明 細 書
信号分離装置及び信号分離方法
技術分野
[0001] 本発明は、信号分離装置および信号分離方法に関し、特に、 MIMO (Multi-Input Multi-Output)方式の無線受信装置で使用される信号分離装置および信号分離方 法に関する。
背景技術
[0002] 従来の QRM— MLD法(QR分解と Mアルゴリズムを用いた最尤判定法(MLD: M aximum Likelihood Detection) )による信号分離を行なう受信機として、特許文献 1に 開示されているものがある。同文献に示される受信機は、図 1に示されるように、複数 の受信アンテナ 10— 1 , 10 - 2, 10 - 3, 10— 4と、チヤネノレ推定き と、ランク付け 部 30と、並べ換え部 40と、 QR分解部 50と、信号変換部 60と、最尤判定部 70と、尤 度出力部 80とを有する。最尤判定部 70は、 4つの判定部 72— 1 , 72 - 2, 72 - 3, 7 2— 4を有する。判定部の数は、送信信号数に合わせて設けられる。
[0003] 各判定部は同様な処理ブロックを有するので、第 4の判定部 72— 4がそれらを代表 して説明される。判定部は、シンボルレプリカ生成部 74— 4と、二乗ユークリッド距離 算出部 76— 4と、生き残りシンボル候補選択部 78— 4とを有する。ここで、信号 x= ( X . . . X ) τが、 16QAMの変調方式で 4本の送信アンテナからそれぞれ送信される
1 4
ものとする(上付文字の記号 Τは、転置を表す。)。信号 Xは送信信号ベクトルとも呼 ばれ、 1つのシンボルを構成するものとする。 X , X , X , Xは送信信号又はべクトノレ
1 2 3 4
成分とも呼ばれる。
[0004] チャネル推定部 20は、送信及び受信の双方の側で既知のパイロット信号を含む受 信信号に基づいて、チヤネノレインノ ノレス応答ィ直(CIR : channel impluse response )又はチャネル推定値を求める。チャネル推定値 h を行列要素とする行列 Hは、チ
nm
ャネル行列と呼ばれる。但し、 h は m番目の送信アンテナと n番目の受信アンテナ
nm
間のチャネル推定値を表す。
[0005] ランク付け部 30は、受信された複数の受信信号 y , . . . , yを電力の大きさの順に
格付け又はランキングする。
[0006] 並べ換え部 40は、複数の受信信号の並ぶ順序を QR分解部 50及び信号変換部 6 0に通知する。
[0007] QR分解部 50は、チャネル推定部 20で求められたチャネル行列 H力 S、ュニタリ行列 Q及び上三角行列 Rの積で表現されるように、行列 Q, Rを求める(H = QR)。この場 合におけるュニタリ行列 Qは、 QHQ = QQH = Iを満たし、正方行列であってもよいし、 行数及び列数が異なっていてもよい。上付き文字の Hは共役転置を表し、 Iは単位行 列を表す。
[0008] 信号変換部 60は、受信信号ベクトル y= (y . . . y Γに、ュニタリ行列 Qの共役転
1 4
置行列 QHを乗算することで、信号変換を行なう。送信信号及び受信信号の間には、 y = Hx = QRxが成立する。この式に左から QHを乗算すると、左辺は、 QHy=zとなり 、右辺は、 QHQRx=Rxとなるので、送信及び受信信号の関係は、 z =Rxのように表 現できる。但し、 Z = (Z . . . Z ) T = QHyである。 Zはュニタリ変換後の受信信号べタト
1 4
ルと呼ばれる。
[0009] 受信べクトノレ zの各要素は、
z =r X +r x +r x +r x
1 11 1 12 2 13 3 14 4
z =r x +r x +r x
2 22 2 23 3 24 4
z =r x +r x
3 33 3 34 4
z =r x
4 44 4
と書ける。
[0010] 最尤判定部 70は、最尤判定法 (MLD法)により、送信信号の候補 (シンボル候補と も言及される。)を絞り込む、即ち候補数を減らす。判定部 72— 4のシンボルレプリカ 生成部 74— 4は、上三角行列 Rの行列要素を用いて、受信信号 yに対応する送信
4
信号の候補を生成する。候補数は例えば C個で固定的に設定されて!/、る。
[0011] 二乗ユークリッド距離算出部 76— 4は、変換後の受信信号 zと、 C個の信号点の候
4
補との二乗ユークリッド距離を算出する。二乗ユークリッド距離は、尤度を計算する際 の基礎となるメトリックを表す。二乗ユークリッド距離の小さい候補が、送信されたシン ボルに近レヽものとして判断される。
[0012] 生き残りシンボル候補選択部 78— 4は、各候補に対する二乗ユークリッド距離に基 づいて、 Si (≤C)個の候補を、生き残り候補として出力する。
[0013] 尤度出力部 80は、最終段の生き残りシンボル候補選択部から出力された候補の尤 度又は確からしさを算出する。より具体的には、この尤度は、対数尤度比(LLR: Log
Likelihood Ratio)で表現される。尤度出力部 80からの出力は、信号分離結果を表し
、後段の復調部(例えば、ターボデコーダ)へ伝送される。
[0014] 動作が次に説明される。受信機は、送信信号を 4本の受信アンテナで受信信号 y
〜yとして受信する。それらはチャネル推定部 20及び信号変換部 60に与えられる。
4
チャネル推定部 20、ランク付け部 30及び並べ換え部 40により、複数の受信信号の 並ぶ順序が決定される。ここでは、受信電力の大きさの順に受信信号が並べられ、 簡単のため、 X , X , X , Xの順に受信電力が大きくなつているものとする。受信信号
1 2 3 4
は、信号変換部 60により、 z = (z . . . z ) T = QHyのようにュニタリ変換され、変換後
1 4
の信号が最尤判定部 70に入力される。
[0015] 最尤判定部 70における第 1段階 (第 1ステージ)では、初期設定に相当する処理が 判定部 72— 4にて行なわれる。この段階では、上記の zに関する式に着目する。行
4
列要素 r は既知であり、 zは他の信号と干渉しておらず、 1つの送信信号 Xにのみ
44 4 4 依存していることが分かる。従って、送信信号 Xについては、高々 16通りの信号点の
4
候補しかない。シンボルレプリカ生成部 74— 4は、 Xに関する 16個(C = 16)の信号
4
点の候補を生成する。言い換えれば、信号のコンスタレーシヨン(constellation)上 の 16個の信号点が選択される。これらの候補と第 4の変換後の受信信号 zとの二乗
4 ユークリッド距離力 二乗ユークリッド距離算出部 76— 4で算出され、距離の小さい順 に S個の候補が選択され、それらは生き残り候補となる。
[0016] 第 2段階 (第 2ステージ)は、判定部 72— 3にて行なわれる。ここでは、 zに関する式
3 に着目する。行列要素 r , r は既知であり、 xには 16通りの候補があり、 Xについ
33 34 4 3 ても 16通りの信号点の候補が存在する。 Xに関する新たな信号点として 16個の信号
3
点が、シンボルレプリカ生成部 74— 3により導入される。従って、 16 X 16 = 256通り の信号点の組合せがあり得る(256個の候補がある。)。これらの候補と第 3の受信信 号 Zとの 256通りの二乗ユークリッド距離が算出され、その値の小さい順に 16個(S
= 16)の組合せを選択することで、候補が絞り込まれる。
[0017] 第 3段階 (第 3ステージ)は、判定部 72— 2にて、同様な処理が行なわれる。この段 階では、 zに関する式に着目する。行列要素 r , r , r は既知であり、送信信号 χ ,
2 22 23 24 3
Xの組合せは前段で 16通りの候補に絞られており、 Xについては 16通りの信号点
4 2
の候補が存在する。このため、シンボルレプリカ生成部 74— 2は、 Xに関する 16個の
2
候補を生成する。この場合も、 256通りの信号点の組合せの中から、二乗ユークリッド 距離の小さい 16通り(S = 16)の候補を選択することで、候補が絞り込まれる。
3
[0018] 第 4段階 (第 4ステージ、ここでは、最終ステージ)は、判定部 72— 1にて、同様な処 理が行なわれる。この段階では、 zに関する式に着目する。行列要素 r , r , r , r
1 11 12 13 1 は既知であり、送信信号 X , X , Xの組合せは前段で 16通りの候補に絞られており
4 2 3 4
、 Xについては 16通りの信号点の候補が存在する。このため、シンボルレプリカ生成 部 74— 1は、 Xに関する 16個の候補を生成する。この場合も、 256通りの信号点の 組合せの中から、二乗ユークリッド距離の小さい 16通り(S = 16)の候補を選択する
4
ことで、候補が絞り込まれる。
[0019] このようにして、各段階で候補数を一定数(S ≤C等)以下に制限することで、総て の可能な信号点の組合せについて二乗ユークリッド距離を算出せずに、送信信号の 信号点の候補を絞り込むことができる。
特許文献 1:特開 2006— 157390号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0020] しかしながら、上記従来の信号分離方法においても演算量は多く更なる演算量の 削減が望まれる。ところ力 ただ単にシンボル候補を減らすだけでは、演算量は削減 されるもののビット尤度が存在しない可能性があり、この場合には後段の復調の正確 性が低下して、通信品質が劣化する可能性がある。また、特に、送信アンテナ数が少 なく変調多値数が大きい場合には、最終ステージの演算量の大きさが問題となる。例 えば、 2 X 2MIMO、 64QAM、 QRM— MLDの場合には、ステージ 1のシンボル候 補選択数を Nとすると、ステージ 1およびステージ 2における二乗ユークリッド距離計 算回数は、それぞれ 64回、 N X 64回となる。
[0021] 本発明の目的は、演算量を削減しつつビット尤度の存在しない確率を下げることに より、演算量を削減でき、且つ、通信品質を向上させることができる信号分離装置お よび信号分離方法を提供することである。
課題を解決するための手段
[0022] 本発明の信号分離装置は、 MIMO方式の無線受信装置で使用される、 MLD方 式の 2つのステージによって信号分離を行う信号分離装置であって、第 1のチャネル 推定行列の列を入れ替えた第 2のチャネル推定行列を生成するチャネル行列入れ 替え部と、前記第 1及び第 2のチャネル推定行列のそれぞれを用いて、 QR分解を行 い、前記第 1及び第 2のチャネル推定行列のそれぞれに対応するュニタリ行列と三角 行列とを算出する分解部と、前記第 1及び第 2のチャネル推定行列毎に、前記ュニタ リ行列の共役転置行列と受信信号との乗算を行う乗算部と、ステージ 2において、前 記分解部と前記乗算部の算出結果とステージ 1の各送信信号候補を用いて算出した 信号点に、距離が最も近いステージ 2の送信信号候補を検出する送信信号候補検 出部と、前記信号点と前記送信信号候補検出部で算出した送信信号候補との距離 を算出する距離計算部とを具備する構成を採る。
[0023] また、本発明の信号分離装置は、 MIMO方式の無線受信装置で使用される、 ML D方式の 3以上のステージによって信号分離を行う信号分離装置であって、第 1のチ ャネル推定行列の少なくとも第 1列を異なる任意の列と入れ替えた第 2のチャネル推 定行列を生成するチャネル行列入れ替え部と、前記第 1及び第 2のチャネル推定行 列のそれぞれを用いて、 QR分解を行い、前記第 1及び第 2のチャネル推定行列のそ れぞれに対応するュニタリ行列と三角行列とを算出する分解部と、前記第 1及び第 2 のチャネル推定行列毎に、前記ュニタリ行列の共役転置行列と受信信号との乗算を 行う乗算部と、最終ステージにおいて、前記分解部と前記乗算部の算出結果と最終 ステージ前までの各送信信号候補の組み合わせを用いて算出した信号点に、距離 が最も近い最終ステージの送信信号候補を検出する送信信号候補検出部と、前記 信号点と前記送信信号候補検出部で算出した送信信号候補との距離を算出する距 離計算部とを具備する構成を採る。
[0024] 本発明の信号分離方法は、 MIMO方式の無線受信装置で使用される、 MLD方
式の 2つのステージによって信号分離を行う信号分離方法であって、第 1のチャネル 推定行列の列を入れ替えた第 2のチャネル推定行列を生成するチャネル入れ替えス テツプと、前記第 1及び第 2のチャネル推定行列のそれぞれを用いて、 QR分解を行 い、前記第 1及び第 2のチャネル推定行列のそれぞれに対応するュニタリ行列と三角 行列とを算出する分解ステップと、前記第 1及び第 2のチャネル推定行列毎に、前記 ュニタリ行列の共役転置行列と受信信号との乗算を行う乗算ステップと、ステージ 2 において、前記分解ステップと前記乗算ステップの算出結果とステージ 1の各送信信 号候補を用いて算出した信号点に、距離が最も近いステージ 2の送信信号候補を検 出する送信信号候補検出ステップと、前記信号点と前記送信信号候補検出ステップ で算出した送信信号候補との距離を算出する距離計算ステップとを具備するようにし た。
[0025] また、本発明の信号分離方法は、 MIMO方式の無線受信装置で使用される、 ML D方式の 3以上のステージによって信号分離を行う信号分離方法であって、第 1のチ ャネル推定行列の少なくとも第 1列を異なる任意の列と入れ替えた第 2のチャネル推 定行列を生成するチャネル行列入れ替えステップと、前記第 1及び第 2のチャネル推 定行列のそれぞれを用いて、 QR分解を行い、前記第 1及び第 2のチャネル推定行 列のそれぞれに対応するュニタリ行列と三角行列とを算出する分解ステップと、前記 第 1及び第 2のチャネル推定行列毎に、前記ュニタリ行列の共役転置行列と受信信 号との乗算を行う乗算部と、最終ステージにおいて、前記分解ステップと前記乗算ス テツプの算出結果と最終ステージ前までの各送信信号候補の組み合わせを用いて 算出した信号点に、距離が最も近い最終ステージの送信信号候補を検出する送信 信号候補検出ステップと、前記信号点と前記送信信号候補検出ステップで算出した 送信信号候補との距離を算出する距離計算ステップとを具備するようにした。
発明の効果
[0026] 本発明によれば、演算量を削減でき、且つ、通信品質の向上化を図ることができる 図面の簡単な説明
[0027] [図 1]従来の QRM— MLD法による信号分離を行う受信機の構成を示すブロック図
[図 2]本発明の実施の形態 1に係る信号分離装置の構成を示すブロック図
[図 3]図 2に示す第 1信号処理部の最尤判定部の構成を示すブロック図
[図 4]閾値判定部の動作の説明に供する図
[図 5]図 2に示す第 2信号処理部の最尤判定部の構成を示すブロック図
[図 6]本発明の実施の形態 1に係る信号分離装置における 2乗ユークリッド距離計算 回数の説明に供する図
[図 7]本発明の実施の形態 2に係る信号分離装置の構成を示すブロック図
[図 8]図 7に示す第 1信号処理部の最尤判定部の構成を示すブロック図
[図 9]図 7に示す第 2信号処理部の最尤判定部の構成を示すブロック図
発明を実施するための最良の形態
[0028] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本 実施の形態における信号分離装置は、 MIMO方式の無線受信機に用いられるもの とする。
[0029] (実施の形態 1)
図 2は、本発明の実施の形態 1に係る信号分離装置 100の構成を示すブロック図 である。
[0030] 図 2に示す信号分離装置 100は、チャネル行列入替部 110と、 QR分解 /QH乗算
122と、最尤半 IJ定(MLD)咅 132と、: LLR算出咅 142とを有する 。なお、この信号分離装置 100では、 QR分解 /QH乗算部 121、最尤判定部 131及 び LLR算出部 141によって第 1信号処理部 151が構成され、 QR分解 /QH乗算部 1 22、最尤判定部 132及び LLR算出部 142によって第 1信号処理部 151とは別系統 の第 2信号処理部 152が構成されている。これら第 1信号処理部 151及び第 2信号 処理部 152は、同様の回路構成であり入出力信号のみが異なるものとなっている。な お、第 1信号処理部 151及び第 2信号処理部 152は、ここでは、並行処理で行う様に したがこれに限らず、ひとつの処理部で、第 1信号処理部 151及び第 2信号処理部 1 52の各処理を時系列的に行うようにしてもよい。
[0031] チャネル行列入替部 110は、最終のステージに係るシンボル候補に掛け合わされ る受信信号のチャネル推定行列の要素を入れ替えた行列を複数生成する。
[0032] チャネル行列入替部 110では、チャネル推定行列の要素を入れ替えた行列は、チ ャネル推定行列における最初(最も左側)の列ベクトルが異なるように配置した複数 の行列を生成する。例えば、 4つの受信信号を受信する場合、チャネル推定行列の 最初の列ベクトルに、 4つの送信ストリームのうち、異なる送信ストリームに対応する列 ベクトルが入る 2つ以上の行列を生成する。この場合、最初の列ベクトル以外の列べ タトルについては、残った送信ストリームに対応する列ベクトルをどのように配置しても よい。
[0033] ここでは、第 1信号処理部 151に対して、チャネル行列 Hを出力し、第 2信号処理部 152に対して、下記式(1)で示すチャネル行列 Hの送信ストリーム成分である列べク トルを入れ替えた下記式( 1 )で示すチャネル行列 H 'を出力する。
[0035] 第 1信号処理部 151の QR分解 /QH乗算部 121には、チャネル行列入替部 110か らチャネル行列 Hと、受信信号 Y (y , y )と力 S入力される。 QR分解 /QH乗算部 121
1 2
は、入力されるチャネル行列 Hに対して QR分解を行い、入力されるチャネル推定値 Hをュニタリ行列 Qと上三角行歹 IJRとに分解するとともに、受信信号 Yと生成した Q行 列を用いて、直交化後の受信信号 Z = QHYを生成する。これにより、 QR分解 /QH 乗算部 121は、受信信号 Zと R行列を最尤判定部 131に出力する。
[0036] 第 2信号処理部 152の QR分解 /QH乗算部 122には、チャネル行列入替部 110か ら、第 1信号処理部 151の QR分解 /QH乗算部 121に入力されたチャネル行列 Hの 送信ストリーム成分を入れ替えたチャネル行列 H'と、受信信号 Y(y , y )とが入力さ
1 2
れる。
[0037] この QR分解 /QH乗算部 122は、入力されるチャネル行列 H'に対して、 QR分解 /QH乗算部 121と同様に QR分解を行!/、、入力されるチャネル推定値 H,をュニタリ 行列 Q 'と上三角行列 R'とに分解するとともに、受信信号 Yと生成した Q'行列を用い て、直交化後の受信信号 Z' =Q ' HYを生成する。これにより、 QR分解 /QH乗算部 1 22は、受信信号 Z'と R'行列を最尤判定部 132に出力する。
[0038] 最尤判定部 131は、 QR分解 /QH乗算部 121から入力される受信信号 Zと R行列と を用いて、受信する送信ストリームの数分のステージここでは、 2ステージで 2乗ユー タリッド距離を示す量を算出する。
[0039] 最尤判定部 131では、特に、最終ステージ (ここでは 2ステージ目)において、最終 ステージ前(ここではステージ 1)までのシンボル候補の組み合わせを固定した時の 信号点と、当該信号点に最も近い最終ステージに係る候補点との 2乗ユークリッド距 離を示す量のみを算出して、 LLR算出部 141に出力する。
[0040] 最尤判定部 132は、 QR分解 /QH乗算部 122から入力される受信信号 Z'と R'行 歹 IJとを用いて、受信する送信ストリームの数分のステージここでは、 2ステージで 2乗 ユークリッド距離を示す量を算出する。
[0041] 最尤判定部 132では、特に、最終ステージ (ここでは 2ステージ目)において、最終 ステージ前(ここではステージ 1)までのシンボル候補の組み合わせを固定した時の 信号点と、当該信号点に最も近い最終ステージに係る候補点との 2乗ユークリッド距 離を示す量のみを算出して、 LLR算出部 142に出力する。
[0042] なお、これら最尤判定部 131 , 132の詳細な説明については後述する。
[0043] LLR算出部 141は、最尤判定部 131から入力されるステージ 1の 2乗ユークリッド距 離 eとステージ 2の 2乗ユークリッド距離 eとを用いて、ステージ 1のシンボル候補 dの
1 2 2 各ビットの尤度を算出、つまりステージ 1のシンボル候補 dの全ビットの対数尤度値を
2
含む対数尤度値を算出する。
[0044] LLR算出部 142は、最尤判定部 132から入力されるステージ 1の 2乗ユークリッド距 離 e ,と、ステージ 2の 2乗ユークリッド距離 e,とを用いて、ステージ 2のシンボル候補
1 2
dの各ビットの尤度を算出、つまりシンボル候補 dの全ビットの対数尤度値を含む対 数尤度値を算出する。
[0045] ここで、各信号処理部 151 , 152における最尤判定部 131 , 132について詳細に 説明する。
[0046] 図 3は、図 2に示す最尤判定部 131の構成を示すブロック図である。
[0047] 最尤判定部 131は、大きく分けてステージ 1とステージ 2で用いられる各構成要素を 有し、ステージ 1で用いられる構成要素としてはシンボルレプリカ生成部 161と 2乗ュ
ークリツド距離計算部 162とを有する。
[0048] シンボルレプリカ生成部 161には、 R行列の要素である r が入力される。このシン
2, 2
ボルレプリカ生成部 161は、これら入力された信号を用いて、 dの全通り(64QAM
2
である場合、 64個)に対してシンボルレプリカ r dを生成して 2乗ユークリッド距離計
2, 2 2
算部 162に出力する。
[0049] 2乗ユークリッド距離計算部 162には、受信信号 zと、シンボルレプリカ生成部 161
2
力もシンボルレプリカ r dとが入力される。なお、 zはステージ 1の「信号点」であり、
2, 2 2 2
dはステージ 1のシンボル候補であり、 r dはステージ 1の候補点である。
2 2, 2 2
[0050] 2乗ユークリッド距離計算部 162は、入力される信号を用いて、 dの全通り(64QA
2
Mである場合、 64個)に対して、受信信号 zとシンボルレプリカ r dの間の 2乗ユー
2 2, 2 2
クリツド距離 e (e = I z -r d | 2)を計算する。算出した 2乗ユークリッド距離 eは
1 1 2 2, 2 2 1
、 2乗ユークリッド距離加算部 167に出力される。なお、このステージ 1の 2乗ユータリ ッド距離計算回数は 64回となる。
[0051] ステージ 2で用いられる構成要素として、信号点生成部 163と、閾値判定部 164と、 シンボルレプリカ生成'選択部 165と、 2乗ユークリッド距離計算部 166と、 2乗ユーク リツド距離加算部 167とを有する。
[0052] 信号点生成部 163には、受信信号 zと R行列の要素である r が入力される。信号
1 1, 2
点生成部 163は、これら入力された信号を用いて、 dの全通り(64QAMである場合
2
、 64個)に対して信号点 z -r dを生成し、閾値判定部 164に出力する。なお、 z
1 1, 2 2 1
-r dはステージ 2の「シンボル候補固定時の信号点」である。
1, 2 2
[0053] 閾値判定部 164は、最終ステージに係る判定部 131bにおいて、最終ステージ前ま でのシンボル候補の組み合わせを固定した時の信号点に最も近い最終ステージに 係る候補点を検出する。
[0054] ここでは、閾値判定部 164は、信号点生成部 163から入力される全ての信号点 z
-r d (64個)に対して、 IQ軸それぞれにおける閾値判定を行い、コンスタレーショ
1, 2 2
ン上で最も近い最近傍信号点となるシンボル候補 (候補点) dを検出して、シンポノレ レプリカ生成'選択部 165に出力する。
[0055] ここで、閾値判定部 164における閾値判定を具体的に説明する。
[0056] 図 4は、閾値判定部 164の動作の説明に供する図である。
[0057] 図 4のきで示す信号点 z — r dに対して閾値判定を行う場合、コンスタレーシヨン
1 1, 2 2
上のどの区画内に含まれる力、を決定する。
[0058] 図 4では、例えば、符号の正負の判定、 ± 4r に対する大小判定、 ± 2, 6r に対 する大小判定等の判定を行い、信号点に最も近い最終ステージに係る候補点として のシンボル候補(d = 000001)を決定する。
[0059] この決定によって、閾値判定部 164は、各信号点 z — r d (64個)に対応する d
1 1, 2 2 1 を決定して、シンボルレプリカ生成 ·選択部 165に出力する。
[0060] なお、このステージ 2におけるシンボル候補 dは、ステージ 1でのシンボル候補 dを
1 2 任意のある値に固定した場合、 2乗ユークリッド距離 e = r d の
2 I z -r d - 1 1, 2 2 1 , 1 1 関係が成り立つことから、最小の 2乗ユークリッド距離 eを取ることになる。
2
[0061] シンボルレプリカ生成.選択部 165には、 R行列の要素である r と、閾値判定部 1 64力、らのシンボル候補 d (ここでは 64個の候補)が入力される。シンボルレプリカ生 成'選択部 165は、入力される信号を用いて、シンボル候補 dの全通り(64QAMな ので 64個)に対応するシンボルレプリカ r dを生成し、閾値判定部 164から入力さ れるシンボル候補 d (シンボル候補 dを固定した時に 2乗ユークリッド距離が最小とな
1 2
る候補)に応じて r d ½4個)を選択する。
[0062] なお、シンボル候補 dはステージ 2のシンボル候補であり、 r dはステージ 2の候 補点である。シンボル候補 dは、 64QAMの場合、異なるものが 64個存在するため、
2
そのシンボル候補 dに対応するシンボル候補 dも 64個存在する。但し、異なるシン
2 1
ボル候補 dで対応するシンボル候補 dが共通することがある。
2 1
[0063] 2乗ユークリッド距離計算部 166は、最終ステージ前まで (ここではステージ 1に係る 判定部 13 la)のシンボル候補 dの組み合わせを固定した時の信号点(z — r d )
2 1 1, 2 2 に最も近い最終ステージに係る候補点 dと、固定した時の信号点(z — r d )との 2
1 1 1, 2 2 乗ユークリッド距離を示す量のみを算出する。
[0064] つまり、 2乗ユークリッド距離計算部 166では、各信号点 z -r d (64個)とその信
1 1, 2 2
号点に対応するシンボルレプリカ r d (64個)から 2乗ユークリッド距離 eを計算す d * o
[0065] 2乗ユークリッド距離計算部 166は、各シンボル候補 dに応じて最小の 2乗ユータリ
2
ッド距離を取る eしか計算しない。このため、本実施の形態では、ステージ 2の 2乗ュ
2
ークリツド距離計算回数は 64回となる。
[0066] この 2乗ユークリッド距離計算部 166は、算出した 2乗ユークリッド距離 eを、 2乗ュ
2 ークリツド距離加算部 167に出力する。
[0067] 2乗ユークリッド距離加算部 167は、シンボル候補 dの各々に応じたステージ 1の 2
2
乗ユークリッド距離 eと、各 d , dの組に応じたステージ 2の 2乗ユークリッド距離 eを
1 2 1 2 加算し、最終的な 2乗ユークリッド距離 e ( = e + e )を算出する。算出された最終的な
1 2
2乗ユークリッド距離 e ( = e + e )は、 LLR算出部 141 (図 2参照)に出力される。
1 2
[0068] 続いて、第 2信号処理部 152における最尤判定部 132について説明する。なお、こ の第 2信号処理部 152は、第 1信号処理部 151と比較して、入力される値が Z、 Rから Z'、 R'に変更される点のみ異なり、その他の基本的な構成及び動作は、第 1信号処 理部と同様である。
[0069] 図 5は、図 2に示す最尤判定部 132の構成を示すブロック図である。
[0070] 最尤判定部 132は、大きく分けてステージ 1とステージ 2で用いられる各構成要素を 有し、ステージ 1で用いられる構成要素としてはシンボルレプリカ生成部 171と 2乗ュ ークリツド距離計算部 172とを有する。
[0071] シンボルレプリカ生成部 171には、入力されるチャネル行列の送信ストリーム成分 が入れ替えられた信号、つまり、第 1信号処理部 151のシンボルレプリカ生成部 161 に入力される信号と異なる R'行列の要素である r 'が入力される。このシンポルレ
2, 2
プリカ生成部 171は、入力された信号を用いて、 dの全通り(64QAMである場合、 6 4個)に対してシンボルレプリカ r ' dを生成して 2乗ユークリッド距離計算部 172に
2, 2 1
出力する。
[0072] 2乗ユークリッド距離計算部 172には、受信信号 z 'と、シンボルレプリカ生成部 17
2
1からシンボルレプリカ r ,dとが入力される。 2乗ユークリッド距離計算部 172は、入
2, 2 1
力される信号を用いて、 dの全通り(64QAMである場合、 64個)に対して、受信信 号 z ,とシンボルレプリカ r ,dの間の 2乗ユークリッド距離 e ' (e ' = I z ' -r ,d
2 2, 2 1 1 1 2 2, 2 1
I 2)を計算する。算出した 2乗ユークリッド距離 eは、 2乗ユークリッド距離加算部 17
7に出力される。このステージ 1の 2乗ユークリッド距離計算回数は 64回となる。
[0073] ステージ 2で用いられる構成要素も第 1信号処理部 151のものと同様に、信号点生 成部 173と、閾値判定部 174と、シンボルレプリカ生成'選択部 175と、 2乗ユークリツ ド距離計算部 176と、 2乗ユークリッド距離加算部 177とを有する。
[0074] 信号点生成部 173には、受信信号 z 'と R行列の要素である r 'が入力される。信
1 1, 2
号点生成部 173は、これら入力された信号を用いて、 dの全通り(64QAMである場 合、 64個)に対して信号点 z '— r ' dを生成し、閾値判定部 174に出力する。
[0075] 閾値判定部 174は、最終ステージに係る判定部 132bにおいて、最終ステージ前ま でのシンボル候補の組み合わせを固定した時の信号点に最も近い最終ステージに 係る候補点を検出する。
[0076] ここでは、閾値判定部 174では、信号点生成部 173から入力される全ての信号点 z
' -r ' d (64個)に対して、 IQ軸それぞれにおける閾値判定を行い、コンスタレ一 シヨン上で最も近い最近傍点となるシンボル候補 (候補点) dを検出して、シンポルレ
2
プリカ生成 ·選択部 175に出力する。
[0077] 閾値判定部 174における、入力される全ての信号点 z '—r ' dに対する閾値判 定は、閾値判定部 164における閾値判定と同様に行われる。つまり、図 5を参照する と、図 5のコンスタレーシヨン上において、信号点信号点 z '— r ' dに対する符号の 正負の判定、 ± 4r に対する大小判定、 ± 2, 6r に対する大小判定等の判定を 行い、第 1信号処理部 151と同様に、コンスタレーシヨン上のどの区画中に含まれる かを決定する。
[0078] この判定によって、閾値判定部 174は、各信号点信号点 z '— r ' d (64個)に対 応する d、つまり、信号点に最も近い最終ステージに係る候補点としてのシンボル候
2
補 dを決定して、シンボルレプリカ生成 ·選択部 175に出力する。
2
[0079] なお、このステージ 2におけるシンボル候補 dは、ステージ 1でのシンボル候補 dを
2 1 任意のある値に固定した場合、 2乗ユークリッド距離 e , = ' d -r , d
2 I z ,一 r
1 1, 2 1 1 , 1 2
I 2の関係が成り立つことから、最小の 2乗ユークリッド距離 e ,を取ることになる。
2
[0080] シンボルレプリカ生成.選択部 175では、 R行列の要素である r ,と、閾値判定部 1 74力ものシンボル候補 d (ここでは 64個の候補)が入力される。シンボルレプリカ生
成'選択部 175は、入力される信号を用いて、シンボル候補 dの全通り(64QAMな
2
ので 64個)に対してシンボルレプリカ r , dを生成し、閾値判定部 174から入力され
1, 1 2
る d (シンボル候補 dを固定した時に 2乗ユークリッド距離が最小となる候補)に応じ
2 1
て r ' d (64個)を選択する。
1, 1 2
[0081] なお、シンボル候補 dは、 64QAMの場合、異なるものが 64個存在し、そのシンポ ル候補 dに対応するシンボル候補 dも 64個存在する。但し、異なるシンボル候補 d
1 2 1 で対応するシンボル候補 dが共通することがある。
2
[0082] 2乗ユークリッド距離計算部 176は、最終ステージ前まで (ここではステージ 1に係る 判定部 132a)のシンボル候補 dの組み合わせを固定した時の信号点(z '— r ' d
2 1 1, 2 2
)に最も近い最終ステージに係る候補点 dと、固定した時の信号点(z '— r ' d )と
2 1 1, 2 2 の 2乗ユークリッド距離を示す量のみを算出する。
[0083] つまり、 2乗ユークリッド距離計算部 176では、各信号点 z , 一 r , d (64個)とその 信号点に対応するシンボルレプリカ r ' d (64個)から 2乗ユークリッド距離 e 'を計
1, 1 2 2 算する。
[0084] 2乗ユークリッド距離計算部 176は、各シンボル候補 dに応じて最小の 2乗ユータリ ッド距離を取る e 'しか計算しない。このため、本実施の形態では、ステージ 2の 2乗
2
ユークリッド距離計算回数は 64回となる。
[0085] 2乗ユークリッド距離計算部 176は、算出した 2乗ユークリッド距離 e 'を、 2乗ユーク
2
リツド距離加算部 177に出力する。
[0086] 2乗ユークリッド距離加算部 177は、シンボル候補 dの各々に応じたステージ 1の 2 乗ユークリッド距離 e ,と、各 d , dの組に応じたステージ 2の 2乗ユークリッド距離 e ,
1 2 1 2 を加算し、最終的な 2乗ユークリッド距離 e' ( = e ' + e ' )を算出する。算出された最
1 2
終的な 2乗ユークリッド距離 e ( = e + e )は、 LLR算出部 142 (図 2参照)に出力され
1 2
[0087] 次に動作を説明する。第 1信号処理の QR分解 /QH乗算部 121ではチャネル行列 Hが入力され、 QR分解を行うことにより、 Q行列と R行列を生成するとともに、受信信 号 Yと生成した Q行列を用いることにより、受信信号 Z = QHYを生成する。これにより、 第 1信号処理の QR分解 /QH乗算部 121から、最尤判定部 131に受信信号 Zと R行
列が出力される。
[0088] 第 2信号処理の QR分解 /QH乗算部 122では第 1信号処理の QR分解 /QH乗算 部 121に入力されたチャネル行列 Hの送信ストリーム成分を入れ替えたチャネル行 列 H' (式 5)が入力され、第 1信号処理と同様に QR分解を行うことにより、 Q'行列と R '行列を生成する。また、同様に、受信信号 Yと生成した Q '行列を用いることにより、 QR分解 /QH乗算部 122は、受信信号 Z' =Q' HYを生成し、受信信号 Z'と R'行列 とを最尤判定部 132に出力する。
[0089] 次に、第 1信号処理における最尤判定部 131の動作について説明する。
[0090] ステージ 1、つまり最終ステージ前の判定部 131aにおけるシンボルレプリカ生成部
161において、 R行列の要素である r が入力され、 dの全通り(64QAMなので 64
2, 2 2
個)に対してシンボルレプリカ r dを生成する。 2乗ユークリッド距離計算部 162で
2, 2 2
は、 dの全通り(64QAMなので 64個)に対して受信信号 zとシンボルレプリカ r d
2 2 2, 2 2 の間の 2乗ユークリッド距離 (e = I z - r d I 2)を計算する。よって、最終ステー
1 2 2, 2 2
ジ前の判定部 131aにおける 2乗ユークリッド距離計算回数は 64回となる。
[0091] ステージ 2、つまり最終ステージの判定部 131bにおける信号点生成部 163では、 受信信号 zと R行列の要素である r が入力され、 dの全通り(64QAMなので 64個
1 1, 2 2
)に対して信号点 z — r dを生成する。閾値判定部 164では、全ての信号点 z — r
1 1, 2 2 1 1 d (64個)に対して、 IQ軸それぞれにおける閾値判定(1、信号点の符号が正負の
, 2 2
どちらカゝ? 2、 ±4r より大きいか小さいか? 3、 ± 2, 6r より大きいか小さいか?) を行い、コンスタレーシヨン(図 4参照)上のどの区画に含まれるかを決定して、各信 号点 z — r d (64個)に対応する dを決定する。
1 1, 2 2 1
[0092] この dは、 dが任意のある値に固定された場合、 2乗ユークリッド距離 e = I z -r
1 2 2 1 1 d -r d I 2の関係式が成り立つため、最小の 2乗ユークリッド距離 eを取ることに
, 2 2 1 , 1 1 2
なる。
[0093] シンボルレプリカ生成.選択部 165では、 R行列の要素である r が入力され、 dの 全通り(64QAMなので 64個)に対してシンボルレプリカ r dを生成し、閾値判定部 164からの、 dを固定した時に 2乗ユークリッド距離が最小となる dに応じて r d (6 4個)を選択する。
[0094] 2乗ユークリッド距離計算部 166では、各信号点 z—r d (64個)とその信号点に
1 1, 2 2
対応するシンボルレプリカ r d (64個)から 2乗ユークリッド距離 eを計算する。この とき、図 6の右上に示されるように各 dに応じて最小の 2乗ユークリッド距離を取る eし
2 2 か計算しない。このため、ステージ 2の 2乗ユークリッド距離計算回数は 64回となって いる。
[0095] 最後に、 2乗ユークリッド距離加算部 167において、各 dに応じたステージ 1の 2乗
2
ユークリッド距離と、各 d , dの組に応じたステージ 2の 2乗ユークリッド距離を加算し
2 1
、最終的な 2乗ユークリッド距離 e ( = e + e )を算出する。これまでの処理により、 dの
1 2 2 各ビットの対数尤度比計算に必要な 2乗ユークリッド距離は全て出揃ったこととなる。 なお、対数尤度比(LLR)計算では、各ビットが 0または 1となる場合の最小の 2乗ュ ークリツド距離しか用いられない。このため、 dの対数尤度値を算出する場合には、 d
2
のビット値が共通であれば最小の 2乗ユークリッド距離を取るものしか選択されない
2
ことになる。
[0096] 続いて、第 2信号処理における最尤判定部 132の動作について説明する。
[0097] この第 2処理の基本的な動作は第 1信号処理部と同様であり、入力される値が Z、 R 力、ら Z'、 R'に変更される点のみが異なる。
[0098] ステージ 1、つまり最終ステージ前の判定部 132aにおけるシンボルレプリカ生成部
171では、 R'行列の要素である r 'が入力され、 d (チャネル行列の送信ストリーム
2, 2 1
成分が入れ替えられたため、第 2信号処理のステージ 1では dとなる。)の全通り(64 QAMなので 64個)に対してシンボルレプリカ r ' dを生成する。 2乗ユークリッド距
2, 2 1
離計算部 172では、 dの全通り(64QAMなので 64個)に対して受信信号 z 'とシン
1 2 ボルレプリカ r ,dの間の 2乗ユークリッド距離(e ' = I z ' -r ,d | 2)を計算す
2, 2 1 1 2 2, 2 1
[0099] よって、最終ステージ前の判定部 132bにおける 2乗ユークリッド距離計算回数は 6 4回となる。
[0100] ステージ 2も同様に、信号点生成部 173では、受信信号 z 'と R行列の要素である r
'が入力され、 dの全通り(64QAMなので 64個)に対して信号点 z '— r ' dを生
, 2 1 1 1 , 2 1 成する。閾値判定部 174では、全ての信号点 z '— r ' d (64個)に対して、 IQ軸そ
れぞれにおける閾値判定を行い、第 1信号処理と同様にコンスタレーシヨン上のどの 区画に含まれるかを決定して、各信号点 Z '— r ' d (64個)に対応する dを決定す
1 1, 2 1 2
[0101] この dは、 dが任意のある値に固定された場合、 2乗ユークリッド距離 e ' = I z ' -
2 1 2 1 r ' d -r ,d の関係式が成り立つため、最小の 2乗ユークリッド距離 e,を取る
1, 2 1 1, 1 2 2 ことになる。
[0102] シンボルレプリカ生成.選択部 175では、 R行列の要素である r ,が入力され、 d
1, 1 2 の全通り(64QAMなので 64個)に対してシンボルレプリカ r ' dを生成し、閾値判
1, 1 2
定部 174から入力される、 dを固定した時に 2乗ユークリッド距離が最小となる dに応
1 2 じて r ' d (64個)を選択する。
1, 1 2
[0103] 2乗ユークリッド距離計算部 176では、各信号点 z '—r ' d (64個)とその信号点 に対応するシンボルレプリカ r ' d (64個)から 2乗ユークリッド距離 e 'を計算する。
1, 1 2 2
このとき、図 6の右下に示されるように各 dに応じて最小の 2乗ユークリッド距離を取る e ,しか計算しない。このため、ステージ 2の 2乗ユークリッド距離計算回数は 64回で
2
ある。
[0104] 最後に、 2乗ユークリッド距離加算部 177において、各 dに応じたステージ 1の 2乗 ユークリッド距離と、各 d , dの組に応じたステージ 2の 2乗ユークリッド距離を加算し
1 2
、最終的な 2乗ユークリッド距離 e' ( = e , + e ' )を算出する。以上の処理により、 dの
1 2 1 各ビットの対数尤度比計算に必要な 2乗ユークリッド距離は全て出揃ったこととなる。 (対数尤度比(LLR)計算では、各ビットが 0または 1となる場合の最小の 2乗ユータリ ッド距離しか用いられない。このため、 dの対数尤度値を算出する場合には、 dのビ ット値が共通であれば最小の 2乗ユークリッド距離を取るものしか選択されない。
[0105] 続いて、最尤判定部 131 , 132から出力される 2乗ユークリッド距離を用いた LLR算 出部 141 , 142の動作について説明する。
[0106] 第 1信号処理部 151の LLR算出部 141では、入力される 2乗ユークリッド距離 e (d
2
)から dの各ビットの 0と 1の場合の最小となる 2乗ユークリッド距離を選択し、その最
2
小 2乗ユークリッド距離の差から dの各ビットの対数尤度比(LLR)を算出する。
2
[0107] 例えば、 dの最上位ビットを対象とした場合、 LLR算出部 141は、 d =000000-
011111の 2乗ユークリッド距離 eから 0の中の最小 2乗ユークリッド距離を選択し、 d
2
= 100000—111111の 2乗ユークリッド距離 eから 1の中の最小 2乗ユークリッド距離 を選択する。
[0108] 同様に第 2信号処理部 152の LLR算出部 142では、入力される 2乗ユークリッド距 離 e (d )から dの各ビットの 0と 1の場合の最小となる 2乗ユークリッド距離を選択し、 その最小 2乗ユークリッド距離の差から dの各ビットの対数尤度比(LLR)を算出する
[0109] 例えば、 dの最上位ビットを対象とした場合、 LLR算出部 142では、 d =000000
011111の 2乗ユークリッド距離 e'力も 0の中の最小 2乗ユークリッド距離を選択し、 d = 100000 111111の 2乗ユークリッド距離 e,から 1の中の最小 2乗ユークリッド 距離を選択する。
[0110] このように本実施の形態では、チャネル行列 Hの要素を、最後のステージのシンポ ル候補が異なる 2つ以上の R行列が存在するように送信ストリーム単位で入れ替えた 複数のチャネル行列のそれぞれにおいて QR分解を行う。次いで、それぞれの最初 のステージにお!/、ては全シンボル候補の 2乗ユークリッド距離計算を行い、最終ステ ージにおレ、ては、最終ステージ前までのシンボル候補の組み合わせを固定した時の 信号点と、当該信号点に最も近い最終ステージに係る候補点との 2乗ユークリッド距 離を示す量のみを算出、つまり、最初のステージのシンボル候補ごとに 2乗 クリツ ド距離の和が最小となるシンボル候補点の組み合わせのみの 2乗ユークリッド距離を 計算する。次いで、算出した 2乗ユークリッド距離を用いて、最初のステージのシンポ ル候補点のみの対数尤度比をそれぞれ算出して、全ビットの対数尤度比を算出する
[0111] また、最終ステージの 2乗ユークリッド距離の和が最小となるシンボル候補点の組み 合わせを算出する場合に、シンボル候補点に関しては、 IQ軸上の閾値判定を行うこ とにより、最近傍となるシンボル候補点を決定している。
[0112] この構成によれば、各信号処理系統(信号処理部 151 , 152)からは、ステージ 1の シンボル候補 d、ステージ 2のシンボル候補 dのそれぞれの各ビット値毎の尤度が出
2 1
力され、全ビットの対数尤度比が漏れなく出力され、 2x2MIMOの信号分離におい
て、 QR— MLDと一致する尤度が算出されるとともに、 2乗ユークリッド距離 (e , e )
1 2 計算回数を、従来の QR— MLDの { (2m) + (2m)2}から、(2m) X4に削減できる。
[0113] この信号分離装置 100による 2乗ユークリッド距離計算回数を、従来例との比較で 説明する。なお、ここでも説明を簡単化するために 2X2MIMO通信および 64QAM が適用される場合について説明を行うが、これに限定されるものではない。
[0114] ここで、再度、 QR分解を伴う従来の MLDについて説明をする。
[0115] QR— MLDでは、チャネル行列 Hを QR分解してュニタリ行列 Qと上三角行列 Rに 分解する。 QHを受信信号ベクトル Yに掛けて、直交化後の受信信号ベクトル Zを計算 する。ただし、 Xは送信信号ベクトル、 Nは雑音成分ベクトルである。この関係を示す 式が下記数式(2)である。
[0116] [数 2]
Z = QH\
=Q^(HZ+N)
[0117] QR— MLDにおいては、ステージ 1で zと r dの 2乗ユークリッド距離 eを求める(
2 2,2 2 1 数式(3))。ステージ 2で zと r d +r dの 2乗ユークリッド距離 eを求める(数式(4
1 1,1 1 1,2 2 2
))。そして、ステージ 1およびステージ 2での 2乗ユークリッド距離の和 e を求める(
SUM
数式 (5))。
(5)
[0119] これに対し、本実施の形態の信号分離装置 100では、まず、チャネル行列入替部 1 10により、最終のステージに係るシンボル候補に掛け合わされる受信信号のチヤネ ル推定行列の要素を入れ替えた行列を複数生成する。
[0120] 具体的には、上記式(1)に示すチャネル行列 Hを用いて、チャネル推定行列にお ける最初(最も左側)の列ベクトルが異なるように配置した複数の行列を生成する。こ こでは、上記式(1)に示す行列 Hと、チャネル推定行列 Hの要素を入れ替えた行列と して、上記式(1)に示す行列 H'を生成し、行列 Hを第 1信号処理部 151に、行列 H' を第 2信号処理部 152に出力する。
[0121] 第 1信号処理部 151にて、チャネル行列 Hを QR分解(下記式(6)参照)し、 QR分 解後のステージ 1の信号点(z )と候補点 (r d )とから、ステージ 1の全 2乗ユータリ
2 2, 2 2
ッド距離 (下記式(7) )を算出する。次いで、ステージ 1の各シンボル候補 (d )に対応
2 するステージ 2の信号点(z — r d )からそれぞれ最も近!/、ステージ 2の候補点 (r
1 1, 2 2 1, 1 d )を決定し、ステージ 2の 2乗ユークリッド距離を算出すると共に最終的な 2乗ユーク リツド距離を算出(下記式(8) )し、それらの 2乗ユークリッド距離から dのみの各ビット
2
の対数尤度比を算出する。
[0122] 更に、第 2信号処理部 152にて、チャネル行列 Hの送信ストリームの成分を入れ替 えたチャネル行列 H' (上記式(1)参照)において第 1信号処理部 151と同様の処理 を行う。つまり、 QR分解後のステージ 1の信号点(z, )と候補点 (r , d )とから、ステ
2 2, 2 2
ージ 1の全 2乗ユークリッド距離(下記式(7) )を算出する。次いで、ステージ 1の各シ ンボル候補(d )に対応するステージ 2の信号点(z '— r ' d )からそれぞれ最も近
2 1 1, 2 2 いステージ 2の候補点 (r ' d )を決定し、ステージ 2の 2乗ユークリッド距離を算出す る共に最終的な 2乗ユークリッド距離を算出(下記式(8) )し、 dのみ (ステージ 1から 存在するシンボル候補は dとなる。)の各ビットの対数尤度比を算出する。
[0124] [数 7]
[0125] [数 8] e2
zi '-
ri,2
di ~
ru
d2 I' ' · · (
8 )
[0126] 図 6は、本発明による 2乗ユークリッド距離計算回数の説明に供する図である。なお 、図 6では、変調回数 m = 6 (64QAM)の場合の、 QR— MLDと本発明の 2乗ユーク リツド距離計算回数とを比較しており、図 6Aが本発明による 2乗ユークリッド距離計算 回数を示す図であり、図 6Bは、従来の QR— MLDによる 2乗ユークリッド距離計算回 数を示す図である。
[0127] 従来の QR— MLDを用いた 2乗ユークリッド距離計算回数は、図 6Bに示すように、 ステージ 1において、変調多値数分 ½4 : dに対応)の 2乗ユークリッド距離を計算し、
2
ステージ 2においてステージ 1のシンボル候補 dごとに変調多値数分(64 : dに対応
2 1
)の 2乗ユークリッド距離を計算する必要がある。このため、 64 (ステージ 1) + 64 X 64 (ステージ 2) =4160回の 2乗ユークリッド距離計算が必要となっている。
[0128] これに対し、本発明の信号分離装置 100における 2乗ユークリッド距離計算回数は 、第 1信号処理において dのみの対数尤度比を算出することを目的としている。この
2
ため、図 6Aに示すように、第 1信号処理のステージ 2においてステージ 1のシンボル 候補 dごとに 1つ(ある d力、ら伸びるブランチ eの中から最小となるブランチ min (e ) )
2 2 2 2 の 2乗ユークリッド距離を計算している。これは、 dの対数尤度比計算を行う場合、 d
2 2 が共通の 2乗ユークリッド距離であれば、最小のもの(e (d =xxxxxx) +min (e (d
1 2 2 2
= xxxxxx) ) )以外は用いられな!/、ことに起因する。
[0129] 続いて、第 2信号処理においては、チャネル行列の成分を入れ替えたことによって ステージ 1から登場するシンボル候補が dとなり、 dのみの対数尤度比を算出するな らば、第 1信号処理と同様に、ステージ 2においてステージ 1のシンボル候補 dごとに
1つの 2乗ユークリッド距離を計算すれば良い。
[0130] 以上の結果から 64 (第 1信号処理のステージ 1) + 64 (第 1信号処理のステージ 2)
+ 64 (第 2信号処理のステージ 1) + 64 (第 2信号処理のステージ 2) = 256回に、 2
乗ユークリッド距離計算回数を削減できる。
[0131] したがって、本実施の形態によれば、 QR— MLD回路における回路規模、消費電 流の大部分を 2乗ユークリッド距離計算回路が占めているため、 2乗ユークリッド距離 計算回数の削減により、大幅に回路規模、消費電流を削減できる。
[0132] なお、上記実施の形態 1の信号分離装置 100では、チャネル行列入替部 110にお いて、送信ストリーム数分のチャネル行列を生成するものとした力 最低、最終ステー ジに係るシンボル候補が異なる 2つのチャネル行列があれば良いため、この数に限ら ない。
[0133] (実施の形態 2)
図 7〜図 9を用いて、本発明に係る実施の形態 2の信号分離装置について説明す る。図 7は、本発明の実施の形態 2に係る信号分離装置 200の構成を示すブロック図 、図 8は、図 7に示す第 1信号処理部の最尤判定部の構成を示すブロック図、図 9は 、図 7に示す第 2信号処理部の最尤判定部の構成を示すブロック図である。
[0134] この実施の形態 2の信号分離装置 200は、図 2から図 5に示す実施の形態 1に対応 する信号分離装置 100と比較して、入力される信号数が 4つであり、且つ、各信号処 理部 151A, 152Aにおける最尤判定部 231 , 232の判定部数が異なる点を除き、略 同様の基本的構成を有して!/、る。
[0135] よって、異なる最尤判定部の構成の点について詳細に説明し、その他、同一の構 成要素には同一の名称、さらには同一の符号を付して、その説明を省略する。
[0136] 実施の形態 2の信号分離装置は、 4x4MIMO、 64QAMを適用したものとし、チヤ ネル行列入替部 110と同様の構成のチャネル行列入替部 110Aと、 QR分解 /QH乗 算部 121A, 122A、最尤判定(MLD)部 231 , 232及び LLR算出部 141A, 142A をそれぞれ有する 2系統の信号処理部 151A, 152Aを具備してなる。なお、この 2系 統の信号処理部(ここでは実施の形態 1での説明と同様の基本的構成を有する第 1 信号処理部 151Aと第 2信号処理部 152A)は、実施の形態 1と同様に、同一の処理 部にて、時系列的に 2系統の処理を行うようにしてもよい。また、複数の信号処理部 は、送信ストリームの数分の信号処理部を有する構成としてもよい。ここでは、 4つの 送信ストリームに対し、 2つの第 1信号処理部 151A、第 2信号処理部 152Aを用いて
、送信ストリーム 1 , 2に対する処理を第 1信号処理部 151Aで行い、送信ストリーム 3 , 4に対する処理を第 2信号処理部 152Aで行うように構成している。
[0137] この実施の形態 2の信号分離装置 200におけるチャネル行列入替部 110Aは、実 施の形態 1のチャネル行列入替部 110と同様に、最終のステージに係るシンボル候 補に掛け合わされる受信信号のチャネル推定行列の要素を入れ替えた行列を複数 生成する。
[0138] ここでは、第 1信号処理部 151Aに対して、チャネル行列 Hを出力し、第 2信号処理 部 152Aに対して、チャネル行列 Hの送信ストリーム成分である列ベクトル(h h h h )を他の列ベクトルと入れ替えたチャネル行列 H,と!/、つた 2つの行列を生成し
3, 1 4, 1
て出力している。
[0139] 詳細には、本実施の形態 2の信号分離装置 200におけるチャネル行列入替部 110 Aでは、チャネル推定行列の要素を入れ替えた行列は、チャネル推定行列における 最初(最も左側)の列ベクトルが異なるように配置した 2つの行列を生成する。ここで は、 4つの送信信号を受信する場合であるため、チャネル推定行列の最初の列べタト ノレに、 4つの送信ストリームのうち、異なる送信ストリームに対応する列ベクトルが入る 2つの行列を生成する。この場合、最初の列ベクトル以外の列ベクトルについては、 残った送信ストリームに対応する列ベクトルをどのように配置してもよい。
[0140] このように生成された 2つの行列をそれぞれの信号処理部 151A, 152Aに入力し 、各信号処理部 151A, 152Aでは、それぞれ、 QR分解 /QH乗算部 121 , 122と同 様の QR分解 /QH乗算部 121A, 122Aから処理される信号を用いて、それぞれの 最尤判定部 231 , 232において 2乗ユークリッド距離を算出し、 LLR算出部 141 , 14 2と同様の LLR算出部 141A, 142Aにて、各ステージのシンボル候補の各ビットの 対数尤度比を算出する。ここでは、第 1信号処理部 151Aの LLR算出部 141Aから は、ステージ 1 , 2のシンボル候補 d , dの各ビットの対数尤度比(LLR)が算出され、
4 3
第 2信号処理部 152Aの LLR算出部 142Aからは、ステージ 1 , 2のシンボル候補 d , dの各ビットの対数尤度比(LLR)が算出される。
2
[0141] また、最尤判定部 231、 232は、特に、最終ステージ (ここでは 4ステージ目)におい て、最終ステージ前(ここではステージ 1〜3)までのシンボル候補の組み合わせを固
定した時の信号点と、当該信号点に最も近い最終ステージに係る候補点との 2乗ュ ークリツド距離を示す量のみを算出して、 LLR算出部 141A, 142Aにそれぞれ出力 する。
[0142] ここで最尤判定部 231につ!/、て説明する。
[0143] 最尤判定部 231は、 QR分解 /QH乗算部 121Aから入力される受信信号 Zと R行 歹 IJとを用いて、受信する送信ストリームの数分のステージ (ここでは、 4ステージ)で 2 乗ユークリッド距離を示す量を算出する。
[0144] 最尤判定部 231において、ステージ 1〜3に対応する第 1判定部 231a〜第 3判定 部 231cは、通常の QR— MLDの動作と同様である。詳細には、ステージ 1には第 1 判定部 231aが対応し、ステージ 2には第 2判定部 231bが対応し、ステージ 3には第 3判定部 231cが対応し、最終ステージとしてのステージ 4には第 4判定部 231dが対 応している。なお、第 1判定部 231a〜第 4判定部 231dは以下ではそれぞれ単に判 定部という場合もある。
[0145] すなわち、図 8に示す判定部 231aのシンボルレプリカ生成部 261は、図 3に示すシ ンボルレプリカ生成部 161と、 2乗ユークリッド距離計算部 262は、 2乗ユークリッド距 離計算部 162と同様のものである。また、各判定部 231b、 231cにおけるシンポルレ プリカ生成部 271 , 281も同様に、図 3に示すシンボルレプリカ生成部 161と同様の 機能を有し、 2乗ユークリッド距離計算部 272, 282も同様に、 2乗ユークリッド距離計 算部 162と同様のものである。また、 2乗ユークリッド距離加算部 273, 283は 2乗ュ ークリツド距離加算部 167と同様の機能を有する。
[0146] 最終ステージであるステージ 4に対応する判定部 231dは、信号点生成部 291、閾 値判定部 292、シンボルレプリカ生成 ·選択部 293、 2乗ユークリッド距離計算部 294 、 2乗ユークリッド距離加算部 295、最小 2乗ユークリッド距離選択部 296を有する。
[0147] この判定部 231dは、図 3の最尤判定部 131の最終ステージに対応する判定部 13 lbと比較して、最小 2乗ユークリッド距離選択部 296を備えて!/、る点が異なる。
[0148] この最小 2乗ユークリッド距離選択部 296は、ステージ 1に対応する第 1判定部 231 aのシンボル候補 dの値が共通である 642個の 2乗ユークリッド距離の中力、ら最小値
4
を選択し、 2乗ユークリッド距離加算部 295へ出力する。同様に、ステージ 2に対応す
る第 2判定部 231bのシンボル候補 dの値が共通である 642個の 2乗ユークリッド距離 の中から最小値を選択し、 2乗ユークリッド距離加算部 295へ出力する。なお、本実 施例では、 2つの回路(信号処理部)で 2つずつの LLRを算出している力 1つの回 路で 3つ、もう 1つの回路で 1つの LLRを算出しても良い。また、最小 2乗ユークリッド 距離選択部 296は、選択した最小値に対応する d , d , dの組を信号点生成部 291
4 3 2
に出力する。なお、この最小 2乗ユークリッド距離選択部 296は、実施の形態 1の信 号分離装置 100には存在しない。これは、信号分離装置 100が 2x2MIMOであり、 ステージ 1のシンボル候補 dの値が共通である 2乗ユークリッド距離は存在しないこと
2
に起因する。
[0149] 信号点生成部 291は、信号点生成部 163と同様の基本的機能を有するものであり 、入力される受信信号 zと、 R行列の要素である r , r , r と、最小 2乗ユークリツ
1 1, 2 1, 3 1, 4
ド距離選択部 296からのシンボル候補 d, d, dの組(64 + 64個)を用いて、シンポ
4 3 2
ル候補 d, d, dの組(64 + 64個)に対応する信号点 z— r d — r d — r dを
4 3 2 1 1, 2 2 1, 3 3 1, 4 4 生成する。以降の処理は、実施の形態 1の処理である 2 X 2MIMOの場合と同様で あるので説明は省略する。
[0150] つまり、閾値判定部 292,シンボルレプリカ生成.選択部 293, 2乗ユークリッド距離 計算部 294及び 2乗ユークリッド距離加算部 295は、それぞれ、図 3に示す閾値判定 部 164,シンボルレプリカ生成.選択部 165, 2乗ユークリッド距離計算部 166及び 2 乗ユークリッド距離加算部 167と同様の構成であり、同様の処理を行う。
[0151] 最尤判定部 232は、 QR分解 /QH乗算部 122Aから入力される受信信号 Z'と R' 行列とを用いて、受信する送信ストリームの数分のステージ (ここでは、 4ステージ)で 2乗ユークリッド距離を示す量を算出する。
[0152] 最尤判定部 232において、ステージ 1〜3に対応する第 1判定部 232a〜第 3判定 部 232cは、最尤判定部 231の第 1判定部 231a〜第 3判定部 231cと同様に、通常 の QR— MLDの動作と同様である。詳細には、ステージ 1には第 1判定部 232aが対 応し、ステージ 2には第 2判定部 232bが対応し、ステージ 3には第 3判定部 232cが 対応し、最終ステージとしてのステージ 4には第 4判定部 232dが対応している。なお 、第 1判定部 232a〜第 4判定部 232dは以下ではそれぞれ単に判定部と!/、う場合も
ある。
[0153] この最尤判定部 232は、基本的に、最尤判定部 231と同様の構成を有しており、最 尤判定部 231と比較して、入力される行列のみが異なる。最尤判定部 232は、最尤 判定部 231に入力される行列とは異なる行列を用いて最尤判定部 231と同様の処理 を行うものである。
[0154] すなわち、図 9に示す判定部 232aのシンボルレプリカ生成部 311は、図 8に示すシ ンボルレプリカ生成部 261と、 2乗ユークリッド距離計算部 312は、 2乗ユークリッド距 離計算部 262と同様のものである。また、各判定部 232b、 232cにおけるシンポルレ プリカ生成部 321 , 331も同様に、図 8に示すシンボルレプリカ生成部 271 , 281と同 様の機能を有し、 2乗ユークリッド距離計算部 322, 332も同様に、 2乗ユークリッド距 離計算部 272, 282と同様の機能を有するものである。また、 2乗ユークリッド距離カロ 算部 323, 333は 2乗ユークリッド距離加算部 273, 283と同様の機能を有する。
[0155] 最終ステージであるステージ 4に対応する判定部 232dは、判定部 231d (図 8参照 )と同様に構成され、信号点生成部 341、閾値判定部 342、シンボルレプリカ生成- 選択部 343、 2乗ユークリッド距離計算部 344、 2乗ユークリッド距離加算部 345、最 小 2乗ユークリッド距離選択部 346を有する。
[0156] つまり、この判定部 232dは、図 5の最尤判定部 132の最終ステージに対応する判 定部 132bと比較して、判定部 231dと同様に、最小 2乗ユークリッド距離選択部 346 を備えている点が異なる。
[0157] この最小 2乗ユークリッド距離選択部 346は、ステージ 1に対応する第 1判定部 232 aのシンボル候補 dの値が共通である 642個の 2乗ユークリッド距離の中力、ら最小値 を選択し、 2乗ユークリッド距離加算部 345へ出力する。同様に、ステージ 2に対応す る第 2判定部 232bのシンボル候補 dの値が共通である 642個の 2乗ユークリッド距離
2
の中から最小値を選択し、 2乗ユークリッド距離加算部 345へ出力する。
[0158] また、最小 2乗ユークリッド距離選択部 296は、選択した最小値に対応する d , d ,
1 2 dの組 ½4 + 64候補)を信号点生成部 341に出力する。なお、この最小 2乗ユータリ
3
ッド距離選択部 346は、実施の形態 1の信号分離装置 100には存在しない。これは、 信号分離装置 100が 2x2MIMOであり、ステージ 1のシンボル候補 dの値が共通で
ある 2乗ユークリッド距離は存在しないことに起因する。
[0159] 信号点生成部 341は、信号点生成部 173と同様の基本的機能を有するものであり 、入力される受信信号 z 'と、 R行列の要素である r ' , r ' , r 'と、最小 2乗ユー
1 1, 2 1, 3 1, 4
クリツド距離選択部 346からのシンボル候補 d , d , dの糸且(64 + 64個)を用いて、シ
1 2 3
ンボル候補 d , d , dの組(64 + 64個)に対応する信号点 z , 一 r , d — r , d — r
1 2 3 1 1, 2 3 1, 3 2
' dを生成する。以降の処理は、実施の形態 1の処理である 2 X 2MIMOの場合と
1 , 4 1
同様であるので説明は省略する。
[0160] つまり、閾値判定部 342,シンボルレプリカ生成.選択部 343, 2乗ユークリッド距離 計算部 344及び 2乗ユークリッド距離加算部 345は、それぞれ、図 5に示す閾値判定 部 174,シンボルレプリカ生成.選択部 175, 2乗ユークリッド距離計算部 176及び 2 乗ユークリッド距離加算部 177と同様の構成であり、同様の処理を行う。
[0161] 次に、最尤判定部 231の動作の特徴的な点について説明する。
[0162] 最終ステージであるステージ 4に対応する判定部 231は、最小 2乗ユークリッド距離 選択部 296においては、ステージ 1のシンボル点 d (64QAMなので 64個)の値が共
4
通である 642個(dのシンボル点数 X dのシンボル点数)の 2乗ユークリッド距離の中
3 2
から最小値を選択し、 2乗ユークリッド距離加算部 295へ出力する。同様に、ステージ 2のシンボル点 d (64QAMなので 64個)の値が共通である 642個(dのシンボル点
3 4
数 X dのシンボル点数)の 2乗ユークリッド距離の中から最小値を選択し、 2乗ユーク
2
リツド距離加算部 295へ出力する。
[0163] また、その最小値に対応するシンボル候補 d , d , dの組(64 + 64個)を信号点生
4 3 2
成部 291に出力する。
[0164] 信号点生成部 291では、受信信号 zと R行列の要素である r , r , r が入力さ
1 1, 2 1 , 3 1, 4 れ、最小 2乗ユークリッド距離選択部 296から入力される d , d , dの組(64 + 64個)
4 3 2
に対して信号点 z -r d -r d -r dを生成する。以降の処理は、 2x2MIM〇
1 1, 2 2 1, 3 3 1, 4 4
と同様である。
[0165] なお、最尤判定部 232は、最尤判定部 231と基本的には同様の動作を行うため説 明は省略する。
[0166] このように本実施の形態 2によれば、 2乗ユークリッド距離計算回数は、 64 + 642 +
643 + 644= 17043520となる従来の QR—MLDの方法と比較して、 2乗ユークリッド 距離計算回数を 532864 ( = (64 (ステージ 1 ) + 642 (ステージ 2) + 643 (ステージ 3)
+ 2 X 64 (ステージ 4) ) X 2 (第 1、 2信号処理))まで削減でき、それに伴って QR—
MLD回路の回路規模、消費電流を大幅に削減することができる。
[0167] 言!/、換えれば、実施の形態 2の信号分離装置によれば、演算量を、従来の QR—
MLDによる { (2m) + (2m) 2 + (2m) 3 + · · · + (2m) x}回から、 { (2m) + (2m) 2 + (2m) 3 + . · · + ( 2m) X- 1 + (χ,2) χ ( 2 m) } χ 2回 (χ :送信アンテナ数)に減少させることができ る。したがって、演算量を削減しつつビット尤度の存在しない確率を下げることにより 、演算量を削減でき、且つ、通信品質を向上させることができる。
[0168] なお、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路 である LSIとして実現される。これらは個別に 1チップ化されても良いし、一部又は全 てを含むように 1チップ化されても良い。ここでは、 LSIとした力 集積度の違いにより 、 IC、システム LSI、スーパー LSI、ウルトラ LSIと呼称されることもある。また、集積回 路化の手法は LSIに限るものではなぐ専用回路又は汎用プロセッサで実現しても良 い。 LSI製造後に、プログラムすることが可能な FPGA (Field Programmable Gate Arr ay)や、 LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギユラブル 'プロ セッサ一を利用しても良い。さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術により LSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブ ロックの集積化を行っても良い。例えば、ノ^オ技術の適用等が可能性としてあり得
[0169] なお、上述した本発明の態様は、 MIMO方式の無線受信装置で使用される、 QR 分解を伴う MLD方式の複数のステージによって信号分離を行う信号分離装置であ つて、最終のステージに係るシンボル候補に掛け合わされるチャネル推定行列の要 素を入れ替えた行列を複数生成するチャネル行列生成手段と、生成された複数の行 列のそれぞれを用いて、 QR分解を行い、前記生成された行列のそれぞれに対応す るュニタリ行列と上三角行列とを算出する QR分解手段と、前記生成された行列毎に
、当該行列に基づく前記ュニタリ行列の転置行列と受信信号との乗算を行う直交化 手段と、最終ステージにおいて、前記 QR分解手段と前記直交化手段の算出結果を
用いて、最終ステージ前までのシンボル候補の組み合わせを固定した時の信号点と 、当該信号点に最も近い最終ステージに係る候補点との 2乗ユークリッド距離を示す 量のみを算出する最尤判定手段とを具備するものであってもよい。また、前記算出さ れた 2乗ユークリッド距離を示す量を用いて、前記生成された行列毎に前記シンボル 候補のみの対数尤度比を算出する尤度算出手段を更に具備するものであってもよい
[0170] 2006年 9月 25曰出願の特願 2006— 259710の曰本出願に含まれる明細書、図 面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
産業上の利用可能性
[0171] 本発明に係る信号分離装置及び信号分離方法は、通信品質を維持した状態で、 演算量を削減できる効果を有し、特に MIMO通信を行う無線受信装置に用いられて 好適なものとなる。