WO2014002384A1

WO2014002384A1 - ターボ等化装置、ターボ等化方法およびターボ等化プログラム

Info

Publication number: WO2014002384A1
Application number: PCT/JP2013/003457
Authority: WO
Inventors: 利彦岡村
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2014-01-03

Abstract

　ターボ等化処理において、効果的にウエイト算出処理を間引くことができ、かつ、特性を保ったまま繰り返し時の低複雑度化を実現することができるターボ等化装置、ターボ等化方法およびターボ等化プログラムを提供する。複数のサブキャリアからなる周波数領域で等化処理を行う等化手段１０を備え、等化手段１０は、複数のサブキャリアに対して、受信信号と誤り訂正符号復号処理による誤り訂正符号復号出力から生成されるフィードバック信号とを入力として送信信号の推定値を算出するフィルタ部１１と、送信信号の推定値の算出に用いるウエイトを算出するウエイト算出部１２とを含み、ウエイト算出部１２は、ターボ等化処理の繰り返し時には、複数のサブキャリアのうちの一部のサブキャリアに対するウエイトのみを算出し、フィルタ部１１は、ウエイト算出部１２が算出したウエイトを用いて他のサブキャリアの送信信号の推定値を算出する。

Description

ターボ等化装置、ターボ等化方法およびターボ等化プログラム

　本発明は、デジタル通信の受信システムにおけるターボ等化装置、ターボ等化方法およびターボ等化プログラムに関する。

　デジタル通信の受信システムにおけるベースバンド信号処理は、例えば、図９に示すようなシステムによって実現される。図９は、ベースバンド処理を行う装置の構成の一例を示すブロック図である。図９に示す装置は、受信信号から再生すべき信号を抽出する等化手段１０１、等化後に各ビット（または複数のビットで構成されるシンボル）の尤度を算出する復調手段１０２およびこの尤度を用いて誤り訂正符号の復号を行う復号手段１０３を含む。

　等化手段１０１は、遅延波の畳込みによる干渉（符号間干渉）、マルチアクセスにおけるユーザ間の干渉、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ）伝送における空間多重での他のレイヤの干渉などに対処する。等化処理は、復調手段１０２と併せて最尤復調を行うことが特性面では理想的となる。しかし、最尤復調は、原理的には想定されるすべての送信信号の組み合わせに対してチャネルモデルに基づき受信信号と比較する処理を行う必要がある。そのため、最尤復調は、一般には計算量が非常に大きくなる。

　比較的簡易な等化処理としてはＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ　Ｍｅａｎ　Ｓｑｕａｒｅｄ　Ｅｒｒｏｒ）基準に基づき干渉を除去する処理が知られている。ここで、送信アンテナＭ本でＭ個の独立なサブストリームを送信し、アンテナＮ本で受信する空間多重ＭＩＭＯにおけるＭＭＳＥ等化処理について説明する。

　シンボル間干渉通信路では、送信信号ｘ［ｍ］［ｔ］に対して受信信号ｙ［ｎ］［ｔ］は次のようにモデル化される。

　ｘ［ｍ］［ｔ］は、ＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）やＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｉｃ　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などによって変調された送信信号である。ｘ［ｍ］［ｔ］は、複素数で表現される。

　ｘ［ｍ］，ｙ［ｎ］をそれぞれ送信ストリーム、受信ストリームと呼ぶ。ｈ［ｎ，ｍ］［０］，ｈ［ｎ，ｍ］［１］，…，ｈ［ｎ，ｍ］［ｄ－１］は、送信ストリームｘ［ｍ］に対する受信ストリームｙ［ｎ］のインパルスレスポンスであり、時間軸で局所的には一定と仮定する。この係数を求める処理はチャネル推定と呼ばれる。チャネル推定は、パイロット信号などを送信することによって行われる。ｗ［ｎ］［ｔ］は、白色ガウス雑音を表す。

　ＭＭＳＥ等化処理では、受信ストリームｙ［０］，…，ｙ［Ｎ－１］から送信ストリームｘ［０］，…，ｘ［Ｍ－１］を推定する。具体的には、ＭＭＳＥ等化処理では、適切な区間［ｔ－Ｔ１，ｔ＋Ｔ２］を設定して、ｙ［ｎ］_ｔ＝（ｙ［ｎ］［ｔ－Ｔ１］，…，ｙ［ｎ］［ｔ］，…，ｙ［ｎ］［ｔ＋Ｔ２］）に対してユークリッド距離の平均が最小となるフィルタＡ［ｎ，ｍ］_ｔ＝（ａ［ｎ，ｍ］［－Ｔ１］，…，ａ［ｎ，ｍ］［０］，…，ａ［ｎ，ｍ］［Ｔ２］）を求めて、Σ_ｎＡ［ｎ，ｍ］_ｔ（ｙ［ｎ］_ｔ）^ｔをｘ［ｔ］の推定値とする。

　（ｙ［ｎ］_ｔ）^ｔは、ｙ［ｎ］_ｔの転置ベクトルを表す。式２における右辺の平均Ｅ（）は、すべての信号点が等確率で発生し、ｗ［ｎ］［ｔ］が白色ガウス雑音であるという仮定に基づいて計算される。

　ＭＭＳＥ等化処理は、簡易ではあるが、特性は最尤復調と比較して大きく劣る場合がある。ＭＭＳＥ等化処理に対してある程度の処理複雑度の増加を許容して特性を向上させる方式として、繰り返し等化処理が知られている。誤り訂正符号の復号までを含む繰り返し処理は、ターボ等化処理（以下、単にターボ等化ともいう。）と呼ばれる。ＭＩＭＯではＴｕｒｂｏ　ＳＩＣ（Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ）と呼ばれることも多い。

　図１０は、繰り返し等化（ターボ等化）処理を行う装置（以下、ターボ等化装置という。）の構成の一例を示すブロック図である。

　図１０に示すように、変調手段２０４が、誤り訂正符号復号の出力、つまり復号手段２０３の出力を再び変調して、フィードバック信号を生成する。等化手段２０１は、フィードバック信号と受信信号とを合わせて等化処理を実行する。ターボ等化は、この処理を反復的に繰り返すことによって特性を向上させる。例えば、非特許文献１には、符号間干渉に対するターボ等化方式が記載されている。

　ターボ等化は、フィードバック信号の精度を表す分散を用いて送信信号の推定値を算出する。非特許文献１に記載されているように、この分散を時点に依らず一定の値にすることによって、ターボ等化における等化手段２０１を簡易化することができる。さらに、送信時にフレームの先頭部分をフレームの末尾にＣＰ（ｃｙｃｌｉｃ　ｐｒｅｆｉｘ）として付加する処理を行い、受信時に周波数領域に変換してから等化処理を実行する。それにより、一層の簡易化を図ることができる。周波数領域におけるターボ等化については、例えば、非特許文献２、３に記載されている。非特許文献４には、ＬＴＥ（ＬＯＮＧ　Ｔｅｒｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）－Ａｄｖａｎｃｅｄ　ＵｐｌｉｎｋにおけるＭＩＭＯのターボ等化処理が記載されている。

　図１１は、周波数領域におけるターボ等化処理を行うターボ等化装置の構成の一例を示すブロック図である。ＦＦＴ手段３０１とＦＦＴ手段３０４は、時間領域から周波数領域に信号を変換するＦＦＴ（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を実行する。ＩＦＦＴ手段３０３は、その逆変換となるＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ　ＦＦＴ）を実行する。

　ここで、図１１に示す等化手段３０２、つまり、周波数領域における等化手段の処理について説明する。周波数領域では式１は次のように表すことができる。

　ここで、Ｙ［ｎ］［ｆ］，Ｘ［ｍ］［ｆ］は、ｙ［ｎ］［ｔ］，ｘ［ｍ］［ｔ］を周波数領域に変換したときのサブキャリアｆに対応する値であり、Ｗ［ｎ］［ｆ］は雑音成分を周波数領域に変換した値である。Ｈ［ｎ，ｍ］［ｆ］は、以下の式４で定義される。

　Ｔは処理単位となる送信フレームの大きさ（時点数）である。ｖ［ｍ］は、ターボ等化における繰り返し処理で送信ストリームＸ［ｍ］に対するフィードバック信号の分散を表す。（ｍ，ｍ）成分が１（＝送信信号の平均電力）であり、ｊ≠ｍの（ｊ，ｊ）成分がｖ［ｊ］であるM×Mの対角行列をＶ［ｍ］とする。例えば、Ｖ［０］は式５のようになる。

　σ^２は、受信信号のノイズの分散を表す。また、Ｉ_Ｍは、Ｍ×Ｍの単位行列を表す。Ｍ×Ｍ行列となるＳ［ｍ］［ｆ］を式６で定める。

　ここで、Ｈ［ｆ］は、Ｈ［ｎ，ｍ］［ｆ］を（ｎ，ｍ）成分に持つＮ×Ｍ行列である。Ｈ［ｆ］^Ｈは、Ｈ［ｆ］のエルミート（Ｈｅｒｍｉｔｅ）変換である。Ｈ［ｆ］^Ｈは、Ｈ［ｆ］の転置行列で各成分の複素共役をとった行列である。

　Ｘ^（ｒ）［ｍ］［ｆ］は、Ｘ［ｍ］［ｆ］のターボ等化の繰り返し数ｒ（ｒ＝１，２，…）におけるフィードバック信号を表す。最初の受信時の等化処理（ｒ＝０）においては、すべてのｍ＝０，１，…，Ｍ－１に対して、Ｘ^（０）［ｍ］［ｆ］＝０，ｖ［ｍ］＝１とする。Ｙ［ｎ］［ｍ］［ｆ］は、Ｙ^（ｒ）［ｎ］［ｆ］からｍ以外のＸ［ｊ］［ｆ］のレプリカ信号（Ｘ^（ｒ）［ｊ］［ｆ］）（ｊ≠ｍ）を用いて干渉キャンセルを行った信号を表す。

　このとき、繰り返し数ｒにおけるＸ［ｍ］［ｆ］の推定値Ｅ^（ｒ）（Ｘ［ｍ］［ｆ］）は次のようになる。Ｓ［ｍ］［ｆ］^{－１，（ｍ）}は、Ｓ［ｍ］［ｆ］の逆行列の第ｍ行である。

　式８におけるΛ［ｍ］は、送信ストリームＸ［ｍ］のチャネルゲインであり、次のように計算される。Ｈ［ｆ］_ｍは、Ｈ［ｆ］の第ｍ列であり、右辺はＴ個のすべてのサブキャリアについての和である。

　ＩＦＦＴ手段３０３がＥ^（ｒ）（Ｘ［ｍ］［ｆ］）に対してＩＦＦＴを実行後、復調手段１０２が復調処理を行い、復号手段２０３が誤り訂正符号の復号処理を実行する。復号手段２０３が復号に失敗した場合は、復号手段２０３の出力を用いてフィードバック信号Ｘ^{（ｒ＋１）}［ｍ］［ｆ］とその推定精度の評価として得られる分散を算出し、次の等化処理を実行する。

　図１２は、図１１に示す等化手段３０２の構成の一例を示す説明図である。図１２は、サブキャリアが４個（ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４）である場合の等化手段３０２の構成を示す。等化手段３０２は、サブキャリア毎にウエイト算出部４０１－１～４０１－４と、フィルタ部４０２－１～４０２－４とを含む。また、ターボ等化装置は、チャネルゲイン算出部４０３を含む。

　ウエイト算出部４０１－１～４０１－４は、式６のＳ［ｍ］［ｆ］と、その逆行列とを求める。フィルタ部４０２－１～４０２－４は、ウエイト算出部４０１－１～４０１－４の出力を用いて式８の推定値Ｅ^（ｒ）（Ｘ［ｍ］［ｆ］）を求める。また、各サブキャリアのウエイト算出部４０１－１～４０１－４は、式９の右辺の各項を算出する。チャネルゲイン算出部４０３は、算出された右辺の各項を加算して、式９のΛ［ｍ］を算出する。なお、図１２は、Ｍ＝Ｎ＝２、つまり、送信アンテナおよび受信アンテナが２本である場合の処理を表す。

　図１３は、ターボ等化処理システムの構成の一例を示すブロック図である。誤り訂正符号の復号処理は、ハードウェア化したときのメリットが大きい。従って、誤り訂正符号の復号処理に対しては、専用のハードウェア（復号部５０２）を用いる。復号部５０２は、図１１に示す復号手段２０３に相当する。その他の処理は、ソフトウェアに従って動作するプロセッサ５０１が行う。受信時（ｒ＝０）には、プロセッサ５０１が、図１１のＦＦＴ手段３０１、等化手段３０２、ＩＦＦＴ手段３０３の処理を実行する。繰り返し時（ｒ＞０）には、プロセッサ５０１が、変調手段２０４、ＦＦＴ手段３０４、等化手段３０２、ＩＦＦＴ手段３０３の処理を実行する。繰り返し時（ｒ＞０）には、受信時（ｒ＝０）と比較して、ｖ［ｍ］の推定と変調処理による負荷が発生する。

　また、等化処理は、特許文献１，２にも記載されている。

特開２０１２－０９０２３９号公報再表２００９－１１３６３９

Ｍ．　Ｔｕｃｈｌｅｒ，　Ｒ．　Ｋｏｅｔｔｅｒ，　ａｎｄ　Ａ．　Ｃ．　Ｓｉｎｇｅｒ，　"Ｔｕｒｂｏ　Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｎ　Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　Ｎｅｗ　Ｒｅｓｕｌｔｓ"，　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，　ｐｐ．７５４－７６７，　２００２Ｍ．　Ｔｕｃｈｌｅｒ　ａｎｄ　Ｊ．　Ｈａｇｅｎａｕｅｒ，　"Ｌｉｎｅａｒ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｄｏｍａｉｎ　Ｔｕｒｂｏ　ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ"，　Ｐｒｏｃ．　ＩＥＥＥ　Ｖｅｈｉｃuｌａｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　（ＶＴＣ），　ｐｐ．１４４９－１４５３，　２００1 Ｃ．　Ｌａｏｔ，　Ｒ．　Ｌ．　Ｂｉｄａｎ，　ａｎｄ　Ｄ．　Ｌｅｒｏｕｘ　"Ｌｏｗ－Ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ　ＭＭＳＥ　Ｔｕｒｂｏ　Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎｋｏｒｏｎ　Ａ　Ｐｏｓｓｉｂｌｅ　Ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ＥＤＧＥ"，　Ｐｒｏｃ．　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，　ｐｐ．９６５－９７４，　２００５Ｇ．　Ｂｅｒａｒｄｉｎｅｌｌｉ，　Ｃ．　Ｎ．　Ｍａｎｃｈｏｎ，　Ｌ．　Ｄｅｎｅｉｒｅ，　Ｔ．　Ｂ．　Ｓｏｒｅｎｓｅｎ，　Ｐ．　Ｍｏｇｅｎｓｅｎ，　ａｎｄ　Ｋ．　Ｐａｊｕｋｏｓｋｉ，"　Ｔｕｒｂｏ　Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ　ｆｏｒ　Ｓｉｎｇｌｅ　Ｕｓｅｒ　ＭＩＭＯ　ＬＴＥ－Ａ　Ｕｐｌｉｎｋ，　"Ｐｒｏｃ．　ＩＥＥＥ　ＶＴＣ　２００８

　周波数領域におけるターボ等化においては、各サブキャリアｆに対して式６のＳ［ｍ］［ｆ］とその逆行列とを求める。そして、これをウエイトとして式８のフィルタ処理で受信信号とレプリカ信号とから推定値を求める。このウエイト算出の負荷が大きいため、ターボ等化では、処理を簡易化する方法が望まれる。

　単純な簡易化の方法として、ＭＲＣ（Ｍａｘｉｍｕｍ　Ｒａｔｉｏ　Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）がある。ＭＲＣでは、繰り返し時には対象サブストリームｍ以外のサブストリームのレプリカ信号は、エラーなし、つまり、ｖ［ｊ］=０，Ｅ^（ｒ）（Ｘ［ｊ］［ｆ］）=Ｘ［ｊ］［ｆ］（ｊ≠ｍ）として、Ｅ^（ｒ）（Ｘ［ｍ］［ｆ］）を式８から式１０に沿って求める。しかし、ＭＲＣでは一般に特性の劣化が顕著になる。

　そこで、本発明は、ターボ等化処理において、効果的にウエイト算出処理を間引くことができ、かつ、特性を保ったまま繰り返し時の低複雑度化を実現することができるターボ等化装置、ターボ等化方法およびターボ等化プログラムを提供することを目的とする。

　本発明によるターボ等化装置は、受信信号に対する等化処理と誤り訂正符号復号処理とを反復的に行うターボ等化処理を行うターボ等化装置であって、複数のサブキャリアからなる周波数領域で等化処理を行う等化手段を備え、等化手段は、複数のサブキャリアに対して、受信信号と誤り訂正符号復号処理による誤り訂正符号復号出力から生成されるフィードバック信号とを入力として送信信号の推定値を算出するフィルタ部と、送信信号の推定値の算出に用いるウエイトを算出するウエイト算出部とを含み、ウエイト算出部は、ターボ等化処理の繰り返し時には、複数のサブキャリアのうちの一部のサブキャリアに対するウエイトのみを算出し、フィルタ部は、ウエイト算出部が算出したウエイトを用いて他のサブキャリアの送信信号の推定値を算出する。

　本発明によるターボ等化方法は、受信信号に対する等化処理と誤り訂正符号復号処理とを反復的に行うターボ等化処理におけるターボ等化方法であって、複数のサブキャリアからなる周波数領域で等化処理を実行し、等化処理において、複数のサブキャリアに対して、受信信号と誤り訂正符号復号処理による誤り訂正符号復号出力から生成するフィードバック信号とを入力として送信信号の推定値を算出し、送信信号の推定値の算出に用いるウエイトを算出し、ターボ等化処理の繰り返し時には、複数のサブキャリアのうちの一部のサブキャリアに対するウエイトのみを算出し、算出したウエイトを用いて他のサブキャリアの送信信号の推定値を算出することを特徴とする。

　本発明によるターボ等化プログラムは、受信信号に対する等化処理と誤り訂正符号復号処理とを反復的に行うターボ等化処理を行うターボ等化装置に搭載されるコンピュータに、複数のサブキャリアからなる周波数領域で等化処理を実行する処理と、等化処理において、複数のサブキャリアに対して、受信信号と誤り訂正符号復号処理による誤り訂正符号復号出力から生成するフィードバック信号とを入力として送信信号の推定値を算出する処理と、送信信号の推定値の算出に用いるウエイトを算出する処理と、ターボ等化処理の繰り返し時には、複数のサブキャリアのうちの一部のサブキャリアに対するウエイトのみを算出し、算出したウエイトを用いて他のサブキャリアの送信信号の推定値を算出する処理とを実行させることを特徴とする。

　本発明によれば、ターボ等化処理において、効果的にウエイト算出処理を間引くことができ、かつ、特性を保ったまま繰り返し時の低複雑度化を実現することができる。

本発明によるターボ等化装置における等化手段の構成の一例を示すブロック図である。ターボ等化の繰り返し毎の回路を備えたターボ等化装置の構成の一例を示すブロック図である。第１の実施形態における等化手段の他の構成を示すブロック図である。送信システム（Ｍ＝２）と受信システム（Ｎ＝２）とを含む伝送システムの構成の一例を示すブロック図である。遅延プロファイルの一例を示す説明図であるターボ等化（ｒ＝１，２）後の符号語単位でのブロックエラーレートのシミュレーション結果を示す説明図である。本発明によるターボ等化装置の最小構成を示すブロック図である。本発明によるターボ等化装置の他の最小構成を示すブロック図である。ベースバンド処理を行う装置の構成の一例を示すブロック図である。ターボ等化装置の構成の一例を示すブロック図である。周波数領域におけるターボ等化処理を行うターボ等化装置の構成の一例を示すブロック図である。図１１に示す等化手段の構成の一例を示す説明図である。ターボ等化装置の構成の一例を示すブロック図である。

実施形態１．
　以下、本発明の第１の実施形態を図面を参照して説明する。

　本発明によるターボ等化装置の構成は、図１１に示すターボ等化装置と同様である。ただし、ただし、図１１に示すターボ等化装置の等化手段３０２が、すべてのサブキャリアｆについてウエイト算出を行うのに対して、本発明によるターボ等化装置における等化手段は、サブキャリアを間引いてウエイト算出を実行する。

　図１は、本発明によるターボ等化装置における等化手段の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態における等化手段は、ウエイト算出部６０１と、フィルタ部６０２－１～６０２－４と、チャネルゲイン算出部６０３とを含む。

　ここでは、図１に示すように、サブキャリアｆ３について算出したウエイトを用いて、ｆ３の周囲のサブキャリアｆ１，ｆ２，ｆ４に対するフィルタ処理を実行する場合を例にする。ウエイト算出を行うサブキャリア数をｇとする。図１は、ｇ＝４のケースに相当する。なお、図１には、４つのサブキャリアが例示されているが、サブキャリアはいくつあってもよい。

　Ｈ［ｆ］の成分は、ｆに対して連続的に変化する。そのため、ウエイト算出は、ｇ個の連続するサブキャリアの中で中央に相当するサブキャリアに対して実行することが適切である。例えば、ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４，ｆ５という連続するサブキャリアの場合は、中央に相当するサブキャリアｆ３に対して実行する。また、図１は、サブキャリア１個で代表させているが、サブキャリア数が大きい場合には複数個のサブキャリアに対してウエイト算出部を用意することで特性と復号処理計算量のトレードオフを図ることができる。

　本発明では、チャネルゲイン算出部６０３は、式１０に示すように同一のウエイトを用いるサブキャリアｆについてＨ［ｆ］Ｈ［ｆ］Ｈ_ｍの和を求めてからΛ［ｍ］を算出することができる。これにより、Λ［ｍ］算出のための乗算回数を小さくすることが可能となる。

　次に、図１に示す等化手段における等化処理、つまり、簡易化に適した等化処理を説明する。式５から式８とは異なり、Ｅ（ｒ）（Ｘ［ｍ］［ｆ］）の生成にＸ［ｍ］［ｆ］のフィードバック信号Ｘ（ｒ）［ｍ］［ｆ］を用いる（ｒはターボ等化の繰り返し数に対応）。これを式１１から式１４で表す。式１４のΛ’［ｍ］は式１２のＳ’［ｆ］を用いて式１０のΛ［ｍ］と同様に求める。

　Ｓ’［ｆ］とＳ’［ｆ’］とが近いときには、つまり、Ｓ’［ｆ］とＳ’［ｆ’］とが同一サイズの行列であり、行列の成分が近い値のときには、Ｓ’［ｆ’］をＳ’［ｆ］で置き換えたウエイトを用いても特性への影響は小さい。式６のＳ［ｍ］［ｆ］についてはｖ［ｍ］＝１であるのに対して、ターボ等化が効果を発揮するときには多くのｊについてｖ［ｊ］＜１となる。そのため、式１２のＳ’［ｆ］の方がＳ’［ｆ’］との行列の成分の差は一般に小さくなる。このため、式１１－式１４に示す等化処理を実行することにより、サブキャリアを間引くことによって生じる近似の影響を抑えることができる。

　すべてのｊについてｖ［ｊ］＝１となる受信時の最初の等化処理においては（ｒ＝０）、本発明のようにサブキャリアを間引く簡易化を実行した場合には一般に特性は大きく劣化する。

　繰り返し時においては（ｒ＞０）、ターボ等化が有効な場合には繰り返し回数が大きくなるにつれて、等化処理の推定値の精度は高くなる、つまりｖ［ｍ］は小さくなる。従って、このとき、本発明のようにサブキャリアを間引く簡易化を実行しても、つまり、ｇを大きく設定してウエイト算出を行うサブキャリア数を抑えても、特性が大きく劣化することがなく、特性の劣化を抑えることができる。

　例えば、ターボ等化の繰り返し毎の回路を用意してパイプラインで処理する場合には、大きな繰り返し数に対応する等化手段では、ウエイト算出処理の負荷を抑えて低複雑度化を図ることができる。図２は、そのときのターボ等化装置の構成、つまり、ターボ等化の繰り返し毎の回路を備えたターボ等化装置の構成の一例を示すブロック図である。図２は、ｒ＝２までターボ等化を繰り返して出力する構成の一例を示す。等化手段７０１，７０２，７０３は、ターボ等化の繰り返し数ｒ＝０，１，２に対応する等化手段である。ｒ＝０に対応する等化手段７０１は、上述のようにｇ＝１としてすべてのサブキャリアに対して等化処理のウエイトを算出する。図２に示すターボ等化装置は、ｒ＝１，２に対してそれぞれｇ＝８，１６として、等化手段におけるウエイト算出の複雑度を抑えている。

　図３は、第１の実施形態における等化手段の他の構成を示すブロック図である。

　図１に示す等化手段において、一部のサブキャリアに対して求めたウエイトを用いて、中間のサブキャリアについて補間してウエイト算出を行う方式がある。それにより、ｇを大きく設定することが可能となる。図３は、そのときの等化手段の構成を示す。図３に示す等化手段は、補間部８０１を備える。

　補間部８０１は、図３に示すように、サブキャリアｆ＿ｉ，ｆ＿ｋに対してウエイト算出部６０１＿ｉ、６０１＿ｋが求めたウエイトを用いて、その間のサブキャリアｆ＿ｊに対するウエイトを求める。このとき、補間部８０１における処理は、実際にウエイトを求める処理より簡易なことが必要である。例えば、線形補間を補間部８０１に適用することが適切となる。

　ＭＩＭＯに対するターボ等化は、パラレル処理とシリアル処理との２種類に大きく分けられる。パラレル処理は、全体スケジューリングとしてすべてのサブストリームについて等化、復調、復号、変調のそれぞれの処理をパラレルに実行する。シリアル処理は、１サブストリームについて等化、復調、復号、変調の処理を実行してから次のサブストリームの処理に移行する。本発明は、そのどちらにも適用することができる。シリアル処理では、すべてのサブストリームでの一連の処理を１　ｉｔｅｒａｔｉｏｎ（繰り返し）として、１　ｉｔｅｒａｔｉｏｎ完了時から本発明による簡易化を適用することが有効となる。

　本発明は、図１３に示す誤り訂正符号の復号手段と、その他の処理をソフトウェアベースで実行するプロセッサ５０１とを含むターボ等化装置にも適用することができる。つまり、フィルタ部６０２－１～６０２－４，６０２－ｉ～６０２－ｋ、ウエイト算出部６０１，６０１－ｉ，６０１－ｋおよび補間部８０１は、プログラムに従って動作するマイクロコンピュータ等で実現可能である。

　本発明を図１３に示す構成に適用した場合、プロセッサ５０１は、ターボ等化の繰り返し時（ｒ＞０）にはウエイト算出処理をすべてのサブキャリアではなく、一部のサブキャリアのみ対して実行する。それにより、プロセッサ５０１の負荷を小さくすることができる。

　以下、第１の実施形態の実施例を説明する。

　本発明は、典型的には携帯電話システムのＬＴＥ／ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄのアップリンクなどシングルキャリア－周波数分割多重アクセス方式に適用することができる。図４は、送信システム（Ｍ＝２）と受信システム（Ｎ＝２）とを含む伝送システムの構成の一例を示すブロック図である。ここでは、ＭＩＭＯはシングルユーザのケースを想定する。ＬＴＥ／ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄのアップリンクでは送信システムは各端末、受信システムは基地局に相当する。以下、図４に示すシステムついて説明する。

　送信時は、ＤＦＴ手段９０１－１～９０１－２、サブキャリアマッピング手段９０２－１～９０２－２は、異なるサブキャリアへのマッピングによるユーザデータの多重化を行う。ＤＦＴ手段９０１－１～９０１－２は、ＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を実行する。

　ＩＦＦＴ手段９０３－１～９０３－２は、サブキャリアマッピング手段９０２－１～９０２－２から入力したデータを時間領域に戻して伝送する。ＩＦＦＴ手段９０３－１～９０３－２のサブキャリア数がシステム全体の容量を決めるパラメータとなる。ＣＰ付加手段９０４－１～９０４－２はフレームにＣＰを付加する。

　受信時は、ＣＰ削除手段９０５－１～９０５－２は、フレームに付加されたＣＰを除去する。ＦＦＴ手段９０６－１～９０６－２は、ＣＰ削除手段９０５－１～９０５－２から入力したデータを周波数領域に変換する。そして、サブキャリアデマッピング手段９０７－１～９０７－２が周波数領域に変換されたデータからユーザデータを分離し、等化処理を開始する。

　なお、図１１に示すＦＦＴ手段３０１は、図４に示すＦＦＴ手段９０６－１～９０６－２に対応する。ＦＦＴ手段３０４は、送信時のＤＦＴ手段９０１－１～９０１－２と同じ処理を行うＤＦＴ手段９０９－１～９０９－２に対応する。ＩＦＦＴ手段３０３は、ＤＦＴ手段９０９－１～９０９－２が実行するＤＦＴの逆変換であるＩＤＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ　ＤＦＴ）を実行するＩＤＦＴ手段９０８－１～９０８－２に対応する。

　繰り返し時にウエイト算出の対象とするサブキャリアは、なるべく均等に配置することが望ましい。連続するサブキャリアに対しては、均等に分割してグループ化して、グループの中心のサブキャリアに対してウエイト算出を行うことが自然な方法となる。ＬＴＥにおいては、多重化の単位となる最小のリソースブロックは、１２サブキャリアで構成される。このサブキャリアをｆ＿１，ｆ＿２，・・・，ｆ＿１２と表記してｇ個のサブキャリアの中の１個に対してウエイト算出を行う場合、対象となる１２／ｇ個サブキャリアは、例えば次のようになる。

　ｇ＝１２のときは、対象となるサブキャリアはｆ＿６となる。ｇ＝６のときは、ｆ＿３，ｆ＿９になる。ｇ＝４のときは、ｆ＿３，ｆ＿７，ｆ＿１１となる。ｇ＝３のときは、ｆ＿２，ｆ＿５，ｆ＿８，ｆ＿１１となる。

　本発明による特性を調べるために次の条件でのシミュレーションを実施した。条件は以下の通りである。図５は、遅延プロファイルの一例を示す説明図である

アンテナ数：Ｍ＝Ｎ＝４（４サブストリーム）
変調方式：１６ＱＡＭ
ＦＦＴ／ＩＦＦＴ：サイズ１０２４、サブキャリア間隔１５ＫＨｚ、キャリア周波数２ＧＨｚ
ＤＦＴ／ＩＤＦＴ：サイズ１２０
通信路：各パスは独立な１０波の合成としてモデル化。アンテナ間の空間相関は考慮しない。移動速度３ｋｍ／ｈ。遅延モデルはタップ数３７で図５に示す平均電力Ｅ（｜ｈ［ｎ，ｍ］［ｉ］｜^２）を持つ。
誤り訂正符号：ＬＴＥターボ符号、符号長１０００、符号化率０．５。ターボ符号の復号繰り返し数は４。

　図６は、ターボ等化（ｒ＝１，２）後の符号語単位でのブロックエラーレート（ＢＬＥＲ）のシミュレーション結果を示す説明図である。横軸はＳＮＲ（ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－ｎｏｉｓｅ　ｒａｔｉｏ，信号対雑音比）、縦軸はＢＬＥＲである。図６において、“ＭＭＳＥ”は、ターボ等化なし、つまり、ＭＭＳＥのみ（ｒ＝０）のときのＢＬＥＲを表す。“従来”は、式５－式９のターボ等化を適用したときのＢＬＥＲを表す。“本発明”は、式１０－式１４のターボ等化を適用したときのＢＬＥＲを表す。なお、“本発明”は、ｇ＝６のとき、つまり、６個のサブキャリア毎にウエイト計算を行う簡易化を適用したときのＢＬＥＲである。“ＭＲＣ”は、繰り返し時のレプリカ信号の分散を０としたときのＢＬＥＲである。

　図６に示すシミュレーション結果から、本発明を適用した場合であっても、“従来”に示すターボ等化とほぼ同程度の特性が得られることがわかる。また、本発明を適用することにより、ＭＲＣより２ｄＢ程度の改善が得られていることがわかる。これは、本発明が、ターボ等化におけるウエイト算出の計算量を１／６にすることができ、計算量と特性とのトレードオフを大きく改善することに成功していることを示す。図６に示す例において、図２に示す方法、つまり、ターボ等化の繰り返し数に応じてｇを変化させる方法を用いた場合には、ｒ＝２に対してｇ＝１２としてウエイトを算出する方法が考えられる。

　以上に説明したように、本発明では、一部のサブキャリアから算出したウエイトを用いてその周囲のサブキャリアに対するフィルタ処理を実行する。従って、本発明によれば、ターボ等化処理におけるウエイト算出処理を効果的に間引くことができる。また、ウエイト算出を行うサブキャリアを間引くことによって生じる近似の影響を抑えることができる。つまり、等化処理の特性を保ったまま、等化処理の繰り返し時の低複雑度化が可能になる。

　また、本発明によれば、式１０に示すように同一のウエイトを用いるサブキャリアｆについてＨ［ｆ］Ｈ［ｆ］Ｈ_ｍの和を求めてからΛ［ｍ］を算出することができる。従って、Λ［ｍ］算出のための乗算回数を小さくすることができ、ターボ等化の処理負担を軽減することができる。

　図７は、本発明によるターボ等化装置の最小構成を示すブロック図である。図８は、本発明によるターボ等化装置の他の最小構成を示すブロック図である。

　図７に示すように、本発明によるターボ等化装置は、受信信号に対する等化処理と誤り訂正符号復号処理とを反復的に行うターボ等化処理における該等化処理を行うターボ等化装置であって、複数のサブキャリアからなる周波数領域で等化処理を行う等化手段１０（例えば、図２に示す等化手段７０１、７０２、７０３に相当。）を備え、等化手段１０は、複数のサブキャリアに対して、受信信号と誤り訂正符号復号処理による誤り訂正符号復号出力から生成されるフィードバック信号とを入力として送信信号の推定値を算出するフィルタ部１１（図１に示すフィルタ部６０２－１～６０２－４に相当）と、送信信号の推定値の算出に用いるウエイトを算出するウエイト算出部１２（図１に示すウエイト算出部６０１に相当）とを含み、ウエイト算出部１２は、ターボ等化処理の繰り返し時には、複数のサブキャリアのうちの一部のサブキャリアに対するウエイトのみを算出し、フィルタ部１１は、ウエイト算出部１２が算出したウエイトを用いて他のサブキャリアの送信信号の推定値を算出する。

　上記の実施形態には、以下のようなターボ等化装置も開示されている。

（１）フィルタ部１１は、受信信号と誤り訂正符号復号出力から生成するフィードバック信号とに加えて、等化処理の対象であるサブストリームのフィードバック信号を入力とするターボ等化装置。

　そのような構成によれば、サブキャリアを間引くことによって生じる近似の影響を抑えることができる。

（２）ウエイト算出部１２は、連続する複数のサブキャリアを１つまたは複数のグループに分割し、各グループの中央に相当するサブキャリアに対するウエイトを算出し、フィルタ部１１は、グループごとに算出したウエイトを用いて、各グループに属する各サブキャリアの送信信号の推定値を算出するターボ等化装置。

　そのような構成によれば、ターボ等化処理におけるウエイト算出の複雑度を抑えることができる。

（３）ウエイト算出部１２は、ターボ等化処理の繰り返し回数に応じて、ウエイトの算出対象となるサブキャリアの個数を少なくするターボ等化装置。

　そのような構成によれば、特性が大きく劣化することなく、ウエイト算出を行うサブキャリア数を抑えることができる。それは、ターボ等化の繰り返し回数が大きくなるにつれて、等化処理の推定値の制度が高くなるからである。

（４）図８に示すように、複数のサブキャリアのうちの一部のサブキャリアに対して算出したウエイトを線形補間して、他のサブキャリアに対するウエイトを算出する補間部１３（図３に示すターボ等化装置における補間部８０１に相当）を含むターボ等化装置。

　そのような構成によれば、ウエイト算出を行うサブキャリア数ｇをより大きくすることができる。従って、ターボ等化装置におけるウエイト算出の処理負荷をより低減させることができる。

　また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下
に限られない。

（付記１）受信信号に対する等化処理と誤り訂正符号復号処理とを反復的に行うターボ等化処理におけるターボ等化方法であって、複数のサブキャリアからなる周波数領域で等化処理を実行し、等化処理において、複数のサブキャリアに対して、受信信号と誤り訂正符号復号処理による誤り訂正符号復号出力から生成するフィードバック信号とを入力として送信信号の推定値を算出し、送信信号の推定値の算出に用いるウエイトを算出し、ターボ等化処理の繰り返し時には、複数のサブキャリアのうちの一部のサブキャリアに対するウエイトのみを算出し、算出したウエイトを用いて他のサブキャリアの送信信号の推定値を算出することを特徴とするターボ等化方法。

（付記２）受信信号と誤り訂正符号復号出力から生成するフィードバック信号とに加えて、等化処理の対象であるサブストリームのフィードバック信号を入力として送信信号の推定値を算出する付記１に記載のターボ等化方法。

　そのような方法によれば、サブキャリアを間引くことによって生じる近似の影響を抑えることができる。

（付記３）連続する複数のサブキャリアを１つまたは複数のグループに分割し、各グループの中央に相当するサブキャリアに対するウエイトを算出し、グループごとに算出したウエイトを用いて、各グループに属する各サブキャリアの送信信号の推定値を算出する
付記１または付記２に記載のターボ等化方法。

　そのような方法によれば、特性が大きく劣化することなく、ウエイト算出を行うサブキャリア数を抑えることができる。それは、ターボ等化の繰り返し回数が大きくなるにつれて、等化処理の推定値の制度が高くなるからである。

（付記４）ターボ等化処理の繰り返し回数に応じて、ウエイトの算出対象となるサブキャリアの個数を少なくする付記１から付記３のうちのいずれか１つに記載のターボ等化方法。

　そのような方法によれば、ターボ等化処理におけるウエイト算出の複雑度を抑えることができる。

（付記５）複数のサブキャリアのうちの一部のサブキャリアに対して算出したウエイトを線形補間して、他のサブキャリアに対するウエイトを算出する付記１から付記４のうちのいずれか１つに記載のターボ等化方法。

　そのような方法によれば、ウエイト算出を行うサブキャリア数ｇをより大きくすることができる。従って、ターボ等化処理におけるウエイト算出の処理負荷をより低減させることができる。

　この出願は、２０１２年６月２６日に出願された日本特許出願２０１２－１４３４４０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記の実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

　１０、１０１、２０１、３０２　等化手段
　１１、４０２－１～４０２－４、６０２－１～６０２－４、６０２－ｉ～６０２－ｋ　フィルタ部
　１２、４０１－１～４０１－４、６０１、６０１－ｉ、６０１－ｋ　ウエイト算出部
　１３、８０１　補間部
　１０２　復調手段
　１０３、２０３　復号手段
　２０４　変調手段
　３０１、３０４、９０６－１～９０６－２　ＦＦＴ手段
　３０３、９０３－１～９０３－２　ＩＦＦＴ手段
　４０３、６０３　チャネルゲイン算出部
　５０１　プロセッサ
　５０２　復号部
　７０１、７０２、７０３　等化手段
　９０１－１～９０１－２、９０９－１～９０９－２　ＤＦＴ手段
　９０２－１～９０２－２　サブキャリアマッピング手段
　９０４－１～９０４－２　ＣＰ付加手段
　９０５－１～９０５－２　ＣＰ削除手段
　９０７－１～９０７－２　サブキャリアデマッピング手段
　９０８－１～９０８－２　ＩＤＦＴ手段

Claims

　受信信号に対する等化処理と誤り訂正符号復号処理とを反復的に行うターボ等化処理を行うターボ等化装置であって、
　複数のサブキャリアからなる周波数領域で前記等化処理を行う等化手段を備え、
　前記等化手段は、
　前記複数のサブキャリアに対して、受信信号と前記誤り訂正符号復号処理による誤り訂正符号復号出力から生成されるフィードバック信号とを入力として送信信号の推定値を算出するフィルタ部と、前記送信信号の推定値の算出に用いるウエイトを算出するウエイト算出部とを含み、
　前記ウエイト算出部は、前記ターボ等化処理の繰り返し時には、前記複数のサブキャリアのうちの一部のサブキャリアに対するウエイトのみを算出し、
　前記フィルタ部は、前記ウエイト算出部が算出したウエイトを用いて他のサブキャリアの送信信号の推定値を算出する
　ことを特徴とするターボ等化装置。
　フィルタ部は、受信信号と誤り訂正符号復号出力から生成するフィードバック信号とに加えて、等化処理の対象であるサブストリームのフィードバック信号を入力とする
　請求項１に記載のターボ等化装置。
　ウエイト算出部は、連続する複数のサブキャリアを１つまたは複数のグループに分割し、各グループの中央に相当するサブキャリアに対するウエイトを算出し、
　前記フィルタ部は、前記グループごとに算出したウエイトを用いて、各グループに属する各サブキャリアの送信信号の推定値を算出する
　請求項１または請求項２に記載のターボ等化装置。
　ウエイト算出部は、ターボ等化処理の繰り返し回数に応じて、ウエイトの算出対象となるサブキャリアの個数を少なくする
　請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のターボ等化装置。
　複数のサブキャリアのうちの一部のサブキャリアに対して算出したウエイトを線形補間して、他のサブキャリアに対するウエイトを算出する補間部を含む
　請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載のターボ等化装置。
　受信信号に対する等化処理と誤り訂正符号復号処理とを反復的に行うターボ等化処理におけるターボ等化方法であって、
　複数のサブキャリアからなる周波数領域で前記等化処理を実行し、
　前記等化処理において、前記複数のサブキャリアに対して、受信信号と前記誤り訂正符号復号処理による誤り訂正符号復号出力から生成するフィードバック信号とを入力として送信信号の推定値を算出し、
　前記送信信号の推定値の算出に用いるウエイトを算出し、
　前記ターボ等化処理の繰り返し時には、前記複数のサブキャリアのうちの一部のサブキャリアに対するウエイトのみを算出し、前記算出したウエイトを用いて他のサブキャリアの送信信号の推定値を算出する
　ことを特徴とするターボ等化方法。
　受信信号と誤り訂正符号復号出力から生成するフィードバック信号とに加えて、等化処理の対象であるサブストリームのフィードバック信号を入力として送信信号の推定値を算出する
　請求項６に記載のターボ等化方法。
　受信信号に対する等化処理と誤り訂正符号復号処理とを反復的に行うターボ等化処理を行うターボ等化装置に搭載されるコンピュータに、
　複数のサブキャリアからなる周波数領域で前記等化処理を実行する処理と、
　前記等化処理において、前記複数のサブキャリアに対して、受信信号と前記誤り訂正符号復号処理による誤り訂正符号復号出力から生成するフィードバック信号とを入力として送信信号の推定値を算出する処理と、
　前記送信信号の推定値の算出に用いるウエイトを算出する処理と、
　前記ターボ等化処理の繰り返し時には、前記複数のサブキャリアのうちの一部のサブキャリアに対するウエイトのみを算出し、前記算出したウエイトを用いて他のサブキャリアの送信信号の推定値を算出する処理とを
　実行させるためのターボ等化プログラム。
　コンピュータに、
　受信信号と誤り訂正符号復号出力から生成するフィードバック信号とに加えて、等化処理の対象であるサブストリームのフィードバック信号を入力として送信信号の推定値を算出する処理を実行させる
　請求項８に記載のターボ等化プログラム。