号結果（ｕ）を出力する。硬判定処理は、例えば、式（７）による。

以上の説明した実施例により、ターボループのデインタリーブ／インタリーブを操作することでＢＣＪＲアルゴリズムにおける前向きメトリック計算と後向き計算の並列動作を可能とし、ターボ等化信号処理の低遅延化を実現できる。

次に、第二の実施例（実施例２）に係る受信機について、図２を用いて説明する。図２に示すように、実施例２は実施例１に対して、デインタリーバ１０２、デインタリーバ１０４、デインタリーバ１０６、デインタリーバ１０８をインタリーバ２００に置き換え、インタリーバ１１５とインタリーバ１１６をインタリーバ２０１に置き換えた構成であり、図１と同一の符号を付した構成については実施例１と同一の動作である。

図７〜図９に示した（（i）行目）のタイミングではデインタリーバ１０２、デインタリーバ１０４、デインタリーバ１０６、デインタリーバ１０８のメモリ書き込み動作は同一である。そのため、実施例２ではこれらメモリを共通のデインタリーバ２００に置き換えることでメモリリソースの削減を図っている。メモリ読み出し動作に関しては、デインタリーバ１０２、デインタリーバ１０４、デインタリーバ１０６、デインタリーバ１０８で、その動作は異なるが、デインタリーバ２００では異なる読み出しタイミングを高速に切り替えることで、メモリリソースを削減し、実施例１と等価な動作を実現できる。

また、インタリーバ１１５とインタリーバ１１６に関しては、図１０に示すように、メモリ読み出し動作は同一な処理であるが、書き込み動作は異なっている。インタリーバ２０１についてもメモリリソースを削減するため、異なる書き込み動作を高速に切り替えることで、実施例１と等価な動作を実現できる。

以上説明した実施例２は、実施例１と等価な処理を実現しつつ、メモリリソースを削減することが可能な構成となっている。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態および実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。

１０１…デマッパ（等化器）
１０２…デインタリーバ
１０３…順方向前向きメトリック計算器
１０４…デインタリーバ
１０５…逆方向後向きメトリック計算器
１０６…デインタリーバ
１０７…後向きメトリック初期値計算器
１０８…デインタリーバ
１０９…順方向状態遷移確率計算器
１１０…逆方向状態遷移確率計算器
１１１…βメモリ
１１２…αメモリ
１１３…順方向復号ＬＬＲ計算器
１１４…逆方向復号ＬＬＲ計算器
１１５…インタリーバ
１１６…インタリーバ
１１７…データ選択器
１１８…硬判定器
２００…デインタリーバ
２０１…インタリーバ

Claims

一連の処理として実施する一巡のターボ等化信号処理をＮ回（Ｎは１以上の整数）反復して演算を行う無線通信装置であって、
受信信号と事前情報から受信ビットのＬＬＲ（Log Likelihood Ratio）を計算するデマッパと、
前記受信ビットのＬＬＲを所定の順序に並び替える第一及び第二のデインタリーバと、
前記第一のデインタリーバから順方向状態遷移確率と順方向前向きメトリックを計算する計算器と、
復号ビット長をＬとするとき０からＬ／２番目の前記順方向前向きメトリックを逆順に並び替え逆方向前向きメトリックを算出する計算器と、
前記第二のデインタリーバから逆方向状態遷移確率と逆方向後向きメトリックを計算する計算器と、
復号ビット長をＬとするとき０からＬ／２番目の前記逆方向後向きメトリックを逆順に並び替え順方向後向きメトリックを算出する計算器と、
前記順方向前向きメトリックと前記順方向状態遷移確率と前記順方向後向きメトリックとに基づいた最大事後確率復号を行う順方向最大事後確率復号器により順方向の符号化ビットのＬＬＲと情報ビットのＬＬＲとを算出する計算器と、
前記順方向の符号化ビットのＬＬＲを所定の順序で並び替える第一のインタリーバと、
前記逆方向前向きメトリックと前記逆方向状態遷移確率と前記逆方向後向きメトリックとに基づいた最大事後確率復号を行う逆方向最大事後確率復号器により逆方向の符号化ビットのＬＬＲと情報ビットのＬＬＲとを算出する計算器と、
前記逆方向の符号化ビットのＬＬＲを所定の順序で並び替える第二のインタリーバと、
前記第一及び第二のインタリーバから得られる順方向及び逆方向の符号化ビットのＬＬＲを所定の正規の順序に並び替えてシリアル／パラレル変換する変換器と、
を有し、
前記シリアル／パラレル変換器からの情報を前記事前情報として入力し、
前記Ｎ回反復演算後、前記順方向及び逆方向最大事後確率復号器によって得られた情報ビットのＬＬＲに基づいて硬判定結果を算出するようにされる無線通信装置。
請求項１において、
前記第一のデインタリーバは前記順方向前向きメトリックを計算する計算器用と前記順方向状態遷移確率を計算する計算器用の２つから構成されている無線通信装置。
請求項１において、さらに、
後向きメトリックの初期値を計算する計算器を有し、
前記第二のデインタリーバは前記逆方向後向きメトリックを計算する計算器用と前記逆方向状態遷移確率を計算する計算器用と前記後向きメトリックの初期値を計算する計算器用の３つから構成されている無線通信装置。
請求項１において、
前記順方向前向きメトリックを逆順に並び替え逆方向前向きメトリックを算出する計算器および前記逆方向後向きメトリックを逆順に並び替え順方向後向きメトリックを算出する計算器はそれぞれメモリから構成されている無線通信装置。
訂正符号器とインタリーバと前記インタリーバからの情報に対してデジタル変調する変調器とを有する送信装置と、
前記変調器からの変調信号を受信する受信装置と、
を備え、
前記受信装置は、
（ａ）前記受信した信号と事前情報から受信ビットの尤度比を計算するデマッパと、
（ｂ）前記受信ビットの尤度比を所定の順序に並び替えるデインタリーバと、
（ｃ）前記デインタリーバから順方向状態遷移確率と順方向前向きメトリックを計算する計算器と、
（ｄ）復号ビット長をＬとするとき０からＬ／２番目の前記順方向前向きメトリックを逆順に並び替え逆方向前向きメトリックを算出する計算器と、
（ｅ）前記デインタリーバから逆方向状態遷移確率と逆方向後向きメトリックを計算する計算器と、
（ｆ）復号ビット長をＬとするとき０からＬ／２番目の前記逆方向後向きメトリックを逆順に並び替え順方向後向きメトリックを算出する計算器と、
（ｇ）前記順方向前向きメトリックと前記順方向状態遷移確率と前記順方向後向きメトリックとに基づいた最大事後確率復号を行う順方向最大事後確率復号器により順方向の符号化ビットの尤度比と情報ビットの尤度比とを算出する計算器と、
（ｈ）前記逆方向前向きメトリックと前記逆方向状態遷移確率と前記逆方向後向きメトリックとに基づいた最大事後確率復号を行う逆方向最大事後確率復号器により逆方向の符号化ビットの尤度比と情報ビットの尤度比とを算出する計算器と、
（ｉ）前記順方向の符号化ビットの尤度比および前記逆方向の符号化ビットの尤度比をそれぞれ所定の順序で並び替えるインタリーバと、
（ｊ）前記インタリーバから得られる順方向及び逆方向の符号化ビットの尤度比を所定の正規の順序に並び替えてシリアル／パラレル変換する変換器と、
を有し、
前記シリアル／パラレル変換器からの情報を前記事前情報として入力し、
前記（ａ）から（ｊ）を用いて一連の処理として実施する一巡のターボ等化信号処理をＮ回（Ｎは１以上の整数）反復して演算を行い、
前記Ｎ回反復演算後、前記順方向及び逆方向最大事後確率復号器によって得られた情報ビットの尤度比に基づいて硬判定結果を算出するようにされる無線通信システム。