(57)【要約】【課題】消費電力を低減し、ＢＥＲ特性の劣化なしに復号時間を短縮する。【解決手段】ＭＩＭＯ信号復号装置は、ＢＬＡＳＴ法又はＺＦ法により復号する簡易復号手段（３０）と、ＳＰＤ法により復号するＳＰＤ復号手段（４０）と、前記受信アンテナが受信した受信信号ベクトルを中心とする超球半径が所定値以上の場合には前記ＳＰＤ復号手段により復号し、前記超球の半径が所定値未満の場合には前記簡易復号手段により復号する切換え手段（３５，３６）と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信アンテナから送信されるそれぞれ独立した送信信号を、複数の受信アンテナで受信して復号するＭＩＭＯ信号復号装置において、
ＢＬＡＳＴ法により復号する簡易復号手段と、
ＳＰＤ法により復号するＳＰＤ復号手段と、
前記受信アンテナが受信した受信信号ベクトルを中心とする超球の半径が所定値以上の場合には前記ＳＰＤ復号手段により復号し、前記超球の半径が所定値未満の場合には前記簡易復号手段により復号する切換え手段と、
を備えることを特徴とするＭＩＭＯ信号復号装置。
【請求項２】
前記ＳＰＤ復号手段は、前記送信信号の全アルファベットのうち、前記簡易復号手段により復号した信号点を中心とした複数の信号点を選択し、該選択した信号点の中から復号信号を得ることを特徴とする、請求項１に記載のＭＩＭＯ信号復号装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＰＤ（Ｓｐｈｅｒｅ  Ｄｅｃｏｄｉｎｇ）法を用いたＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ−ＯｕｔＰｕｔ）信号復号装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モバイル通信システムの伝搬路では常時フェージングが発生する。この厳しい伝搬路環境において高速の信号伝送を実現するため、複数のアンテナから送信される独立の信号を無線伝搬路で空間多重し、複数のアンテナで受信するＭＩＭＯ伝送技術の適用が検討されている。また、良好なＭＩＭＯ復号品質を得るための技法として、複数の受信信号から送信信号を最尤復号するＭＬＤ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  ｄｅｃｏｄｉｎｇ）法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、ＭＬＤ法は必要とする演算量が大きいため、多重化された信号を分離・復号するまでの時間（復号時間）が長くなる。例えば、説明を容易にするため、送信アンテナ数及び受信アンテナ数を同一のＭ個とし、Ｍ個の送信アンテナから送信される独立した複素送信信号（以下、単に「送信信号」という）ｘ１，ｘ２，…，ｘＭ（例えば、１６ＱＡＭ信号）を、Ｍ個の受信アンテナで受信し、受信した複素受信信号（以下、単に「受信信号」という）ｙ１，ｙ２，…，ｙＭを分離して復号するＭＩＭＯ伝送システムを想定する。ここで、第ｊ番目(ｊ＝１，２，…，Ｍ)の送信アンテナが送信した送信信号をｘｊ、第ｉ番目(i＝１，２，…，Ｍ)の受信アンテナが受信した受信信号をｙiとした時、フェージングによる第ｊ番目の送信アンテナと第i番目の受信アンテナとの間の伝搬路定数をｈijと表す。また、第i番目の受信アンテナに接続される受信機で発生する熱雑音をｎｉとすれば、受信信号ｙiは次式（１）で与えられる。
【０００４】
【数１】
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すなわち、各受信アンテナにはＭ個の独立した複素信号が多重化されている。
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【０００５】
【数２】
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【０００６】
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【０００７】
【数３】
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【０００８】
よって、送信信号ｘiのアルファベットサイズ（１シンボル当たりの信号点の数）を|Ａ|とすれば（１６ＱＡＭ信号の場合は|Ａ|＝１６）、候補信号の組み合わせは|Ａ|M通りとなる。
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従って、演算量（すなわち復号時間）は送信アンテナ数に応じて指数関数のオーダーで増加することになる。
【０００９】
そこで、ＭＬＤ法の復号品質を劣化させることなく復号時間の短縮を実現する方法として、ＳＰＤ法が知られている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）。
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【００１０】
ＭＩＭＯ信号の復号品質は劣化するものの、送信アンテナ数Ｍの多項式時間で復号する方法として、ＺＦ（Ｚｅｒｏ  ｆｏｒｃｉｎｇ）法やＢＬＡＳＴ（Ｂｅｌｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ  Ｌａｙｅｒｅｄ  Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ）法などがある。
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【００１１】
【数４】
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【００１２】
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【００１３】
【数５】
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【００１４】
【数６】
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【００１５】
図３は、送信アンテナ数Ｎ＝受信アンテナ数Ｍ＝３とした場合の、ＳＰＤ法による復号手順を示す図である。最上段は第Ｍ番目（第３番目）のアンテナから送信されるアルファベットサイズ|Ａ|個の送信信号ｘ3の中から、式（６）の不等式を満足する候補信号を探索する。
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【００１６】
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【００１７】
【数７】
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【００１８】
もし式（７）を満足する候補信号ｘM-1がアルファベットサイズ|Ａ|個の信号中になければ、前の段階に戻る。
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【００１９】
【数８】
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【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】「MIMO(Multi Input Multi Output)関連技術」、[On line]、平成１７年３月２５日、特許庁、[平成２２年２月１６日検索]、インターネット <URL:http://www.jpo.go.jp/shiryou/s_sonota/hyoujun_gijutsu/mimo/mokuji.htm>
【非特許文献２】E. Viterbo and J. Boutros, “A universal lattice code decoder for fading channels”, IEEE Transactions on Information Theory, July 1999, vol.45, no.5, pp.1639-1642
【非特許文献３】G. B. Giannakis, Z. Liu, X. Ma and S. Zhou, “Space-Time Coding for Broadband Wireless Communications”, John Wiley & Sons, Inc., 2007, pp.105-116.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
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この結果、復号時間を短縮したうえでＭＬＤ法と同じ復号特性を実現することができる。
【００２２】
しかし、従来のＭＩＭＯ信号復号装置をモバイル通信やワイヤレスＬＡＮなどの高速信号伝送システムに適用するためには、更に復号時間を短縮する必要がある。特に、消費電力の少ないシステムを実用化するうえで、演算量の削減により復号時間を短縮するＭＩＭＯ信号復号装置が望まれている。
【００２３】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、消費電力を低減し、ＢＥＲ特性の劣化なしに復号時間を短縮するＭＩＭＯ信号復号装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するため、本発明に係るＭＩＭＯ信号復号装置は、ＳＰＤ法を実行するための前処理過程で得られる復号信号の尤度を利用して、その尤度から求めた条件を満足する場合はＳＰＤ法の前処理過程で得られた信号を復号信号とし、条件を満足しない場合はＳＰＤ法で復号する。すなわち、複数の送信アンテナ（送信アンテナ数Ｎ）から送信されるそれぞれ独立した送信信号を、複数の受信アンテナ（受信アンテナ数Ｍ）で受信して復号するＭＩＭＯ信号復号装置において、ＢＬＡＳＴ法又はＺＦ法により復号する簡易復号手段と、ＳＰＤ法により復号するＳＰＤ復号手段と、前記受信アンテナが受信した受信信号ベクトルを中心とする超球（Ｍ次元）の半径が所定値以上の場合には前記ＳＰＤ復号手段により復号し、前記超球の半径が所定値未満の場合には前記簡易復号手段により復号する切換え手段と、を備えることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係るＭＩＭＯ信号復号装置において、前記ＳＰＤ復号手段は、前記送信信号の全アルファベット（信号点）のうち、前記簡易復号手段により復号した信号点を中心とした複数の信号点を選択し、該選択した信号点の中から復号信号を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ＭＩＭＯ信号の復号特性、特にビット誤り率（ＢＥＲ；Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）特性がＭＬＤ法と等しく、復号時間の短縮を図れるＳＰＤ法に対し、同じＢＥＲ特性の下で更に復号時間を短縮することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】送信アンテナ数及び受信アンテナ数を３個とした場合の、本発明による一実施例のＭＩＭＯ信号復号装置の構成図である。
【図２】本発明による一実施例のＭＩＭＯ信号復号装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】送信アンテナ数及び受信アンテナ数を３個とした場合の、ＳＰＤ法による復号手順を示す図である。
【図４】ＢＬＡＳＴ法による復号信号ベクトルを中心とした一部の候補信号を示す図である。
【図５】送信アンテナ数及び受信アンテナ数を３個とした場合の、本発明によるＭＩＭＯ信号復号装置の、ＭＩＭＯ−１６ＱＡＭのＢＥＲ特性を示す図である。
【図６】本発明によるＭＩＭＯ信号復号装置の、ＭＬＤ復号に対する相対復号時間特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
ＳＰＤ法は、送信信号ベクトル集合の部分集合についてＭＬＤ法により復号しているので、簡易な復号法であるＺＦ法やＢＬＡＳＴ法に比べて復号時間は長くなる。しかし、これらの復号法で得られた復号信号とＳＰＤ法（又はＭＬＤ法）で得られた復号信号とが一致する場合が当然存在するため、同じ復号結果が得られる場合には簡易な復号法を用いることで、復号時間を短縮することができる。
【００２９】
本発明は、ＳＰＤ法で使用する超球半径から得られる尤度をもとに、ＳＰＤ法による復号とＢＬＡＳＴ法又はＺＦ法による復号とを切換えることで、ＢＥＲ特性の劣化なしに復号時間を短縮する。すなわち、受信アンテナが受信した受信信号ベクトルを中心とする超球の半径が所定値以上の場合にはＳＰＤ法により復号し、前記超球半径が所定値未満の場合にはＢＬＡＳＴ法又はＺＦ法により復号する。さらに、ＳＰＤ演算の対象とするアルファベットサイズを縮小して復号信号ベクトルを求める。以下、図面を参照して詳細に説明する。
【００３０】
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【００３１】
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【００３２】
【数９】
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【００３３】
従って、送信信号ｘMの満足すべき必要条件は、ｙ’M／ｒM,Mを中心とする半径ｒBLAST／ｒM,Mの円内又は円周上に存在することである。送信信号ｘMを多値ＱＡＭ信号とすれば、送信信号ｘMは２次元格子上の点で表され、最小信号間距離は２に正規化できる。このとき、円の半径ｒBLAST／ｒM,Mが１未満であれば、式（９）を満足する信号点は１個しかなく、一意に決定する。すなわち、第Ｍ番目のアンテナから送信される送信信号のすべてのアルファベットサイズ|Ａ|個について、式（９）が成立するかどうかを調べる必要がない。同様にして、（Ｍ−1）番目から送信される送信信号ｘM-1について、次式（１０）が成立する。
【００３４】
【数１０】
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【００３５】
しかし、送信信号ｘM-1に関する円の半径は不確定の量ｄMが含まれているため、必要十分条件を決定できない。そこで、厳しい条件としてｒBLAST／ｒM-1,M-1が１未満であれば、明らかに式（１０）を満足する信号点ｘM-1は１個しかなく一意に決定する。ただし、この条件は十分条件であり、この条件を満足しない場合でも一意性が成立する場合がある。
【００３６】
以上より、一般的に第ｋ番目のアンテナから送信された送信信号ｘkに関し、ｒBLAST／ｒk,kが１未満となる条件を満足すれば、送信信号ｘkの一意性が成立する。
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【００３７】
【数１１】
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【００３８】
次に、ＳＰＤ法による復号処理の演算量削減について説明する。
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そのため、送信信号の多値数が増加するに伴い判定回数が増加し、その結果復号時間（演算時間）が増加する。
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【００３９】
以下、本発明による一実施例のＭＩＭＯ信号復号装置について、図１及び図２を参照して詳細に説明する。以下では、送信アンテナ数Ｎ＝受信アンテナ数Ｍ＝３であり、簡易な復号方法としてＢＬＡＳＴ法を用いる場合を例に説明する。
【実施例１】
【００４０】
［ＭＩＭＯ信号復号装置の構成］
図１は、本発明による一実施例のＭＩＭＯ信号復号装置の構成図である。ＭＩＭＯ信号復号装置は、受信アンテナ１１と、ＮＯＴ回路１２と、第１ゲート１３と、第２ゲート１４と、線形変換部２０と、ＢＬＡＳＴ復号部３０と、半径算出部３５と、切換え判定部３６と、ＳＰＤ復号部４０とを備える。また、ＢＬＡＳＴ復号部３０は、第１除算部３１と、第２除算部３２と、第３除算部３３と、硬判定部３４（３４−１乃至３４−３）とを備える。
【００４１】
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【００４２】
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【００４３】
第３除算部３３は、線形変換部２０から入力される受信信号ｙ3に除算演算を施し、硬判定部３４−３に出力する。第２除算部３２は、線形変換部２０から入力される受信信号ｙ2に除算演算を施し、硬判定部３４−２に出力する。第１除算部３１は、線形変換部２０から入力される受信信号ｙ1に除算演算を施し、硬判定部３４−１に出力する。
【００４４】
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【００４５】
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【００４６】
切換え判定部３６は、半径算出部３５から入力される超球半径ｒBLASTを用いて、切換え判定値（論理値）Jを導出し、第１ゲート１３及びＮＯＴ回路１２に出力する。
【００４７】
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【００４８】
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【００４９】
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【００５０】
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【００５１】
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【００５２】
【数１２】
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【００５３】
［ＭＩＭＯ信号復号装置の動作］
図２は、本発明による一実施例のＭＩＭＯ信号復号装置の動作を示すフローチャートである。
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【００５４】
次に、ステップＳ１０２にて、線形変換部２０により、受信信号ｙ1，ｙ2，ｙ3を線形変換する。
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【００５５】
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【００５６】
【数１３】
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【００５７】
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第３除算部３３は、受信信号ｙ’3に次式（１４）の演算を行って信号ｙ”3を生成し、第２除算部３２は、受信信号ｙ’2に次式（１５）の演算を行って信号ｙ”2を生成し、第１除算部３１は、受信信号ｙ’1に次式（１６）の演算を行って信号ｙ”1を生成する。
【００５８】
【数１４】
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【００５９】
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【００６０】
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【００６１】
次に、ステップＳ１０５にて、切換え判定部３６により、次式（１７）で表される論理演算を実行し、切換え判定値Jを導出する。
【００６２】
【数１５】
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【００６３】
次に、ステップＳ１０６にて、切換え判定部３６により、切換え判定値Jが１か０か（真か偽か）を判定し、切換え判定値Ｊ＝１（真）である場合には処理をステップＳ１０７に進め、切換え判定値Ｊ＝０（偽）である場合には処理をステップＳ１０８に進める。
【００６４】
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【００６５】
2011166443.tif 000049
【００６６】
図５は、本発明によるＭＩＭＯ信号復号装置の、送信アンテナ数Ｎ＝受信アンテナ数Ｍ＝３の場合における、ＭＩＭＯ−１６ＱＡＭのＢＥＲ特性を示す図であり、横軸はＥｂ／Ｎ０（Ｅｎｅｒｇｙ  ｐｅｒ  ｂｉｔ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  ｐｏｗｅｒ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｒａｔｉｏ）を、縦軸はＢＥＲを示す。図中では、本発明によるＭＩＭＯ信号復号装置の復号結果をＳＰＤ／ＢＬＡＳＴと表記し、ＭＬＤ法による復号結果をＭＬＤと表記し、ＺＦ法による復号結果をＺＦと表記し、ＢＬＡＳＴ法による復号結果をＢＬＡＳＴと表記している。図５から明らかなように、本発明によるＭＩＭＯ信号復号装置は、ＭＬＤ法により復号した場合と同一のＢＥＲ特性を得ることができる。一方、簡易な復号法であるＺＦ法やＢＬＡＳＴ法による復号結果はＢＥＲが高く、ダイバーシチ効果が得られていない。
【００６７】
図６は、本発明によるＭＩＭＯ信号復号装置の、ＭＬＤ法による復号時間に対する相対復号時間特性を示す図であり、横軸にＥｂ／Ｎ０を、縦軸に相対復号時間を示す。図中では、本発明によるＭＩＭＯ信号復号装置の復号結果をＳＰＤ／ＢＬＡＳＴと表記し、ＳＰＤ法による復号結果をＳＰＤと表記し、ＢＬＡＳＴ法による復号結果をＢＬＡＳＴと表記している。ＭＬＤ法による復号時間とＢＬＡＳＴ法による復号時間はＥｂ／Ｎ０に依存せずに一定である。しかし、ＳＰＤ法による復号や本発明によるＭＩＭＯ信号復号装置の復号は、雑音電力に応じて超球半径ｒBLASTが変化するため、復号時間はＥｂ／Ｎ０により変化する。図６から明らかなように、本発明によるＭＩＭＯ信号復号装置は、雑音電力が小さくなるに従い復号時間をＢＬＡＳＴ法による復号時間に近づけることができ、Ｅｂ／Ｎ０＝３０ｄＢにおいてＳＰＤ法による復号時間の１／２に短縮することができる。
【００６８】
上述の実施例は、代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。従って、本発明は、上述の実施例によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、本発明によるＭＩＭＯ信号復号装置は、ＢＬＡＳＴ復号部３０の変わりに、ＺＦ法によって復号するＺＦ復号部を備える構成とすることができるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
モバイル通信やワイヤレスＬＡＮなどの高速信号伝送システムでは、複数のアンテナから独立の多値ＱＡＭ信号（ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等）を送信し、伝搬路（空間）で信号を多重化するＭＩＭＯ伝送技術の利用を検討している。本発明によれば、多重化されたＭＩＭＯ信号を復号する任意の用途（例えば、ＭＩＭＯ−ＭＬＤシステム）に有用である。
【符号の説明】
【００７０】
１０  送信アンテナ
１１  受信アンテナ
１２  ＮＯＴ回路
１３  第１ゲート
１４  第２ゲート
２０  線形変換部
３０  ＢＬＡＳＴ復号部
３１  第１除算部
３２  第２除算部
３３  第３除算部
３４（３４−１〜３４−３）  硬判定部
３５  半径算出部
３６  切換え判定部
４０  ＳＰＤ復号部
【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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