(57)【要約】【課題】  空間多重された信号を受信して信号検出を行う際に、特に変調多値数を増加させた場合でも、回路規模増加を抑え、優れた誤り率特性を実現する。【解決手段】  送信信号候補絞り込み回路１０８は、近接信号点データテーブル１０９を参照し、段階的に複数の送信信号候補を所定の数だけ絞り込む。近接信号点データテーブル１０９は、送信信号推定回路１０７によって推定された各送信系統の送信信号と送信コンスタレーション上で信号点間距離が近い信号点との対応を記憶している。最尤推定回路１１３は、送信信号系列記憶回路１１１に記憶されている送信信号系列の候補と、これに対応したメトリックとの中で最も小さい値を示す送信信号系列を最終的な送信信号系列として出力する。【選択図】    図１０
2006222872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受信信号が入力され、各送受信アンテナ間における伝搬路のチャネルの歪を推定するチャネル推定手段と、
前記チャネル推定手段によって推定されたチャネルの歪を構成要素とする推定チャネル行列を生成する推定チャネル行列生成手段と、
前記推定チャネル行列生成手段によって生成された推定チャネル行列に対してユニタリ・三角化（ＱＲ）分解演算を行うＱＲ分解手段と、
前記ＱＲ分解手段によって得られるユニタリ行列Ｑに対して複素共役転置演算であるＱＨを行う複素共役転置演算手段と、
前記複素共役転置演算手段による演算結果を用いて、複数の受信信号を構成要素とする受信列ベクトル信号ｒに対してＱＨ×ｒの行列乗算演算を行う行列乗算手段と、
前記行列乗算手段の各送信系統の演算結果を記憶する乗算結果記憶手段と、
前記乗算結果記憶手段から得られる各送信系統の出力信号、前記ＱＲ分解手段のもう１つの出力信号である上三角行列Ｒの行列要素信号、および所望の送信系統以外の信号である干渉信号を用いて、所望の各送信系統の送信信号を推定する送信信号推定手段と、
前記送信信号推定手段によって推定された各送信系統の送信信号と送信コンスタレーション上で信号点間距離が近い信号点との対応をデータベーステーブルとして記憶する近接信号点データテーブルと、
前記近接信号点データテーブルを参照することで所定の数だけ前記送信信号推定手段によって推定された各送信系統の送信信号と送信コンスタレーション上で信号点間距離が近い複数の推定送信信号を候補として選択する信号候補絞り込み手段と、
前記信号候補絞り込み手段によって選択された、各送信系統の複数の推定送信信号と、当該送信系統の推定送信信号を推定するのに用いたその他の送信系統の情報とを対応付けて各推定送信信号系列として記憶する送信信号系列記憶手段と、
前記信号系列記憶手段に記憶されている各推定送信信号系列の推定送信信号と前記ＱＲ分解手段のもう１つの出力信号である上三角行列の行列要素信号とに基づいて、前記所望の送信系統以外の信号である干渉信号を生成する干渉信号生成手段と、
前記送信信号系列記憶手段に記憶された各推定送信信号系列の各候補に対し、該候補の送信信号が送信された場合の推定受信信号と実際の受信信号との信号点距離であるメトリックを算出する送信信号候補メトリック演算手段と、
前記送信信号候補メトリック演算手段によって算出され、前記送信信号系列記憶手段に記憶された各推定送信信号系列に対応した全てのメトリックの中で最も小さいメトリックを選択し、該メトリックに対応した推定送信信号系列を最終的に推定された送信信号系列として出力する最尤推定手段と
を具備することを特徴とする空間多重信号検出回路。
【請求項２】
前記ＱＲ分解手段は、生成される上三角行列Ｒの各要素のうち、行番号と列番号が等しい要素が実数となるようにユニタリ行列Ｑおよび上三角行列Ｒを選択することを特徴とする請求項１記載の空間多重信号検出回路。
【請求項３】
前記送信信号推定手段は、
多重化された送信系統数がＮ（Ｎは２以上の整数）であった場合、
第ｐ（１≦ｐ≦Ｎ：ｐは整数）送信系統において、前記行列乗算手段から出力されるベクトルの第ｐ行の要素である信号から、前記干渉信号生成手段からの出力である干渉信号を減算した干渉除去信号を取得する干渉除去信号演算手段と、
前記干渉除去信号演算手段からの出力である干渉除去信号の実数部および虚数部に対して、前記上三角行列Ｒの第ｐ行ｐ列の値に依存した階級化処理を行う階級化手段と、
前記階級化手段における階級値と送信信号の近似値との対応を管理するテーブルに基づいて、前記推定送信信号の近似値を求め、前記推定送信信号として出力する送信信号近似推定手段と
を具備することを特徴とする請求項２記載の空間多重信号検出回路。
【請求項４】
前記干渉信号生成手段は、
前記上三角行列Ｒの非ゼロの各要素と送信局が送信可能な信号とを乗算する乗算手段と、
前記乗算手段による乗算結果を記憶するレプリカ記憶手段と、
所望の送信系統以外の信号である干渉信号を前記レプリカ記憶手段に記憶されている乗算結果の加算によって取得する加算手段と
を具備することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の空間多重信号検出回路。
【請求項５】
前記送信信号候補メトリック演算手段は、
多重化された送信系統がＮ（Ｎは２以上の整数）であった場合、
前記送信信号系列記憶手段にて記憶された第ｐ（１≦ｐ≦Ｎ：ｐは整数）から第Ｎ送信系統までの送信信号の候補の組を読み出し、各送信信号の候補の組毎に、前記上三角行列Ｒの行列要素の第ｐ行の各要素に該当する送信系統の信号を乗算した信号と前記乗算結果記憶手段に記憶されたベクトル信号の第ｐ行の値との差分の大きさを表わす部分メトリックを算出する部分メトリック演算手段と、
第１から第Ｎ送信系統までの各送信信号の候補の組み合わせ毎に、第１から第Ｎまでの送信系列において前記部分メトリック演算手段にて得られた部分メトリックの値を加算して全送信系統に対するメトリックを算出するメトリック演算手段と
を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の空間多重信号検出回路。
【請求項６】
前記推定チャネル行列生成手段から出力される推定チャネル行列に基づいて、各送信系統の受信状態の優劣を判定するランキング手段と、
前記ランキング手段にて判定された受信状態の優劣に基づいて、前記推定チャネル行列の各列の順番を入れ替える推定チャネル行列並び替え手段と、
前記最尤推定手段から出力される送信信号系列に対して、前記推定チャネル行列並び替え手段にて行う各列の入れ替え処理と逆の入れ替え処理を行う逆入れ替え手段と
を具備することを特徴とする前記請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の空間多重信号検出回路。
【請求項７】
前記推定チャネル行列並べ替え手段は、前記ランキング手段にて判定された受信状態の優劣において受信状態が良好な送信系統の方が下段に配置されるような並べ替えを行うことを特徴とする請求項６記載の空間多重信号検出回路。
【請求項８】
前記信号候補絞り込み手段は、多重化された送信系統がＮ（Ｎは２以上の整数）であった場合、前記上三角行列Ｒの第２から第Ｎ送信系統の対角成分の絶対値が大きいものほど絞込み候補数が同じかまたは少なくなるように送信信号の候補の数を設定することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の空間多重信号検出回路。
【請求項９】
前記複数の受信信号に対してマルチキャリア復調を行い、サブキャリア信号を出力するマルチキャリア復調手段を備え、
前記サブキャリア信号を前記チャネル推定手段と前記行列乗算手段との入力信号とすることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の空間多重信号検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタル無線通信システムにおける空間多重伝送された信号から信号検出を行う復調器に係り、特に、マルチキャリア変調方式の中でＯＦＤＭ（Orthogonal frequency division multiplex）変調方式にも適用可能な空間多重信号検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチキャリア変調方式は、複数のサブキャリアを用いて情報を伝送する無線伝送方式である。サブキャリアごとに入力データ信号は、ＱＰＳＫ（Quadrature phase shift keying）等に変調される。このマルチキャリア変調方式の中で各サブキャリアの周波数が直交関係にある直交マルチキャリア変調方式は、直交周波数分割多重（Orthogonal frequency division multiplexing：ＯＦＤＭ）とも呼ばれ、マルチパス伝搬が問題となる無線通信システムで広く適用されている。
【０００３】
ＯＦＤＭは、マルチパスの影響を受けにくい特徴を備え、高速伝送に適した変調方式であるが、更なる伝送速度の向上を図るためには、複数の送信アンテナを用いて同一の周波数に送信を行い空間多重された信号を用いる空間多重伝送を行うことが考えられる。この空間多重伝送は、ＳＤＭ（Space division multiplexing）伝送、あるいは、その複数の送信アンテナを送受信器で使用する空間多重伝送方式の伝送路の特徴からＭＩＭＯ（Multi input multi output）伝送と呼ばれる。
【０００４】
図１７は、上記空間多重伝送を説明するためのブロック図である。図１７では、送信側、受信側で各４本ずつのアンテナを備えている。空間多重伝送を行う場合には、周波数帯域幅を増加させる必要が無い。例えば、ＯＦＤＭに空間多重伝送を適用した場合には、ＯＦＤＭシンボルの送信タイミングを同期させて送信する必要がある。この空間多重伝送を行うに際して、伝送速度を２倍にしたい場合には、２本のアンテナから同時に送信を行う。３倍にしたい場合には、３本のアンテナを用いて同時に送信を行う方式である。当然、多重化を行わないで１本の送信アンテナから送信を行うことも可能である。
【０００５】
さらに、送信を行う送信系統数、データ受信側のアンテナ数は、送信側で用いたアンテナ数と同数である必要はなく、これらの値はシステムの要求条件により決定される。ここでは、送信アンテナをＮ、受信アンテナをＭと一般化して示す。受信信号Ｙは、周波数領域での行列表現を用いて伝搬路のＭ×Ｎの伝達関数Ｈを用いて、数式（１）のように示すことができる。ここでは、一例としてＭ≧Ｎの場合について示している。数式（１）におけるｈＭＮ等の行列要素は、各送受信アンテナ間の伝達関数を示している。但し、Ｗは、Ｍ次元の雑音Ｍ×１列ベクトルを示す。
【０００６】
【数１】
2006222872.tif 000003
【０００７】
復調器において数式（１）で示される空間多重された受信信号から各送信系統の送信信号を検出するには、ＺＦ（Zero-forcing）方式、ＭＭＳＥ（Minimum mean square error）方式、ＯＳＤ（Ordered successive detection）方式、最尤推定検出（Maximum likelihood detection：ＭＬＤ）方式等がある。この中でＭＬＤ方式の誤り率特性が一番優れる。また、見方を変えると、誤り率特性が優れるということは、低ＣＮＲでの通信が可能であることを意味しており、通信エリアの拡大にも貢献する。さらに、ＭＬＤを用いた場合には、１本の受信アンテナで受信しても復調が可能である。また、受信側で複数のアンテナを用いた場合には、受信ダイバーシチ効果が得られるという特徴がある。
【０００８】
ここで、空間多重された信号から信号検出を行う信号検出方式のことを信号分離、あるいは干渉キャンセラと呼ぶ場合もあるが、本質は、多重化された信号から送信系統毎に送信された信号を検出することである。ＭＬＤ方式を用いた場合の信号検出は、以下のように実現される。ここで、図１８は、従来のＭＬＤ方式を説明するための概念図である。ＭＬＤ方式は、マルチキャリア変調方式にのみ適用できる方式ではなく、シングルキャリア伝送にも一般的に適用できる技術である。ここでは、マルチキャリア復調後のサブキャリア信号に適用する場合を例に示す。ＭＬＤ方式では、ＦＦＴ回路出力信号であるサブキャリア信号に対して、チャネル推定結果を用いて信号検出を行う。ＭＬＤの信号検出の原理を数式（２）に示す。
【０００９】
【数２】
2006222872.tif 000004
【００１０】
但し、
【００１１】
【数３】
2006222872.tif 000005
【００１２】
は、k番目の送信信号系列候補を示し、
【００１３】
【数４】
2006222872.tif 000006
【００１４】
は、チャネル推定後に得られた推定チャネル行列のＭ×Ｎ−ＭＩＭＯ行列のｉ−行ベクトルを示す。数式（２）では、１つの尺度であるメトリックμを用いて最尤推定を行っている。ＭＬＤ方式では、受信系統毎にレプリカ信号と受信信号との信号点距離を算出する。その後、各受信系統で得られた信号点距離を加算して、その結果を用いて最尤推定を行う。もちろん、１受信系統でもＭＬＤ方式による信号検出は可能であり、その場合には、１つの受信系統の結果のみを用いる。この加算された信号点距離の中で最も信号点距離の小さいものを最も確からしい送信信号の組み合わせであるとして選択する。そして、この組み合わせの信号の送信信号を信号検出推定結果として出力する。このようにＭＬＤ方式は、送信信号のレプリカの組み合わせの全てについて全探索を行うために、誤り率特性が改善し、優れた通信が実現可能となっている。
【００１５】
これに対して、以下の検討例がある。図１９は、従来の空間多重信号検出回路の構成を示すブロック図である（例えば非特許文献１参照）。以下に動作を説明する。図１９では、復調回路において、Ｎ個の送信系統から送信された送信信号を、Ｍ受信系統を用いて復調する場合を示している。
【００１６】
受信信号Ｓ１は、Ｍ個備えられたＦＦＴ回路１にてマルチキャリア復調され、サブキャリア信号Ｓ２を出力する。サブキャリア信号Ｓ２は、チャネル推定回路２に入力され、サブキャリア信号Ｓ２から伝搬路のチャネルの歪の推定が行われ、チャネル推定信号Ｓ３を出力する。一方、送信信号生成回路３からは、変調多値数がｍのｍ値の送信信号が出力される。レプリカ信号生成回路４では、ｍ値の送信信号Ｓ４とチャネル推定信号Ｓ３との複素乗算を行い、受信信号のレプリカ信号Ｓ５を生成する。ここで具体的に必要になる複素乗算器は以下のように求められる。
【００１７】
Ｎ個の送信系統について、ｍ値−送信信号を送ることを考えると、考えられる送信信号点の候補は、ｍＮ通りになる。この１つ１つのレプリカを生成するのに各送信系統分の複素乗算が必要になるので、ｍＮ×Ｎ個が必要となる。さらに、受信側で複数の受信系統について処理を行う場合には、最終的にＭ×ｍＮ×Ｎ個の複素乗算器が必要になる。次に、信号点距離演算回路５では、各受信系統におけるサブキャリア信号Ｓ２と各受信系統でのレプリカ信号Ｓ５との信号点距離演算が行われる。この信号点距離演算回路では、数式（２）に示されるような各受信系統における信号点距離の演算を行い、各受信系統の値を加算して、最終的なメトリック信号Ｓ６を算出する。また、この距離演算の回数は、具体的には、以下のように計算できる。
【００１８】
レプリカ信号生成回路Ｓ４から出力されるレプリカ信号の総数は、ｍＮ個である。このレプリカ信号について各受信系統での信号点距離を算出するので、距離演算の総数は、Ｍ×ｍＮ個になる。このメトリック信号Ｓ６は、全探索最尤推定回路６に入力され、最尤推定が行われる。入力された信号の中で最もメトリック、すなわち信号点間距離が小さいレプリカ信号が、最も確からしい送信信号の組み合わせであるとして信号検出がなされ、これに対応したＮ個の送信信号が出力される。
【００１９】
以上説明したように、図１９に示した従来の空間多重信号検出回路では、空間多重信号された信号の最尤推定による信号検出が行われる。まず、受信系統ごとに受信信号とレプリカ信号との信号点距離の演算を行い、この結果に対して最も小さいメトリックである信号点間距離を示すレプリカ信号を選択し、このレプリカ信号を構成する信号を出力する空間多重信号検出を行っている。
【非特許文献１】A. van Zelst, R. van Nee and G. A. Awater, “Space division multiplexing (SDM) for OFDM systems, ”Proc. of VTC 2000-Spring, pp. 1070-1074.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
現在、無線ＬＡＮの伝送方式のＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格、またはＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格と同一の無線区間の信号を用いて、運用周波数帯を２．４ＧＨｚ帯に変更したＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格とのバックワードコンパチビィリティを実現し、かつ高速な伝送速度を実現するために、空間多重伝送を用いた無線ＬＡＮの検討が進んでいる。例えば、ＩＥＥＥ８０２委員会でのタスク・グループ（ＴＧ）ｎでは、２×２以上の空間多重伝送の適用を目指した検討が開始されている。
【００２１】
この無線バックワードコンパチビィリティを実現し、かつ空間多重伝送を用いる無線ＬＡＮにおいては、ＩＥＥＥ８０２．１１ａに準拠した信号が多重化される前のＯＦＤＭ信号になり、既存システムに相当する。このバックワードコンパチビィリティを考慮したパケットフォーマットの一例を図２０に示す。また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ信号との共通部分を備えた周波数軸−時間軸を用いた２次元表現でのパケットフォーマットを図２１に示す。
【００２２】
これらのパケットでは、バックワードコンパチビィリティを実現するためにパケットの先頭部分では、既存システムが復調可能なプリアンブル信号が送信され、次に必要に応じてパケットの情報を示す既存システムの信号が送信される。しかし、データ部分は、空間多重されて伝送が行われるため、高性能な空間多重信号検出方式の適用は通信品質の改善のために非常に重要である。さらに、伝送されるパケット全てが空間多重された信号で伝送される場合にも、高性能な信号検出方式の適用は当然重要である。この空間多重伝送において高性能な信号検出を実現する手法には、誤り率特性が優れるＭＬＤ方式の適用が考えられる。
【００２３】
また、伝送速度のさらなる高速化を実現するために、多重化される前の信号のサブキャリア変調にも変調多値数の大きい６４ＱＡＭ（ｍ＝６４）が適用される場合が多い。このような変調多値数が大きい場合には、従来の空間多重信号検出回路では、数式（２）に示したようにレプリカ信号と受信信号との全探索を行うために回路規模が増大する。送信系統数＝Ｎ、復調器での受信系統数＝Ｍ、送信される信号の多値数＝ｍとすると、レプリカ生成時に必要となる複素乗算器の数がＭ×ｍＮ×Ｎだけ必要になり、回路規模が増加する。特に、高速化に変調多値数が多い変調方式を適用した場合には、指数的に回路規模が増大するため、その影響はより深刻である。
【００２４】
また、具体的に見てみると、複素乗算回路は、回路規模が大きい実数乗算器が４個、さらに加算器２個から構成される。したがって、複素乗算回路を多用することは回路規模が増大することを意味する。特に、ＰＣＭＣＩＡカード等の使用が多い無線ＬＡＮでは、ＰＣＭＣＩＡカードに許容される回路規模に制限があるために、回路規模が増大することは問題となる。
【００２５】
さらに、従来技術による回路における信号点距離演算に必要な距離演算回数は、上記と同様のパラメータの下で、Ｍ×ｍＮ個になり、回路規模の増加に直結する。このときに１回の距離演算に必要な実数乗算器は２個、実数加算器は３個必要になり、全体の距離演算回数が大きいために回路規模の増大が避けられない。
【００２６】
さらに、回路規模の増大に比例して消費電力が増加することになる。特に、外部電源の使用が難しい無線ＬＡＮ等での使用を考えた場合には、消費電力の増大はバッテリーの消耗を早めるという問題がある。
【００２７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、これらの問題を解決し、空間多重された信号を受信して信号検出を行う際に、特に変調多値数を増加させた場合でも、回路規模増加を抑え、優れた誤り率特性を実現することができる空間多重信号検出回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上述した課題を解決するために、本発明は、複数の受信信号が入力され、各送受信アンテナ間における伝搬路のチャネルの歪を推定するチャネル推定手段と、前記チャネル推定手段によって推定されたチャネルの歪を構成要素とする推定チャネル行列を生成する推定チャネル行列生成手段と、前記推定チャネル行列生成手段によって生成された推定チャネル行列に対してユニタリ・三角化（ＱＲ）分解演算を行うＱＲ分解手段と、前記ＱＲ分解手段によって得られるユニタリ行列Ｑに対して複素共役転置演算であるＱＨを行う複素共役転置演算手段と、前記複素共役転置演算手段による演算結果を用いて、複数の受信信号を構成要素とする受信列ベクトル信号ｒに対してＱＨ×ｒの行列乗算演算を行う行列乗算手段と、前記行列乗算手段の各送信系統の演算結果を記憶する乗算結果記憶手段と、前記乗算結果記憶手段から得られる各送信系統の出力信号、前記ＱＲ分解手段のもう１つの出力信号である上三角行列Ｒの行列要素信号、および所望の送信系統以外の信号である干渉信号を用いて、所望の各送信系統の送信信号を推定する送信信号推定手段と、前記送信信号推定手段によって推定された各送信系統の送信信号と送信コンスタレーション上で信号点間距離が近い信号点との対応をデータベーステーブルとして記憶する近接信号点データテーブルと、前記近接信号点データテーブルを参照することで所定の数だけ前記送信信号推定手段によって推定された各送信系統の送信信号と送信コンスタレーション上で信号点間距離が近い複数の推定送信信号を候補として選択する信号候補絞り込み手段と、前記信号候補絞り込み手段によって選択された、各送信系統の複数の推定送信信号と、当該送信系統の推定送信信号を推定するのに用いたその他の送信系統の情報とを対応付けて各推定送信信号系列として記憶する送信信号系列記憶手段と、前記信号系列記憶手段に記憶されている各推定送信信号系列の推定送信信号と前記ＱＲ分解手段のもう１つの出力信号である上三角行列の行列要素信号とに基づいて、前記所望の送信系統以外の信号である干渉信号を生成する干渉信号生成手段と、前記送信信号系列記憶手段に記憶された各推定送信信号系列の各候補に対し、該候補の送信信号が送信された場合の推定受信信号と実際の受信信号との信号点距離であるメトリックを算出する送信信号候補メトリック演算手段と、前記送信信号候補メトリック演算手段によって算出され、前記送信信号系列記憶手段に記憶された各推定送信信号系列に対応した全てのメトリックの中で最も小さいメトリックを選択し、該メトリックに対応した推定送信信号系列を最終的に推定された送信信号系列として出力する最尤推定手段とを具備することを特徴とする。
【００２９】
本発明は、上記の発明において、前記ＱＲ分解手段は、生成される上三角行列Ｒの各要素のうち、行番号と列番号が等しい要素が実数となるようにユニタリ行列Ｑおよび上三角行列Ｒを選択することを特徴とする。
【００３０】
本発明は、上記の発明において、前記送信信号推定手段は、多重化された送信系統数がＮ（Ｎは２以上の整数）であった場合、第ｐ（１≦ｐ≦Ｎ：ｐは整数）送信系統において、前記行列乗算手段から出力されるベクトルの第ｐ行の要素である信号から、前記干渉信号生成手段からの出力である干渉信号を減算した干渉除去信号を取得する干渉除去信号演算手段と、前記干渉除去信号演算手段からの出力である干渉除去信号の実数部および虚数部に対して、前記上三角行列Ｒの第ｐ行ｐ列の値に依存した階級化処理を行う階級化手段と、前記階級化手段における階級値と送信信号の近似値との対応を管理するテーブルに基づいて、前記推定送信信号の近似値を求め、前記推定送信信号として出力する送信信号近似推定手段とを具備することを特徴とする。
【００３１】
本発明は、上記の発明において、前記干渉信号生成手段は、前記上三角行列Ｒの非ゼロの各要素と送信局が送信可能な信号とを乗算する乗算手段と、前記乗算手段による乗算結果を記憶するレプリカ記憶手段と、所望の送信系統以外の信号である干渉信号を前記レプリカ記憶手段に記憶されている乗算結果の加算によって取得する加算手段とを具備することを特徴とする。
【００３２】
本発明は、上記の発明において、前記送信信号候補メトリック演算手段は、多重化された送信系統がＮ（Ｎは２以上の整数）であった場合、前記送信信号系列記憶手段にて記憶された第ｐ（１≦ｐ≦Ｎ：ｐは整数）から第Ｎ送信系統までの送信信号の候補の組を読み出し、各送信信号の候補の組毎に、前記上三角行列Ｒの行列要素の第ｐ行の各要素に該当する送信系統の信号を乗算した信号と前記乗算結果記憶手段に記憶されたベクトル信号の第ｐ行の値との差分の大きさを表わす部分メトリックを算出する部分メトリック演算手段と、第１から第Ｎ送信系統までの各送信信号の候補の組み合わせ毎に、第１から第Ｎまでの送信系列において前記部分メトリック演算手段にて得られた部分メトリックの値を加算して全送信系統に対するメトリックを算出するメトリック演算手段とを具備することを特徴とする。
【００３３】
本発明は、上記の発明において、前記推定チャネル行列生成手段から出力される推定チャネル行列に基づいて、各送信系統の受信状態の優劣を判定するランキング手段と、前記ランキング手段にて判定された受信状態の優劣に基づいて、前記推定チャネル行列の各行の順番を入れ替える推定チャネル行列並び替え手段と、前記最尤推定手段から出力される送信信号系列に対して、前記推定チャネル行列並び替え手段にて行う各行の入れ替え処理と逆の入れ替え処理を行う逆入れ替え手段とを具備することを特徴とする。
【００３４】
本発明は、上記の発明において、前記推定チャネル行列並べ替え手段は、前記ランキング手段にて判定された受信状態の優劣において受信状態が良好な送信系統の方が下段に配置されるような並べ替えを行うことを特徴とする。
【００３５】
本発明は、上記の発明において、前記信号候補絞り込み手段は、多重化された送信系統がＮ（Ｎは２以上の整数）であった場合、前記上三角行列Ｒの第２から第Ｎ送信系統の対角成分の絶対値が大きいものほど絞込み候補数が同じかまたは少なくなるように送信信号の候補の数を設定することを特徴とする。
【００３６】
本発明は、上記の発明において、前記複数の受信信号に対してマルチキャリア復調を行い、サブキャリア信号を出力するマルチキャリア復調手段を備え、前記サブキャリア信号を前記チャネル推定手段と前記行列乗算手段との入力信号とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
この発明によれば、複数の受信信号が入力され、チャネル推定手段により、各送受信アンテナ間における伝搬路のチャネルの歪を推定し、推定チャネル行列生成手段により、推定されたチャネルの歪を構成要素とする推定チャネル行列を生成し、ＱＲ分解手段により、推定チャネル行列に対してユニタリ・三角化（ＱＲ）分解演算を行い、複素共役転置演算手段により、ユニタリ行列Ｑに対して複素共役転置演算であるＱＨを行い、行列乗算手段により、複素共役転置演算結果を用いて、複数の受信信号を構成要素とする受信列ベクトル信号ｒに対してＱＨ×ｒの行列乗算演算を行い、前記行列乗算手段の各送信系統の演算結果を乗算結果記憶手段に記憶し、送信信号推定手段により、各送信系統の出力信号、上三角行列Ｒの行列要素信号、および所望の送信系統以外の信号である干渉信号を用いて、所望の各送信系統の送信信号を推定し、信号候補絞り込み手段により、推定された各送信系統の送信信号と送信コンスタレーション上で信号点間距離が近い信号点との対応を記憶している近接信号点データテーブルを参照することで所定の数だけ前記送信信号推定手段によって推定された各送信系統の送信信号と送信コンスタレーション上で信号点間距離が近い複数の推定送信信号を候補として選択し、該選択された各送信系統の複数の推定送信信号と、当該送信系統の推定送信信号を推定するのに用いたその他の送信系統の情報とを対応付けて各推定送信信号系列として送信信号系列記憶手段に記憶し、干渉信号生成手段により、各推定送信信号系列の推定送信信号と上三角行列の行列要素信号とに基づいて、前記所望の送信系統以外の信号である干渉信号を生成し、送信信号候補メトリック演算手段により、前記各推定送信信号系列の各候補に対し、該候補の送信信号が送信された場合の推定受信信号と実際の受信信号との信号点距離であるメトリックを算出し、最尤推定手段により、前記送信信号系列記憶手段に記憶された各推定送信信号系列に対応した全てのメトリックの中で最も小さいメトリックを選択し、該メトリックに対応した推定送信信号系列を最終的に推定された送信信号系列として出力する。したがって、従来方式であるＭＬＤでは、選択可能な全てのパターンに対してメトリックを計算していたが、本発明では、最終的に比較するメトリックの数を抑え、さらに、段階的に候補を絞り込む際に、近接信号点データテーブルを用いることにより、実際の信号点距離の比較処理を省くことができ、効果的な絞込みを実現することができるという利点が得られる。
【００３８】
また、本発明によれば、前記ＱＲ分解手段によって、生成される上三角行列Ｒの各要素のうち、行番号と列番号が等しい要素が実数となるようにユニタリ行列Ｑおよび上三角行列Ｒを選択する。したがって、上三角行列Ｒの対角項が実数となるため、ＱＲ分解における除算処理を、複素数の除算から実数による除算に置き換える働きがある。この結果、その除算によって、複素数である値において、その位相を回転させることのない処理に置き換えることができる。これは、単純に複素除算器を実数除算器に置き換えることによる回路規模の削減効果を与えることができるという利点が得られる。
【００３９】
また、本発明によれば、前記送信信号推定手段において、干渉除去信号演算手段により、多重化された送信系統数がＮ（Ｎは２以上の整数）であった場合、第ｐ（１≦ｐ≦Ｎ：ｐは整数）送信系統において、前記行列乗算手段から出力されるベクトルの第ｐ行の要素である信号から干渉信号を減算した干渉除去信号を取得し、階級化手段により、干渉除去信号の実数部および虚数部に対して、前記上三角行列Ｒの第ｐ行ｐ列の値に依存した階級化処理を行い、送信信号近似推定手段により、階級値と送信信号の近似値との対応を管理するテーブルに基づいて、前記推定送信信号の近似値を求め、前記推定送信信号として出力する。したがって、複素数の実数での除算は、複素数の位相成分を保存し、単純に実数成分と虚数成分の縮尺を等方的に変換することを意味する。ゆえに、前記上三角行列Rの対角成分に依存した刻み幅で階級化を行えば、実際の除算処理を行わなくても等価的に硬判定や荒い軟判定を行うことが可能となり、その結果として回路規模を大幅に削減できるという利点が得られる。
【００４０】
また、本発明によれば、前記干渉信号生成手段において、乗算手段により、前記上三角行列Ｒの非ゼロの各要素と送信局が送信可能な信号とを乗算し、該乗算結果をレプリカ記憶手段に記憶し、加算手段により、所望の送信系統以外の信号である干渉信号を前記レプリカ記憶手段に記憶されている乗算結果の加算によって取得する。したがって、逐次行う乗算処理をその都度行う代わりに、計算に用いられる値を事前に乗算してメモリに記憶し、乗算が必要な時にはその結果をメモリから読み出すとすることで、必要な乗算回路の数を大幅に削減することができるという利点が得られる。
【００４１】
また、本発明によれば、前記送信信号候補メトリック演算手段において、部分メトリック演算手段により、多重化された送信系統がＮ（Ｎは２以上の整数）であった場合、前記送信信号系列記憶手段にて記憶された第ｐ（１≦ｐ≦Ｎ：ｐは整数）から第Ｎ送信系統までの送信信号の候補の組を読み出し、各送信信号の候補の組毎に、前記上三角行列Ｒの行列要素の第ｐ行の各要素に該当する送信系統の信号を乗算した信号と前記乗算結果記憶手段に記憶されたベクトル信号の第ｐ行の値との差分の大きさを表わす部分メトリックを算出し、メトリック演算手段により、第１から第Ｎ送信系統までの各送信信号の候補の組み合わせ毎に、第１から第Ｎまでの送信系列において前記部分メトリック演算手段にて得られた部分メトリックの値を加算して全送信系統に対するメトリックを算出する。したがって、メトリックの演算は全て個別に行う必要があった従来方式に比べ、送信系統毎に部分メトリックとして計算し、その合計として所望のメトリックを得ることで、演算量を削減することができるという利点が得られる。
【００４２】
また、本発明によれば、ランキング手段により、前記推定チャネル行列生成手段から出力される推定チャネル行列に基づいて、各送信系統の受信状態の優劣を判定し、推定チャネル行列並び替え手段により、前記ランキング手段にて判定された受信状態の優劣に基づいて、前記推定チャネル行列の各行の順番を入れ替え、逆入れ替え手段により、前記最尤推定手段から出力される送信信号系列に対して、前記推定チャネル行列並び替え手段にて行う各行の入れ替え処理と逆の入れ替え処理を行う。したがって、効率的な順番で信号候補の絞込みを行うことが可能となり、その結果、同一の特性であれば、より少ない候補数に処理を限定することができるという利点が得られる。
【００４３】
また、本発明によれば、前記推定チャネル行列並べ替え手段によって、前記ランキング手段にて判定された受信状態の優劣において受信状態が良好な送信系統の方が下段に配置されるような並べ替えを行う。したがって、信頼性の高い送信系統を先に決定することが可能となり、信頼性の低い送信系統のＳＮＩＲ値を等価的に高めることができるという利点が得られる。
【００４４】
また、本発明によれば、前記信号候補絞り込み手段により、多重化された送信系統がＮ（Ｎは２以上の整数）であった場合、前記上三角行列Ｒの第２から第Ｎ送信系統の対角成分の絶対値が大きいものほど絞込み候補数が同じかまたは少なくなるように送信信号の候補の数を設定する。したがって、受信信号の利得が高ければ比較的少ない候補数で各信号系統の候補数を絞り込むことができるという利点が得られる。
【００４５】
また、本発明によれば、マルチキャリア復調手段により、前記複数の受信信号に対してマルチキャリア復調を行い、サブキャリア信号を出力し、前記サブキャリア信号を前記チャネル推定手段と前記行列乗算手段との入力信号とする。したがって、マルチキャリア復調が必要なＯＦＤＭ変調方式にも適用が可能であり、回路規模を削減しながら優れた誤り率特性を実現することができるという利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の一実施形態による空間多重信号検出回路を、図面を参照して説明する。
【００４７】
Ａ．本発明の基本原理
まず、本発明の基本原理について説明する。本発明では、従来技術での問題である回路規模の増加を抑えつつ、ＭＬＤ方式と同等の優れた誤り率特性を実現する空間多重信号検出回路を実現する。本発明は、マルチキャリア変調方式、あるいはシングルキャリア変調方式共に適用が可能である。マルチキャリア変調方式に適用をする場合には、マルチキャリア復調後のサブキャリア信号に対して適用する。
【００４８】
本発明では、まず、受信パケット信号のＭＩＭＯプリアンブル信号を用いて各送受信アンテナ間の伝達関数のチャネル推定を行う（チャネル推定手段）。そして、そのチャネル推定結果を用いて推定チャネル行列Ｈの生成を行う（推定チャネル行列生成手段）。次に、数式（５）に示すように、この推定チャネル行列のユニタリ・三角化（ＱＲ）分解を行う（ＱＲ分解手段）。但し、数式（５）では、説明の簡易化のために推定チャネル行列に対してＱＲ分解を適用した式変形例を示している。また、以下に示すのはＭ≧Ｎの場合であり、数式（６）に示されるユニタリ行列Ｑは、Ｍ×Ｍの正規直交行列、および数式（７）に示される上三角行列Ｒは、Ｍ×Ｎ行列であり、これはＮ行Ｎ列の上三角行列と（Ｍ−Ｎ）行Ｎ列の０行列から構成される。当然、Ｍ＝Ｎの場合には、上三角行列Ｒには０行列の部分の無い上三角行列Ｒとして構成される。
【００４９】
【数５】
2006222872.tif 000007
【００５０】
但し、
【００５１】
【数６】
2006222872.tif 000008
【００５２】
【数７】
2006222872.tif 000009
【００５３】
あるいは、数式（５）の別表現として、ユニタリ行列ＱをＭ×Ｎ行列として定義した上で表現する場合には、上三角行列ＲはＮ×Ｎ行列としてＱＲ分解される。
【００５４】
このＱＲ分解に用いる演算手法としては、当然、グラム・シュミットの直交化法の適用が考えられる。
【００５５】
さらに、ＱＲ分解の本質は、伝達関数行列Ｈをユニタリ行列Ｑと、上三角行列Ｒとに分割することであり、各行列要素を回転させ、その結果、順次に上三角行列を生成していくギブンス法、さらに、行単位、列単位で上三角行列の“０”要素を追加していくハウスホルダー法の適用が当然可能である。
【００５６】
なお、一般的には、ＱＲ分解における上三角行列Ｒの対角成分（行番号と列番号が等しい成分）は必ずしも実数とは限らないが、ユニタリ変換Ｑを適切に選ぶことにより、上三角行列Ｒの対角成分が実数となるように選ぶことが可能である。このように、対角成分を実数となるように選ぶことにより、後述する送信信号の推定処理を簡略化することも可能である。
【００５７】
さらに、本発明では、ユニタリ行列Ｑについて各行列要素の複素共役演算を行い、次に、その行列の転置演算処理を行う（複素共役転置演算手段）。この複素共役転置についてはエルミート転置、エルミート共役と様々な名称で呼ばれることがあるが、ここでの演算の本質は、ユニタリ行列の各要素について複素共役演算を行い、その行列の転置行列を生成することである。
【００５８】
次に、ＱＲ分解で得られたユニタリ行列の複素共役転置行列であるＱＨを受信信号Ｙに対して左側から乗算を行う（行列乗算手段）。この処理を行うことで、数式（８）に示されるように、受信信号が上三角行列と送信信号との乗算として簡単に示すことができる。
【００５９】
【数８】
2006222872.tif 000010
【００６０】
さらに、この行列乗算の場合の特徴として、ＱＲ分解では、各列ベクトルが正規直交しているユニタリ行列ＱＨを乗算するために、雑音強調を生じない点も本発明の特徴である。
【００６１】
また、ＱＲ分解に用いるユニタリ行列の固有値が全て１であることからＱＨの乗算に伴い雑音強調が生じないことも本発明の更なる特徴である。このようにして演算結果である列ベクトルＺ＝［ｚ１，ｚ２，…，ｚＭ］Ｔが得られ、この各値は記憶される（乗算結果記憶手段）。ここで、ベクトルおよび行列に対する［  ］Ｔの表記は、転置を意味する。
【００６２】
さらに、本発明では、このユニタリ行列の乗算の後に、順次送信系統ごとに送信信号の推定を行っていく。まず、上三角行列の非ゼロの最下行に相当する送信系統の送信信号であるｔＮの推定を行う。次に、上三角行列のＮ−１行に相当する送信系統の送信信号を推定する。本発明では、順次、他送信系統の干渉成分を除去しながら、繰り返し推定する送信系統のレイヤを上げていく処理が行われる。
【００６３】
具体的な手順は以下の通りである。
まず、上記記憶された列ベクトルＺの各要素から他送信系統の干渉信号を減算し、上三角行列Ｒの所望の送信系統の各行列要素を用いて以下の除算処理を行う（送信信号推定手段）。但し、最下レイヤである送信系統Ｎの場合には、（干渉信号生成手段からの）他送信系統の干渉信号を考慮する必要はない。まず、以下ではこのＮ送信系統について算出を行う場合について説明する。
【００６４】
【数９】
2006222872.tif 000011
【００６５】
この送信系統Ｎの場合のｔＮの信号点を軟判定する。
【００６６】
【数１０】
2006222872.tif 000012
【００６７】
さらに、当然、送信信号推定には、上記軟判定結果だけではなく、硬判定結果を用いることも可能である。
【００６８】
または、ｒＮＮが実数の場合には、ｚＮ（＝ｒＮＮ×ｔＮ）の値から直接ｔＮの近似値を求めることができる。例えば、１６ＱＡＭを例にとると、１６ＱＡＭで取り得る１６種類の送信信号のコンスタレーションは図１に示すようになる。図に示すように、１６種類の送信信号は、Ｉ軸、Ｑ軸ともに信号点距離が２．０間隔となっている。また、図１には、数式（１０）におけるｔＮの例も合わせてプロットしている。
【００６９】
これに対して、図２に示すように、Ｉ軸、Ｑ軸ともに信号点距離が２．０×ｒＮＮ間隔となるように置き換え、そこに数式（９）のｚＮをプロットする。図１と図２は、Ｉ軸とＱ軸とに対して等方的に全く縮尺が変換されただけの図になっている。したがって、例えば、図２を図３に示すように、２．０×ｒＮＮ間隔でＩ軸およびＱ軸に平行な点線で示された境界で階級化し、どのブロックに属するかを判定すれば、等価的にそのブロックに含まれる信号点として硬判定（図中では「◎」で表記）することができる。
【００７０】
また、図４に示すように、２．０×ｒＮＮよりも細かい刻み幅で階級化し、数式（１０）で示される軟判定結果の近似値として、各ブロックの中心にある代表点「◎」を用いても構わない。または図５に示すように、各格子点に沿って階級化を行うことも可能である。この場合、この図にプロットされた信号点は、各格子点を結ぶ各ブロックの中心にある代表点「◎」を軟判定結果の近似値として用いる。当然ながら、各格子点に沿って階級化を行いながら、細かい２．０×ｒＮＮよりも細かい刻み幅で階級化を行うことも可能である。
【００７１】
ちなみにｒＮＮの虚数成分がゼロでない場合には、ｒＮＮでの除算は単なる等方的な縮尺の変更と異なり、座標軸の回転を伴うため、図１から図５の格子点がＩ軸およびＱ軸に平行でなくなったり、歪んだりすることになり、上記の処理を適用できず、数式（１０）の除算が必須であった。
【００７２】
以下では、まず、簡単化のために送信系統Ｎの場合における送信信号の推定の場合について処理の流れを示し、順次、第Ｎ−１，第Ｎ−２，…，第１送信系統の場合について示して行く。
【００７３】
次に、送信信号の推定が行われた後は、この推定された送信信号ｔＮを元に送信信号点の候補の絞込みを行う。一例として、送信信号の推定を硬判定により求めた場合の例を図６に示す。例えば、図６には絞込み後の候補数を９点とした場合を示している。格子状に並んだ信号点に対し、ある格子点が送信信号の硬判定点「×」として与えられた場合、その点を引数とし、その格子点とその格子点の第１近接「◎」および第２近接「○」の合計９点を与えるデータベース（近接信号点データテーブル）として管理すれば、絞込み処理は簡単に実行できる。
【００７４】
この絞込む候補の数としては、例えば第１近接までにすれば５点になり、第３近接まで含めると１３点になる。同様に、その他の点数を設定することも可能である。または、階級化が図５に示したように行われた場合には、その代表点からの第１近接のみを選ぶと、送信信号点の候補として、図７に示すように４点の絞込み（図中では「◎」で表記）ができる。また、第２近接まで含めると、１２点、第３近接まで含めると、１６点となる。但し、図８に示した通り、コンスタレーション上の端の領域では、等方的な位置に近接点が存在しないケースもあり、このような場合には、状況に応じてｔＮに対して非対称となる近傍の点を選ぶようにデータテーブルを構築すればよい。
【００７５】
上述した処理を行うことにより、様々な数の絞込みを選択することが可能になる。この絞込みは、図４に示す軟判定の近似値を求める場合でも、同様に代表点毎に所定の絞込み数に対応した絞込み結果をデータベースとして備えておけばよい。
【００７６】
ここで、上述した絞込み処理は、ｍ−値の送信された多値信号の信号点ｓと推定送信信号との間の信号点距離を用いた数式（１１）に示される演算に対する近似解を求めることに他ならない。
【００７７】
【数１１】
2006222872.tif 000013
【００７８】
ここで、ｈａｔ［ｔＮ（ｌＮ）］とは、送信信号として選択可能な信号点ｓの中から、‖ｔＮ−ｓ‖２の値がｌＮ番目に小さくなる信号点ｓを表わす。なお、上記ｈａｔは、数式中の記号（＾）に相当し、以下、同様の表記とする。また、ここでは、距離演算の一例としてユークリッド距離の２乗を用いる場合を示した。
【００７９】
以上の処理を用いて、信号点距離が小さい方から所定の数だけ第Ｎ送信系統における複数の送信信号候補として選択する（送信候補絞込み手段）。例えば、一例として上位３２点の信号候補を選択する場合には、数式（１２）に示すように第Ｎ送信系統の複数の送信信号候補を選択することになる。
【００８０】
【数１２】
2006222872.tif 000014
【００８１】
そして、この送信系統の送信信号を記憶し（送信系列加算記憶手段）、以下のメトリック演算に適用する（干渉信号生成手段）。
【００８２】
一方、上記記憶された列ベクトルＺの要素信号ｚＮ、ＱＲ分解された上三角行列の要素信号であるｒＮＮを用いて、この３２個の送信信号候補の各々に対して以下の部分メトリックＭＮ（ｌＮ）を数式（１３）のように計算する（送信信号候補メトリック演算手段および部分メトリック演算手段）。
【００８３】
【数１３】
2006222872.tif 000015
【００８４】
ここで、本発明に用いる信号点距離演算、および部分メトリックとして、上記説明ではユークリッド距離の２乗を用いる場合を示したが、具体的な距離演算には、ユークリッド距離（ベクトル信号の各要素の実数部の２乗値および虚数部の２乗値の総和の平方根）、マンハッタン距離（ベクトル信号の各要素の実数部の絶対値および虚数部の絶対値の総和）、および、それらの距離の二乗距離等さまざまな距離尺度を用いて実現することが当然考えられる。
【００８５】
次に、この部分メトリックは、各送信系統の送信信号の組み合わせ情報と併せて記憶される。また、これまでのメトリックに加算した後に累積加算メトリックＡＭとして記憶保持をしてもよい（メトリック演算手段）。以上、本発明における最下レイヤである第Ｎ送信系統における信号処理の流れである。
【００８６】
次に、第Ｎ−１送信系統での処理について示す。この第Ｎ−１送信系統の送信信号の推定のためには、第Ｎ送信系統の推定信号から干渉信号を生成する操作が必要になる。Ｎ−１送信系統について計算をする場合には、干渉信号は、上三角行列の要素信号ｒＮ−１，Ｎと推定送信信号ｈａｔ［ｔＮ（ｌＮ）］との全組み合わせについて以下のように計算がなされる（干渉信号生成手段）。
【００８７】
【数１４】
2006222872.tif 000016
【００８８】
Ｎ−１の送信系統の信号を検出する場合の基本動作は、以下のように考えることができる。Ｎ−１送信系統の信号検出の手順は、第Ｎ送信系統の信号検出と基本的には同じ動作である。違いは、（干渉信号生成手段から出力される）他送信系統（第Ｎ−１送信系統の場合にはＮ−１より大きい第Ｎ送信系統）の推定信号を減算することである（送信信号推定手段および送信信号候補メトリック演算手段）。
【００８９】
基本的には、数式（１２）に示されるように、複数である第Ｎ送信系統の推定信号をｈａｔ［ｔＮ（ｌＮ）］と表現して示すと、以下の数式（１５）に従って軟判定演算を行う（送信信号推定手段）。
【００９０】
【数１５】
2006222872.tif 000017
【００９１】
なお、この第Ｎ−１送信系統の送信信号の推定は、第Ｎ送信系統のｌＮ毎に行われることになり、ｌＮに対する第Ｎ−１送信系統の送信信号の推定値は、ｔＮ−１（ｌＮ）と表記される。但し、実際には、Ｎ送信系統と同じように、数式（１５）を実行することなしに、数式（１６）から上述した階級化処理により得られる軟判定の近似値を用いたり、硬判定の結果を適用したりすることも可能である。
【００９２】
【数１６】
2006222872.tif 000018
【００９３】
次に、第Ｎ−１送信系統の送信信号の推定が行われた後は、この推定された送信信号ｔＮ−１（ｌＮ）を元に、送信信号点の候補の絞込みを行う。送信信号の絞込みは、第Ｎ送信系統の場合と同様に、近接信号点データテーブルを用いて絞込みを行う。ここでの絞込み処理は、数式（１７）に示される演算に対する近似解を求めることに他ならない。
【００９４】
【数１７】
2006222872.tif 000019
【００９５】
ここで、ｈａｔ［ｔＮ−１（ｌＮ−１，ｌＮ）］とは、送信信号として選択可能な信号点ｓの中から、第Ｎ送信系統からの送信信号がｈａｔ［ｔＮ（ｌＮ）］であった場合の‖ｔＮ−１（ｌＮ）−ｓ‖２の値がｌＮ−１番目に小さくなる信号点ｓを表わす。
【００９６】
以上の処理を用いて、ｈａｔ［ｔＮ（ｌＮ）］毎に、信号距離の小さい方から所定の数だけ第Ｎ−１送信系統における複数の送信信号候補として選択する（信号候補絞込み手段）。例えば、上位１６点の送信信号候補を推定する場合には、数式（１８）のように推定が示される。
【００９７】
【数１８】
2006222872.tif 000020
【００９８】
次に、このようにして得られたＮ−１送信系統の複数の推定送信信号を用いて部分メトリックを計算する（送信信号候補メトリック演算手段および部分メトリック演算手段）。
【００９９】
【数１９】
2006222872.tif 000021
【０１００】
ここで、第Ｎ−１送信系統の送信信号候補を決定する際の部分メトリックは、第Ｎ−１送信系統の送信信号候補を選ぶ際に前提とした第Ｎ送信系統の送信信号ｈａｔ［ｔＮ（ｌＮ）］に依存する。言い換えれば、ｌＮ−１及びｌＮの組み合わせ毎に部分メトリックを求める必要がある。そして、この部分メトリックは、各送信系統の送信信号の組み合わせ情報（例えばｌＮ−１とｌＮや、ｈａｔ［ｔＮ−１（ｌＮ−１，ｌＮ）］とｈａｔ［ｔＮ（ｌＮ）］等の情報）と併せて記憶がなされる。
【０１０１】
以上の処理を、同様に第Ｎ−２送信系統、第Ｎ−３送信系統、…と続け、最終的に第１送信系統まで処理を実行する。
【０１０２】
ここで、本発明の大きな特徴は、推定する送信系統が上がるに従い候補として考える信号点を少なくした場合でも、特性の劣化が少ないことである。順次推定した送信信号を用いてメトリックを計算していくためにダイバーシチ効果が向上する。これは、上位の送信信号の推定においては、他送信系統からの信号をキャンセルした上で送信信号の推定を行う。上位の信号推定には、その送信系統の情報だけを用いて推定を行っている訳ではない。例えば、Ｎ−１送信系統の推定には、Ｎ−１送信系統の行列乗算結果ｚＮ−１からＮ送信系統の信号のレプリカ信号を減算する。このように、Ｎ−１とＮの２つの送信系統の情報を用いて送信信号の推定を行うためにダイバーシチ効果が生じる。したがって、上位で候補として絞り込む送信信号候補数を減少させてもダイバーシチ効果が得られるのである。当然、上位に行くに従って候補を減少させなくとも本発明は適用可能である。
【０１０３】
上記の送信信号候補数の減少の説明を具体的に示す。本発明では、この絞込みの数は、例えば、４送信系統を備える６４ＱＡＭの場合、「３２，１６，８，１」と制限して減少させて行くことが可能であり、送信信号点に応じた全ての数のレプリカ信号を生成する必要は無く、簡易な回路規模での実現が可能である。なお、第１送信系統の候補数は１と設定する。
【０１０４】
最終的に第１送信系統までの処理を行った後に、これまでの部分メトリックの累積値であるメトリックＡＭを求める（送信信号候補メトリック演算手段およびメトリック演算手段）。
【０１０５】
【数２０】
2006222872.tif 000022
【０１０６】
このときの加算において、例えば第ｐ（１≦ｐ≦Ｎ）送信系統までの部分メトリックの累積値は、第ｐ＋１送信系統までの部分メトリックの累積値に第ｐ送信系統の部分メトリックを加算した値となるので、数式（２１）のように順次求めてもよい。
【０１０７】
【数２１】
2006222872.tif 000023
【０１０８】
この漸化式の意図していることは、第ｐ送信系統の送信信号の候補を選択した際に、数式（１９）および数式（２１）の処理を逐次行っていけば、最後にまとめて数式（２０）のメトリックを計算する必要はなく、数式（２１）に相当するメトリック量をメモリに逐次記憶しておくことも可能である。
【０１０９】
順次繰り返し、１送信系統までの信号が全て推定され、全送信系統の信号系列が計算されるまでの様子を図９に示す。この場合には、第Ｎ送信系統における送信信号の候補数を３２、第Ｎ−１送信系統における送信信号の候補数を１６、最後に、最上位である第１送信系統における候補数を１としている。
【０１１０】
上述した一連の処理の後、本発明では、最終的な送信信号系列の推定が行われる（最尤推定手段）。送信信号系列の候補（送信信号系列記憶手段）と，これに対応した累積加算メトリック（送信信号候補メトリック演算手段）の中で最も小さい値を示す送信信号系列を送信信号系列として出力する．
【０１１１】
以上説明したように、本発明では、従来技術で必要であった膨大なレプリカ信号の生成を大幅に削減可能となる。従来技術で，Ｍ×ｍＮ×Ｎだけ必要であった複素乗算回数が、本発明では、最大の演算回数が（Ｍａｘ［ｌ１］×Ｍａｘ［ｌ２］×……×Ｍａｘ［ｌＮ］）と大幅に削減可能である。ここで、Ｍａｘ［ｌＮ］とは、第Ｎ送信系統において絞り込む送信信号の候補の数である。本発明では、例えば、先ほどの例において、Ｎ＝４送信系統で、ｍ＝６４である６４ＱＡＭを用いた場合においては、３２×１６×８×１程度の候補数で運用が可能である。この場合、複素乗算回数を、４×４×６４４＝２６８４３５４５６（従来方式）から４×４×３２×１６×８×１＝６５５３６まで大幅に削減が可能である。
【０１１２】
さらに、各送信系統における送信信号の候補の絞込みにおいては、１次推定された１点の送信信号に対し、データベース化されたテーブルを参照することにより、複数個の送信信号に簡易に絞込み（候補の選択）を行うことができる。
【０１１３】
なお、本発明の特性向上を図る更なる構成として、各チャネル推定結果を用いて、受信アンテナから入力された受信信号の受信ＳＮＲ（signal to noise ratio）、ＳＮＩＲ（signal to noise and interference ratio）、あるいは受信電力に応じて送信信号系統に応じたランキング手法等を適用することも可能である。具体的には、例えば、数式（２２）から数式（２４）等に示す推定ＳＮＩＲ、ＳＮＲ等に応じてランキングを行い、このランキングに応じて推定チャネル行列の列ベクトルを入れ替える。
【０１１４】
【数２２】
2006222872.tif 000024
【０１１５】
【数２３】
2006222872.tif 000025
【０１１６】
【数２４】
2006222872.tif 000026
【０１１７】
ここで、数式（２２）のＷｉは第ｉ送信系統の送受信電力、数式（２３）のＷｉは第ｉ送信系統の推定ＳＮＩＲ、数式（２４）のＷｉは第ｉ送信系統の推定ＳＮＲであり、これらの値が大きいほど通信品質は良好であると推定される。例えば、Ｎ×Ｎ行列であるＡを用いて、以下の推定チャネル行列の列ベクトルを入れ替える演算を行い、受信ＳＮＲの高い送信系統から送信信号の推定を行うことが可能になる。ここでは、Ｎ＝４、Ｍ＝４の場合に各送信系統の受信ＳＮＲが高い順に「１，２，３，４」の順である場合には、以下のように示される．
【０１１８】
【数２５】
2006222872.tif 000027
【０１１９】
この重み付けを用いる場合には、数式（５）は、変換行列Ａを用いて数式（２６）のように変形して示すことができる。
【０１２０】
【数２６】
2006222872.tif 000028
【０１２１】
この数式（２６）の意味は、ＨＡにより列ベクトルを入れ替え、ＳＮＲが高い順番に右から並べている。また、ＡＨ×Ｔにより、送信信号ベクトルのＳＮＲの高い順番に下から並べ変えを行っている。このように、ＳＮＲに基づくランキングが行われた場合には、推定チャネル行列をＨではなく、数式（２７）に示すようにＨＡとしてＱＲ分解を行うことが可能である。
【０１２２】
【数２７】
2006222872.tif 000029
【０１２３】
その後の演算手順は、ランキングを用いない場合と同様であり、数式（２８）に示すことが可能である。
【０１２４】
【数２８】
2006222872.tif 000030
【０１２５】
このランキング処理を用いることで、送信信号候補の絞込みの推定精度が向上する。その結果、全体の推定候補送信信号が減少でき、回路規模の削減が可能となる。
【０１２６】
なお、ここではＳＮＲの高い順番に下から順番に配置する例を示したが、その他の並び順であっても構わない。例えば、数式（２３）から数式（２５）のいずれかで最もＷｉの小さな信号系統のみを１行目に配置するようにし、その他の信号系統は任意というような配置であっても構わない。
【０１２７】
また、数式（２２）から数式（２４）のいずれかを用い、各送信系統のＷｉに応じて並び替えを行った後、ＱＲ分解を行い、ＱＲ分解後の上三角行列Ｒの対角成分の絶対値の大小に応じて、各送信系統の絞込みの候補数を選んでもよい。これは、数式（９）および数式（１６）等において、送信信号に乗算される係数である上三角行列Ｒの対角成分が各信号系統に対する受信の利得に相当すると考えられるためで、受信の利得が大きな信号系統は相対的に数式（１０）および数式（１５）等で示される推定送信信号の比較的近傍に真の送信信号点が存在すると考えられるからである。
【０１２８】
例えば、先ほどの例では、第４送信系統は３２、第３送信系統は１６、第２送信系統は８、第１送信系統は１のように順番に数が小さくなるようにしていたが、第２から第４送信系統の対角成分の絶対値が小さい方から第３→第２→第４の順番であったとすると、第３送信系統は３２、第２送信系統は１６、第４送信系統は８としてもよい。なお、この際、第１送信系統の候補数は１とする。これにより、受信利得が大きいと考えられる信号の候補点数を減らし、利得が小さいと考えられる信号の候補点数を増やすことにより、最適な候補点数の配分を実現する。
【０１２９】
なお、上述した上三角行列Ｒの対角成分の大小で候補数を決める方法は、必ずしもランキング処理が必須でなく、ランキング処理を行わずに、上三角行列Ｒの対角成分の大小で候補数を決めても構わない。また、候補数をランキングの順番に応じて設定する場合、全ての候補数が異なる必然性はなく、例えば第２から第４送信系統の対角成分の絶対値が小さい方から第３→第２→第４の順番であったとすると、第３送信系統は３２、第２送信系統は１２、第４送信系統は１２のように、同じ候補数のものが複数存在しても構わない。また、当然ながら、第１送信系統を除き、単純に全て同じ候補数であっても構わない。
【０１３０】
なお、上述したランキングおよび並べ替え処理を行った場合には、最尤推定にて最終的に推定された送信信号は、信号処理上並び替えを行った後の信号であり、実際の送信系統に応じた送信信号ではない。最後の推定送信信号は、ＡＨ×Ｔであるために、最終的に送信信号Ｔを得るためには、数式（２９）に示すように、変換行列ＡをＡＨ×Ｔの左から乗算し、正しい送信信号の並び替えを行い、推定送信信号Ｔの出力を行う（逆入れ替え手段）．
【０１３１】
【数２９】
2006222872.tif 000031
【０１３２】
このように、本発明に適用するランキング手法は、受信信号のＳＮＲ等に応じて、伝達関数行列の列ベクトルを入れ替える演算を行う回路で簡易に実現される（ランキング手段）。
【０１３３】
Ｂ．第１実施形態
次に、本発明の第１実施形態について説明する。
Ｂ−１．第１実施形態の構成
図１０は、本発明の第１実施形態による空間多重信号検出回路の構成を示すブロック図である。チャネル推定回路１０１は、受信パケット信号Ｓ１０１のＭＩＭＯプリアンブル信号、あるいは既存システムのプリアンブル信号を用いて各送受信アンテナ間の伝搬路の歪を推定する。推定チャネル行列生成回路１０２は、上記チャネル推定結果を用いて推定チャネル行列Ｈの生成を行う。ＱＲ分解回路１０３は、推定チャネル行列に対してＱＲ分解演算を行い、ユニタリ行列Ｑと上三角行列Ｒへの分解を行う。複素共役転置演算回路１０４は、ユニタリ行列Ｑについて各行列要素の複素共役演算を行うとともに、その行列の転置演算処理を行う。
【０１３４】
行列乗算回路１０５は、ＱＲ分解で得られたユニタリ行列の複素共役転置行列であるＱＨを受信パケット信号Ｓ１０１に対して左側から乗算を行う。乗算結果記憶回路１０６は、行列乗算回路１０５の演算結果を１シンボル時間に渡って記憶する。送信信号推定回路１０７は、乗算結果記憶回路１０６に記憶された、第Ｎ行目の第Ｎ送信系統の要素Ｓ１０７と、ＱＲ分解回路１０３から別途出力される上三角行列Ｒの第Ｎ行目の行ベクトルに対応した構成要素Ｓ１０８に対し、第Ｎ送信系統の送信信号の軟判定または硬判定の推定を行い、推定信号Ｓ１１０として送信信号候補絞込み回路１０８に供給する。
【０１３５】
送信信号候補絞込み回路１０８は，近接信号点データテーブル１０９を参照し、入力された推定信号Ｓ１１０の近傍に位置する複数の送信信号候補Ｓ１１１を所定の数だけ選択する。近接信号点データテーブル１０９は、送信信号推定回路１０７によって推定された各送信系統の送信信号と送信コンスタレーション上で信号点間距離が近い信号点との対応を記憶している。送信信号系列記憶回路１１０は、この複数の送信信号候補Ｓ１１１を記憶する。送信信号候補メトリック演算回路１１１は、推定された全送信系統の信号の候補の組み合わせに対してメトリックＳ１１４を求める。
【０１３６】
干渉信号生成回路１１２は、送信信号系列記憶回路１１０に記憶されている送信信号系列の候補Ｓ１１２と、ＱＲ分解回路１０３から別途出力される上三角行列Ｒの情報Ｓ１０８とに従って、上三角行列Ｒの第Ｎ−１行の行ベクトルに対応した構成要素信号とＮ−１より大きい（つまり第Ｎ）送信系統のレプリカ信号Ｓ１１３を生成する。最尤推定回路１１５は、送信信号系列記憶回路１１１に記憶されている送信信号系列の候補Ｓ１１２と、これに対応したメトリックＳ１１４との中で最も小さい値を示す送信信号系列を最終的な送信信号系列Ｓ１１６として出力する。
【０１３７】
Ｂ−１．第１実施形態の動作
次に、上述した第１実施形態の動作について説明する。Ｍ本の受信アンテナで受信された受信信号Ｓ１０１は、チャネル推定回路１０１に入力される。チャネル推定回路１０１では、受信信号の中でＭＩＭＯプリアンブル信号、あるいは既存システムのプリアンブル信号を利用して各送受信アンテナ間の伝搬路の歪を推定する。推定された歪信号Ｓ１０２は、推定チャネル行列生成回路１０２に入力され、推定チャネル行列Ｓ１０３として出力される。
【０１３８】
ＱＲ分解回路１０３では、推定チャネル行列Ｓ１０３に対してＱＲ分解演算を行い、ユニタリ行列Ｑと上三角行列Ｒへの分解を行う。ユニタリ行列Ｓ１０４は、複素共役転置演算回路１０４へ入力されて、ユニタリ行列の複素共役転置行列Ｓ１０５として出力される。行列乗算回路１０５では、入力された受信信号Ｓ１０１に対して、受信信号を列ベクトル表記とした上で左側から複素共役転置行列Ｓ１０５を乗算する処理を行う。乗算結果Ｓ１０６は、１シンボル時間に渡り乗算結果記憶回路１０６に記憶される。その後、信号検出回路の信号処理動作は信号検出に移行する。
【０１３９】
まず、最下レイヤであるＮ送信系統の送信信号を推定する。送信信号推定回路１０７では、乗算結果記憶回路１０６に記憶された、数式（８）で示される第Ｎ行目の第Ｎ送信系統の要素Ｓ１０７と、ＱＲ分解回路１０３から別途出力される上三角行列Ｒの第Ｎ行目の行ベクトルに対応した構成要素Ｓ１０８とが入力される。これに対し、数式（９）または数式（１０）を用いて、第Ｎ送信系統の送信信号の軟判定または硬判定の推定が行われ、推定信号Ｓ１１０として送信信号候補絞込み回路１０８に入力される。送信信号候補絞込み回路１０８では、近接信号点データテーブル１０９を参照し、入力された推定信号Ｓ１１０の近傍に位置する複数の送信信号候補Ｓ１１１を所定の数だけ選択する。この複数送信信号候補Ｓ１１１は、送信信号系列記憶回路１１０に記憶される。
【０１４０】
次に、信号検出処理は、第Ｎ−１送信系統に動作を移行することになる。第Ｎ−１送信系統の推定には、Ｎ−１より大きい送信系統、つまり第Ｎ送信系統の干渉信号を除去することが必要になる。送信信号系列記憶回路１１０に記憶された第Ｎ送信系統の送信信号Ｓ１１２が干渉信号生成回路１１２に入力される。また、ＱＲ分解回路１０３から別途出力される上三角行列Ｒの情報Ｓ１０８も干渉信号生成回路１１２に入力される。干渉信号生成回路１１２では、上三角行列Ｒの第Ｎ−１行の行ベクトルに対応した構成要素信号とＮ−１より大きい（つまり第Ｎ）送信系統のレプリカ信号Ｓ１１３を生成し、送信信号推定回路１０７に入力する。その後は、送信信号推定回路１０７にて第Ｎ送信系統と同じように信号推定が行われる。送信信号推定回路１０７における、第Ｎ送信系統の信号処理と第Ｎ−１送信系統の信号処理との主たる差分は、干渉信号生成回路１１２から出力されるレプリカ信号Ｓ１１３を用いるか否かの違いだけである。
【０１４１】
送信信号推定回路１０７では、乗算結果記憶回路１０６に記憶された、数式（８）で示される第Ｎ−１送信系統の要素Ｓ１０７から、干渉信号生成回路１１２の出力信号である第Ｎ送信系統に対応したレプリカＳ１１３が減算され、数式（１６）もしくは数式（１５）を用いて第Ｎ−１送信系統の送信信号が推定される。この送信信号の軟判定または硬判定の推定結果として、第Ｎ−１送信系統の推定信号Ｓ１１０が出力される。この推定信号Ｓ１１０が入力された送信信号候補絞り込み回路１０８では、先ほどと同様に、近接信号点データテーブル１０９を参照することにより、推定された第Ｎ−１送信系統の信号の近傍の所定の数の信号点が候補として選択され、この結果が複数送信信号候補Ｓ１１１として送信信号系列記憶回路１１０に出力される。
【０１４２】
上述した第Ｎ−１送信系統に関する処理は、第Ｎ送信系統における候補毎に個別に行われる。つまり、個別のｈａｔ［ｔＮ（ｌＮ）］毎に、干渉信号生成回路１１２では、個別のレプリカ（干渉信号）Ｓ１１３が生成され、この個別の干渉信号毎に、送信信号推定回路１０７では、個別の推定信号Ｓ１１０が出力される。送信信号候補絞り込み回路１０８では、個別の推定信号Ｓ１１０毎に候補が出力される。したがって、例えば第Ｎ送信系統の候補数が３２、第Ｎ−１送信系統の候補数が１６とした場合、送信信号系列記憶回路１１０にて記憶される情報は、３２種類のｌＮ（ないしはｔＮ（ｌＮ））と、各ｌＮ毎に１６種類のｌＮ−１（ないしはｔＮ−１（ｌＮ−１，ｌＮ））となり、総数としては３２×１６個の情報が各送信系列として記録されることになる。
【０１４３】
以下同様に、第Ｎ−２送信系統、第Ｎ−３送信系統と処理を行い、最終的に第１送信系統の送信信号の候補を選択する。
【０１４４】
一方、送信信号候補メトリック演算回路１１１では、推定された全送信系統の信号の候補の組み合わせに対し、数式（２０）で示されたメトリックを求める。数式（２０）における部分メトリックＭ１（ｌ１，ｌ２，…，ｌＮ）、Ｍ２（ｌ２，ｌ３，…，ｌＮ）、…ＭＮ（ｌＮ）は、数式（１３）、数式（１９）等で与えられる。この部分メトリックの累積値としてのメトリックは、数式（２１）のような漸化式で与えられるため、逐次、各送信系統の信号の絞り込み処理毎に数式（２１）を実行し、最後の第１送信系統の処理後の値として数式（２０）のメトリックを得ても構わない。あるいは、全ての推定された全送信系統の信号の候補の組み合わせに対して最後にまとめてメトリック演算を行っても構わない。
【０１４５】
上述したメトリックを全て求めた後、送信信号系列記憶回路１１０に記録された送信信号系列Ｓ１１２（送信系統の信号の候補の組み合わせ）と各送信信号系列のメトリックＳ１１４がセットで最尤推定回路１１３に入力され。最もメトリックが小さい推定送信系列Ｓ１１６が出力される。
【０１４６】
Ｃ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本第２実施形態では、ＱＲ分解回路１０４において、上三角行列Ｒの対角成分が全て実数となるようにユニタリ行列Ｑおよび上三角行列Ｒを選択する。例えば、ＱＲ分解のアルゴリズムとしてグラム・シュミットの直交化法を用いれば、簡単に上三角行列Ｒの対角項を実数化することは可能である。あるいは、任意のユニタリ行列Ｑと上三角行列Ｒとにおいて、例えばユニタリ行列Ｑの第ｐ列（１≦ｐ≦Ｎ）の全ての要素に複素数ｅｘｐ（θｊ）を乗算した行列Ｑ’と上三角行列Ｒの第ｐ行の全ての要素に複素数ｅｘｐ（−θｊ）を乗算した行列Ｒ’との積は、元の行列Ｑ・Ｒに等しいことを利用し、何らかの方法でユニタリ行列Ｑと上三角行列Ｒとを求めた後で、上三角行列Ｒの各対角成分の複素位相をキャンセルするように、上記の処理を行えばよい。ここで、ｊは虚数単位である。
【０１４７】
Ｄ．第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本第３実施形態は、上述した第１実施形態の空間多重信号検出回路における送信信号推定回路１０７に関するものである。
【０１４８】
Ｄ−１．第３実施形態の構成
図１１は、本発明の第３実施形態による送信信号推定回路１０７の構成を示すブロック図である。図において、送信信号推定回路１０７は、干渉除去信号演算回路１２１、階級化回路１２２、階級閾値生成回路１２３および送信信号近似推定回路１２４からなる。干渉除去信号演算回路１２１は、乗算結果記憶回路１０６からの第Ｎ行目の第Ｎ送信系統の要素（受信信号をユニタリ変換した情報）から、干渉信号生成回路１１２からの干渉信号Ｓ１１３を減算し、数式（１６）の左辺に相当する量を取得する。階級閾値生成回路１２３は、送信系統毎に上三角行列の対角成分に比例させて、階級化の閾値を設定する。階級化回路１２２は、図３から図５に示したように、階級閾値生成回路１２３で生成した閾値情報を基に、どこの階級に属するかを判定する。送信信号近似推定回路１２４は、判定結果情報Ｓ１２３を図１に示すような通常のコンスタレーション上での座標点情報に変換して、推定信号Ｓ１１０として送信信号候補絞り込み回路１０８に出力する。
【０１４９】
Ｄ−２．第３実施形態の動作
次に、上述した第３実施形態の動作について説明する。チャネル推定およびＱＲ分解の実施後、ＱＲ分解回路１０３から上三角行列の要素Ｓ１０８が階級閾値生成回路１２３に入力されると、階級閾値生成回路１２３では、各送信系統毎に上三角行列の対角成分に比例させて、階級化の閾値を設定する。階級化の閾値は、図３から図５に示したように、第Ｎ送信系統であれば対角成分ｒＮＮの２倍である２×ｒＮＮ間隔や、その整数分の１の刻み幅で階級の境界を設定する。これを第１から第Ｎ送信系統までの全てに対して行う。以上の処理は、データ受信時に１回だけ行う処理である。
【０１５０】
その後、データの処理においては、干渉除去信号演算回路１２１にて、乗算結果記憶回路１０６から受信信号をユニタリ変換した情報Ｓ１０７と干渉信号生成回路１１２から干渉信号Ｓ１１３とが入力されると、それらを減算し、数式（１６）の左辺に相当する量を取得する。この結果信号Ｓ１２１は、階級化回路１２２に入力され、図３から図５に示したように階級閾値生成回路１２３で生成した閾値情報に基づいて、どこの階級に属するかを判定する。判定結果情報Ｓ１２３は、送信信号近似推定回路１２４に入力され、これを図１に示すような通常のコンスタレーション上での座標点情報に変換して、推定送信信号ｔｐ（１≦ｐ≦Ｎ）の情報Ｓ１１０として送信信号候補絞り込み回路１０８に出力する。なお、第Ｎ送信系統の場合には、数式（９）に示されるように、干渉信号は存在しないため、干渉信号生成回路１１２からの信号入力はない。
【０１５１】
Ｅ．第４実施形態
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本第４実施形態は、上述した第１実施形態の空間多重信号検出回路における干渉信号生成回路１１２に関するものである。
【０１５２】
Ｅ−１．第４実施形態の構成
図１２は、本発明の第４実施形態による干渉信号生成回路１１２の構成を示すブロック図である。図において、干渉信号生成回路１１２は、レプリカ生成回路１３１、送信信号生成回路１３２、レプリカ記憶回路１３３および干渉レプリカ加算回路１３４からなる。レプリカ生成回路１３１は、上三角行列の非ゼロの各要素と全ての送信信号の乗算を行う。送信信号生成回路１３２は、ある送信系統の送信信号として選択し得る送信信号点を全て生成する。レプリカ記憶回路１３３は、レプリカ生成回路１３１によって生成された、全ての結果情報Ｓ１３２を記憶する。干渉レプリカ加算回路１３４は、確定した送信系統の信号候補の情報と、現在求めようとしている送信系統の番号の情報とをレプリカ記憶回路１３３に通知し（Ｓ１３３）、この情報を引数としてレプリカ記憶回路１３３に記憶されていたレプリカ情報Ｓ１３４を取得し、これを加算して干渉信号Ｓ１１３として送信信号推定回路１０７または送信信号候補メトリック演算回路１１１に出力する。
【０１５３】
Ｅ−２．第４実施形態の動作
次に、本第４実施形態の動作について説明する。チャネル推定およびＱＲ分解の実施後、ＱＲ分解回路１０３から上三角行列の要素信号Ｓ１０８がレプリカ生成回路１３１に入力される。また、送信信号生成回路１３２では、ある送信系統の送信信号として選択し得る送信信号点を全て生成し、送信信号情報Ｓ１３１としてレプリカ生成回路１３１に入力する。レプリカ生成回路１３１では、上三角行列の各要素と全ての送信信号との乗算を行い、それぞれの結果情報Ｓ１３２をレプリカ記憶回路１３３に記憶しておく。
【０１５４】
その後、データの処理においては、干渉信号の生成時において、干渉レプリカ加算回路１３４で、確定した送信系統の信号候補の情報と、現在求めようとしている送信系統の番号の情報とを通知情報Ｓ１３３としてレプリカ記憶回路１３３に通知し、この情報を引数としてレプリカ記憶回路１３３に記憶されていたレプリカ情報Ｓ１３４を取得する。干渉源として複数の送信信号が存在する場合には、個別にレプリカ記憶回路１３３からレプリカ情報を取得し、これを加算して干渉信号とする。最終的には、この干渉信号Ｓ１１３を送信信号推定回路１０７または送信信号候補メトリック演算回路１１１に出力する。
【０１５５】
Ｆ．第５実施形態
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本第５実施形態は、上述した第１実施形態の空間多重信号検出回路における送信信号候補メトリック演算回路１１１に関するものである。
【０１５６】
Ｆ−１．第５実施形態の構成
図１３は、本発明の第５実施形態による送信信号候補メトリック演算回路１１１の構成を示すブロック図である。送信信号候補メトリック演算回路１１１は、部分メトリック演算回路１４１、漸化式演算回路１４２および累積メトリック記憶回路１４３からなる。部分メトリック演算回路１４１は、送信信号系列記憶回路１１０からの各送信系統の送信信号の候補Ｓ１１２と、干渉信号生成回路１１２からの該当する送信信号の候補に対する干渉信号Ｓ１１３と、乗算結果記憶回路１０６にて記憶されている受信信号をユニタリ変換した情報Ｓ１０７とに従って、数式（１３）や数式（１９）等で規定される部分メトリックを計算する。累積メトリック記憶回路１４３は、例えば、漸化式として数式（２１）を用いた場合には、右辺の第１項（第ｐ送信系統の部分メトリック）に相当する信号Ｓ１４１に対し、第２項（第ｐ＋１送信系統における累積メトリック）に対応する信号Ｓ１４２を記憶している。漸化式演算回路１４２は、上記信号Ｓ１４２を用いて得、計算結果Ｓ１４１から累積値を求める。演算結果は信号Ｓ１４３として累積メトリック記憶回路１４３に記憶される。
【０１５７】
Ｆ−２．第５実施形態の動作
次に、本第５実施形態の動作について説明する。送信信号系列記憶回路１１０から各送信系統の送信信号の候補である情報Ｓ１１２と、干渉信号生成回路１１２から該当する送信信号の候補に対する干渉信号Ｓ１１３と、乗算結果記憶回路１０６にて記憶された受信信号をユニタリ変換した情報Ｓ１０７が入力されると、部分メトリック演算回路１４１では、数式（１３）や数式（１９）等で規定される部分メトリックを計算する。計算結果Ｓ１４１は、漸化式演算回路１４２に供給され、漸化式演算回路１４２にて累積値が求められる。
【０１５８】
この際、漸化式としては、数式（２１）を用いるのであるが、数式（２１）で言えば、信号Ｓ１４１は右辺の第１項（第ｐ送信系統の部分メトリック）に相当し、累積メトリック記憶回路１４３からの信号Ｓ１４２は第２項（第ｐ＋１送信系統における累積メトリック）に対応する。演算結果は、信号Ｓ１４３として累積メトリック記憶回路１４３に出力されて記憶される。最終的に第１送信系統までの部分メトリックを加算したメトリック値が求まると、その結果（場合によってはその結果に対応した送信信号候補の組み合わせの情報も）Ｓ１１４は、最尤推定回路１１３に入力される。ここで、この漸化式演算回路１４２では、累積メトリック記憶回路１４３を介して、最終的には全ての部分メトリックを加算することから、メトリック演算手段として動作していることになる。
【０１５９】
上述した処理は、第Ｎ送信系統→第Ｎ−１送信系統→第Ｎ−２送信系統→…→第１送信系統と順次行う際に、順番に漸化式の演算を行うことで実現できる。この場合には、最後にまとめて全ての演算を行うよりは、処理遅延の短縮を図ることができる。なお、ここでは、漸化式である数式（２１）を用いることを前提として例示したが、当然ながら数式（２０）を用いて、直接、メトリックを求めても構わない。この場合には、漸化式演算回路１４２にて数式（２０）の演算を行うことにより、累積メトリック記憶回路１４３が省略された形になる。
【０１６０】
Ｇ．第６実施形態
次に、本発明の第６実施形態について説明する。本第６実施形態では、前述した第２実施形態に対して、受信信号Ｓ１０１を、マルチキャリア復調後のサブキャリア信号としたことを特徴としている。したがって、本第６実施形態では、受信信号がマルチキャリア変調信号となる。
【０１６１】
Ｇ−１．第６実施形態の構成
図１４は、本発明の第６実施形態による空間多重信号検出回路の構成を示すブロック図である。なお、図１０に対応する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。図において、本第６実施形態では、図１０に示した第１実施形態に対して、ランキング回路１５１および逆入れ替え処理回路１５２をさらに具備することを特徴としている。ランキング回路１５１は、推定チャネル行列生成回路１０２とＱＲ分解回路１０３の間に追加されている。ランキング回路１５１では、推定チャネル行列生成回路１０２からの信号Ｓ１０３をもとに、数式（２２）から数式（２４）等の評価指標を用いてランキングを行い、数式（２５）の様にランキングの順位に応じた入れ替え行列を生成する。逆入れ替え処理回路１５２は、最尤推定回路１１３の後段に配置されている。逆入れ替え処理回路１５２は、ランキング回路１５１から通知される、行列の列の入れ替え内容の情報Ｓ１５１に従って、最尤推定回路１１３からの出力信号Ｓ１１６に対し、送信系統の順番を、ランキング回路１５１で行ったものと逆の処理として入れ替えを行う。
【０１６２】
Ｇ−２．第６実施形態の動作
次に、本第６実施形態の動作について説明する。ランキング回路１５１では、推定チャネル行列生成回路１０２からの信号Ｓ１０３を基に、数式（２２）から数式（２４）等の評価指標を用いてランキングを行い、数式（２５）に示すようにランキングの順位に応じた入れ替え行列を生成する。この生成された行列を用いて、数式（２７）に相当する処理、すなわち行列の列の入れ替え処理を行う。入れ替え処理後の行列情報Ｓ１５２は、ＱＲ分解回路１０３に入力される。さらに、行列の列の入れ替え内容の情報Ｓ１５１は、逆入れ替え処理回路１５２に通知され、最尤推定回路１１３からの出力信号Ｓ１１６に対し、送信系統の順番を、ランキング回路１５１で行ったものと逆の処理として入れ替えを行う。ここでの入れ替えは、数式（２９）として表わすことも可能である。この入れ替え処理結果は、最終的な推定結果Ｓ１５３として出力される。その他の処理内容は、全て図１０での説明と同様であるので説明を省略する。
【０１６３】
Ｈ．第７実施形態
次に、本発明の第７実施形態について説明する。本第７実施形態では、前述した第６実施形態において、図１４に示すランキング回路１５１が、数式（２２）から数式（２４）等の指標の値が大きい送信系統のものを、送信系統の番号の大きい方に並べ替えることを特徴としている。それ以外は、図１４に示す構成と変わりはないので説明を省略する。
【０１６４】
Ｉ．第８実施形態
次に、本発明の第８実施形態について説明する。本第８実施形態では、前述した第１実施形態による、図１０に示す送信信号候補絞り込み回路１０８において、ＱＲ分解後のＲ行列の第１行１列成分を除く対角成分の大小比較を行い、絶対値の小さい送信系統に対しては絞込みの候補数を大きな値に設定し、絶対値が大きな送信系統に対しては絞込みの候補数を小さな値に設定することを特徴としている。それ以外は、図１０、図１４と変わりはないので説明を省略する。なお、この際、対角項の値を柔軟に設定することも可能であるが、簡易な方法としては、例えば候補数は事前に８個、１６個、３２個と決めておき、対角成分の大小比較の結果にこの数字を対応させればよい。
【０１６５】
Ｊ．第９実施形態
次に、本発明の第９実施形態について説明する。本第９実施形態は、前述した第１実施形態または第６実施形態に対して、受信信号を、マルチキャリア復調後のサブキャリア信号としたことを特徴としている。したがって、本第９実施形態では、受信信号がマルチキャリア変調信号となる。
【０１６６】
Ｊ−１．第９実施形態の構成（その１）
図１５は、本第９実施形態を第１実施形態に対して適用した空間多重信号検出回路の構成を示すブロック図である。なお、図１０に対応する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。図において、ＦＦＴ回路１６１−ａ〜１６１−ｂは、受信信号であるマルチキャリア変調信号Ｓ１６１をマルチキャリア復調し、サブキャリア信号Ｓ１６２としてチャネル推定回路１０１および行列乗算器１０５に供給する。
【０１６７】
Ｊ−２．第９実施形態の動作（その１）
次に、上述した第９実施形態の動作について説明する。受信信号であるマルチキャリア変調信号Ｓ１６１は、ＦＦＴ回路１６１−ａ〜１６１−ｂに入力されてマルチキャリア復調が行われ、サブキャリア信号Ｓ１６２が得られる。このサブキャリア信号Ｓ１６２は、チャネル推定回路１０１および行列乗算回路１０５に入力される。その他の動作は、図１０に示す第１実施形態と同じ動作であるので説明を省略する。
【０１６８】
Ｊ−３．第９実施形態の構成（その２）
また、図１６は、本第９実施形態を第６実施形態に対して適用した空間多重信号検出回路の構成を示すブロック図である。なお、図１４に対応する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。図において、ＦＦＴ回路１７１−ａ〜１７１−ｂは、受信信号であるマルチキャリア変調信号Ｓ１７１をマルチキャリア復調し、サブキャリア信号Ｓ１７２としてチャネル推定回路１０１および行列乗算器１０５に供給する。
【０１６９】
Ｊ−４．第９実施形態の動作（その２）
次に、上述した第９実施形態の動作について説明する。受信信号であるマルチキャリア変調信号Ｓ１７１は、ＦＦＴ回路１７１−ａ〜１７１−ｂに入力されてマルチキャリア復調が行われ、サブキャリア信号Ｓ１７２が得られる。このサブキャリア信号Ｓ１７２は、チャネル推定回路１０１および行列乗算回路１０５に入力される。その他の動作は、図１４に示す第６実施形態と同じ動作であるので説明を省略する。
【０１７０】
上述した第１ないし第９実施形態によれば、空間多重された信号を受信して信号検出を行う場合に、特に変調多値数を増加させた場合に、回路規模増加を抑え、優れた誤り率特性を実現することができる。特に、回路規模、あるいは、消費電力の制限が厳しい無線ＬＡＮ等においても誤り率特性の優れた信号検出方式を実現することができる。
【０１７１】
また、上述した第１ないし第９実施形態によれば、ＱＲ分解の演算は、チャネル推定結果に基づいて行われ、受信パケットの先頭部のみで演算が行われる。したがって、データ部に渡ってＱＲ分解を行う必要が無く、消費電力の低減が可能となる。
【０１７２】
さらに、従来は回路規模、消費電力の点から回路規模は小さいが誤り率特性が悪い信号検出方式を使用せざるを得なかった場合においても、本発明を用いることで、誤り率特性の優れた信号検出方式の適用が可能になり、高品質の無線システムを提供可能になる効果も得られる。さらに、誤り率特性が優れる特徴を利用できるため回路規模を削減しつつ、低ＣＮＲでの通信が可能であることを意味しており、通信エリアの拡大にも貢献することができる。
【０１７３】
なお、上述した第１ないし第９実施形態では、多値数（ｍ）の多値信号と一般的な表現で信号が送信されることを明記したが、このｍ値信号には、当然、ｍ値ＱＡＭ信号、ｍ値ＰＳＫ信号、ｍ値ＡＳＫ、ｍ値ＦＳＫ信号、ｍ値ＣＣＫ（Complementary Code Keying）信号、符号多重数ｍ個の符号で多重されたＳＳ（Spread Spectrum）信号等、無線通信方式に適用される一般的な変調方式が当然適用可能である。この場合、データの受信時には、その受信データの変調多値数に応じた階級化処理の条件を選択すればよい。
【０１７４】
また、第９実施形態における、マルチキャリア復調を行うＦＦＴ回路１６１−ａ〜１６１−ｂ、１７１−ａ〜１７１−ｂでは、ガードインターバルと呼ばれる繰り返し信号区間を除去してから、マルチキャリア復調を行うことが当然可能である。さらに、マルチキャリア変調方式におけるマルチキャリア復調後に適用がなされることは当然可能である。マルチキャリア変調方式でも、マルチキャリア復調後は、各サブキャリアでの信号処理となる。したがって、本発明の手法は、マルチキャリア変調方式のみではなく、シングルキャリア変調方式を使用する場合にも当然適用が可能である。
【０１７５】
さらに、チャネル推定回路１０１では．送信側の空間多重された信号用のチャネル推定用プリアンブル信号がどのような信号形式で送信されるかによって複数の構成が考えられる。単純に、受信器で備えたプリアンブル信号を用いて同期検波を行い、チャネル推定結果が得られる場合、あるいは逆行列演算を行う場合等、様々な構成が考えられるが、当然、これらの構成が適用可能である。
【０１７６】
また、上述した第１ないし第９実施形態では、当然、数式（５）に示されるように、送信系統数が３多重以上の場合にも当然拡張が可能であり、また、受信系統の数も３つ以上の場合に当然拡張が可能である。また、３多重以上の構成においては、送信される送信系統に等しい数だけ受信系列を備える必要は無く、システムの要求に応じて送信系統と同じ数の場合、あるいは送信系統より少なくなる場合および多くなる場合等に応じて様々な組み合わせが当然可能である。また、適応可能な最大多重数に対し、運用中にその多重数を変更しながら適用的に運用する場合であっても、当然適用可能である。
【０１７７】
また、上述した第１ないし第９実施形態による構成の中で、各部、各回路を常に動作させるのではなく、動作が必要な時点でのみ動作させて消費電力を低減させることも可能である。
【０１７８】
なお、上述した第１ないし第９実施形態において、各部、各回路は、基本的にはハードウェア上に実装されるものであるが、コンピュータシステム内で実行されるものであっても構わない。この場合、上述した各部、各回路による一連の処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。すなわち、各部、各回路は、ＣＰＵ等の中央演算処理装置がＲＯＭやＲＡＭ等の主記憶装置に上記プログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、実現されるものであってもよい。
【０１７９】
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１８０】
【図１】本発明における１６ＱＡＭにおける送信信号のコンスタレーションを説明するための概念図である。
【図２】Ｉ軸、Ｑ軸ともに信号点距離が２．０×ｒＮＮ間隔となるように縮尺変更した送信信号のコンスタレーションを説明するための概念図である。
【図３】階級化処理における閾値の設定に関する第１の例を示す概念図である。
【図４】階級化処理における閾値の設定に関する第２の例を示す概念図である。
【図５】階級化処理における閾値の設定に関する第３の例を示す概念図である。
【図６】送信信号の絞り込み処理における閾値の設定に関する第１の例を示す概念図である。
【図７】送信信号の絞り込み処理における閾値の設定に関する第２の例を示す概念図である。
【図８】送信信号の絞り込み処理における閾値の設定に関する第３の例を示す概念図である。
【図９】第N送信系統から1送信系統までの信号が全て推定されるまでの様子を説明するための概念図である。
【図１０】本発明の第１実施形態による空間多重信号検出回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による空間多重信号検出回路の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第４実施形態による空間多重信号検出回路の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第５実施形態による空間多重信号検出回路の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第６実施形態による空間多重信号検出回路の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第９実施形態（その１）による空間多重信号検出回路の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第９実施形態（その２）による空間多重信号検出回路の構成を示すブロック図である。
【図１７】空間多重伝送を説明するためのブロック図である。
【図１８】従来のＭＬＤ方式を説明するための概念図である。
【図１９】従来の空間多重信号検出回路の構成を示すブロック図である。
【図２０】空間多重伝送システムで使用されるパケットフォーマットの一例を示す概念図である。
【図２１】空間多重伝送システムで使用される一例のパケットフォーマットの周波数−時間における２次元で示した場合の概念図である。
【符号の説明】
【０１８１】
１０１  チャネル推定回路（チャネル推定手段）
１０２  推定チャネル行列生成回路（推定チャネル行列生成手段）
１０３  ＱＲ分解回路（ＱＲ分解手段）
１０４  複素共役転置演算回路（複素共役転置演算手段）
１０５  行列乗算回路（行列乗算手段）
１０６  乗算結果記憶回路（乗算結果記憶手段）
１０７  送信信号推定回路（送信信号推定手段）
１０８  送信信号候補絞り込み回路（信号候補絞り込み手段）
１０９  近接信号点データテーブル（近接信号点データテーブル）
１１０  送信信号系列記憶回路（送信信号系列記憶手段）
１１１  送信信号候補メトリック演算回路（送信信号候補メトリック演算手段）
１１２  干渉信号生成回路（干渉信号生成手段）
１１３  最尤推定回路（最尤推定手段）
１２１  干渉除去信号演算回路（干渉除去信号演算手段）
１２２  階級化回路（階級化手段）
１２３  階級閾値生成回路
１２４  送信信号近似推定回路（送信信号近似推定手段）
１３１  レプリカ生成回路（乗算手段）
１３２  送信信号生成回路
１３３  レプリカ記憶回路（レプリカ記憶手段）
１３４  干渉レプリカ加算回路（加算手段）
１４１  部分メトリック演算回路（部分メトリック演算手段）
１４２  漸化式演算回路（メトリック演算手段）
１４３  累積メトリック記憶回路
１５１  ランキング回路（ランキング手段、推定チャネル行列並び替え手段）
１５２  逆入れ替え処理回路（逆入れ替え手段）
１６１−ａ〜１６１−ｂ  ＦＦＴ回路（マルチキャリア復調手段）
１７１−ａ〜１７１−ｂ  ＦＦＴ回路（マルチキャリア復調手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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