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JP2012095322A - Signal decoder and signal decoding method - Google Patents

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JP2012095322A
JP2012095322A JP2011271906A JP2011271906A JP2012095322A JP 2012095322 A JP2012095322 A JP 2012095322A JP 2011271906 A JP2011271906 A JP 2011271906A JP 2011271906 A JP2011271906 A JP 2011271906A JP 2012095322 A JP2012095322 A JP 2012095322A
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JP
Japan
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unit
symbol
signal
matrix
channel
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Pending
Application number
JP2011271906A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Harada
博司 原田
Ryota Kimura
亮太 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Information and Communications Technology
Original Assignee
National Institute of Information and Communications Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Information and Communications Technology filed Critical National Institute of Information and Communications Technology
Priority to JP2011271906A priority Critical patent/JP2012095322A/en
Publication of JP2012095322A publication Critical patent/JP2012095322A/en
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Abstract

【課題】信号復号時の演算量を削減し、処理遅延を小さくする。
【解決手段】受信シンボルとQR分解部22からの出力が乗算部21に供給され、受信シンボルとQR分解部22の出力とが乗算される。サブグループの数に対応して複数の乗算部21とQR分解部22とが設けられている。乗算部22によって、共役転置行列と受信シンボルとが乗算されることによって、受信シンボルが直交化される。QR分解部22に対してAGS部23からの置換チャネル行列が供給される。AGS部23には,チャネル推定部14からのチャネル応答行列が供給される。乗算部21からの複数のサブグループに分割され、直交化された受信シンボルがローカル検出器24に供給される。ローカル検出器24は、各サブグループが直交化されていることを利用して階層型アルゴリズム(例えばMアルゴリズム)による信号検出を行う。
【選択図】図7
An object of the present invention is to reduce the amount of calculation during signal decoding and reduce processing delay.
A received symbol and an output from a QR decomposing unit are supplied to a multiplying unit, and the received symbol is multiplied by an output from the QR decomposing unit. A plurality of multipliers 21 and QR decomposition units 22 are provided corresponding to the number of subgroups. The multiplier 22 multiplies the conjugate transpose matrix and the received symbol, thereby orthogonalizing the received symbol. The permutation channel matrix from the AGS unit 23 is supplied to the QR decomposition unit 22. The AGS unit 23 is supplied with the channel response matrix from the channel estimation unit 14. Received symbols divided into a plurality of subgroups from the multiplier 21 and orthogonalized are supplied to the local detector 24. The local detector 24 performs signal detection by a hierarchical algorithm (for example, M algorithm) using the fact that each subgroup is orthogonalized.
[Selection] Figure 7

Description

この発明は、例えば移動通信において、高速化および高容量化を可能とする信号復号装置および信号復号方法に関する。   The present invention relates to a signal decoding apparatus and a signal decoding method that enable high speed and high capacity in, for example, mobile communication.

近年、無線通信における周波数利用効率の向上を図るために、MIMO(Multiple Input Multiple Output)が注目されている。次世代移動無線アクセスシステムでは、数百Mbps 〜数Gbps の最大伝送レートを実現しようとしている。このような高い伝送レートを高い周波数利用効率と共に実現する技術として空間分割多重(Space Division Multiplexing:SDM) が注目されている。   In recent years, attention has been focused on MIMO (Multiple Input Multiple Output) in order to improve frequency utilization efficiency in wireless communication. In the next generation mobile radio access system, a maximum transmission rate of several hundred Mbps to several Gbps is being realized. As a technique for realizing such a high transmission rate together with high frequency utilization efficiency, space division multiplexing (SDM) has attracted attention.

SDMでは、送信機において複数のアンテナを使用してアンテナ毎に異なる信号(データストリームを分割したサブストリーム)を同一周波数上で送信し、それらを空間的に多重する伝送方式である。このような多重化によって、利用周波数帯域を広げることなく、基本的には、送信アンテナ数に比例した伝送レートを得ることが可能となる。   SDM is a transmission method in which a transmitter uses a plurality of antennas to transmit different signals (substreams obtained by dividing a data stream) on the same frequency and spatially multiplex them. By such multiplexing, it is basically possible to obtain a transmission rate proportional to the number of transmission antennas without expanding the use frequency band.

SDMにおいてその伝送能力に影響する要素の一つとして、受信機における信号検出アルゴリズムがある。このアルゴリズムとしては、ZF(Zero-Forcing)や最小平均二乗誤差(Minimum Mean Square Error:mmse)規範に基づく空間フィルタリングと、最尤検出(Maximum Likelihood Detection:MLD)の二つに大別できる。   One of the factors affecting the transmission capability in SDM is a signal detection algorithm in the receiver. This algorithm can be broadly classified into two types: spatial filtering based on ZF (Zero-Forcing) and minimum mean square error (mmse) norms, and maximum likelihood detection (MLD).

空間フィルタリングは、送信アンテナ数より多い数(L)の受信アンテナを使用するアクティブアレーによる空間フィルタリングである。   Spatial filtering is spatial filtering with an active array that uses a number (L) of receive antennas greater than the number of transmit antennas.

MLDについて簡単に説明する。ある時刻の各サブストリームの取り得る値は、変調多値数しか存在しないので、変調多値数をSとし、送信アンテナ数(サブストリーム数)をLとするとき、全てのサブストリームの取り得る組合せはSL 通りとなる。受信した受信信号に対してその中の一つのサブストリームが送信された場合の確率密度を計算し、確率密度が最も大きい送信信号をSL 通りから選択するのがMLDである。 The MLD will be briefly described. Since the possible values of each substream at a certain time include only the modulation multilevel number, when the modulation multilevel number is S and the number of transmission antennas (the number of substreams) is L, all the substreams are possible. There are S L combinations. The probability density calculated when one sub-stream therein is sent to the received reception signal, the largest transmission signal probability density chosen from S L Street is MLD.

SDMおよびMLDに関しては、下記の非特許文献1に記載されている。   SDM and MLD are described in Non-Patent Document 1 below.

電子情報通信学会論文誌 B Vol.J87-B No.9 pp.1162-1173 2004年9 月IEICE Transactions B Vol.J87-B No.9 pp.1162-1173 September 2004

MLDに対して、伝送能力をできる限り保ちつつ、その演算量を削減する手法が提案されている。本願発明者は、複数のQR分解(Multiple-QR-Decomposition:Multi-QRD) によるSDM信号の分離を行う信号検出アルゴリズムを提案している。   A method has been proposed for reducing the amount of calculation for MLD while maintaining transmission capability as much as possible. The present inventor has proposed a signal detection algorithm for separating SDM signals by a plurality of QR decompositions (Multi-QR-Decomposition: Multi-QRD).

空間フィルタリングは、少ない計算量で実現できる代わりに、MLDと比較して伝送能力が劣るという欠点がある。一方、MLDは、優れた伝送能力を有するが、莫大な演算量を必要とする問題点がある。上述したように、送信アンテナ数Nの指数でもって演算量が増大する。   Spatial filtering can be realized with a small amount of calculation, but has a drawback that transmission capability is inferior to that of MLD. On the other hand, MLD has an excellent transmission capability, but has a problem of requiring a huge amount of calculation. As described above, the amount of calculation increases with an index of the number N of transmission antennas.

したがって、この発明の目的は、演算量が削減でき、処理遅延の小さい空間多重方式における信号検出アルゴリズムによる信号復号装置および信号復号方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a signal decoding apparatus and a signal decoding method based on a signal detection algorithm in a spatial multiplexing system that can reduce the amount of calculation and have a small processing delay.

上述の課題を解決するために、この発明は、所定の情報信号から得られた互いに独立のL個の送信信号をL個の送信アンテナから放出し、該L個の送信信号を混合したM個の混合信号が入力される信号入力部と、
チャネル推定を行い、M行L列のチャネル応答行列を推定するチャネル推定部と、
受信シンボルとチャネル応答行列とが入力され、送信信号を検出するシンボル復号部とを備え、
シンボル復号部は、
チャネル推定部からのチャネル応答行列を互いに異なる複数の置換チャネル行列に分割してサブグループを形成し、サブグループ毎に並列処理を行う処理部とを含み、
処理部は、置換チャネル行列に対するQR分解処理部と、受信シンボルに対して共役転置行列を乗算し、受信シンボルを直交化する乗算部と、乗算部の出力が供給され、サブグループ毎に信号検出を行うローカル検出部とからなり、
乗算部において、複数のサブグループの受信シンボルをまとめて共役転置行列と乗算する信号復号装置である。
In order to solve the above-described problem, the present invention emits L independent transmission signals obtained from a predetermined information signal from L transmission antennas and mixes the L transmission signals. A signal input unit to which a mixed signal of
A channel estimation unit that performs channel estimation and estimates a channel response matrix of M rows and L columns;
A symbol decoding unit that receives a received symbol and a channel response matrix and detects a transmission signal;
The symbol decoding unit
Including a processing unit that divides the channel response matrix from the channel estimation unit into a plurality of different permutation channel matrices to form subgroups, and performs parallel processing for each subgroup,
The processing unit is supplied with the QR decomposition processing unit for the permutation channel matrix, the multiplication unit that multiplies the received symbol by the conjugate transpose matrix and orthogonalizes the received symbol, and the output of the multiplication unit, and detects the signal for each subgroup. And a local detector that performs
In the multiplication unit, the signal decoding apparatus multiplies received symbols of a plurality of subgroups together with a conjugate transpose matrix.

また、この発明は、所定の情報信号から得られた互いに独立のL個の送信信号をL個の送信アンテナから放出し、該L個の送信信号を混合したM個の混合信号が入力される信号入力ステップと、
チャネル推定を行い、M行L列のチャネル応答行列を推定するチャネル推定ステップと、
受信シンボルとチャネル応答行列とが入力され、送信信号を検出するシンボル復号ステップとを備え、
シンボル復号ステップは、
チャネル応答行列を互いに異なる複数の置換チャネル行列に分割してサブグループを形成し、サブグループ毎に並列処理を行う処理ステップとを含み、
処理ステップは、置換チャネル行列に対するQR分解処理ステップと、受信シンボルに対して共役転置行列を乗算し、受信シンボルを直交化する乗算ステップと、乗算ステップの出力が供給され、サブグループ毎に信号検出を行うローカル検出ステップとからなり、
乗算ステップにおいて、複数のサブグループの受信シンボルをまとめて共役転置行列と乗算する信号復号方法である。
Further, according to the present invention, L transmission signals independent from each other obtained from a predetermined information signal are emitted from L transmission antennas, and M mixed signals obtained by mixing the L transmission signals are input. A signal input step;
A channel estimation step of performing channel estimation and estimating a channel response matrix of M rows and L columns;
A symbol decoding step for receiving a received symbol and a channel response matrix and detecting a transmission signal;
The symbol decoding step consists of
Dividing the channel response matrix into a plurality of different permutation channel matrices to form subgroups, and performing parallel processing for each subgroup,
The processing steps include a QR decomposition processing step for the permutation channel matrix, a multiplication step for multiplying the received symbol by a conjugate transpose matrix and orthogonalizing the received symbol, and an output of the multiplication step, and signal detection for each subgroup. And a local detection step that performs
In the multiplication step, the received symbols of a plurality of subgroups are collectively multiplied by a conjugate transpose matrix.

この発明は、サブグループに受信信号を分割し、各サブグループ毎に階層型アルゴリズム等によって信号検出を行う。サブグループ毎の並列的処理によって、演算量を削減できると共に、処理遅延を小さくすることができる。さらに、乗算部において、複数のサブグループの受信シンボルをまとめて共役転置行列と乗算するので、演算量を削減することができる利点がある。   In the present invention, a received signal is divided into subgroups, and signal detection is performed for each subgroup by a hierarchical algorithm or the like. The parallel processing for each subgroup can reduce the calculation amount and reduce the processing delay. Furthermore, since the multiplying unit collectively multiplies the received symbols of a plurality of subgroups with the conjugate transpose matrix, there is an advantage that the amount of calculation can be reduced.

この発明の一実施の形態における送信機の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the transmitter in one embodiment of this invention. この発明の一実施の形態における送信信号の構成を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the structure of the transmission signal in one embodiment of this invention. この発明の一実施の形態における受信機の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the receiver in one embodiment of this invention. この発明によるシンボル復号部の一例の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of an example of the symbol decoding part by this invention. ローカル検出器のMアルゴリズムによるメトリック演算量の削減を示す略線図である。It is a basic diagram which shows reduction of the metric calculation amount by M algorithm of a local detector. この発明の一実施の形態の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process of one Embodiment of this invention. この発明の一実施の形態の処理の流れの一部変形例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the partial modification of the flow of the process of one Embodiment of this invention. この発明の一実施の形態におけるローカル検出の一例であるMアルゴリズムの処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the M algorithm which is an example of the local detection in one embodiment of this invention. この発明の一実施の形態におけるローカル検出の他の例であるsphere decoding の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of sphere decoding which is another example of the local detection in one embodiment of this invention. 適応グループ制御の効果を示す計算機シミュレーションの結果のグラフである。It is a graph of the result of the computer simulation which shows the effect of adaptive group control. 生き残りパス数の効果を示す計算機シミュレーションの結果のグラフである。It is a graph of the result of the computer simulation which shows the effect of the number of surviving paths. QPSKに関してBER特性の比較を示す計算機シミュレーションの結果のグラフである。It is a graph of the result of the computer simulation which shows the comparison of the BER characteristic regarding QPSK. 16QAMに関してBER特性の比較を示す計算機シミュレーションの結果のグラフである。It is a graph of the result of the computer simulation which shows the comparison of BER characteristic regarding 16QAM.

以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。図1Aおよび図1Bは、一実施の形態による通信システムにおける送信機の一例の構成を示す。送信ビット系列がFEC(Forward Error Correction)エンコーダ1に入力され、エラー訂正符号化される。FECエンコーダ1の出力がブロックインターリーバ2に供給され、OFDMシンボル単位でインターリーブの処理がなされる。インターリーバ2の出力がS/Pコンバータ3に供給され、シリアルデータからパラレルデータへ変換される。S/Pコンバータ3は、送信データを例えばL例えば4個の送信アンテナAT1、AT2,AT3,AT4に対する送信データ系列を生成する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B show an exemplary configuration of a transmitter in a communication system according to an embodiment. The transmission bit sequence is input to an FEC (Forward Error Correction) encoder 1 and subjected to error correction coding. The output of the FEC encoder 1 is supplied to the block interleaver 2, and interleave processing is performed in units of OFDM symbols. The output of the interleaver 2 is supplied to the S / P converter 3 and converted from serial data to parallel data. The S / P converter 3 generates transmission data sequences for transmission data such as L, for example, four transmission antennas AT1, AT2, AT3, and AT4.

なお、S/Pコンバータ3を入力段に設け、4個の並列のデータ系列に対してFECエンコーダ1およびインターリーバ2をそれぞれ設けるようにしても良い。   Note that the S / P converter 3 may be provided in the input stage, and the FEC encoder 1 and the interleaver 2 may be provided for each of four parallel data series.

S/Pコンバータ3に対して接続されたS/Pコンバータ4a,4b,4c,4dによって、データ系列が複数のデータ系列に分けられる。S/Pコンバータ4a〜4dからのデータ系列がマッパー5a,5b,5c,5dにそれぞれ供給される。マッパー5a〜5dは、それぞれディジタル変調(QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 、PSK(Phase Shift Keying)等)の変調を行うものである。   The data series is divided into a plurality of data series by the S / P converters 4a, 4b, 4c, and 4d connected to the S / P converter 3. Data series from the S / P converters 4a to 4d are supplied to the mappers 5a, 5b, 5c and 5d, respectively. The mappers 5a to 5d perform modulation of digital modulation (QAM (Quadrature Amplitude Modulation), PSK (Phase Shift Keying), etc.), respectively.

マッパー5a〜5dのそれぞれの出力が逆高速フーリエ変換(Inverse Fast Fourier Transform):IFFT)部6a,6b,6c,6dに供給され、時間領域波形が生成される。IFFT部6a〜6dに対しては、パイロットシンボル生成器7からのパイロットシンボルが供給され、パイロットシンボルが付加される。   The outputs of the mappers 5a to 5d are supplied to Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) units 6a, 6b, 6c, and 6d to generate time domain waveforms. The IFFT units 6a to 6d are supplied with pilot symbols from the pilot symbol generator 7 and added with pilot symbols.

IFFT部6a〜6dの出力がガードインターバル(Guard Interval:GI) 付加部8a,8b,8c,8dに供給され、ガードインターバルがシンボル時間単位で付加される。ガードインターバル8a〜8dの出力が図示しない電力増幅器を介して送信アンテナAT1,AT2,AT3,AT4にそれぞれ供給され、電波として送出される。   The outputs of the IFFT units 6a to 6d are supplied to guard interval (GI) adding units 8a, 8b, 8c, and 8d, and the guard intervals are added in symbol time units. The outputs of the guard intervals 8a to 8d are respectively supplied to the transmission antennas AT1, AT2, AT3, and AT4 through a power amplifier (not shown) and transmitted as radio waves.

S/Pコンバータ4a〜4dは、OFDM変調方式のサブキャリアの個数に対応するチャネルにデータを分けるものである。S/Pコンバータ4aに関する構成を抽出して図1Bに示す。OFDMのサブキャリアの個数をnとすると、S/Pコンバータ4aがnチャネルの並列データを形成する。各チャネルのデータ系列がマッパー5a1 〜5an にそれぞれ供給され、IFFT部6aによってOFDM信号とされ、ガードインターバル付加部8aにおいて、OFDMシンボル毎にガードインターバルが付加される。 The S / P converters 4a to 4d divide data into channels corresponding to the number of subcarriers in the OFDM modulation scheme. A configuration related to the S / P converter 4a is extracted and shown in FIG. 1B. If the number of OFDM subcarriers is n, the S / P converter 4a forms n-channel parallel data. Data series for each channel are supplied to the mapper 5a 1 ~5a n, is the OFDM signal by the IFFT section 6a, the guard interval adding unit 8a, a guard interval is added to each OFDM symbol.

図2は、L個の送信アンテナから出力される出力信号の構成を示す。送信信号は、チャネル推定に使用される既知シンボル(パイロットと称する)と送信データを格納したデータシンボルとから構成される。図2において、縦方向が送信アンテナの番号(1,2,・・・、L)を示し、横軸が時間を示し、1パケットのデータ構成が示されている。1パケットの先頭のPシンボル(OFDMシンボルを意味する)がパイロットであり、その後のDシンボルがデータシンボルである。なお、図2のパケット構成は、一例であって、他のパケット構成をとるようにしても良い。   FIG. 2 shows a configuration of output signals output from the L transmission antennas. The transmission signal is composed of known symbols (referred to as pilots) used for channel estimation and data symbols storing transmission data. In FIG. 2, the vertical direction indicates the number (1, 2,..., L) of the transmitting antenna, the horizontal axis indicates time, and the data configuration of one packet is shown. The first P symbol (which means OFDM symbol) of one packet is a pilot, and the subsequent D symbol is a data symbol. Note that the packet configuration of FIG. 2 is an example, and other packet configurations may be adopted.

図3は、この発明の一実施の形態における受信機の構成を示す。M例えば4個の受信アンテナAT11,AT12,AT13,AT14らの受信信号がガードインターバル除去部11a,11b,11c,11dにそれぞれ供給される。ガードインターバル除去部11a〜11dは、受信されたOFDMシンボルのタイミングに応じてガードインターバルを除去する。   FIG. 3 shows the configuration of the receiver in one embodiment of the present invention. M, for example, received signals from four receiving antennas AT11, AT12, AT13, and AT14 are supplied to the guard interval removing units 11a, 11b, 11c, and 11d, respectively. The guard interval removal units 11a to 11d remove the guard interval according to the timing of the received OFDM symbol.

この発明の一実施の形態は、L個の送信アンテナと、M個の受信アンテナとを使用し、複数の通信路を形成し、周波数利用効率や通信品質の向上を図る技術である、MIMO(Multiple Input Multiple Output)であって、個々のアンテナから同一時刻・同一周波数で異なるデータ系列の信号を送信することができるSDM伝送を行うものである。   One embodiment of the present invention is a technique that uses L transmitting antennas and M receiving antennas to form a plurality of communication paths and improves frequency use efficiency and communication quality. Multiple Input (Multiple Input Multiple Output), which performs SDM transmission in which signals of different data series can be transmitted from each antenna at the same time and at the same frequency.

ガードインターバル除去部11a〜11dの出力信号がFFT(高速フーリエ変換)部12a,12b,12c,12dにそれぞれ供給される。FFT部12a〜12dによって、時間領域信号が周波数領域信号に変換される。FFT部12a〜12dのそれぞれの出力は、OFDMのサブキャリア数nの並列のデータ系列からなる。   Output signals from the guard interval removing units 11a to 11d are supplied to FFT (Fast Fourier Transform) units 12a, 12b, 12c, and 12d, respectively. The time domain signals are converted into frequency domain signals by the FFT units 12a to 12d. Each output of the FFT units 12a to 12d is composed of a parallel data sequence of n subcarriers in OFDM.

FFT部12a〜12dの出力中のデータシンボルがシンボル復号部13に供給され、パイロットシンボルがチャネル推定部14に供給される。チャネル推定部14は、受信パイロット信号(既知シンボル)と送信既知シンボルレプリカを用いてチャネル推定を行う。チャネル推定は、送信既知シンボルの構成に応じて適切な方法で行われる。   Data symbols being output from the FFT units 12 a to 12 d are supplied to the symbol decoding unit 13, and pilot symbols are supplied to the channel estimation unit 14. The channel estimation unit 14 performs channel estimation using the received pilot signal (known symbol) and the transmission known symbol replica. Channel estimation is performed by an appropriate method depending on the configuration of transmission known symbols.

シンボル復号部13は、チャネル推定後に、FFT部12a〜12dの出力と、チャネル推定部14で推定されたチャネル応答行列とを用いた送信信号検出を行う。すなわち、SDM伝送技術では、送信側および受信側間の全てのアンテナの組合せによって形成されるMIMOチャネルのチャネル応答行列(伝達係数行列とも呼ばれる)Hを既知信号等を基に受信側で推定し、個々の送信アンテナから送信されたデータ系列に分離する処理がなされる。   After the channel estimation, the symbol decoding unit 13 performs transmission signal detection using the outputs of the FFT units 12a to 12d and the channel response matrix estimated by the channel estimation unit 14. That is, in the SDM transmission technique, a channel response matrix (also called a transfer coefficient matrix) H of a MIMO channel formed by a combination of all antennas between the transmission side and the reception side is estimated on the reception side based on a known signal or the like. Processing for separating the data series transmitted from the individual transmission antennas is performed.

この発明の一実施の形態においては、シンボル復号部13における信号検出アルゴリズムとして、後述するように、複数のQR分解(Multiple-QR-Decomposition:Multi-QRD) とグループディテクション(group detection: GD) を組み合わせた信号検出アルゴリズムが使用される。シンボル復号部13に対して、チャネル推定部14の出力が供給され、シンボル復号部13によって各送信アンテナから送信されたデータ系列が分離して得られる。   In one embodiment of the present invention, as a signal detection algorithm in the symbol decoding unit 13, as will be described later, a plurality of QR decomposition (Multi-QR-Decomposition: Multi-QRD) and group detection (group detection: GD) A signal detection algorithm is used. The output of the channel estimation unit 14 is supplied to the symbol decoding unit 13, and the data series transmitted from each transmission antenna by the symbol decoding unit 13 is obtained separately.

これらの送信データ系列がマッパーの逆の復調処理を行うデマッパー15a,15b,15c,15dにそれぞれ供給され、送信側でなされたディジタル変調の復調がなされる。デマッパー15a〜15dのデマッピング処理としては、硬判定または軟判定が可能である。FEC符号を適用する場合には、軟判定を用いる方がFEC復号効果を向上させることが可能である。   These transmission data sequences are respectively supplied to demappers 15a, 15b, 15c, and 15d that perform the reverse demodulation process of the mapper, and the digital modulation performed on the transmission side is demodulated. As the demapping process of the demappers 15a to 15d, a hard decision or a soft decision can be made. When an FEC code is applied, it is possible to improve the FEC decoding effect by using soft decision.

デマッパー15a〜15dのそれぞれの出力がP/Sコンバータ16a,16b,16c,16dにそれぞれ供給される。P/Sコンバータ16a〜16dによって、OFDMのサブキャリア数に等しい数のチャネルが一つのチャネルにまとめられる。さらに,P/Sコンバータ17によって、P/Sコンバータ16a〜16dの出力データ系列が一つの受信データ系列にまとめられる。   The outputs of the demappers 15a to 15d are supplied to the P / S converters 16a, 16b, 16c, and 16d, respectively. The P / S converters 16a to 16d combine a number of channels equal to the number of OFDM subcarriers into one channel. Further, the P / S converter 17 combines the output data sequences of the P / S converters 16a to 16d into one received data sequence.

P/Sコンバータ17の出力が送信側のインターリーブに対応するデインターリーブ処理を行うデインターリーバ18を介してFECデコーダ19に供給される。FECデコーダ19によってFEC符号から送信ビット系列が復号される。   The output of the P / S converter 17 is supplied to the FEC decoder 19 via a deinterleaver 18 that performs a deinterleave process corresponding to the interleave on the transmission side. The transmission bit sequence is decoded from the FEC code by the FEC decoder 19.

なお、送信側において、送信アンテナと対応するデータ系列毎にインターリーブおよびFEC符号化を行う構成とされている場合には、受信側においても、P/Sコンバータ16a〜16dのそれぞれの出力に対してデインターリーバが接続され、各デインターリーバに対してFECデコーダが接続され、FECデコーダの出力がP/Sコンバータによって一つの系列にまとめられる構成とされる。   When the transmission side is configured to perform interleaving and FEC encoding for each data sequence corresponding to the transmission antenna, the reception side also outputs each of the outputs of the P / S converters 16a to 16d. A deinterleaver is connected, an FEC decoder is connected to each deinterleaver, and the output of the FEC decoder is combined into one sequence by a P / S converter.

次に、この発明の特徴とするシンボル復号部13について説明する。処理遅延量を削減するために、並列処理を可能とするアルゴリズムとして、グループディテクション(group detection: GD、以下、GDと適宜称する) が有効と考えられる。GDは、受信信号をプロジェクタと呼ばれる機能によって複数のサブグループに分離し、グループ毎にMLD、階層型検出アルゴリズム等による検出が行われる。GDは、受信信号をグループに分離することによって、グループ分けしないMLDと比較してダイバーシチ利得が失われるが、代わりに演算量を削減することが可能となる。さらに、グループ毎の検出は、並列化が可能であるので、処理遅延の点においても優位である。   Next, the symbol decoding unit 13 that characterizes the present invention will be described. In order to reduce the amount of processing delay, group detection (GD) (hereinafter referred to as GD as appropriate) is considered effective as an algorithm that enables parallel processing. In GD, a received signal is separated into a plurality of subgroups by a function called a projector, and detection by MLD, a hierarchical detection algorithm, or the like is performed for each group. By separating the received signals into groups, GD loses diversity gain compared to MLD that is not grouped, but it is possible to reduce the amount of computation instead. Furthermore, since detection for each group can be performed in parallel, it is advantageous in terms of processing delay.

図4は、この発明の一実施の形態におけるシンボル復号部13の構成例を示す。受信シンボルが乗算部21に供給される。乗算部21には、QR分解部22からの出力が供給され、受信シンボルとQR分解部22の出力とが乗算される。サブグループの数に対応して複数の乗算部21とQR分解部22とが設けられている。乗算部22によって、共役転置行列と受信シンボルとが乗算されることによって、受信シンボルが直交化される。QR分解部22に対して適応グループ制御(Adaptive Grouping Scheme:AGS)部23からの置換チャネル行列が供給される。AGS部23には,チャネル推定部14からのチャネル応答行列が供給される。チャネル応答行列を行または列について置換したものを置換チャネル行列と称する。乗算部21、QR分解部22およびAGS部23がプロジェクタを構成する。   FIG. 4 shows a configuration example of the symbol decoding unit 13 in one embodiment of the present invention. Received symbols are supplied to the multiplier 21. An output from the QR decomposition unit 22 is supplied to the multiplication unit 21, and the received symbol is multiplied by the output of the QR decomposition unit 22. A plurality of multipliers 21 and QR decomposition units 22 are provided corresponding to the number of subgroups. The multiplier 22 multiplies the conjugate transpose matrix and the received symbol, thereby orthogonalizing the received symbol. The permutation channel matrix from the adaptive grouping scheme (AGS) unit 23 is supplied to the QR decomposition unit 22. The AGS unit 23 is supplied with the channel response matrix from the channel estimation unit 14. A permutation of the channel response matrix for rows or columns is referred to as a permutation channel matrix. The multiplication unit 21, the QR decomposition unit 22, and the AGS unit 23 constitute a projector.

乗算部21からの複数のサブグループに分割され、直交化された受信シンボルがローカル検出器24に供給される。ローカル検出器24は、各サブグループが直交化されていることを利用して階層型アルゴリズム(例えばMアルゴリズム)による信号検出を行う。   Received symbols divided into a plurality of subgroups from the multiplier 21 and orthogonalized are supplied to the local detector 24. The local detector 24 performs signal detection by a hierarchical algorithm (for example, M algorithm) using the fact that each subgroup is orthogonalized.

上述したこの発明の一実施の形態、特に、シンボル復号部13の処理についてより詳細に説明する。簡単のために、AGS部23において適応的グループ制御を行わない場合について説明する。最初に受信信号モデルについて説明する。送信アンテナ数をL,受信アンテナ数をMとする。時刻t,サブキャリアk,送信アンテナlから送信されるシンボルをsl (t,k) ,受信アンテナmで受信されるシンボルをrm (t,k) ,送信アンテナlと受信アンテナmの間のチャネル応答をhm,l (t,k) とし,雑音をnm (t,k) とすると,受信シンボルベクトルr(t,k) を下記の式(1)で表すことができる。チャネル応答行列は、チャネル推定部14において推定され、シンボル復号部13に供給される。 One embodiment of the present invention described above, in particular, the processing of the symbol decoding unit 13 will be described in more detail. For simplicity, the case where the AGS unit 23 does not perform adaptive group control will be described. First, the received signal model will be described. Let L be the number of transmitting antennas and M be the number of receiving antennas. Between time t, subcarrier k, symbol transmitted from transmission antenna l, s l (t, k), symbol received by reception antenna m, r m (t, k), between transmission antenna l and reception antenna m The received symbol vector r (t, k) can be expressed by the following equation (1), where h m, l (t, k) is the channel response and n m (t, k) is the noise. The channel response matrix is estimated by the channel estimation unit 14 and supplied to the symbol decoding unit 13.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

これ以降の説明では、t,kを省略する。信号検出処理は、シンボル時間毎、サブキャリア毎になされる。   In the following description, t and k are omitted. The signal detection process is performed every symbol time and every subcarrier.

受信シンボルがプロジェクタ(乗算部21、QR分解部22およびAGS部23)によってGr個のサブグループに分割される。以下の説明は、例えばGr=2とし、一つのサブグループに属する送信シンボル数をL/Grとした場合である。このように、各サブグループに属するシンボル数を互いに等しくする場合が最も処理遅延を短縮することができる。   The received symbols are divided into Gr subgroups by the projector (multiplication unit 21, QR decomposition unit 22, and AGS unit 23). In the following description, for example, Gr = 2 and the number of transmission symbols belonging to one subgroup is L / Gr. Thus, the processing delay can be shortened most when the number of symbols belonging to each subgroup is made equal.

チャネル応答行列Hを改めて置換チャネル行列H1 と書き直す。式(2)に示すように、H1 は、QR分解によって、ユニタリ行列Q1 と上三角行列R1 に分解することができる。 The channel response matrix H is rewritten as a replacement channel matrix H 1 . As shown in Expression (2), H 1 can be decomposed into a unitary matrix Q 1 and an upper triangular matrix R 1 by QR decomposition.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

式(3)に示すように、このQ1 の共役転置行列をrに乗算することによって、受信シンボルを直交化することができる。 As shown in Equation (3), the received symbols can be orthogonalized by multiplying r by the conjugate transpose matrix of Q 1 .

Figure 2012095322
Figure 2012095322

式(3)において、直交化受信ベクトルz1 の後半要素z1,L/Gr+1・・・zi,L に注目すると、それらは、送信シンボルsL/Gr+1・・・sL のみによって構成されている。すなわち、これらの要素を取り出すことで、送信シンボル数Lからなる受信シンボルをL/Grのグループに分離することができる。 In the formula (3), the second half elements z 1 orthogonalization received vector z 1, L / Gr + 1 ··· z i, when focusing L, and they transmit symbol s L / Gr + 1 ··· s L Consists of only. That is, by extracting these elements, it is possible to separate received symbols having the number L of transmitted symbols into L / Gr groups.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

次に、先のチャネル応答行列Hの列について、前半と後半を入れ替えた置換チャネル行列をH2 (式(5))とする。 Next, for a column of the previous channel response matrix H, a permutation channel matrix in which the first half and the second half are exchanged is defined as H 2 (Formula (5)).

Figure 2012095322
Figure 2012095322

この行列H2 についてもH1 と同様に処理を進めることによって、式(6)に示す直交化受信ベクトルz2 を得る。 The matrix H 2 is processed in the same manner as H 1 to obtain the orthogonalized reception vector z 2 shown in Expression (6).

Figure 2012095322
Figure 2012095322

ベクトルz2 についても、z1 と同様に後半要素z2,L/Gr+1・・・z2,L を取り出すと、式(7)に示すように、それらは、送信シンボルs1 ・・・sL/Grのみによって構成されている。 As for the vector z 2 , similarly to z 1 , when the latter half elements z 2, L / Gr + 1 ... Z 2, L are extracted, as shown in the equation (7), they are transmitted symbols s 1.・ It is composed only of s L / Gr .

Figure 2012095322
Figure 2012095322

このように、送信シンボル数Lの受信シンボルがそれぞれ送信シンボルsL/Gr+1・・・sL またはs1 ・・・sL/Grを含む2個のサブグループに分割される。 Thus, the received symbol of the transmission symbol number L is divided into two sub-groups each containing transmission symbol s L / Gr + 1 ··· s L or s 1 ··· s L / Gr.

ローカル検出器24では、乗算部21からのGr(例えば2)個のサブグループが直交化されていることを生かして階層型アルゴリズムによる検出を行う。階層化アルゴリズムの代表的なものとし、Mアルゴリズムや、sphere decoding が挙げられるが,ここではMアルゴリズムによる信号検出法を概略的に説明する。なお、簡略化のため、先の1番目のサブグループについてのみ説明する.   In the local detector 24, detection by the hierarchical algorithm is performed by making use of the fact that Gr (for example, 2) subgroups from the multiplication unit 21 are orthogonalized. Typical algorithms for layered algorithms include the M algorithm and sphere decoding. Here, a signal detection method based on the M algorithm will be schematically described. For simplicity, only the first subgroup will be described.

Mアルゴリズムは第1ステージに計算されるメトリックについて,小さい順にSl 個のみを次のステージへと残すことにより全体としてメトリック演算量を削減する方法である。図5は、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) の場合のMアルゴリズムの動作の様子を示している。ローカル検出器24では、2乗ユークリッド距離をメトリックとして用いる。ただし、2乗ユークリッド距離以外のメトリックを用いることも可能である。第1ステージでは,式(8)に示すメトリックμ1,u (1≦μ≦S,Sは変調毎のシンボル点数)が計算される。 The M algorithm is a method for reducing the metric calculation amount as a whole by leaving only S 1 in the order of the metrics calculated in the first stage to the next stage. FIG. 5 shows the operation of the M algorithm in the case of QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). The local detector 24 uses the square Euclidean distance as a metric. However, a metric other than the square Euclidean distance can also be used. In the first stage, a metric μ 1, u (1 ≦ μ ≦ S, S is the number of symbol points for each modulation) shown in Expression (8) is calculated.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

ここで,s^l は、送信アンテナlから送信されるシンボルのレプリカである。レプリカは、受信信号から復号されたシンボルに対して送信側と同様の処理によって生成されたシンボルである。このメトリックから小さい順にS1 個が次のステージへの累積メトリックΛl,ν(1≦ν≦S1 )となる。以降、第lステージ(1<l≦L/Gr)におけるメトリックμ1,u (1≦μ≦SSl-1 )は、次式で計算される。 Here, s ^ l is a replica of the symbol transmitted from the transmission antenna l. The replica is a symbol generated by a process similar to that on the transmission side with respect to a symbol decoded from the received signal. From this metric, S 1 is the cumulative metric Λ l, ν (1 ≦ ν ≦ S 1 ) to the next stage in ascending order. Thereafter, the metric μ 1, u (1 ≦ μ ≦ SS l−1 ) in the l-th stage (1 <l ≦ L / Gr) is calculated by the following equation.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

ここで、s^l は、累積メトリックΛl,νを計算するのに用いられた送信シンボルレプリカである。すべてのステージでメトリックの計算が終了したら,そのメトリックから対数尤度比(log-likelihood ratio:LLR)が計算される。 Here, s 1 is a transmission symbol replica used to calculate the cumulative metric Λ 1, ν. When calculation of a metric is completed at all stages, a log-likelihood ratio (LLR) is calculated from the metric.

上述した説明では、サブグループを作成する際に、例えば送信シンボル毎の受信電力が異なること等の条件を考慮していない。AGS(適応グループ制御)部23は、所定の条件を基準として適応グループ制御を行うものである。以下では、例として受信信号対雑音電力比(signal-to-noise power ratio:SNR) を条件とした適応グループ制御を示す。まず、送信シンボルsl に対する受信SNRγl を下記の式(10)にて定義する。式(10)の||a ||は、ベクトルaのユークリッドノルムを示す。 In the above description, when a subgroup is created, a condition such as a difference in received power for each transmission symbol is not considered. The AGS (adaptive group control) unit 23 performs adaptive group control based on a predetermined condition. In the following, adaptive group control based on a received signal-to-noise power ratio (SNR) is shown as an example. First, define a receiving SNRganma l for the transmission symbols s l by a formula (10) below. || a || in Eq. (10) indicates the Euclidean norm of the vector a.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

求められた受信SNRγl を大きい順に順序付けし、それをrank(l) (1≦l≦L)という変数に置き換える。rank(1) が最大のSNRに対応し、rank(L) が最小のSNRに対応する。このランキングに従って、QR分解前に置換チャネル行列H1 ,H2 の列を制御する。一例として、L=M=4で、サブグループ毎のシンボル数を同一とする場合に、下記の4パターンAGS1,AGS2,AGS3,AGS4の何れかが選択される。 Ordered in descending order of reception SNRganma l obtained, replacing it in a variable called rank (l) (1 ≦ l ≦ L). rank (1) corresponds to the maximum SNR, and rank (L) corresponds to the minimum SNR. According to this ranking, the columns of the permutation channel matrices H 1 and H 2 are controlled before QR decomposition. As an example, when L = M = 4 and the number of symbols for each subgroup is the same, one of the following four patterns AGS1, AGS2, AGS3, and AGS4 is selected.

AGS1は、srank(1) とsrank(4) を一つのグループ、srank(2) とsrank(3) を他のグループへ分割する方法である。この場合の置換チャネル行列は、下記に示すものとなる。 AGS1 is a method of dividing s rank (1) and s rank (4) into one group, and s rank (2) and s rank (3) into another group. The permutation channel matrix in this case is as shown below.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

AGS2は、srank(1) とsrank(2) を一つのグループ、srank(3) とsrank(4) を他のグループへ分割する方法である。この場合の置換チャネル行列は、下記に示すものとなる。 AGS2 is a method of dividing s rank (1) and s rank (2) into one group, and s rank (3) and s rank (4) into another group. The permutation channel matrix in this case is as shown below.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

AGS3は、srank(1) とsrank(3) を一つのグループ、srank(2) とsrank(4) を他のグループへ分割する方法である。この場合の置換チャネル行列は、下記に示すものとなる。 AGS3 is a method of dividing s rank (1) and s rank (3) into one group, and s rank (2) and s rank (4) into another group. The permutation channel matrix in this case is as shown below.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

AGS4は、ランキングを考慮しないものである。この場合の置換チャネル行列は、下記に示すものとなる。   AGS4 does not consider ranking. The permutation channel matrix in this case is as shown below.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

この発明の一実施の形態についてさらに説明する。図6は、一実施の形態の処理の流れを示すものである。最初のステップST1において、チャネル推定部14によって伝搬路の品質が計算され、チャネル応答行列が求められる。次のステップST2において、適応グループ制御がなされる。すなわち、上述したようなAGS1〜AGS4の何れかによってGr個のサブグループが形成される。   An embodiment of the present invention will be further described. FIG. 6 shows the flow of processing according to an embodiment. In the first step ST1, the channel estimator 14 calculates the channel quality and obtains a channel response matrix. In the next step ST2, adaptive group control is performed. That is, Gr subgroups are formed by any of AGS1 to AGS4 as described above.

サブグループ毎に処理ST31 ,ST32 ,・・・,ST3Grがなされる。すなわち、各サブグループ毎に、QR分解処理、共役転置行列QH を受信シンボルに対して乗算する処理、直交化ベクトルに対するローカル検出処理が順になされる。ローカル検出処理は、階層型検出以外のMLD等も可能である。 Processing ST3 1 , ST3 2 ,..., ST3 Gr is performed for each subgroup. That is, for each subgroup, QR decomposition processing, processing for multiplying the received transposed matrix by the conjugate transpose matrix Q H, and local detection processing for the orthogonalized vector are performed in order. The local detection process may be MLD other than hierarchical detection.

図7に示すように、QH を受信シンボルに対して乗算する処理は、その行列構造から、個々のサブグループ毎に計算する必要はなく、全体で1回の乗算で行うことも可能となる。 As shown in FIG. 7, the process of multiplying the received symbol by Q H does not need to be calculated for each subgroup from the matrix structure, and can be performed by one multiplication as a whole. .

階層型検出アルゴリズムについて、Mアルゴリズムとsphere decoding (スフィア・デコーディング)の例について説明する。上述したように、一実施の形態では、サブグループ毎に階層型検出を行っているが、ここでは、アルゴリズム自体の説明を簡素化するために、サブグループ分割を行っていない場合について説明する。送信アンテナ数をLとする。   An example of the M algorithm and sphere decoding (sphere decoding) will be described for the hierarchical detection algorithm. As described above, in one embodiment, hierarchical detection is performed for each subgroup, but here, in order to simplify the description of the algorithm itself, a case where subgroup division is not performed will be described. Let L be the number of transmission antennas.

QR分解処理、共役転置行列QH を受信シンボルに対して乗算する処理は、アルゴリズムによらず、共通である。QH 乗算後の受信シンボルベクトルzは、下記のものとなる。 The QR decomposition process and the process of multiplying the conjugate transpose matrix Q H by the received symbol are common regardless of the algorithm. The received symbol vector z after Q H multiplication is as follows.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

式(11)のzL のみに注目すると、下記の式になっていることが分かる。 When attention is paid only to z L in the equation (11), it can be seen that the following equation is obtained.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

つまり、1つの送信シンボルsL のみにより構成されている。そこで、このzL について送信シンボルレプリカsL ^(送信シンボルレプリカ数をSとおく。例えばQPSKならば、S=4、16QAMならば、S=16)を用いてメトリックを計算する。このメトリックμL,u は次式によって計算される。 That is, it consists of only one transmission symbol s L. Therefore, the metric is calculated for this z L using the transmission symbol replica s L ^ (the number of transmission symbol replicas is S. For example, if QPSK, S = 4, and 16QAM, S = 16). This metric μ L, u is calculated by the following equation.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

但し、式(13)の右辺の2乗はなくても問題はない。   However, there is no problem even if the right side of equation (13) is not squared.

ここで、このメトリックμL,u の内の値の小さいものから順にSL (≦S)個選択し、それらを累積メトリックΛL,ν(1≦ν≦SL )とする。 Here, S L (≦ S) items are selected in order from the smallest value of this metric μ L, u , and these are set as cumulative metrics Λ L, ν (1 ≦ ν ≦ S L ).

次に、式(11)のzL-1 に注目すると、下記の式になっていることが分かる。 Next, paying attention to z L-1 in the equation (11), it can be seen that the following equation is obtained.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

ここで、sL については、式(13)でメトリックを計算しているので、ここでは、sL-1 に対するメトリックμL-1,u (1≦u≦SSL )を次式により計算する。 Here, for s L , the metric is calculated by the equation (13). Therefore, here, the metric μ L−1u (1 ≦ u ≦ SS L ) for s L−1 is calculated by the following equation. .

Figure 2012095322
Figure 2012095322

ここでまた、このメトリックμL-1,u の内の値の小さいものから順にSL-1 個選択し、それらを累積メトリックΛL-1,ν(1≦ν≦SL-1 )とする。 Here, S L-1 items are selected in order from the smallest value of this metric μ L-1, u , and these are selected as cumulative metrics Λ L-1, ν (1 ≦ ν ≦ S L-1 ). To do.

Mアルゴリズムでは、同様の計算をzl まで繰り返す。途中のzl におけるメトリックμl,u (1≦u≦SSL-1 )は、下記の式に示すものとなる。 In the M algorithm, the same calculation is repeated up to z l . The metric μ l, u (1 ≦ u ≦ SS L-1 ) at z l in the middle is as shown in the following equation.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

ここで、sp,v ^はΛl+1,νの計算に用いられる送信アンテナpからの送信シンボルレプリカである。 Here, s p, v ^ is a transmission symbol replica from the transmission antenna p used for calculating Λ l + 1, ν.

メトリックの計算がzl まで終了したら、そのメトリックにしたがって最終的な送信シンボルの硬判定値あるいは軟判定値を出力する。 When the calculation of the metric is completed up to z l , the final hard decision value or soft decision value of the transmission symbol is output according to the metric.

上述したMアルゴリズムの処理の基本的なフローチャートを図8に示す。ステップST11において、変数lがLに設定される。ステップST12において、メトリックμL,u が計算される。ステップST13において、メトリックμL,u の内の値の小さいものから順にSL (≦S)個選択し、それらを累積メトリックとする。 FIG. 8 shows a basic flowchart of the processing of the M algorithm described above. In step ST11, the variable l is set to L. In step ST12, the metric μ L, u is calculated. In step ST13, S L (≦ S) items are selected in order from the smallest value of the metrics μ L, u , and these are set as cumulative metrics.

ステップST14において、l=1かどうかが判定される。そうでない場合には、ステップST15において、lの値が−1(デクリメント)され、ステップST12(メトリックの計算)に処理が戻る。ステップST14において、l=1と判定されると、メトリックの計算が終了する。ステップST16において、計算されたメトリックに対する硬判定値あるいは軟判定値を出力する。   In step ST14, it is determined whether l = 1. Otherwise, in step ST15, the value of l is decremented by -1 (decrement), and the process returns to step ST12 (metric calculation). If it is determined in step ST14 that l = 1, the metric calculation ends. In step ST16, a hard decision value or a soft decision value for the calculated metric is output.

次に、sphere decoding (スフィア・デコーディング)について説明する。sphere decoding は、ある半径Cの球体を用いて、MLDにおける送信シンボル候補点数を削減するアルゴリズムである。受信シンボル点から球体Cの内部にある送信シンボル候補のみについてメトリックを計算する。   Next, sphere decoding will be described. The sphere decoding is an algorithm for reducing the number of transmission symbol candidate points in MLD using a sphere with a certain radius C. Metrics are calculated only for transmission symbol candidates within the sphere C from the reception symbol point.

送信シンボル候補ベクトルをs^とすると、球体C内にシンボル候補が存在するということは、下記の式(17)を満たすこととなる。   If the transmission symbol candidate vector is s ^, the presence of a symbol candidate in the sphere C satisfies the following formula (17).

Figure 2012095322
Figure 2012095322

式(17)を展開すると、下記の式(18)となる。   When the expression (17) is expanded, the following expression (18) is obtained.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

L ^に注目すると、式(18)を成立させるためには、下記の式(19)が成立しなければならない。 Paying attention to s L ^, in order to establish the equation (18), the following equation (19) must be established.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

したがって、下記の式(20)を成立させるsL ^を選択する。 Therefore, s L ^ that satisfies the following equation (20) is selected.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

さらに、式(18)を成立させるためには、下記の式(21)も成立しなければならない。   Furthermore, in order to establish the equation (18), the following equation (21) must also be established.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

ここで、sL ^については、式(20)で既に候補が選択されているため、式(21)からはsL-1 ^に着目して候補を選択する。すなわち、下記の式(22)を満たすsL-1 ^を選択する。 Here, for s L ^, since a candidate has already been selected in Expression (20), the candidate is selected from Expression (21) by paying attention to s L-1 ^. That is, s L-1 ^ satisfying the following formula (22) is selected.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

以上の計算をsl ^まで繰り返して行う。途中のsl ^に注目すると、下記の式(23)を成立させるs1 ^を選択することとなる。なお、繰り返し候補を選択する際に、球体の半径を繰り返し毎に変更することも可能である。すなわち、CをClと置き換える。s1 ^までの処理が終了したら、選択された送信シンボル候補から硬判定値あるいは軟判定値を出力する。 The above calculation is repeated until s l ^. When attention is paid in the middle of the s l ^, it will select the s 1 ^ to establish the equation (23) below. It should be noted that the sphere radius can be changed for each repetition when selecting a repetition candidate. That is, C is replaced with Cl. When the processing up to s 1 ^ is completed, a hard decision value or a soft decision value is output from the selected transmission symbol candidate.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

上述したsphere decoding の処理の基本的なフローチャートを図9に示す。ステップST21において、変数lがLに設定される。ステップST22において、球体の半径Cが設定される。ステップST23において、球体内の送信シンボル候補を選択する。   FIG. 9 shows a basic flowchart of the sphere decoding process described above. In step ST21, the variable l is set to L. In step ST22, the radius C of the sphere is set. In step ST23, a transmission symbol candidate in the sphere is selected.

ステップST24において、l=1かどうかが判定される。そうでない場合には、ステップST25において、lの値が−1(デクリメント)され、ステップST22(球体の半径の設定)に処理が戻る。ステップST24において、l=1と判定されると、メトリックの計算が終了する。ステップST26において、計算されたメトリックに対する硬判定値あるいは軟判定値を出力する。   In step ST24, it is determined whether l = 1. Otherwise, in step ST25, the value of l is decremented by -1 (decrement), and the process returns to step ST22 (setting of the radius of the sphere). If it is determined in step ST24 that l = 1, the calculation of the metric ends. In step ST26, a hard decision value or a soft decision value for the calculated metric is output.

上述したこの発明の一実施の形態のシンボル復号部の演算量を評価した結果(パケット当たりに必要な実数乗算回数)を表1に示す。   Table 1 shows the results (the number of real multiplications required per packet) of evaluating the amount of computation of the symbol decoding unit of the embodiment of the present invention described above.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

表1には、QPSKの場合と、16QAMの場合とに関して、複数の信号検出アルゴリズムに関して演算量が示されている。ZF(Zero-Focing) と、MLDと、QRM−MLDと、Multi −QRD−GD( 一実施の形態)のそれぞれの乗算回数が示されている。QRM−MLDとMulti −QRD−GDに着目すると、16QAMの場合、S1 =14のMulti −QRD−GDは、〔S1 ,S2 ,S3 〕=〔12,12,12〕のQRM−MLDの演算量を約18%削減している。後述するように、これらのBER(Bit Error Rate:ビット誤り率)特性はほぼ同等であり、Multi −QRD−GDは演算量、遅延時間量を効果的に削減することが可能である。また、〔S1 ,S2 ,S3 〕=〔10,10,10〕のQRM−MLDは、S1 =14のMulti −QRD−GDより演算量が多いが、BER特性が後述するように、大きく劣化する。すなわち、QRM−MLDは、S1 の削減によるBERの劣化の影響が大きいことが言える。 Table 1 shows calculation amounts for a plurality of signal detection algorithms in the case of QPSK and the case of 16QAM. The numbers of multiplications of ZF (Zero-Focing), MLD, QRM-MLD, and Multi-QRD-GD (one embodiment) are shown. Focusing on QRM-MLD and Multi-QRD-GD, in the case of 16QAM, Multi-QRD-GD with S 1 = 14 is QRM- with [S 1 , S 2 , S 3 ] = [12, 12, 12]. The calculation amount of MLD is reduced by about 18%. As will be described later, these BER (Bit Error Rate) characteristics are substantially the same, and Multi-QRD-GD can effectively reduce the amount of calculation and the amount of delay time. Further, QRM-MLD with [S 1 , S 2 , S 3 ] = [10, 10 , 10] has a larger calculation amount than Multi-QRD-GD with S 1 = 14, but the BER characteristics will be described later. Deteriorates greatly. That is, it can be said that QRM-MLD has a large influence of BER degradation due to reduction of S 1 .

計算機シミュレーションによりこの発明の一実施の形態(Multi −QRD−GD)と従来のアルゴリズムのBER特性を評価する。下記の表2は、シミュレーション諸元である。   The BER characteristic of one embodiment (Multi-QRD-GD) of the present invention and the conventional algorithm is evaluated by computer simulation. Table 2 below shows simulation specifications.

Figure 2012095322
Figure 2012095322

表2において、Lは送信アンテナ数、Mは受信アンテナ数であり、(L=M=4)である。サブキャリア変調には、QPSKおよび16QAMを用いる。分割グループ数Grは2とする。チャネル推定には、CI(Carrier Interferometory) パイロットシンボルを用いる推定法を用いる。パイロットシンボル数が2であり、1シンボル当たりで2送信アンテナのパイロットを含むものとする。同期系については理想状態を仮定する。チャネルモデルは指数減衰24波レイリーフェージング、パス間隔62.5nsec、最大遅延時間1437.5nsec、遅延スプレッド360nsecとする。最大ドップラ周波数は10Hzとし、準静的環境を想定する。   In Table 2, L is the number of transmitting antennas, M is the number of receiving antennas, and (L = M = 4). QPSK and 16QAM are used for subcarrier modulation. The number of divided groups Gr is 2. For channel estimation, an estimation method using CI (Carrier Interferometory) pilot symbols is used. It is assumed that the number of pilot symbols is 2, and that 2 pilot antenna pilots are included per symbol. The ideal state is assumed for the synchronous system. The channel model is exponentially attenuated 24-wave Rayleigh fading, path interval 62.5 nsec, maximum delay time 1437.5 nsec, and delay spread 360 nsec. The maximum Doppler frequency is 10 Hz and a quasi-static environment is assumed.

図10は、この発明の一実施の形態におけるAGSの効果を示す。QPSKの場合、AGS1と3が他に比べてBER=10-5において、0.7dB程度のEb/No改善を示している。これは、受信SNRが大きいシンボルとこれが小さいシンボルとを同じグループとすることによって、SNRが小さいシンボルの検出精度向上させることができるからである。16QAMの場合もAGS1が最も良いBERを示している。 FIG. 10 shows the effect of AGS in one embodiment of the present invention. In the case of QPSK, AGS 1 and 3 show an Eb / No improvement of about 0.7 dB at BER = 10 −5 compared to the others. This is because it is possible to improve the detection accuracy of symbols having a low SNR by making a symbol having a large received SNR and a symbol having a small received SNR into the same group. Also in the case of 16QAM, AGS1 shows the best BER.

図11は、Mアルゴリズムにおけるステージ毎の生き残りパス数Sl の効果を示している。QPSKの場合、そもそも信号点数Sが4と小さいために、1つでもパス数を減らすと、BERの劣化が大きいことが分かる。一方、16QAMの場合は、生き残りパス数の削減によるBERの劣化がQPSKほど大きくはない。特に、Sl =16とSl =14のBERはほぼ近い特性となっている。 FIG. 11 shows the effect of the number of surviving paths S 1 for each stage in the M algorithm. In the case of QPSK, since the number of signal points S is as small as 4 in the first place, it can be seen that if the number of paths is reduced even by one, the BER is greatly deteriorated. On the other hand, in the case of 16QAM, the deterioration of BER due to the reduction of the number of surviving paths is not as great as that of QPSK. In particular, the BER of S 1 = 16 and S 1 = 14 has almost similar characteristics.

図12は、QPSKの場合のBERを比較している。QPSKの場合は、Multi −QRD−GD( 一実施の形態)はQRM−MLDと比較してBER=10-5において、0.5dB程度のEb/No劣化を生じている。QPSKの場合は、QRM−MLDにおけるMアルゴリズムの誤差伝搬が小さく、ダイバーシチ利得の効果があるため良い特性となっている。但し、前述したように、演算量は、Multi −QRD−GDの方が10%程度小さい。 FIG. 12 compares the BER for QPSK. In the case of QPSK, Multi-QRD-GD (one embodiment) has an Eb / No degradation of about 0.5 dB at BER = 10 −5 compared to QRM-MLD. In the case of QPSK, error propagation of the M algorithm in QRM-MLD is small, and it has a diversity gain effect, so that it has good characteristics. However, as described above, the calculation amount of Multi-QRD-GD is smaller by about 10%.

図13は、16QAMの場合のBERを比較している。16QAMの場合は、演算量はMulti −QRD−GDが小さいにもかかわらず、BER特性はQRM−MLDと比較して同等、もしくはMulti −QRD−GDが優れている。これは、QRM−MLDの場合はMアルゴリズムでの誤差伝搬があるため、ダイバーシチ利得をもってしてもその伝搬の影響をカバーできていないためである。一方、Multi −QRD−GDはグループ分割によるダイバーシチ利得の減少があるものの、Mアルゴリズム内での誤差伝搬の影響が小さいために、BER劣化が小さい。   FIG. 13 compares the BER for 16QAM. In the case of 16QAM, although the amount of calculation is smaller than Multi-QRD-GD, the BER characteristic is equal to that of QRM-MLD or Multi-QRD-GD is superior. This is because, in the case of QRM-MLD, there is an error propagation in the M algorithm, and thus the influence of the propagation cannot be covered even with a diversity gain. On the other hand, although Multi-QRD-GD has a decrease in diversity gain due to group division, the influence of error propagation in the M algorithm is small, so BER degradation is small.

以上、この発明の実施の形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えばサブグループ数とサブグループ毎のシンボル数については、上述した一実施の形態の例に限定されるものではない。送信アンテナ数をL、分割するサブグループ数をGr、サブグループg内の送信シンボル数をNgとして、サブグループの分割方法について説明する。   Although the embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. For example, the number of subgroups and the number of symbols for each subgroup are not limited to the example of the embodiment described above. A subgroup division method will be described, where the number of transmission antennas is L, the number of subgroups to be divided is Gr, and the number of transmission symbols in subgroup g is Ng.

サブグループ数Grと送信アンテナ数Lとの関係は、Gr≦Lとなる。QR分解の回数は、サブグループ数Grと一致する。任意の送信アンテナlから送信されたシンボルsl は2以上のサブグループに所属することも可能である。したがって、ΣNg=Lに限らず、ΣNg≧Lとすることも可能である。Σは、g=1からGrまでの合計をとることを意味する。この場合、slに対する出力が複数のローカル検出器から出力されるので、これらの出力を選択または合成する。この方法は、演算量が増加するが、ローカル検出器の出力について選択/合成ダイバーシチ効果を得ることができる。 The relationship between the number of subgroups Gr and the number of transmitting antennas L is Gr ≦ L. The number of QR decompositions coincides with the number of subgroups Gr. The symbol s l transmitted from an arbitrary transmission antenna l can belong to two or more subgroups. Therefore, not only ΣNg = L but ΣNg ≧ L is also possible. Σ means taking the sum from g = 1 to Gr. In this case, since the output for sl is output from a plurality of local detectors, these outputs are selected or synthesized. Although this method increases the amount of computation, a selection / combination diversity effect can be obtained for the output of the local detector.

また、OFDMのようなマルチキャリア伝送方式に限らず、狭帯域シングルキャリア伝送方式とSDMを組み合わせた通信システム、周波数領域等化を用いる広帯域シングルキャリア伝送方式とSDMを組み合わせた通信システムなどへの応用も可能である。   In addition, the present invention is not limited to a multi-carrier transmission scheme such as OFDM, but is applied to a communication system combining a narrowband single carrier transmission scheme and SDM, a wideband single carrier transmission scheme using frequency domain equalization, and a communication system combining SDM, and the like. Is also possible.

13・・・シンボル復号部
14・・・チャネル推定部
21・・・乗算部
22・・・QR分解部
23・・・適応グループ制御部
24・・・ローカル検出器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Symbol decoding part 14 ... Channel estimation part 21 ... Multiplication part 22 ... QR decomposition part 23 ... Adaptive group control part 24 ... Local detector

Claims (6)

所定の情報信号から得られた互いに独立のL個の送信信号をL個の送信アンテナから放出し、該L個の送信信号を混合したM個の混合信号が入力される信号入力部と、
チャネル推定を行い、M行L列のチャネル応答行列を推定するチャネル推定部と、
受信シンボルと上記チャネル応答行列とが入力され、送信信号を検出するシンボル復号部とを備え、
上記シンボル復号部は、
上記チャネル推定部からの上記チャネル応答行列を互いに異なる複数の置換チャネル行列に分割してサブグループを形成し、上記サブグループ毎に並列処理を行う処理部とを含み、
上記処理部は、上記置換チャネル行列に対するQR分解処理部と、受信シンボルに対して共役転置行列を乗算し、受信シンボルを直交化する乗算部と、上記乗算部の出力が供給され、上記サブグループ毎に信号検出を行うローカル検出部とからなり、
上記乗算部において、複数の上記サブグループの受信シンボルをまとめて上記共役転置行列と乗算する信号復号装置。
A signal input unit that emits L transmission signals independent of each other obtained from a predetermined information signal from L transmission antennas, and receives M mixed signals obtained by mixing the L transmission signals;
A channel estimation unit that performs channel estimation and estimates a channel response matrix of M rows and L columns;
A symbol decoding unit that receives a received symbol and the channel response matrix and detects a transmission signal;
The symbol decoding unit
A processing unit that divides the channel response matrix from the channel estimation unit into a plurality of different permutation channel matrices to form subgroups, and performs parallel processing for each subgroup,
The processing unit is supplied with a QR decomposition processing unit for the permutation channel matrix, a multiplication unit that multiplies a reception symbol by a conjugate transpose matrix and orthogonalizes the reception symbol, and an output of the multiplication unit. It consists of a local detection unit that performs signal detection every time,
A signal decoding apparatus that, in the multiplication unit, collectively multiplies the received symbols of the subgroups with the conjugate transpose matrix.
請求項1に記載の信号復号装置において、
上記置換チャネル行列の形成を所定の条件に応じて適応的に行う信号復号装置。
The signal decoding device according to claim 1,
A signal decoding apparatus that adaptively forms the permutation channel matrix according to a predetermined condition.
請求項1に記載の信号復号装置において、
上記ローカル検出部は、階層型検出アルゴリズムである信号復号装置。
The signal decoding device according to claim 1,
The local detection unit is a signal decoding device which is a hierarchical detection algorithm.
所定の情報信号から得られた互いに独立のL個の送信信号をL個の送信アンテナから放出し、該L個の送信信号を混合したM個の混合信号が入力される信号入力ステップと、
チャネル推定を行い、M行L列のチャネル応答行列を推定するチャネル推定ステップと、
受信シンボルと上記チャネル応答行列とが入力され、送信信号を検出するシンボル復号ステップとを備え、
上記シンボル復号ステップは、
上記チャネル応答行列を互いに異なる複数の置換チャネル行列に分割してサブグループを形成し、上記サブグループ毎に並列処理を行う処理ステップとを含み、
上記処理ステップは、上記置換チャネル行列に対するQR分解処理ステップと、受信シンボルに対して共役転置行列を乗算し、受信シンボルを直交化する乗算ステップと、上記乗算ステップの出力が供給され、上記サブグループ毎に信号検出を行うローカル検出ステップとからなり、
上記乗算ステップにおいて、複数の上記サブグループの受信シンボルをまとめて上記共役転置行列と乗算する信号復号方法。
A signal input step in which L transmission signals independent from each other obtained from a predetermined information signal are emitted from L transmission antennas, and M mixed signals obtained by mixing the L transmission signals are input.
A channel estimation step of performing channel estimation and estimating a channel response matrix of M rows and L columns;
A symbol decoding step for receiving a received symbol and the channel response matrix and detecting a transmission signal;
The symbol decoding step includes:
Dividing the channel response matrix into a plurality of different permutation channel matrices to form subgroups, and performing parallel processing for each subgroup,
The processing step is provided with a QR decomposition processing step for the permutation channel matrix, a multiplication step for multiplying a received symbol by a conjugate transpose matrix and orthogonalizing the received symbol, and an output of the multiplication step, It consists of a local detection step that performs signal detection every time,
A signal decoding method in which, in the multiplication step, a plurality of received symbols of the subgroup are collectively multiplied by the conjugate transpose matrix.
請求項4に記載の信号復号方法において、
上記置換チャネル行列の形成を所定の条件に応じて適応的に行う信号復号方法。
The signal decoding method according to claim 4, wherein
A signal decoding method for adaptively forming the permutation channel matrix according to a predetermined condition.
請求項1に記載の信号復号方法において、
上記ローカル検出ステップは、階層型検出アルゴリズムである信号復号方法。
The signal decoding method according to claim 1,
The local detection step is a signal decoding method which is a hierarchical detection algorithm.
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