(57)【要約】【課題】性能劣化を回避しつつ階層変調信号の第１階層および第２階層の尤度計算処理を簡単化して演算量を削減可能な受信装置を得ること。【解決手段】本発明は、２つのデータストリームのビット系列を階層変調して生成された階層変調信号を受信し、受信信号を等化して得られた等化データの各ビットの尤度を算出する受信装置であって、受信信号に適用されている階層変調の各階層における割り当て電力の比である階層化比率と、各階層に適用されている各変調方式の変調多値数と、を変数とする尤度計算式を使用して等化データの各ビットの尤度を算出する尤度計算部１０７、を備えている。【選択図】図１
2015082821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのデータストリームのビット系列を階層変調して生成された階層変調信号を受信し、受信信号を等化して得られた等化データの各ビットの尤度を算出する受信装置であって、
受信信号に適用されている階層変調の各階層における割り当て電力の比である階層化比率と、各階層に適用されている各変調方式の変調多値数と、を変数とする尤度計算式を使用して等化データの各ビットの尤度を算出する尤度計算手段、
を備えることを特徴とする受信装置。
【請求項２】
前記尤度計算手段は、
前記階層化比率と、各階層に適用されている各変調方式の変調多値数とに基づいて、等化データの各ビットに共通の固定値である第１のパラメータを算出する固定パラメータ計算手段と、
前記第１のパラメータに基づいて、等化データのビット毎に異なる値を有する第２のパラメータを算出する変動パラメータ計算手段と、
前記第１のパラメータおよび前記第２のパラメータと、適用可能な各階層化比率の間で共通の尤度計算式である前記尤度計算式とに基づいて、等化データの各ビットの尤度を算出するビット尤度計算手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項３】
前記固定パラメータ計算手段は、
各階層に適用されている各変調方式の各変調多値数と、前記階層化比率とに基づいて、等化データに最も近い送信シンボルの候補点を含み、当該候補点とこれに隣接している各候補点との境界線に囲まれた判定領域を示す領域番号を前記第１のパラメータの一つとして決定し、
前記変動パラメータ計算手段は、
前記領域番号のとり得る値それぞれに対し、前記第２のパラメータの計算で使用する、予め決定された係数を対応付けて保持しておき、前記領域番号が決定されると、決定された領域番号に対応する係数を使用して前記第２のパラメータ群に含まれる各パラメータを算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の受信装置。
【請求項４】
前記ビット尤度計算手段は、等化データのビット位置に対する漸化式を使用して各ビットの尤度を算出することを特徴とする請求項２または３に記載の受信装置。
【請求項５】
階層変調信号を送信する送信装置との間で階層変調信号に適用する変調方式および階層化比率の情報を交換する制御手段、
をさらに備え、
前記固定パラメータ計算手段は、前記制御手段が前記送信装置と交換した情報を使用して第１のパラメータ群を算出することを特徴とする請求項２、３または４に記載の受信装置。
【請求項６】
前記尤度計算手段は、等化データの各ビットの尤度算出をＩ成分のビット群とＱ成分のビット群に分けて、ビット群毎に独立に行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の受信装置。
【請求項７】
２つのデータストリームのビット系列を階層変調して生成された階層変調信号を受信する受信装置を構成し、受信信号を等化して得られた等化データの各ビットの尤度を算出する尤度計算装置であって、
受信信号に適用されている階層変調の各階層における割り当て電力の比である階層化比率と、各階層に適用されている各変調方式の変調多値数と、を変数とする尤度計算式を使用して等化データの各ビットの尤度を算出する、
ことを特徴とする尤度計算装置。
【請求項８】
２つのデータストリームのビット系列を階層変調して生成された階層変調信号の受信装置における尤度計算方法であって、
受信信号を等化する等化ステップと、
受信信号に適用されている階層変調の各階層における割り当て電力の比である階層化比率と、各階層に適用されている各変調方式の変調多値数と、を変数とする尤度計算式を使用し、前記等化ステップで得られた等化データの各ビットの尤度を算出する尤度算出ステップと、
を含むことを特徴とする尤度計算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つのデータストリームのビット系列を階層変調によりマッピングして生成された信号（階層変調信号）の受信装置、尤度計算装置および尤度計算方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
階層変調信号の受信装置においては、受信信号を等化後、ビット単位で尤度を算出し、算出した尤度に基づいて誤り訂正復号化を実行して復調ビット系列を生成する。
【０００３】
ビット単位の尤度に関して簡単に説明する。ビット単位の尤度とは、送信ビットのある１ビットに注目したとき、受信側でその１ビットが「０」であるか「１」であるかの確からしさを表した指標値を意味する。一般に、ビット単位の尤度は以下の式（１）に示す対数尤度比（ＬＬＲ：Log−likelihood  ratio）で表される。
【０００４】
【数１】
2015082821.tif 000003
【０００５】
式（１）において、ｘi,jは時刻ｉにおいて送信したシンボルｘiのｊ番目のビットを示しており、ｙkは時刻ｋで受信したデータで、時刻ｉで送信されたシンボルｘiに対応する受信データを表している。また、Ｐ(ｘi,j＝０｜ｙk)は、ｙkを受信したときに、ｘi,jが“０”である条件付き確率を表し、Ｐ(ｘi,j＝１｜ｙk)は、ｙkを受信したときに、ｘi,jが“１”である条件付き確率を表している。
【０００６】
以上のことから、ＬＬＲ(ｘi,j)が０より大きければ、ｘi,jは“１”より“０”の方がより確からしく、ＬＬＲ(ｘi,j)が０より小さければ、ｘi,jは“０”より“１”の方がより確からしいと言える。更にＬＬＲ(ｘi,j)の大きさはその確からしさの度合いを表している。上記の式（１）は、送信されるビットがすべて同じ確率で発生すると仮定すると、以下の式（２）で表すことができる。
【０００７】
【数２】
2015082821.tif 000004
【０００８】
ここで、シンボルｘiを送信し、フェージングを受け、ガウス雑音が付されて受信されたと仮定すると、受信側でフェージングに対する補正が完璧に行われて受信データｙkを抽出した場合、Ｐ(ｙk｜ｘi)は以下の式（３）で近似できる。
【０００９】
【数３】
2015082821.tif 000005
【００１０】
式（３）において、σ2はガウス雑音の分散を表しており、(ｙk−ｘi)2は受信データｙkと送信シンボルｘiとのユークリッド距離を表している。式（３）を式（２）に代入すると次式（４）が得られ、ＬＬＲ(ｘi,j)は、受信データｙkと送信シンボルｘiとのユークリッド距離から求めることができる。
【００１１】
【数４】
2015082821.tif 000006
【００１２】
式（４）において、受信データｙkと複数ある送信シンボルｘiとの間のユークリッド距離の中で、最小距離となる送信シンボルｘiのみを使用してＬＬＲ(ｘi,j)の式を近似し、更に１／２σ2で正規化すると、以下の式（５）になる。
【００１３】
【数５】
2015082821.tif 000007
【００１４】
上記のビット単位の尤度演算を示す式（５）は、一般的な尤度計算方法で使用されるものである。具体的な尤度計算方法としては、受信データｙkに応じて最小ユークリッド距離となる送信シンボルｘiが変わるため、受信データｙkの値に対して場合分けし、それぞれに対して異なる尤度計算式を保有しておく。つまり、受信データｙkの値に応じて複数保有する尤度計算式を使い分けて、尤度計算を行う。
【００１５】
ここで、送信シンボルｘiが２階層からなる階層変調信号の場合について考える。送信シンボルｘiの信号点間距離は、送信シンボルｘiに用いる階層化比率（階層変調の各階層における割り当て電力の比）の値が変わると信号点間距離も変化する。そのため、受信データｙkのある値１つに対しても階層化比率が変われば、最小ユークリッド距離となる送信シンボルｘiも変わる。このことから、階層変調信号に対する尤度計算は、階層化比率ごとに受信データｙkを場合分けする境界線を用意し、場合分けごとに尤度計算式を用意する必要がある。つまり、対応する階層化比率の数をＮpとしたとき、階層変調を用いない場合に比べて、階層変調の尤度計算方法ではＮp倍の数の尤度計算式を用意する必要がある。
【００１６】
すなわち、階層変調が適用された受信信号の尤度計算は、階層変調が適用されていない受信信号の尤度を計算する場合と比較して処理が複雑化し、演算量が増大する。そのため、演算量を削減可能な計算方法の提供が期待されている。演算量の削減を考慮した尤度計算方法としては、例えば、非特許文献１に記載された方法が存在する。
【００１７】
非特許文献１は、２階層からなる階層変調信号において、第１階層をＱＰＳＫ（Quadrature  Phase  Shift  Keying）、第２階層をＱＰＳＫに限定したときの尤度計算方法について提案している。提案されている計算方法では、第１階層の２ビットがＩＱ平面上の第１象限から第４象限を表していることを利用して、受信データの絶対値をとることにより第１階層の２ビットの情報を省略し、第２階層の２ビットの情報のみを残し、尤度計算を簡単化している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】“Analysis  of  Demmapping  for  Hierarchical  １６QAM”，Seung  Hyun  Choi,  Cheon  In  Oh,  Doeck  Gil  Oh,  Dae  Ig  Chang，  ISCIT  2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
非特許文献１に記載された尤度計算方法では、第１階層がＱＰＳＫであることが前提であり、更には第２階層の尤度計算のみが簡単化され、第１階層の尤度計算については簡単化できていないという問題があった。
【００２０】
また、階層化比率に応じてその尤度計算の算出式を個別に用意する必要があり、複数の階層化比率に対応するには多くの尤度計算式をメモリに保持する必要がある。そのため、第１階層および第２階層の変調多値数に依存しないこと、第２階層の尤度計算のみならず第１階層の尤度計算が簡単化されること、対応する階層化比率が複数となってもメモリサイズの増大や演算量の増加が発生しないこと、簡単化を行っても性能劣化が発生しないことなどが望まれる。
【００２１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、性能劣化を回避しつつ階層変調信号の第１階層および第２階層の尤度計算処理を簡単化して演算量を削減可能な受信装置、尤度計算装置および尤度計算方法を得ることを目的とする。また、メモリサイズの増大を回避しつつ複数の階層化比率に対応した尤度計算が可能な受信装置、尤度計算装置および尤度計算方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、２つのデータストリームのビット系列を階層変調して生成された階層変調信号を受信し、受信信号を等化して得られた等化データの各ビットの尤度を算出する受信装置であって、受信信号に適用されている階層変調の各階層における割り当て電力の比である階層化比率と、各階層に適用されている各変調方式の変調多値数と、を変数とする尤度計算式を使用して等化データの各ビットの尤度を算出する尤度計算手段、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、性能劣化を回避しつつ、第１階層および第２階層の尤度計算処理を簡単化することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明にかかる受信装置、および信号を送信する送信装置を含んだ通信システムの構成例を示す図である。
【図２】図２は、領域番号および判定領域の一例を示す図である。
【図３】図３は、領域番号ｌとｎi、ｍiの値の対応関係の一例を示す図である。
【図４】図４は、領域番号ｌとＭni、Ｍmiの値の対応関係の一例を示す図である。
【図５】図５は、領域番号ｌとＭni、Ｍmiの値の対応関係の一例を示す図である。
【図６】図６は、領域番号ｌとｄiの対応関係を示す図である。
【図７】図７は、ｌI[ｉ＋１]およびｌI[ｉ]の値とΔiの値の関係を示す図である。
【図８】図８は、領域番号ｌの各値と各種パラメータの値の対応関係を示す図である。
【図９】図９は、領域番号ｌの各値と各種パラメータの値の対応関係を示す図である。
【図１０】図１０は、尤度計算部の構成例を示す図である。
【図１１】図１１は、固定パラメータ計算部の構成例を示す図である。
【図１２】図１２は、変動パラメータ計算部の構成例を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態２の尤度計算部の構成例を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明にかかる受信装置、および信号を送信する送信装置を含んだ通信システムの実施の形態３の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明にかかる受信装置、尤度計算装置および尤度計算方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２６】
以下の説明においては、必要に応じて、例えば、Ｘの平方根を√(Ｘ)と表現する。また、例えば、Ｘの平方根にαを掛け合わせたものは√(Ｘ)αと表現する。すなわち、“√”は、直後の括弧内に記載された値の平方根を示すものとする。
【００２７】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる受信装置、および信号を送信する送信装置を含んだ通信システムの構成例を示す図である。送信装置は、主要な構成要素として、誤り訂正符号化部１０１および１０２と、階層変調部１０３と、アンテナ１０４とを備えている。受信装置は、主要な構成要素として、アンテナ１０５と、等化部１０６と、尤度計算部１０７と、誤り訂正復号化部１０８および１０９とを備えている。本実施の形態の受信装置においては、後述するように、尤度計算装置としての尤度計算部１０７が、尤度計算に任意のビット位置に閉じた尤度計算式を用いることで、ビット単位の尤度計算を実施する。
【００２８】
図１に示した送信装置において、誤り訂正符号化部１０１は、第１階層の送信ビット系列に対して誤り訂正符号化処理を実行する。誤り訂正符号化部１０２は、第２階層の送信ビット系列に対して誤り訂正符号化処理を実行する。階層変調部１０３は、誤り訂正符号化された第１階層および第２階層のビット系列を受け取り、階層変調を実行する。第１階層のビット系列に対して変調多値数Ｎ1の変調方式を用い、第２階層のビット系列に対して変調多値数Ｎ2の変調方式を用いた階層変調を行うこととする。階層変調された信号はアンテナ１０４より送信され、受信装置のアンテナ１０５で受信される。
【００２９】
図１に示した受信装置において、等化部１０６は、アンテナ１０５で受信したデータに対して等化処理を行う。尤度計算部１０７は、等化部１０６から出力される等化データの尤度を計算する。すなわち、ビット単位の尤度を任意のビット位置に閉じた尤度計算式を用いて計算する。誤り訂正復号化部１０８は、尤度計算部１０７で求めた第１階層におけるビット単位の尤度を用いて誤り訂正復号処理を行う。誤り訂正復号化部１０９は、尤度計算部１０７で求めた第２階層におけるビット単位の尤度を用いて誤り訂正復号処理を行う。
【００３０】
以下、本実施の形態の受信装置に特有の構成要素である尤度計算部１０７について、具体的な構成及び動作を詳しく説明する。ここでは、説明を容易にするために、変調方式を直交振幅変調（ＱＡＭ：Quadrature  Amplitude  Modulation）、第１階層と第２階層の変調多値数の合計を８ｂｉｔ、階層化比率（階層変調の各階層における割り当て電力(信号電力)の比）をρとする。ただし、本発明は、上記の変調方式、各階層の変調多値数、階層化比率ρに限定されるものではない。
【００３１】
＜尤度計算部１０７＞
尤度計算装置としての尤度計算部１０７は、等化部１０６から出力された等化データを受け取り、第１階層および第２階層のビット単位の尤度計算をビット位置に閉じた尤度計算式を用いて計算する。
【００３２】
ここで、尤度計算部１０７が尤度計算に用いる尤度計算式について説明する。ビット単位の尤度演算を示す上記の式（５）における受信データｙkのＩ成分をｒI、受信データｙkのＱ成分をｒQとする。このとき、送信するビット系列がＩ軸、Ｑ軸に対して対称的にシンボルマッピングされている場合、Ｉ軸、Ｑ軸を分離して処理することができる。また、ここでの受信データｙkは、等化処理後の等化データに等しい。
【００３３】
ここでは、説明を簡単化するためにＩ軸に限定する。ｒIに最も近いｉビット目（ｉ＝１のときＬＳＢ）が“１”である信号点を次式（６）、ｒIに最も近いｉビット目が“０”である信号点を次式（７）と置き換えると、尤度計算式は以下の式（８）になる。
【００３４】
【数６】
2015082821.tif 000008
【数７】
2015082821.tif 000009
【００３５】
【数８】
2015082821.tif 000010
【００３６】
式（８）において、ｎi、ｍi、Ｍni、Ｍmiは、受信データ（等化データ）に対応する領域番号から一意に決まる値である。ここで、領域番号とは、等化データに最も近い送信シンボルの候補点に対応する判定領域のインデックスである。領域番号および判定領域について、図２を用いて説明する。
【００３７】
図２は、領域番号および判定領域の一例を示す図である。図２では、第１階層にＱＰＳＫ、第２階層に６４ＱＡＭ、Ｉ軸の階層化比率にρIを用いた階層変調時の判定領域とそれぞれの領域番号を示している。領域番号は、Ｉ軸の領域番号ｌIとＱ軸の領域番号ｌQで表され、ｌI、ｌQ共にＩ軸、Ｑ軸の値が最も小さい領域を領域番号“０”とし、Ｉ軸、Ｑ軸の値が大きくなるにつれて、それぞれの領域番号が大きくなる。
【００３８】
仮に等化データｒが次式（９）の場合、等化データｒは図２における星印の位置になる。図２において、星印で示された等化データｒはＩ軸の領域番号がｌI＝１０、Ｑ軸の領域番号がｌQ＝１１の判定領域内に存在することから、式（９）の等化データの領域番号はｌI＝１０、ｌQ＝１１となる。
【００３９】
【数９】
2015082821.tif 000011
【００４０】
また、各領域番号に対して、対応するｎi、ｍiが存在する。Ｎ（＝Ｎ1＋Ｎ2）に対する領域番号ｌに対応しているｎi、ｍiの値を図３に示す。図３に示したｎi、ｍiは、階層変調時のビット割り当てをグレイ符号とし、Ｉ軸、Ｑ軸ともに対称的にマッピングした場合の値である。そのため、図３に示した領域番号ｌは、ｌIおよびｌQのいずれにも対応している。図３に示したｌ−２(N/2-l)は、領域番号ｌに対応する領域の信号点に関連した値である。領域番号ｌIに対応する領域の信号点は、｛２(ｌI−２(N/2-l))＋１｝Ａで、領域番号ｌQに対応する領域の信号点は、｛２(ｌQ−２(N/2-l))＋１｝Ａで表すことができる。
【００４１】
領域番号ｌに対するＭni、Ｍmiの値の例を図４および図５に示す。図４は第１階層がＱＰＳＫ、第２階層が６４ＱＡＭの場合の値を示し、図５は第１階層が１６ＱＡＭ、第２階層が１６ＱＡＭの場合の値を示している。Ｍni、ＭmiはＤIの係数であり各階層の変調多値数により値が異なる。
【００４２】
上記の式（８）を計算しやすくするため、ｎi、ｍiとの差をｄiと置くと、ｎi、ｍiのうちいずれかがｌI−２N/2-l、もう一方がｌI−２N/2-l＋ｄiとなる。ここで、ｄiは、等化データのｉビット目の硬判定値が反転する領域までの最短距離である。ｄiを用いて式（８）を表すと以下の式（１０）になる。
【００４３】
【数１０】
2015082821.tif 000012
【００４４】
式（１０）において、ｓiはＮ／２ビット幅で表現される領域番号ｌIのビット位置ｉの値によって変わる符号である。すなわち、ｓiは−１か１のいずれかの値をとる。式（１０）において、両辺にｓiを乗算すると、以下の式（１１）が得られる。
【００４５】
【数１１】
2015082821.tif 000013
【００４６】
ここで、式（１１）の変数を次式（１２）に従って、置き換える。
【００４７】
【数１２】
2015082821.tif 000014
【００４８】
その結果、上記の式（１１）は次式（１３）となる。
【００４９】
【数１３】
2015082821.tif 000015
【００５０】
式（１３）を用いることにより、任意のビット位置ｉの尤度を求めることができる。ここで、式（１３）を用いてＬＬＲＳiを求める方法について考える。式（１３）において求める必要がある変数は、Ａ、ｄi、βi、ＤI、ｌI、Ｘi、Ｙi、γiであり、以下では各変数の算出方法について記載する。まず、上記変数を２つに分類する。Ａ、ＤI、ｌIはビット位置ｉに依存しない変数であり、ｄi、βi、Ｘi、Ｙi、γiはビット位置ｉに依存する変数である。
【００５１】
はじめに、ビット位置ｉに依存しない、Ａ、ＤI、ｌIの算出方法を説明する。Ａは階層化比率＝ｌの場合の信号点間距離の１／２の値であり、以下の式（１４）で求めることができる。
【００５２】
【数１４】
2015082821.tif 000016
【００５３】
例えば、第１階層がＱＰＳＫ（Ｎ1＝２）、第２階層が６４ＱＡＭ（Ｎ2＝６）の場合、Ｎ＝Ｎ1＋Ｎ2＝８であることから、２（２N−１）／３＝２（２8−１）／３＝１７０であり、Ａ＝１／√(１７０)となる。
【００５４】
また、ＤIは階層化比率ρIに依存した値であり、以下の式（１５）で求めることができる。
【００５５】
【数１５】
2015082821.tif 000017
【００５６】
また、ｌIは、等化データｒIに依存した値である。図２よりＡ、ＤI、√(ρ)を用いて判定領域の境界値を算出し、等化データｒIと境界値を比較していくことで領域番号ｌIを求める。ここで、階層化比率ρは予め与えられているものとする。
【００５７】
次に、ビット位置ｉに依存する変数の求め方を説明する。ｄiは領域番号ｌIに依存した値である。図６に領域番号ｌに対するｄiの値を示す。既に説明したように、ｄiは等化データのｉビット目の硬判定値が反転する領域（境界）までの最短距離であり、等化データはグレイ符号で表現される。領域番号とグレイ符号の対応関係は図３などに示したものとなっている。すなわち、ｌI＝０には“００００”が対応し、ｌI＝１には“０００１”が対応し、ｌI＝２には“００１１”が対応し、ｌI＝３には“００１０”が対応する（以下同様）。そのため、ｌI＝０の場合、ｄ1＝１、ｄ2＝２、ｄ3＝４、ｄ4＝８となる。ｄ1＝１は、ｌIが１増加すると１ビット目が反転する、すなわち、等化データｒIの存在位置がｌIの判定領域からｌIが１増加した判定領域へ変化すると１ビット目の値が反転することを意味する。ｄ3＝４は、等化データｒIの存在位置がｌIの判定領域からｌIが４増加した判定領域へ変化すると３ビット目の値が反転することを意味する。同様に、ｌI＝１の場合、ｄ1＝−１、ｄ2＝１、ｄ3＝３、ｄ4＝７となる。ｄ1＝−１は、等化データｒIの存在位置がｌIの判定領域からｌIが１減少した判定領域へ変化すると１ビット目の値が反転することを意味する。また、ｄiはｉビット目の尤度に関係する値である。例えば、ｄ4に注目すると、ｌI＝０の場合にｄ4＝８、ｌI＝１５の場合にｄ4＝−８となり、ｌI＝２〜１４の場合と比較してｄ4の絶対値が大きく、ｌI＝０やｌI＝１５の判定領域においては、他の判定領域と比較して、等化データｒIの４ビット目の尤度が高い。ｄiは、階層化比率によらず一定である。
【００５８】
ここで、ｄiとｄi+1との間の関係性を求め、ｄiを漸化式で求める方法を記載する。ｄi+1＝ｄi＋Δiと置いたとき、Δiは図７に示す値となる。図７より、Δiは領域番号ｌのｉ＋１ビット目であるｌI[ｉ＋１]と領域番号のｉビット目であるｌI[ｉ]の値で一意に決まり、±（２i-1＋１）または±（２i-1）のいずれかの値になる。
【００５９】
例えば、領域番号ｌ＝０の場合、ｌ[４]＝０、ｌ[３]＝０、ｌ[２]＝０、ｌ[１]＝０である。よって、図７より、Δ1は、ｌ[ｉ＋１]＝０かつｌ[ｉ]＝０に対応する値、すなわちΔ1＝１となる。Δ2は、ｌ[ｉ＋１]＝０かつｌ[ｉ]＝０に対応する値、すなわちΔ2＝２となる。Δ3は、ｌ[ｉ＋１]＝０かつｌ[ｉ]＝０に対応する値、すなわちΔ3＝４となる。
【００６０】
また、領域番号ｌ＝１の場合、ｌ[４]＝０、ｌ[３]＝０、ｌ[２]＝０、ｌ[１]＝１である。よって、図７より、Δ1は、ｌ[ｉ＋１]＝０かつｌ[ｉ]＝１に対応する値、すなわちΔ1＝２となる。Δ2は、ｌ[ｉ＋１]＝０かつｌ[ｉ]＝０に対応する値、すなわちΔ2＝２となる。Δ3は、ｌ[ｉ＋１]＝０かつｌ[ｉ]＝０に対応する値、すなわちΔ3＝４となる。
【００６１】
また、領域番号ｌ＝２の場合、ｌ2[４]＝０、ｌ2[３]＝０、ｌ2[２]＝１、ｌ2[１]＝０である。よって、図７より、Δ1は、ｌ[ｉ＋１]＝１かつｌ[ｉ]＝０に対応する値、すなわちΔ1＝−２となる。Δ2は、ｌ[ｉ＋１]＝０かつｌ[ｉ]＝１に対応する値、すなわちΔ2＝３となる。Δ3は、ｌ[ｉ＋１]＝０かつｌ[ｉ]＝０に対応する値、すなわちΔ3＝４となる。領域番号ｌが３以上の場合も同様である。
【００６２】
βiはｄiに依存した値であり、ｄiと同様に漸化式で求めることができる。βiは以下の漸化式（１６）で求めることができる。
【００６３】
【数１６】
2015082821.tif 000018
【００６４】
Ｘi、Ｙi、γiは領域番号ｌIおよび各階層の変調多値数Ｎ1、Ｎ2に依存した値である。Ｘi、Ｙi、γiもｄi、βiと同様に漸化式で求める。ここで、γiはＺiの関数であることを利用する。Ｘi、Ｙi、γiの漸化式は以下の式（１７）で表すことができる。
【００６５】
【数１７】
2015082821.tif 000019
【００６６】
図８、図９に領域番号ｌIに対するＸi、Ｙi、ＺiおよびΔXi、ΔYi、ΔZiの値を示す。図８は第１階層をＱＰＳＫ、第２階層を６４ＱＡＭとする階調変調を用いた場合の値を示す図、図９は第１階層を１６ＱＡＭ、第２階層を１６ＱＡＭとする階層変調を用いた場合の値を示す図である。図８および図９に示したように、Ｘi、Ｙi、ＺiおよびΔXi、ΔYi、ΔZiの値は、各階層に用いる変調多値数に応じて異なる。
【００６７】
以上より、式（１４）〜式（１７）から各変数を求め、式（１３）に代入することで、任意のビット位置ｉのＬＬＲＳiを求めることができる。最後に、ＬＬＲＳiからＬＬＲiを求める。式（１２）より、ｓiＬＬＲi＝ＬＬＲＳiであることから、ｓiを求めてＬＬＲＳiに乗算することでＬＬＲiが得られる。ｓiは以下の式（１８）で求めることができる。
【００６８】
【数１８】
2015082821.tif 000020
【００６９】
式（１８）において、＋を丸で囲んだ記号（以下、説明の便宜上、“(+)”を代用する）は排他的論理和を表している。また、ｌI[ｉ＋１](+)ｌI[ｉ]（すなわち、ｌI[ｉ+１]とｌI[ｉ]の排他的論理和）は領域番号ｌI内の信号点に割り当てられるｉ番目のビットを表している。例えば、Ｎ＝８、領域番号ｌI＝３のとき、領域番号ｌI内の信号点に割り当てられるビット列は“００１０”である（図３参照）。このとき、ビット位置ｉ＝２ではｌI[ｉ+１](+)ｌI[ｉ]＝１となり、ｓi＝−１となる。ｓiは−１、１の値であるため、ＬＬＲＳiの符号をｓiに応じて変更することによりＬＬＲiが得られる。
【００７０】
次に、尤度計算部１０７の具体的な構成について説明する。図１０は、尤度計算部１０７の構成例を示す図である。
【００７１】
尤度計算部１０７は、固定パラメータ計算部１１０、変動パラメータ計算部１１１およびビット尤度計算部１１２を備えている。
【００７２】
固定パラメータ計算部１１０は、ｉビット目の尤度であるＬＬＲiを求めるために必要なパラメータのうち、ビット位置ｉに依存しないパラメータ（固定値）である√(ρI)Ａ、ＤI、ｌIを算出する。変動パラメータ計算部１１１は、ＬＬＲiを求めるために必要なパラメータのうち、ビット位置ｉに依存するパラメータ（変数）であるｄi、βi、Ｘi、Ｙi、γi、ｓiを算出する。ビット尤度計算部１１２は、固定パラメータ計算部１１０が算出した上記パラメータと変動パラメータ計算部１１１が算出した上記パラメータとに基づいて、ＬＬＲiを算出する。
【００７３】
以下、固定パラメータ計算部１１０、変動パラメータ計算部１１１およびビット尤度計算部１１２のそれぞれについて、詳しく説明する。
【００７４】
＜固定パラメータ算出部１１０＞
図１１は、固定パラメータ計算部１１０の構成例を示す図である。固定パラメータ計算部１１０は、信号点間距離算出部１２０、距離Ｄ算出部１２１および領域番号決定部１２２を備えている。
【００７５】
信号点間距離算出部１２０は、各階層の変調多値数の和Ｎと階層化比率ρIにより決定される信号点間距離の１／２の値√(ρI)Ａを算出する。Ａは、上記の式（１４）から計算し、√(ρI)はρIの平方根をとることで算出する。回路実装例としては、対応するＮと階層化比率ρIの組み合わせが少なければ、√(ρI)Ａをテーブル化して保持することで演算量を削減する。また、対応するＮと階層化比率ρIの組み合わせが多ければ、Ｎに対応するＡと、ρIに対応する√(ρI)をそれぞれテーブル化して保持し、√(ρI)とＡを乗算して√(ρI)Ａを算出することで、演算量を削減する。
【００７６】
距離Ｄ算出部１２１は、信号点間距離算出部１２０で算出された√(ρI)Ａ、第１階層の変調多値数Ｎ1および第２階層の変調多値数Ｎ2を用いて、上記の式（１５）からＤIを算出する。回路実装例としては、Ｎ1、Ｎ2、ρIに対応する式（１５）のωIをテーブル化して保持し、式（１５）の右辺第２項（２N1/2-1×２√(ρI)Ａ）は√(ρI)Ａのビットシフト演算で計算し、ωIから第２項を減算してＤIを算出することで、演算量を削減する。
【００７７】
領域番号決定部１２２は、入力される等化データｒIに最も近い送信シンボルの候補点に対応する領域番号ｌIを決定する。具体的には、まず、信号点間距離算出部１２０で算出された√(ρI)Ａと距離Ｄ算出部１２１で算出されたＤIとを用いて、図２に示したような領域境界値（−１４√(ρI)Ａ−ＤI、−１２√(ρI)Ａ−ＤI、−１０√(ρI)Ａ−ＤI、…、１４√(ρI)Ａ＋ＤI）を算出し、次に、算出した領域境界値と等化データｒIとを比較することにより、領域番号ｌIを決定する。領域境界値が図２に示したものの場合、例えば、ｒI＜−１４√(ρI)Ａ−ＤIであればｌI＝０となり、６√(ρI)Ａ＋ＤI＜ｒI≦８√(ρI)Ａ＋ＤIであればｌI＝１１となる。
【００７８】
＜変動パラメータ計算部１１１＞
図１２は、変動パラメータ計算部１１１の構成例を示す図である。変動パラメータ計算部１１１は、最近傍点間距離算出部１３０、変数β算出部１３１、変数γ算出部１３２、変数Ｚ算出部１３３、変数Ｘ算出部１３４、変数Ｙ算出部１３５および変数ｓ算出部１３６を備え、各種変数を算出する。この変動パラメータ計算部１１１内の各部は、前段の固定パラメータ計算部１１０から入力された固定パラメータに基づいて、ビット位置１（ｉ＝１）から順に変数を求め、後段のビット尤度計算部１１２へビット位置１から順に各変数を出力する。前段の固定パラメータ計算部１１０から入力された固定パラメータのうち、領域番号ｌIは、最近傍点間距離算出部１３０、変数β算出部１３１、変数γ算出部１３２、変数Ｚ算出部１３３、変数Ｘ算出部１３４、変数Ｙ算出部１３５および変数ｓ算出部１３６へ入力される。√(ρI)Ａは、変数β算出部１３１および変数γ算出部１３２へ入力される。ＤIは、変数γ算出部１３２へ入力される。なお、√(ρI)ＡおよびＤIは、ビット尤度計算部１１２へも入力される。
【００７９】
最近傍点間距離算出部１３０は、ビット位置１から順にｄiを算出する。ｄ1は領域番号ｌIが偶数のとき−１、奇数のとき１となる。ｄ2以降は、図７に示したｌI[ｉ＋１]とｌI[ｉ]の関係性からΔiを求め、さらに、次式（１９）からｄiを求める。求めたｄiは、ビット尤度計算部１１２へ出力する。
【００８０】
【数１９】
2015082821.tif 000021
【００８１】
変数β算出部１３１は、最近傍点間距離算出部１３０が求めたｄiを用いて、上記の式（１６）に従ってβiを算出する。このとき、次式（２０）に従ってビット位置１から順番に、βiを算出する。算出したβiは、ビット尤度計算部１１２へ出力する。
【００８２】
【数２０】
2015082821.tif 000022
【００８３】
変数Ｚ算出部１３３は、図８や図９に示したテーブル（各階層に適用する変調方式に応じて生成されたテーブル）を保持しており、固定パラメータ計算部１１０から領域番号ｌIが入力されると、テーブルを参照し、対応するＺiを選択して変数γ算出部１３２へ出力する。
【００８４】
変数γ算出部１３２は、変数Ｚ算出部１３３からＺiが入力されると、このＺiと、固定パラメータ計算部１１０から入力されたパラメータとを使用し、上記の式（１７）に従ってγiを算出する。算出したγiは、ビット尤度計算部１１２へ出力する。
【００８５】
変数Ｘ算出部１３４は、変数Ｚ算出部１３３と同様に、図８や図９に示したテーブルを保持しており、固定パラメータ計算部１１０から領域番号ｌIが入力されると、テーブルを参照し、対応するＸiを選択してビット尤度計算部１１２へ出力する。
【００８６】
変数Ｙ算出部１３５は、変数Ｚ算出部１３３と同様に、図８や図９に示したテーブルを保持しており、固定パラメータ計算部１１０から領域番号ｌIが入力されると、テーブルを参照し、対応するＹiを選択してビット尤度計算部１１２へ出力する。
【００８７】
変数ｓ算出部１３６は、固定パラメータ計算部１１０から領域番号ｌIが入力されると、上記の式（１８）に従ってｓiを算出し、ビット尤度計算部１１２へ出力する。
【００８８】
＜ビット尤度計算部１１２＞
ビット尤度計算部１１２は、固定パラメータ計算部１１０から入力されたパラメータおよび変動パラメータ計算部１１１から入力されたパラメータを用いて、ビット位置ｉに対応するビットの尤度ＬＬＲiを算出する。具体的には、入力された各パラメータ（固定パラメータ√(ρI)ＡおよびＤI、ビット位置ｉに対応するｄi、βi、Ｘi、Ｙi、γi、ｓi）を使用し、上記の式（１３）に従ってＬＬＲiを算出する。
【００８９】
このように、本実施の形態の受信装置において、尤度計算装置としての尤度計算部１０７は、ビット位置に依存しない各種パラメータ（固定パラメータ）を算出する固定パラメータ計算部１１０と、ビット位置に依存する各種パラメータ（変動パラメータ）を算出する変動パラメータ計算部１１１と、固定パラメータ、変動パラメータおよび選択可能な階層化比率に共通の尤度計算式（式（１３））からビット毎の尤度を算出するビット尤度計算部１１２と、を備えて構成されている。これにより、性能劣化を回避しつつ、第１階層および第２階層の尤度計算処理を簡単化することができる。また、受信信号に適用されている階層化比率によらず、常に同じ尤度算出式を使用するので、複数の階層化比率に対応する場合にメモリサイズが増大するのを回避できる。
【００９０】
実施の形態２．
実施の形態１では、任意のビット位置ｉに閉じた尤度計算式を用いてビット単位の尤度を計算する方法を示したが、本実施の形態では、尤度計算式にビット位置ｉの漸化式を用いる方法について示す。なお、送信装置は、実施の形態１で説明した送信装置と同様であるため、説明を省略する。また、本実施の形態の受信装置は、実施の形態１の受信装置が備えている尤度計算部１０７を後述する構成の尤度計算部１０７ａに置き換えたものとなる。尤度計算部１０７ａ以外の各部は実施の形態１の受信装置と同様であるため、尤度計算部１０７ａ以外の各部については説明を省略する。
【００９１】
まず、尤度計算式をビット位置ｉの漸化式に変形する。実施の形態１で説明したように、上記の式（１３）は、ビット位置ｉに対する尤度を求める式である。ここで、式（１３）においてｉをｉ＋１と置くと、以下の式（２１）が得られる。
【００９２】
【数２１】
2015082821.tif 000023
【００９３】
式（２１）の初項は、式（１３）のｉを１とおくことで、以下の式（２２）により求めることができる。
【００９４】
【数２２】
2015082821.tif 000024
【００９５】
ここで、図８、図９に示すように第１階層の変調多値数Ｎ1が１以上の場合、Ｙ1＝０となることから、式（２２）は以下の式（２３）になる。
【００９６】
【数２３】
2015082821.tif 000025
【００９７】
次に、本実施の形態における尤度計算部１０７ａの構成について説明する。図１３は、実施の形態２の尤度計算部１０７ａの構成例を示す図である。図示したように、尤度計算部１０７ａは、固定パラメータ計算部１４０、変動パラメータ計算部１４１、第１ビット尤度計算部１４２および第ｉビット尤度計算部１４３を備えている。
【００９８】
固定パラメータ計算部１４０は、ビット位置ｉに依存しない変数である√(ρI)Ａ、ＤI、ｌI、Ｘ1を計算する。変動パラメータ計算部１４１は、ビット位置ｉに依存する変数であるｄi、Δi、βi、ΔXi、Ｙi、ΔYi、ΔZi、γi、ｓiを計算する。固定パラメータ計算部１４０および変動パラメータ計算部１４１による各変数の計算方法は、実施の形態１と同様である。
【００９９】
第１ビット尤度計算部１４２は、√(ρI)Ａ、ＤI、ｄ1、β1、Ｘ1を用いて、式（２３）に従ってＬＬＲＳ1を計算し、求めたＬＬＲＳ1にｓ1を乗算してＬＬＲ1を計算する。第ｉビット尤度計算部１４３は、√(ρI)Ａ、ＤI、ｄi、Δi、βi、ΔXi、Ｙi、ΔYi、ΔZi、γiを用いて、式（２１）に従ってＬＬＲＳiを計算し、求めたＬＬＲＳiにｓiを乗算してＬＬＲiを計算する。
【０１００】
このように、本実施の形態の尤度計算部１０７ａは、ビット位置ｉに対する漸化式を用いて各ビットの尤度を算出するので、各ビットの尤度を再帰的に求めることができる。
【０１０１】
実施の形態３．
本実施の形態では、送信する階層変調信号がシンボル単位で、第１階層と第２階層の変調多値数や階層化比率が異なる場合の尤度計算方法について記載する。
【０１０２】
図１４は、本発明にかかる受信装置、および信号を送信する送信装置を含んだ通信システムの実施の形態３の構成例を示す図である。
【０１０３】
本実施の形態の通信システムにおいて、送信装置は、実施の形態１で説明した送信装置（図１参照）に対して送信シンボル制御部１５１を追加した構成となっている。受信装置は、実施の形態１または２で説明した受信装置（図１参照）に対して受信シンボル制御部１５２を追加した構成となっている。
【０１０４】
送信装置において、送信シンボル制御部１５１は、階層変調部１０３に対して、第１階層と第２階層の変調多値数と階層化比率をシンボル単位で設定する。受信装置において、受信シンボル制御部１５２は、尤度計算部１０７に対して、第１階層と第２階層の変調多値数と階層化比率をシンボル単位で設定する。ここで、受信シンボル制御部１５２は送信シンボル制御部１５１と同期しており、送信装置側で設定された第１階層と第２階層の変調多値数および階層化比率と同様のものを設定する。例えば、受信シンボル制御部１５２は送信シンボル制御部１５１と制御信号の送受信を行い、変調多値数および階層化比率の情報を交換する。
【０１０５】
以上より、尤度計算部１０７（実施の形態１）および尤度計算部１０７ａ（実施の形態２）は、シンボル単位で、受信シンボル制御部１５２から第１階層と第２階層の変調多値数と階層化比率が設定される。設定された第１階層と第２階層の変調多値数と階層化比率は、尤度計算部１０７、１０７ａ内にある固定パラメータ計算部および変動パラメータ計算部に渡される。尤度計算部１０７、１０７ａは、設定された変調多値数および階層化比率に従い、実施の形態１、２で示した方法により、尤度計算に必要な固定パラメータおよび変動パラメータを計算するとともに、計算した各パラメータを使用してビット単位の尤度計算を行う。
【０１０６】
このように、本実施の形態の送信装置および受信装置は、各階層の変調多値数および階層化比率を設定するための手段（送信シンボル制御部１５１、受信シンボル制御部１５２）を備え、連携して決定した動作モードで送受信動作を行うので、各階層の変調多値数および階層化比率が可変の通信システムを実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
以上のように、本発明にかかる受信装置、尤度計算装置および尤度計算方法は、階層変調が適用された通信システムの受信側の通信装置に有用である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０１，１０２  誤り訂正符号化部、１０３  階層変調部、１０４，１０５  アンテナ、１０６  等化部、１０７，１０７ａ  尤度計算部、１０８，１０９  誤り訂正復号化部、１１０，１４０  固定パラメータ計算部、１１１，１４１  変動パラメータ計算部、１１２  ビット尤度計算部、１２０  信号点間距離算出部、１２１  距離Ｄ算出部、１２２  領域番号決定部、１３０  最近傍点間距離算出部、１３１  変数β算出部、１３２  変数γ算出部、１３３  変数Ｚ算出部、１３４  変数Ｘ算出部、１３５  変数Ｙ算出部、１３６  変数ｓ算出部、１４２  第１ビット尤度計算部、１４３  第ｉビット尤度計算部、１５１  送信シンボル制御部、１５２  受信シンボル制御部。
【図１】
2015082821.tif 000026
【図２】
2015082821.tif 000027
【図３】
2015082821.tif 000028
【図４】
2015082821.tif 000029
【図５】
2015082821.tif 000030
【図６】
2015082821.tif 000031
【図７】
2015082821.tif 000032
【図８】
2015082821.tif 000033
【図９】
2015082821.tif 000034
【図１０】
2015082821.tif 000035
【図１１】
2015082821.tif 000036
【図１２】
2015082821.tif 000037
【図１３】
2015082821.tif 000038
【図１４】
2015082821.tif 000039