WO2013018466A1

WO2013018466A1 - 受信装置、プログラムおよび集積回路

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Publication number: WO2013018466A1
Application number: PCT/JP2012/066242
Authority: WO
Inventors: 一成横枕; 中村　理; 泰弘浜口; 淳悟後藤; 高橋　宏樹
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2011-08-03
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2013-02-07
Also published as: JP2013038456A; JP5770558B2

Abstract

　ターボ原理を用いたＭＩＭＯ検出およびマルチユーザ検出の検出精度を向上させる。送信装置から空間多重された複数の信号を受信する受信装置であって、前記受信した信号に対して誤り訂正復号を行なって、符号ビットの事後ＬＬＲおよび符号ビットの外部ＬＬＲを出力する復号部４０－１、４０－２と、事後ＬＬＲおよび外部ＬＬＲに基づいて、送信信号レプリカを生成するレプリカ生成部４１－１、４１－２と、送信信号レプリカから検出対象に応じて、送信信号レプリカの組み合わせを選択するレプリカ選択部５０と、受信した信号から選択された送信信号レプリカの組み合わせに基づいて作成された受信信号レプリカを除去するキャンセル部３５と、受信信号レプリカが除去された信号に対して、ＭＩＭＯ分離を行なうＭＩＭＯ分離部３６と、を備える。

Description

受信装置、プログラムおよび集積回路

　本発明は、受信装置の受信性能を向上させる技術に関する。

　第３．９世代の携帯電話機の無線通信システムであるＬＴＥ（Long Term Evolution）システムの標準化が完了し、最近ではＬＴＥシステムをより発展させたＬＴＥ－Ａ（LTE-Advanced）が、第４世代の無線通信システム（IMT-Aなどとも称する）の一つとして標準化が行なわれている。

　ＬＴＥやＬＴＥ－Ａシステムでは、送受信装置が複数のアンテナを具備し、送信信号を空間多重して送信するＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）多重法が採用されている。

　ＭＩＭＯ多重法では、同一時刻、同一周波数で異なる信号をそれぞれのアンテナから送信する。図１５Ａ～Ｄは、一般的なＭＩＭＯ多重法の概念を示す図である。図１５Ａに示す下りリンク（DL：Downlink）のシングルユーザＭＩＭＯ（SU-MIMO）の例では、基地局装置ＢＳ１００１が信号を空間多重して移動局装置ＭＳ１００１に送信する。図１５Ｂに示す下りリンクのマルチユーザＭＩＭＯ（MU-MIMO）の例では、基地局装置ＢＳ１００２は複数の送信アンテナを用いて、信号を空間多重して複数の端末装置ＭＳ１００２－１、ＭＳ１００２－２へ送信する。

　一方、図１５Ｃに示す上りリンクのＳＵ－ＭＩＭＯの例では、移動局装置ＭＳ１００３が基地局装置ＢＳ１００３に対して信号を空間多重して送信する。図１５Ｄに示す上りリンクのＭＵ－ＭＩＭＯの例では、移動局装置ＭＳ１００４－１と移動局装置ＭＳ１００４－２が基地局装置ＢＳ１００４に対して同時に異なる信号を送信し、基地局装置ＢＳ１００４はその信号を受信して、各移動局装置の信号をＭＩＭＯ多重された信号とみなして検出する。なお、この検出はマルチユーザ検出とも呼ばれる。

　これらのうち、図１５Ａ、Ｃ、Ｄに示す例では、必ず受信装置側でＭＩＭＯ分離と呼ばれる空間多重された信号を分離する必要がある。図１５Ｂの例では、各移動局装置への信号が１ストリームであればＭＩＭＯ分離は必ずしも必要ないが、２ストリーム以上の場合には図１５Ａ、Ｃ、Ｄに示す例と同様に端末装置でＭＩＭＯ分離が必要となる。

　このＭＩＭＯ分離の方法として、最小平均二乗誤差（MMSE：Minimum Mean Square Error）規範に基づくものや、最尤検出（ML：Maximum Likelihood）に基づくものがある。また、ＭＩＭＯ分離の方法の１つとして、ターボ原理に基づくＭＩＭＯ分離法が開示されている（例えば、非特許文献1）。これはターボ等化やターボＳＩＣ（Soft Interference Cancellation）などとも呼ばれることがある。

　図１６は、ターボ原理を用いたＭＩＭＯ分離法を適用した構成例を示す図である。ここでは受信アンテナを２本、空間多重された信号のストリーム数を２として説明する。また、基本的な機能のみ説明し、送信装置は変調、誤り訂正符号化など一般的な送信処理を施した上で送信するものとする。

　受信アンテナ２００１－１、２００１－２で受信された受信信号は、無線部２００２－１、２００２－２によりベースバンド信号に変換され、キャンセル部２００３に入力される。キャンセル部２００３では、レプリカ生成部２００７－１、２００７－２から出力された受信信号レプリカを用いて受信信号から干渉成分をキャンセルする。ただし、１回目の処理ではレプリカは生成されないため、何もキャンセルしない。

　キャンセル部２００３から出力された受信信号は、ＭＩＭＯ分離部２００４においてＭＭＳＥなどのＭＩＭＯ分離法を適用され、各送信ストリームの振幅の推定値が計算される。出力された各ストリームの推定値は、復調部２００５－１、２００５－２において変調シンボルから符号ビットの外部ＬＬＲ（Log Likelihood Ratio）に変換される。得られたビットの外部ＬＬＲは、復号部２００６－１、２００６－２に入力され、誤り訂正復号が行なわれる。

　誤り訂正復号により得られた外部ＬＬＲは、レプリカ生成部２００７－１、２００７－２に入力される。レプリカ生成部２００７－１、２００７－２では、受信信号レプリカが生成され、再びキャンセル部２００３に入力される。以上の処理を任意の回数繰り返し、復号部２００６－１、２００６－２から出力される情報ビットの事後ＬＬＲが硬判定されることで復号ビットが得られる。なお、情報ビットは誤り訂正符号化前のビットを表し、符号ビットは誤り訂正符号化後のビットを表す。また、外部ＬＬＲと事後ＬＬＲとは、事後ＬＬＲ＝外部ＬＬＲ＋事前ＬＬＲの関係を有する。

R1-090232 "Comparing performance, complexity and latency of SC-FDMA SIC and OFDM MLD" NSN, Nokia

　上記のように、ターボ原理に基づくＭＩＭＯ分離法では、繰り返し処理の際に外部ＬＬＲをキャンセル部２００３へ入力することで外部情報を交換する。その結果、ターボ等化において、可能な限り干渉を除去することで受信性能を高めることができる。しかし、実際には、外部情報の交換の際に、他のストリームあるいは移動局装置からの信号が干渉として残留する。このように、外部ＬＬＲによる干渉成分のキャンセルでは残留干渉の除去が十分でない。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ターボ原理を用いたＭＩＭＯ検出およびマルチユーザ検出の検出精度を向上させることができる受信装置、プログラムおよび集積回路を提供することを目的とする。

　（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の受信装置は、送信装置から空間多重された複数の信号を受信する受信装置であって、前記受信した信号に対して誤り訂正復号を行なって、符号ビットの事後ＬＬＲ（Log Likelihood Ratio）および符号ビットの外部ＬＬＲを出力する誤り訂正復号部と、前記事後ＬＬＲおよび外部ＬＬＲに基づいて、送信信号レプリカを生成する送信信号レプリカ生成部と、前記送信信号レプリカから検出対象に応じて、送信信号レプリカの組み合わせを選択するレプリカ選択部と、前記受信した信号から前記選択された送信信号レプリカの組み合わせに基づいて作成された受信信号レプリカを除去するキャンセル部と、前記受信信号レプリカが除去された信号に対して、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）分離を行なうＭＩＭＯ分離部と、を備えることを特徴とする。

　このように、事後ＬＬＲおよび外部ＬＬＲに基づいて、送信信号レプリカを生成し、送信信号レプリカから検出対象に応じて、送信信号レプリカの組み合わせを選択し、受信した信号から選択された送信信号レプリカの組み合わせに基づいて作成された受信信号レプリカを除去するので、検出精度を高めることが可能となり、その結果、受信性能を向上させることが可能となる。

　（２）また、本発明の受信装置において、前記レプリカ選択部は、検出対象とする送信信号レプリカを前記外部ＬＬＲから生成された送信信号レプリカとすると共に、検出対象以外の送信信号レプリカを前記事後ＬＬＲから生成された送信信号レプリカとすることを特徴とする。

　このように、検出対象とする送信信号レプリカを外部ＬＬＲから生成された送信信号レプリカとすると共に、検出対象以外の送信信号レプリカを事後ＬＬＲから生成された送信信号レプリカとするので、検出対象とする信号に対しては本来のターボ原理に基づく繰り返し処理を行なうと共に、ストリーム間の干渉に対しては事後ＬＬＲから生成された受信信号レプリカを用いることで、検出精度を高めることが可能となる。その結果、受信性能を向上させることが可能となる。

　（３）また、本発明の受信装置は、前記送信装置から、シングルユーザＭＩＭＯの信号を受信することを特徴とする。

　この構成により、シングルユーザＭＩＭＯの信号を受信した際の受信性能を高めることが可能となる。

　（４）また、本発明の受信装置は、前記送信装置から、マルチユーザＭＩＭＯの信号を受信することを特徴とする。

　この構成により、マルチユーザＭＩＭＯの信号を受信した際の受信性能を高めることが可能となる。

　（５）また、本発明の受信装置において、前記誤り訂正復号部は、前記受信した信号を復調して得られたＬＬＲに基づいて、符号ビットの事後ＬＬＲおよび前記符号ビットの事後ＬＬＲから前記復調して得られたＬＬＲを減算することで得られる符号ビットの外部ＬＬＲを出力することを特徴とする。

　このように、誤り訂正復号部は、受信した信号を復調して得られたＬＬＲに基づいて、符号ビットの事後ＬＬＲおよび符号ビットの事後ＬＬＲから復調して得られたＬＬＲを減算することで得られる符号ビットの外部ＬＬＲを出力するので、検出対象とする信号に対しては本来のターボ原理に基づく繰り返し処理を行なうと共に、ストリーム間の干渉に対しては事後ＬＬＲから生成された受信信号レプリカを用いることで、検出精度を高めることが可能となる。その結果、受信性能を向上させることが可能となる。

　（６）また、本発明の受信装置は、送信装置から一部のサブキャリアで重複した複数の信号を受信する受信装置であって、伝搬路の歪みを等化する等化部と、前記受信した信号に対して誤り訂正復号を行なって、符号ビットの事後ＬＬＲ（Log Likelihood Ratio）および符号ビットの外部ＬＬＲを出力する誤り訂正復号部と、前記事後ＬＬＲおよび外部ＬＬＲに基づいて、送信信号レプリカを生成する送信信号レプリカ生成部と、前記受信した信号から前記生成された送信信号レプリカの組み合わせに基づいて作成された受信信号レプリカを除去するキャンセル部と、を備え、前記送信信号レプリカ生成部は、検出対象とする送信信号レプリカを前記外部ＬＬＲから生成した送信信号レプリカとすると共に、検出対象以外の送信信号レプリカを前記事後ＬＬＲから生成した送信信号レプリカとすることを特徴とする。

　このように、事後ＬＬＲと外部ＬＬＲとを使い分けるので、受信性能を向上させることが可能となる。

　（７）また、本発明のプログラムは、送信装置から空間多重された複数の信号を受信する受信装置のプログラムであって、前記受信した信号に対して誤り訂正復号を行なって、符号ビットの事後ＬＬＲ（Log Likelihood Ratio）および符号ビットの外部ＬＬＲを出力する処理と、前記事後ＬＬＲおよび外部ＬＬＲに基づいて、送信信号レプリカを生成する処理と、前記送信信号レプリカから検出対象に応じて、送信信号レプリカの組み合わせを選択する処理と、前記受信した信号から前記選択された送信信号レプリカの組み合わせに基づいて作成された受信信号レプリカを除去する処理と、前記受信信号レプリカが除去された信号に対して、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）分離を行なう処理と、の一連の処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。

　（８）また、本発明のプログラムは、送信装置から一部のサブキャリアで重複した複数の信号を受信する受信装置のプログラムであって、伝搬路の歪みを等化する処理と、前記受信した信号に対して誤り訂正復号を行なって、符号ビットの事後ＬＬＲ（Log Likelihood Ratio）および符号ビットの外部ＬＬＲを出力する処理と、前記事後ＬＬＲおよび外部ＬＬＲに基づいて、送信信号レプリカを生成する処理と、前記受信した信号から前記生成された送信信号レプリカの組み合わせに基づいて作成された受信信号レプリカを除去する処理と、検出対象とする送信信号レプリカを前記外部ＬＬＲから生成した送信信号レプリカとすると共に、検出対象以外の送信信号レプリカを前記事後ＬＬＲから生成した送信信号レプリカとする処理と、の一連の処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。

　（９）また、本発明の集積回路は、受信装置に実装されることにより、前記受信装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、送信装置から空間多重された複数の信号を受信する機能と、前記受信した信号に対して誤り訂正復号を行なって、符号ビットの事後ＬＬＲ（Log Likelihood Ratio）および符号ビットの外部ＬＬＲを出力する機能と、前記事後ＬＬＲおよび外部ＬＬＲに基づいて、送信信号レプリカを生成する機能と、前記送信信号レプリカから検出対象に応じて、送信信号レプリカの組み合わせを選択する機能と、前記受信した信号から前記選択された送信信号レプリカの組み合わせに基づいて作成された受信信号レプリカを除去する機能と、前記受信信号レプリカが除去された信号に対して、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）分離を行なう機能と、の一連の機能を前記受信装置に発揮させることを特徴とする。

　（１０）また、本発明の集積回路は、受信装置に実装されることにより、前記受信装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、送信装置から一部のサブキャリアで重複した複数の信号を受信する機能と、伝搬路の歪みを等化する機能と、前記受信した信号に対して誤り訂正復号を行なって、符号ビットの事後ＬＬＲ（Log Likelihood Ratio）および符号ビットの外部ＬＬＲを出力する機能と、前記事後ＬＬＲおよび外部ＬＬＲに基づいて、送信信号レプリカを生成する機能と、前記受信した信号から前記生成された送信信号レプリカの組み合わせに基づいて作成された受信信号レプリカを除去する機能と、検出対象とする送信信号レプリカを前記外部ＬＬＲから生成した送信信号レプリカとすると共に、検出対象以外の送信信号レプリカを前記事後ＬＬＲから生成した送信信号レプリカとする機能と、の一連の機能を前記受信装置に発揮させることを特徴とする。

　本発明によれば、ターボ原理を用いたＭＩＭＯ検出、マルチユーザ検出の検出精度を向上させることが可能となる。

第１の実施形態に係る無線通信システムの一例を示す図である。第１の実施形態において各送信アンテナから送信する送信信号をサブキャリアに割り当てる例を示す概念図である。第１の通信装置（移動局装置）１の構成の一例を示すブロック図である。第２の通信装置（基地局装置）２の一例を示すブロック図である。復号部の構成の一例を示すブロック図である。キャンセル部の構成を示すブロック図である。レプリカ選択部の動作例を示すフローチャートである。平均受信Ｅｓ／Ｎ_０に対するブロック誤り率（BLER：Block Error Rate）特性を示すグラフである。第２の実施形態に係る無線通信システムの一例を示す図である。第２の実施形態において第１の通信装置各々の周波数信号をサブキャリアに割り当てる例を示す概念図である。送信アンテナが１本の場合の第１の通信装置６１の構成の一例を示すブロック図である。第２の通信装置６２の構成の一例を示すブロック図である。第３の実施形態におけるサブキャリアの割り当て例を示す概念図である。第２の通信装置６２の構成の一例を示すブロック図である。一般的なＭＩＭＯ多重法の概念を示す図である。一般的なＭＩＭＯ多重法の概念を示す図である。一般的なＭＩＭＯ多重法の概念を示す図である。一般的なＭＩＭＯ多重法の概念を示す図である。ターボ原理を用いたＭＩＭＯ分離法を適用した一般的な構成例を示す図である。

　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、ＳＵ－ＭＩＭＯの例として送受信アンテナ数が２本の場合、ＭＵ－ＭＩＭＯの例として、送信アンテナ数が１本、受信アンテナ数が２本の場合を説明するが、本発明の適用はこれらに限定されない。

　また、以下の実施形態では、シングルキャリア周波数分割多元接続（SC-FDMA：Single Carrier Frequency Division Multiple Access）を用いた例を説明するが、Ｃｌｕｓｔｅｒｅｄ　ＤＦＴ－Ｓ－ＯＦＤＭＡ（Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal Frequency Division Multiple Access）を用いてもよいし、直交周波数分割多元接続（OFDMA）やマルチキャリアＣＤＭＡ（Multi-Carrier Code Division Multiple Access）などのマルチキャリア方式を用いてもよい。

　また、アンテナ間で同じ周波数のサブキャリアを割り当てられる空間多重の方式、またはユーザ間で同じ周波数のサブキャリアを割り当てられる方式を用いてもよいし、割り当てられるサブキャリアの一部のみを同じ周波数とし、その他のサブキャリアを異なる周波数とする方式を用いてもよい。

　［第１の実施形態］
　図１は、ＳＵ－ＭＩＭＯへ適用した無線通信システムの一例を示す図である。本実施形態では、ＳＵ－ＭＩＭＯの例を説明する。図１に示す例では、本実施形態の無線通信システムは第１の通信装置１および第２の通信装置２から構成される。第１の通信装置１は、送信アンテナ２本を備え、第２の通信装置２は、受信アンテナ２本を備える。図１の例では、２本のそれぞれの送受信アンテナを用いて２つの異なる信号（ストリーム）を空間多重して通信を行なう。

　図２は、ＳＵ－ＭＩＭＯにおいて各送信アンテナから送信する送信信号をサブキャリアに割り当てる例を示す概念図である。図２に示す例については、シングルキャリアを前提として説明する。割り当て例Ａ１、Ａ２は各送信アンテナから送信する周波数信号を同一のサブキャリアに割り当てた場合を示しており、割り当て例Ａ３、Ａ４は各送信アンテナから送信する周波数信号を一部のサブキャリアのみ同一のサブキャリアに割り当てた場合を示している。

　また、割り当て例Ａ１、Ａ３では、周波数軸上で連続に信号を配置するＳＣ－ＦＤＭＡを用い、割り当て例Ａ２、Ａ４では周波数信号を複数のクラスタに分割し、各クラスタを周波数軸で不連続に配置するＣｌｕｓｔｅｒｅｄ　ＤＦＴ－Ｓ－ＯＦＤＭＡを用いている。本実施形態の適用範囲には、これらの割当を全て含むものとし、ＯＦＤＭやＭＣ－ＣＤＭＡなどのマルチキャリア方式も含む。

　図３は、第１の通信装置（移動局装置）１の構成の一例を示すブロック図である。第１の通信装置１は、コードワード（伝送する符号化ブロック）を２つ備えるが、備えるコードワードの数は１つであってもよいし、３以上でもよい。また、特に断りのない限り上りリンクへ適用した例を説明するが、下りリンクにも適用することができる。

　まず、図示しない受信アンテナで受信した第２の通信装置２からの制御信号を、無線部２１がベースバンド信号にダウンコンバージョンし、制御情報検出部２２が各制御情報として検出する。検出された制御情報には、送信アンテナ間で参照信号を直交させるための直交符号や参照信号を生成する系列に関する情報、システム帯域内のどのサブキャリアを使用して送信するかを示すリソース割当情報、ならびに変調方式および符号化率の情報（MCS：Modulation and Coding Schemes）が含まれる。

　これらの情報を基に、第１の通信装置１は送信処理を行なう。まず、符号部１１－１、１１－２は、情報ビットを符号化し、変調部１２－１、１２－２は符号ビットをＱＰＳＫ（Quaternary Phase Shift Keying）や１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、６４ＱＡＭなどの変調シンボルに変調する。

　レイヤマッピング部１３は、変調シンボルを各ストリーム（レイヤとも言われる）に分ける。さらに、ＤＦＴ部１４－１、１４－２は、それぞれの信号を周波数信号に変換する。周波数マッピング部１５－１、１５－２は、変換された周波数信号を周波数割当情報に基づいてサブキャリアに配置する。ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部１６－１、１６－２は、サブキャリアに配置された周波数信号を時間信号に変換し、参照信号多重部１７－１、１７－２は、時間信号が入力される。

　参照信号多重部１７－１、１７－２は、参照信号に関する情報を基に、参照信号を生成し、ＩＦＦＴ部１６－１、１６－２から出力された時間信号と多重する。ＣＰ挿入部１８－１、１８－２は、時間信号にサイクリックプレフィックス（CP：Cyclic Prefix）を挿入し、無線部１９－１、１９－２が無線周波数にアップコンバージョンし、各送信アンテナから送信する。

　図４は、第２の通信装置（基地局装置）２の一例を示すブロック図である。無線部３１－１、無線部３１－２は、２本の受信アンテナで受信された受信信号を、ベースバンド信号にダウンコンバージョンする。ＣＰ除去部３２－１、３２－２は、得られたベースバンド信号からＣＰを除去し、参照信号分離部３３－１、３３－２は、参照信号を分離する。分離された参照信号は、伝搬路推定部４３に入力され、伝搬路推定部４３は、分離された参照信号を伝送に使用された各送信アンテナと各受信アンテナの間の伝搬路特性の推定に用いる。

　一方、ＦＦＴ部３４－１、３４－２は、参照信号を分離された受信信号を周波数信号に変換する。得られた周波数信号は、キャンセル部３５に入力され、キャンセル部３５は、得られた周波数信号から、受信信号レプリカ生成部４２から出力された受信信号をキャンセルする。受信信号レプリカをキャンセルした後の受信信号に対して、ＭＩＭＯ分離部３６は、ＭＩＭＯ分離を行なう。伝搬路推定部４３で推定されたｋ番目のサブキャリアにおける伝搬路行列をＨ（ｋ）とすると、ＭＩＭＯ分離をＭＭＳＥ規範に基づいて行なう場合、受信信号に乗算するウェイト（重み）は次式で表される。

　ただし、Ｗ（ｋ）はｋ番目のサブキャリアの受信信号ベクトルに乗算する重み、Ｉは受信アンテナ数×受信アンテナ数の単位行列、σ^２はセル間干渉など未知の干渉を含む雑音の分散、ｘ^Ｈは、行列（ベクトル）ｘをエルミート転置した随伴行列を表す。また、Δは、キャンセル後の信号の残留エネルギーを対角成分に並べた対角行列を表す。なお、Ｈ（ｋ）は２×２のＭＩＭＯの場合、次式で表される。

　ただし、Ｈｎｍ（ｋ）は、ｍ番目の送信アンテナからｎ番目の受信アンテナへの複素数で表される伝搬路特性を表す。

　周波数デマッピング部３７－１、３７－２は、上記のように分離された各周波数の推定シンボルから、割り当てられたサブキャリアのみを抽出（デマッピング）し、ＩＤＦＴ部３８－１、３８－２は、抽出されたサブキャリアを時間信号に変換し、復調部３９－１、３９－２は、変換された時間信号を符号ビットのＬＬＲに変換する。

　得られた符号ビットのＬＬＲは、復号部４０－１、４０－２に入力される。復号部４０－１、４０－２は、情報ビットの事後ＬＬＲと、符号ビットの事後ＬＬＲおよび外部ＬＬＲを算出する。さらに、情報ビットの事後ＬＬＲは硬判定により復号され、符号ビットの事後ＬＬＲと外部ＬＬＲは、レプリカ生成部４１－１、４１－２にそれぞれ入力される。レプリカ生成部４１－１、４１－２は、符号ビットの事後ＬＬＲと外部ＬＬＲを用い、信頼性に比例した振幅を有するソフトレプリカを生成する。

　レプリカ選択部５０は、生成されたソフトレプリカと各送信ストリームとの組み合わせを選択し、受信信号レプリカ生成部４２へ入力する。このとき、事後ＬＬＲおよび外部ＬＬＲと第１および第２の送信アンテナとの組み合わせは、［外部ＬＬＲから生成された第１の送信ストリームのレプリカ、事後ＬＬＲから生成された第２の送信ストリームのレプリカ］および、［事後ＬＬＲから生成された第１の送信ストリームのレプリカ、外部ＬＬＲから生成された第２の送信ストリームのレプリカ］とする。レプリカ選択部５０の動作の詳細は後述する。

　このようにして、生成されたソフトレプリカは、受信信号レプリカ生成部４２にそれぞれ入力される。受信信号レプリカ生成部４２は、伝搬路推定部４３から推定された伝搬路特性に基づいて、以下の式（３）、（４）に示す受信信号レプリカを生成する。

　上記の式において、Ｈ（ｋ）はｋ番目のサブキャリアの伝搬路特性を表している。Ｓ_{ｅｐ，ｓｏｆｔ}は、第１の通信装置１の第１の送信アンテナから送信された符号ビットの外部ＬＬＲから生成されたレプリカと、第２の送信アンテナから送信された符号ビットの事後ＬＬＲから生成されたレプリカを並べたソフトレプリカベクトルを表している。同様にＳ_{ｐｅ，ｓｏｆｔ}は第１の通信装置１の第１の送信アンテナから送信された符号ビットの事後ＬＬＲから生成されたレプリカと、第２の送信アンテナから送信された符号ビットの外部ＬＬＲから生成されたレプリカを並べたソフトレプリカベクトルを表している。

　また、Ｒ_ｅｐ（ｋ）、Ｒ_ｐｅ（ｋ）は、上記のソフトレプリカのそれぞれから生成された受信信号レプリカベクトルであり、レプリカ選択部５０より出力される各送信ストリームの組み合わせを表す。なお、式（３）、（４）のベクトルサイズは（受信アンテナ数）×１である。これらはキャンセル部３５へ入力される。

　その後、上記のキャンセル部３５から受信信号レプリカ生成部４２までの処理として、同様の処理を任意の回数繰り返し、最後に、情報ビットの事後ＬＬＲを硬判定することで、復号ビットが得られる。

　次に、キャンセル部３５と復号部４０－１または４０－２について説明する。本発明の本質的な特徴はキャンセル部３５の動作にある。まず、復号部４０－１または４０－２について説明する。図５は、復号部４０－１の構成の一例を示すブロック図である。復号部４０－１に入力されたＬＬＲを用いて、復号処理部４５－１は、最大事後確率（Maximum A Posteriori probability）推定により情報ビットの事後ＬＬＲと符号ビットの事後ＬＬＲを得る。さらに、減算部４６－１は、復号処理部４５－１から出力された符号ビットの事後ＬＬＲから、復調部３９－１から得られる符号ビットの事前ＬＬＲを減算することで符号ビットの外部ＬＬＲを得る。

　次に、キャンセル部３５について説明する。図６は、キャンセル部３５の構成を示すブロック図である。キャンセル部３５には、各受信アンテナからの受信信号と、受信信号レプリカ生成部４２で生成された受信信号レプリカとが入力される。そして、キャンセル部３５は、受信信号から受信信号レプリカを減算する。

　図６に示すように、受信信号レプリカ生成部４２で生成された受信信号レプリカは、レプリカ減算部５１－１へ入力される。その入力として、第１の送信アンテナから送信された信号に関しては外部ＬＬＲから生成された受信信号レプリカ、第２の送信アンテナから送信された信号に関しては事後ＬＬＲから生成された受信信号レプリカがレプリカ減算部５１－１に入力される。

　レプリカ減算部５１－２への入力も同様に、第１の送信アンテナから送信された信号に関しては事後ＬＬＲから生成された受信信号レプリカ、第２の送信アンテナから送信された信号に関しては外部ＬＬＲから生成された受信信号レプリカがレプリカ減算部５１－２に入力される。

　次に、レプリカ減算部５１－１について説明を行なう。レプリカ減算部５１－１は、受信信号から入力された受信信号レプリカのキャンセル処理を行ない、第１の送信ストリームを検出するための受信信号として出力する。なお、ストリーム数が３以上の場合でも、検出対象となる送信ストリームのレプリカを外部ＬＬＲから生成された受信信号レプリカとし、残りを事後ＬＬＲから生成された受信信号レプリカとする。

　このような処理により、検出対象とする信号に関しては本来のターボ原理に基づく繰り返しを行なうとともに、ストリーム間の干渉に関しては事後ＬＬＲから生成された受信信号レプリカを用いている。その結果、検出精度を高めることができ、受信性能が向上する。

　次に、レプリカ選択部５０の動作例を説明する。図７は、レプリカ選択部５０の動作例を示すフローチャートである。まず、検出対象とするアンテナのインデックスｍを０とする（ステップＳ１）。そして、インデックスｍの数値に１を加算する（ステップＳ２）。次に、ｍが送信アンテナ数より大きいかを判断する（ステップＳ３）。

　ｍが送信アンテナ数（またはコードワード数）以下の場合には、ｍ番目のアンテナ（またはコードワード）の外部ＬＬＲから生成されたレプリカを選択する（ステップＳ４）。ｍ番目のアンテナ（またはコードワード）以外のアンテナの事後ＬＬＲから生成されたレプリカを選択し、ｍ番目のアンテナ（またはコードワード）を検出対象とした場合のレプリカの選択結果とし（ステップＳ５）、ステップＳ２に戻る。

　この一連の処理を全ての検出対象とする送信アンテナ（またはコードワード）に対して行なってレプリカを選択し、ｍの値がステップＳ３において送信アンテナ数を越えた場合に、選択の処理を終了する。このようにして、得られたソフトレプリカを用いて受信信号レプリカを生成し、受信信号から受信信号レプリカを減算することで、受信性能を向上させている。

　図８は、平均受信Ｅｓ／Ｎ_０に対するブロック誤り率（BLER：Block Error Rate）特性を示すグラフである。図８は、符号化率８／９のターボ符号を用いた場合の、１６ＱＡＭおよび６４ＱＡＭのブロック誤り率特性を示している。また、図８で示す例では、４×４のＳＵ－ＭＩＭＯの特性を対象としている。

　曲線群９１は１６ＱＡＭのＢＬＥＲ特性を表しており、曲線９２は従来のターボ原理に基づく受信方法によるＢＬＥＲ特性、曲線９３は本願の受信方法、曲線９４は１６ＱＡＭの場合の繰り返し処理なしの受信方法によるＢＬＥＲ特性を表している。また、曲線群９５は６４ＱＡＭのＢＬＥＲ特性を表わしており、曲線９６は従来のターボ原理に基づく受信方法によるＢＬＥＲ特性、曲線９７は本発明の受信方法によるＢＬＥＲ特性を表している。曲線９８は６４ＱＡＭの場合の繰り返し処理なしの受信方法を表している。図８に示すように、本発明の受信方法によれば検出精度を向上できることが分かる。

　［第２の実施形態］
　本実施形態として、本発明をＭＵ－ＭＩＭＯへ適用した場合を説明する。図９は、ＭＵ－ＭＩＭＯへ適用した無線通信システムの一例を示す図である。図９では、２つの第１の通信装置６１－１、６１－２（移動局装置、第１の通信装置６１－１、６１－２を合わせて第１の通信装置６１とも表す）が同時に送信し、第２の通信装置６２（基地局装置）が受信し、ＭＩＭＯ分離することで２つの第１の通信装置６１－１、６１－２が送信した信号の各々を検出する。

　図１０は、ＭＵ－ＭＩＭＯにおいて第１の通信装置各々の周波数信号をサブキャリアに割り当てる例を示す概念図である。図１０の例では、送信アンテナ１本を有する複数の第１の通信装置６１－１、６１－２が同時に送信することを想定している。本実施形態は、サブキャリアの割り当て例Ｂ１～Ｂ４と同様の概念を含むものとする。

　図１１は、送信アンテナが１本の場合の第１の通信装置６１の構成の一例を示すブロック図である。送信側となる第１の通信装置６１は、図示しない受信アンテナで受信した制御信号を無線部７９によりベースバンド信号にダウンコンバージョンし、制御情報検出部８０により、送信処理に必要な全ての制御情報を検出する。

　一方、符号部７１は、制御情報より指定された符号化率に基づいて伝送する情報ビットを誤り訂正符号化する。そして、変調部７２は、制御情報で指定された変調方式に基づいて情報ビットを変調シンボルに変換する。ＤＦＴ部７３は、変調シンボルを周波数信号に変換する。

　周波数マッピング部７４は、周波数信号を制御情報により指定されたサブキャリアに割り当て、ＩＦＦＴ部７５は、サブキャリアに割り当てられた信号を時間信号に変換する。参照信号多重部７６は、参照信号を時間信号に多重し、ＣＰ挿入部７７は、多重された信号にＣＰを挿入する。無線部７８は、ＣＰが挿入された信号を無線周波数にアップコンバージョンし、送信アンテナから送信する。

　図１２は、受信側である第２の通信装置６２の構成の一例を示すブロック図である。第２の通信装置６２の構成は、第１の実施形態における第２の通信装置２と同一である。また、図１２に示す例では、復号部４０－１、復号部４０－２が周波数デマッピング部３７－１、３７－２から各々の第１の通信装置６１から送信した信号を検出する機能を有している。このような処理を適用することで、受信性能が向上する。

　［第３の実施形態］
　本実施形態として、本発明をターボ等化の特徴を活用したアクセス技術に適用する場合を説明する。図１３は、ターボ等化の特徴を活用した場合におけるサブキャリアの割り当て例を示す概念図である。割り当て例Ｃ１は、ＳＣ－ＦＤＭＡに基づく割り当て、割り当て例Ｃ２はＣｌｕｓｔｅｒｅｄ　ＤＦＴ－Ｓ－ＯＦＤＭに基づく割り当てを示している。基本的に第１の通信装置６１の送信処理は、上記の実施形態と同じだが、ＭＩＭＯ処理を前提としておらず、受信アンテナ数は１本でもかまわない。このような方法は、ＳＯＲＭ（Spectrum-Overlapped Resource Management）や周波数重複多元接続などと称してよい。

　この受信方法は、基本的にターボ原理に基づく繰り返し処理を前提としており、空間多重数が受信アンテナ数を上回っていても、少なくとも全ての第１の通信装置６１の信号を検出するマルチユーザ検出が適用できれば、受信処理を行なうことができる。

　図１４は、受信側である第２の通信装置６２の構成の一例を示すブロック図である。図１４に示す例では、２つの第１の通信装置６１が一部のサブキャリアで同じサブキャリアを割り当てて送信し、第２の通信装置６２では受信アンテナ１本で受信している。無線部１０１は、受信信号をダウンコンバージョンし、ＣＰ除去部１０２は、ダウンコンバージョンされた信号からＣＰを除去する。

　参照信号分離部１０３は、第１の通信装置６１から送信された参照信号を受信信号から分離し、伝搬路推定部１１３へ入力する。伝搬路推定部１１３は、全ての第１の通信装置６１から送信された参照信号からそれぞれの伝搬路特性を推定し、受信信号レプリカ生成部１１２－１、１１２－２、等化部１０６に入力する。

　一方、ＦＦＴ部１０４は、参照信号が分離された受信信号を周波数信号に変換する。キャンセル部１０５は、受信信号レプリカ生成部１１２－１、１１２－２で生成された受信信号レプリカを周波数信号に変換された受信信号からキャンセルする。等化部１０６は、伝搬路による歪みを等化し、周波数デマッピング部１０７－１、１０７－２は、各第１の通信装置６１の周波数信号を抽出する。

　ＩＤＦＴ部１０８－１、１０８－２は、抽出された周波数信号を時間信号に変換し、復調部１０９－１、１０９－２は、符号ビットのＬＬＲを計算し、復号部１１０－１、１１０－２は、誤り訂正を行ない、符号ビットの事後ＬＬＲと外部ＬＬＲおよび情報ビットの事後ＬＬＲとを出力する。符号ビットの事後および外部ＬＬＲは、レプリカ生成部１１１－１、１１１－２に入力され、レプリカ生成部１１１－１、１１１－２は、これらを用いて送信信号レプリカを生成する。生成された送信信号レプリカは、受信信号レプリカ生成部１１２－１、１１２－２に入力され、受信信号レプリカ生成部１１２－１、１１２－２は、受信信号レプリカを生成する。

　受信信号レプリカ生成部１１２－１は、１つ目の第１の通信装置６１の送信信号を検出対象とするため、１つ目の第１の通信装置６１の外部ＬＬＲから生成された送信信号レプリカと２つ目の第１の通信装置６１の事後ＬＬＲから生成された送信信号レプリカとが入力される。受信信号レプリカ生成部１１２－２は、その逆である。そして、受信信号レプリカ生成部１１２－１、１１２－２は、受信信号レプリカを再びキャンセル部１０５に入力し、以降の処理を繰り返す。

　キャンセル部１０５は、第１の実施形態と同様に、検出対象とする信号について外部ＬＬＲから生成された受信信号レプリカをキャンセルする。そして、キャンセル部１０５は、それ以外の第１の通信装置６１の信号（つまりユーザ間干渉となる信号）については、事後ＬＬＲから生成された受信信号レプリカを用いる。このような受信処理とすることで、受信性能を向上させることができる。

　なお、本発明は事後ＬＬＲと外部ＬＬＲを使い分けることを本質としており、第１から第３の実施形態で示した方法のいかなる組み合わせも本発明に含まれる。

　本発明に関わる移動局装置および基地局装置で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、ＣＰＵ等を制御するプログラム（コンピュータを機能させるプログラム）である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にＲＡＭに蓄積され、その後、各種ＲＯＭやＨＤＤに格納され、必要に応じてＣＰＵによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。

　プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体（例えば、ROM、不揮発性メモリカード等）、光記録媒体（例えば、DVD、MO、MD、CD、BD等）、磁気記録媒体（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等）等のいずれであってもよい。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。

　また市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。また、上述した実施形態における移動局装置および基地局装置の一部、または全部を典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現してもよい。

　移動局装置および基地局装置の各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、または全部を集積してチップ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。

　以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述しているが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。また、本発明は、携帯電話装置を移動局装置とする移動体通信システムに用いて好適であるが、これに限定されない。

１　第１の通信装置（送信装置）
２　第２の通信装置（受信装置）
１１－１、１１－２　符号部
１２－１、１２－２　変調部
１３　レイヤマッピング部
１４－１、１４－２　ＤＦＴ部
１５－１、１５－２　周波数マッピング部
１６－１、１６－２　ＩＦＦＴ部
１７－１、１７－２　参照信号多重部
１８－１、１８－２　ＣＰ挿入部
１９－１、１９－２　無線部
２１　無線部
２２　制御情報検出部
３１－１、３１－２　無線部
３２－１、３２－２　ＣＰ除去部
３３－１、３３－２　参照信号分離部
３４－１、３４－２　ＦＦＴ部
３５　キャンセル部
３６　ＭＩＭＯ分離部
３７－１、３７－２　周波数デマッピング部
３８－１、３８－２　ＩＤＦＴ部
３９－１、３９－２　復調部
４０－１、４０－２　復号部
４１－１、４１－２　レプリカ生成部
４２　受信信号レプリカ生成部
４３　伝搬路推定部
４５－１　復号処理部
４６－１　減算部
５０　レプリカ選択部
５１－１、５１－２　レプリカ減算部
６１、６１－１、６１－２　第１の通信装置（送信装置）
６２　第２の通信装置（受信装置）
７１　符号部
７２　変調部
７３　ＤＦＴ部
７４　周波数マッピング部
７５　ＩＦＦＴ部
７６　参照信号多重部
７７　ＣＰ挿入部
７８　無線部
７９　無線部
８０　制御情報検出部
９１　１６ＱＡＭのＢＬＥＲ特性を示す曲線群
９２　従来のターボ原理に基づく受信方法によるＢＬＥＲ特性を示す曲線
９３　本願の受信方法を示す曲線
９４　１６ＱＡＭの場合の繰り返し処理なしの受信方法によるＢＬＥＲ特性を示す曲線
９５　６４ＱＡＭのＢＬＥＲ特性を示す曲線群
９６　従来のターボ原理に基づく受信方法によるＢＬＥＲ特性を示す曲線
９７　本発明の受信方法によるＢＬＥＲ特性を示す曲線
９８　６４ＱＡＭの場合の繰り返し処理なしの受信方法を示す曲線
１０１　無線部
１０２　ＣＰ除去部
１０３　参照信号分離部
１０４　ＦＦＴ部
１０５　キャンセル部
１０６　等化部
１０７－１、１０７－２　周波数デマッピング部
１０８－１、１０８－２　ＩＤＦＴ部
１０９－１、１０９－２　復調部
１１０－１、１１０－２　復号部
１１１－１、１１１－２　レプリカ生成部
１１２－１、１１２－２　受信信号レプリカ生成部
１１３　伝搬路推定部

Claims

　送信装置から空間多重された複数の信号を受信する受信装置であって、
　前記受信した信号に対して誤り訂正復号を行なって、符号ビットの事後ＬＬＲ（Log Likelihood Ratio）および符号ビットの外部ＬＬＲを出力する誤り訂正復号部と、
　前記事後ＬＬＲおよび外部ＬＬＲに基づいて、送信信号レプリカを生成する送信信号レプリカ生成部と、
　前記送信信号レプリカから検出対象に応じて、送信信号レプリカの組み合わせを選択するレプリカ選択部と、
　前記受信した信号から前記選択された送信信号レプリカの組み合わせに基づいて作成された受信信号レプリカを除去するキャンセル部と、
　前記受信信号レプリカが除去された信号に対して、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）分離を行なうＭＩＭＯ分離部と、を備えることを特徴とする受信装置。
　前記レプリカ選択部は、検出対象とする送信信号レプリカを前記外部ＬＬＲから生成された送信信号レプリカとすると共に、検出対象以外の送信信号レプリカを前記事後ＬＬＲから生成された送信信号レプリカとすることを特徴とする請求項１記載の受信装置。
　前記送信装置から、シングルユーザＭＩＭＯの信号を受信することを特徴とする請求項１記載の受信装置。
　前記送信装置から、マルチユーザＭＩＭＯの信号を受信することを特徴とする請求項１記載の受信装置。
　前記誤り訂正復号部は、前記受信した信号を復調して得られたＬＬＲに基づいて、符号ビットの事後ＬＬＲおよび前記符号ビットの事後ＬＬＲから前記復調して得られたＬＬＲを減算することで得られる符号ビットの外部ＬＬＲを出力することを特徴とする請求項１記載の受信装置。
　送信装置から一部のサブキャリアで重複した複数の信号を受信する受信装置であって、
　伝搬路の歪みを等化する等化部と、
　前記受信した信号に対して誤り訂正復号を行なって、符号ビットの事後ＬＬＲ（Log Likelihood Ratio）および符号ビットの外部ＬＬＲを出力する誤り訂正復号部と、
　前記事後ＬＬＲおよび外部ＬＬＲに基づいて、送信信号レプリカを生成する送信信号レプリカ生成部と、
　前記受信した信号から前記生成された送信信号レプリカの組み合わせに基づいて作成された受信信号レプリカを除去するキャンセル部と、を備え、
　前記送信信号レプリカ生成部は、検出対象とする送信信号レプリカを前記外部ＬＬＲから生成した送信信号レプリカとすると共に、検出対象以外の送信信号レプリカを前記事後ＬＬＲから生成した送信信号レプリカとすることを特徴とする受信装置。
　送信装置から空間多重された複数の信号を受信する受信装置のプログラムであって、
　前記受信した信号に対して誤り訂正復号を行なって、符号ビットの事後ＬＬＲ（Log Likelihood Ratio）および符号ビットの外部ＬＬＲを出力する処理と、
　前記事後ＬＬＲおよび外部ＬＬＲに基づいて、送信信号レプリカを生成する処理と、
　前記送信信号レプリカから検出対象に応じて、送信信号レプリカの組み合わせを選択する処理と、
　前記受信した信号から前記選択された送信信号レプリカの組み合わせに基づいて作成された受信信号レプリカを除去する処理と、
　前記受信信号レプリカが除去された信号に対して、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）分離を行なう処理と、の一連の処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
　送信装置から一部のサブキャリアで重複した複数の信号を受信する受信装置のプログラムであって、
　伝搬路の歪みを等化する処理と、
　前記受信した信号に対して誤り訂正復号を行なって、符号ビットの事後ＬＬＲ（Log Likelihood Ratio）および符号ビットの外部ＬＬＲを出力する処理と、
　前記事後ＬＬＲおよび外部ＬＬＲに基づいて、送信信号レプリカを生成する処理と、
　前記受信した信号から前記生成された送信信号レプリカの組み合わせに基づいて作成された受信信号レプリカを除去する処理と、
　検出対象とする送信信号レプリカを前記外部ＬＬＲから生成した送信信号レプリカとすると共に、検出対象以外の送信信号レプリカを前記事後ＬＬＲから生成した送信信号レプリカとする処理と、の一連の処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
　受信装置に実装されることにより、前記受信装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、
　送信装置から空間多重された複数の信号を受信する機能と、
　前記受信した信号に対して誤り訂正復号を行なって、符号ビットの事後ＬＬＲ（Log Likelihood Ratio）および符号ビットの外部ＬＬＲを出力する機能と、
　前記事後ＬＬＲおよび外部ＬＬＲに基づいて、送信信号レプリカを生成する機能と、
　前記送信信号レプリカから検出対象に応じて、送信信号レプリカの組み合わせを選択する機能と、
　前記受信した信号から前記選択された送信信号レプリカの組み合わせに基づいて作成された受信信号レプリカを除去する機能と、
　前記受信信号レプリカが除去された信号に対して、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）分離を行なう機能と、の一連の機能を前記受信装置に発揮させることを特徴とする集積回路。
　受信装置に実装されることにより、前記受信装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、
　送信装置から一部のサブキャリアで重複した複数の信号を受信する機能と、
　伝搬路の歪みを等化する機能と、
　前記受信した信号に対して誤り訂正復号を行なって、符号ビットの事後ＬＬＲ（Log Likelihood Ratio）および符号ビットの外部ＬＬＲを出力する機能と、
　前記事後ＬＬＲおよび外部ＬＬＲに基づいて、送信信号レプリカを生成する機能と、
　前記受信した信号から前記生成された送信信号レプリカの組み合わせに基づいて作成された受信信号レプリカを除去する機能と、
　検出対象とする送信信号レプリカを前記外部ＬＬＲから生成した送信信号レプリカとすると共に、検出対象以外の送信信号レプリカを前記事後ＬＬＲから生成した送信信号レプリカとする機能と、の一連の機能を前記受信装置に発揮させることを特徴とする集積回路。