(57)【要約】【課題】多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムを提供する。【解決手段】格子縮小支援受信機に基づく通信システムにおいて、送信ビット値の軟推定は格子縮小をチャンネル推定に適用し、縮小基底チャンネルに従って受信信号を等化し、特定の値を持つ送信ビットの確率を決定することによって受信信号から決定される。この方法は縮小基底で初期候補ベクトルを選択し、初期候補ベクトルに依存して縮小基底で追加の候補ベクトルを決定し、候補ベクトル毎に追加の候補ベクトルを決定し、受信信号に基づいて送信完了の各送信ビット値の確率及び送信ビットの対数尤度比を決定することを含む。対数尤度比の決定は初期シンボルベクトルに対応する第１ユークリッド距離及び無線通信システムに対応する変形チャンネル状態行列を決定し、それから繰り返して追加のシンボルベクトルの追加のユークリッド距離を決定するため決定された情報を用いることを含む。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子縮小支援受信機に基づく無線通信システムにおいて受信信号から送信済ビット値の軟推定を決定する方法であって、チャンネル応答の推定を得ること、前記格子の縮小基底記述に対応し、実質的に直交基底ベクトルで成る縮小基底行列を決定すること、縮小基底チャンネルに従って前記チャンネル応答及び前記受信信号の等化に格子縮小を適用すること、特定の値を持つ送信ビットの確率を、
縮小基底において初期候補ベクトルを決定し、
前記チャンネル応答からの候補ベクトルのユークリッド距離に基づく、各送信ビットの対数尤度比(LLR)を決定することによって決定すること、
を含み、
ＬＬＲを決定するステップは、
チャンネル応答空間において前記初期候補ベクトルのユークリッド距離を決定すること、
チャンネル状態を記述しているチャンネル状態行列の列ノルムを決定すること、
更に決定された複数の候補ベクトルの複数の距離を決定すること、
を含み、
各距離は、前記初期候補シンボルベクトルに対する前記計算距離と、所定の列ノルムの選択された１つと最小候補間距離との積と、前記チャンネル応答ベクトルと前記初期候補ベクトルとのベクトル差と前記選択された所定の列とのスカラ積の２の正数倍又は負数倍のいずれかとの総和として決定される、決定方法。
【請求項２】
前記候補間距離の整数倍数は前記最小候補間距離の単一の倍数である、請求項１に従った方法。
【請求項３】
前記列ノルムと前記最小候補間距離の整数倍数との積は前記縮小基底行列と前記最小候補間距離との積を予備段階として決定することによって予め決められる、請求項１又は２に従った方法。
【請求項４】
前記候補ベクトル空間はM-QAMシンボル信号点を規定する、請求項１乃至３のいずれか1項に従った方法。
【請求項５】
前記シンボル信号点は16-QAMである、請求項４に従った方法。
【請求項６】
候補送信済シンボルベクトルの前記リストを許可送信済シンボルにマッピングするステップを更に含む、請求項１乃至５のいずれか１項に従った方法。
【請求項７】
送信済ビット確率を決定する前記ステップは送信されている各候補シンボルベクトルの確率を決定し、その後、前記送信機アンテナの各々から送信されている全ての可能なシンボルの確率を決定することを含む、請求項１乃至６のいずれか1項に従った方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか1項の方法を含み、MIMO通信チャンネルに関する情報を検出する方法。
【請求項９】
格子縮小支援受信機に基づく無線通信システムにおいて受信信号から送信済ビット値の軟推定を決定する装置であって、チャンネル応答の推定を取得する手段と、格子の縮小基底記述に対応し、実質的に直交基底ベクトルを含む縮小基底行列を決定する手段と、縮小基底チャンネルに従って格子縮小を前記チャンネル応答及び前記受信信号の等化に適用する手段と、特定値を持つ送信済ビットの確率を決定する手段とを、具備し、確率を決定する前記手段は、
縮小基底において初期候補ベクトルを決定する手段と、
前記チャンネル応答からの候補ベクトルのユークリッド距離に基づく、各送信済ビットの対数尤度比(LLR)を決定する手段と、を含み、LLRを決定する前記手段は、
前記初期候補ベクトルと前記チャンネル応答とのユークリッド距離を決定する手段と、
チャンネル状態を記述したチャンネル状態行列の列ノルムを決定する手段と、
追加決定候補ベクトルに対する距離を決定する手段と、を含み、距離を決定する前記手段は各距離を、
前記初期候補シンボルベクトルに対する前記計算距離と、所定の列ノルムの選択された１つと最小候補間距離との積と、前記チャンネル応答ベクトルと前記初期候補ベクトルとのベクトル差と前記選択された所定の列とのスカラ積の２の正数倍又は負数倍のいずれかとの総和として決定できる、決定装置。
【請求項１０】
前記候補送信済シンボルベクトルリストを許可送信済シンボルにマッピングするシンボル検証手段を更に含む、請求項９に従った装置。
【請求項１１】
前記軟情報決定手段は送信されている前記シンボルベクトルの確率を決定し、その後、前記送信機アンテナの各々から送信されている全ての可能シンボルの確率を決定できる、請求項９又は請求項１０に従った装置。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれか1項に従って装置を構成する検出器を含む、MIMO無線通信装置。
【請求項１３】
汎用コンピュータ制御通信装置において実行されると、装置に請求項１乃至８のいずれか1項の方法を実行させるコンピュータ実行可能命令を含むコンピュータプログラム製品。
【請求項１４】
汎用コンピュータ制御通信装置において実行されると、装置に請求項１乃至８のいずれか1項の方法を実行させるコンピュータ実行可能命令を記憶する記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信分野であり、特に、しかし排他的でなく、多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムである。
【背景技術】
【０００２】
一般通信システムは
【数１】
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【０００３】
として数学的に表すことができ、ここで、ＭＩＭＯシステムに対して、ｙは受信信号を表すｎ×１ベクトルであり、Ｈは通信チャンネルの伝搬特性をモデル化するｎ×ｍチャンネル行列であり、ｘは送信シンボルを表すｍ×１ベクトルであり、ｖはｎ×１ノイズベクトルであり、ｍ及びｎは送信及び受信アンテナの数をそれぞれ示す。
【０００４】
最近の文献は格子縮小(Lattice Reduction)と呼ばれる技術をどのように使用すればＭＩＭＯ検波方法の性能を改良できるかを検討している。
【０００５】
例えば、“Lattice-Reduction-Aided Detectors for MIMO Communication Systems”, (H. Yao and G.W. Wornell, Proc. IEEE Globecom, Nov 2002, pp. 424-428)は多入力多出力（ＭＩＭＯ）デジタル通信システムの性能を向上するための格子縮小（ＬＲ）技術について説明している。
【０００６】
更に、“Low-Complexity Near-Maximum-Likelihood Detection and Precoding for MIMO Systems using Lattice Reduction”, (C. Windpassinger and R. Fischer, in Proc. IEEE Information Theory Workshop, Paris, March, 2003, pp. 346-348)はYao及びWornellによって提案された格子縮小支援検波方式を研究している。それは周知のＬＬＬアルゴリズムを使用してこれを拡張しており、ＬＬＬアルゴリズムは任意の数の次元でＭＩＭＯシステムへの適用を可能にする。
【０００７】
“Lattice-Reduction-Aided Receivers for MIMO-OFDM in Spatial Multiplexing Systems”, (I. Berenguer, J. Adeane, I. Wassell and X. Wang, in Proc. Int. Symp. on Personal Indoor and Mobile Radio Communications, Sept. 2004, pp. 1517-1521, 以降 “Berenguer et al.”と称す)はマルチパス伝播で無線システムにおいて受信機の複雑さを大きく減少するため直交周波数分割多重(OFDM)の使用を説明しており、無線広帯域多重アンテナ(MIMO)システムでのその提案された使用について言及している。
【０００８】
最後に、“MMSE-Based Lattice-Reduction for Near-ML Detection of MIMO Systems”, (D. Wubben, R. Bohnke, V. Kuhn and K. Kammeyer, in Proc. ITG Workshop on Smart Antennas, Jul 2004,以降“Wubben et al.”と称す)は上述した格子縮小支援方式(lattice-reduction aided schemes)をＭＭＳＥ基準に採用している。
【０００９】
上述した出版物に使用されている技術は、数学的にはチャンネル行列Ｈの列が格子の基底を説明するものと見なすことができる概念を用いている。故に、この格子（縮小基底）は基底ベクトルが直交に近づくようにすることで計算できる。そのとき、受信機がチャンネルを等化するためにこの縮小基底を使用すれば、雑音強調が最小に維持でき、検波性能は（Wubben et al.において図４に示されるように）改善されることになる。この処理は以下のように記述されたステップからなる。即ち、
【数２】
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【００１０】
但し、Re() and Im()はそれらの引数の実数及び虚数成分を示している。
【００１１】
Berenguer et alは明確さのために方法の実軸表現(Real axis representation)がここでは使用されているが、複素平面での等化方法を説明していることに留意する。
【００１２】
多数の格子縮小アルゴリズムは技術的には存在している。１つの適切な格子縮小アルゴリズムは上記で参照したLenstra-Lenstra-Lovasz (LLL)アルゴリズムであり、これはWubben et al., 及び“Factoring Polynomials with Rational Coefficients”, (A. Lenstra, H. Lenstra and L. Lovasz, Math Ann., Vol.261, pp. 515-534, 1982, 以後 “Lenstra et al.”とする)及び“An Algorithmic Theory of Numbers, Graphs and Convexity”, (L. Lovasz, Philadelpia, SIAM, 1980, 以後“Lovasz”とする)に開示されている。
【数３】
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【００１３】
もちろん、他の等化技術が使用できる。例えば、MMSE技術、又は上記と同じ出版従来技術のようなより複雑な逐次干渉除去に基づく方法は、使用が検討される。
【００１４】
上記に従った受信機はｘに含まれる送信シンボルがM-QAM信号点から得られる知識で動作する。この制約に伴って、xrは次のように表すことができる。
【数４】
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【００１５】
但し、ｓは（信号点の次元によって制限される）整数の集合から取られ、α及びβはスカラ値である。スカラ値α及びβは図２に示されるように、使用中のM-QAM信号点の定義により求められる。αは２つの近接信号点間の最小距離に等しく、βはs=0のときの原点からのオフセットである。本実施例では、16-QAM信号点が使用され、{+/-1, +/-3}の実数及び虚数成分を持つ。故に、図２に示すように、α=2及びβ=1である。
【数５】
2010506436.tif 000007
【００１６】
但し、Q{}は量子化関数であり、これはその引数の各要素を最近整数に丸め、１は要素が１の列ベクトルである。
【００１７】
量子化関数は別として、残りの動作は整数格子の拡大縮小及び変換バージョンであるM-QAM信号点の結果である。故に、整数量子化は同じ簡単な拡大縮小及び変換動作を必要とする。
【数６】
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【００１８】
図１は無符号化システムのための他のMIMO検波方法に渡って、上述の例を含む公開技術に従った技術の相対性能を示している。‘ZF’及び‘MMSE’は標準線形検波方法を参照し、‘RL-ZF’及び‘RL-MMSE’は格子縮小支援方法を参照し、‘Sphere’は（最大尤度検波の性能に殆ど一致する）Sphere decodingアルゴリズムを用いて得られた結果を参照する。
【００１９】
（例えば、MIMOシステム用の）そのような縮小格子検波器は通常硬決定を出力する。軟出力を得るために採用できる技術の文献の唯一の言及は“From Lattice-Reduction-Aided Detection Towards Maximum-Likelihood Detection in MIMO Systems”, (C. Windpassinger, L. Lampe and R. Fischer, in Proc. Int. Conf. on Wireless and Optical Communications, Banff, Canada, July 2003, 以後“Windpassinger et al.”と称す)である。Windpassinger et alが提案している方法は複雑であり、この技術の性能は出版物では立証されていなかった。故に、簡単で立証された方法を用いて軟出力を決定できるMIMO検波器を提供することが本発明の態様の目的である。
【００２０】
米国特許6724843は受信シンボルが格子に基づく符号化を用いたマルチアンテナ通信システムで復号される検波器を開示している。シンボルは変調信号点、例えば、対角変調信号点を用いて生成され、信号点は符号化目的のための格子として特徴付けられる。例えば、マルチアンテナ通信システムの所定の通信リンクはM個の送信機アンテナと単一の受信アンテナを有していれば、対角変調信号点はM次元の格子として特徴付けることができる。受信差分シンボルの差分復号動作は信号点に対応する格子の最近似接点の決定を含む。この決定は格子のための近似直交基底を生成し、その後成分的丸めを利用する基底縮小アルゴリズムを用いて効率的方法で行うことができる。格子に基づく復号化はアンテナの特定の数とシステムレートにおいて指数関数的よりもむしろ多項式である複雑さを持つが、それにもかかわらず最尤復号の誤り率特性に近似する誤り率特性を実現する。
【００２１】
故に、Windpassinger et alを除いて、すべての他の文献に記載された縮小格子検波方式は送信済シンボルベクトルｘ＾の推定のための硬決定を出力するだけである。外部チャンネルコードを有するシステム（即ち、任意の実際のシステム）に使用されると、軟情報、例えば、対数尤度比(LLR)がビット毎に供給されれば、コードの性能は実質的に改善できる。
【００２２】
（未公開の）英国特許出願0518036.9は上記を使用する方法開示し、更に縮小基底で候補ベクトルを用いて軟推定値と求め、候補ベクトルのために決定される確率に基づいて最も有望な候補を選択する方法を提供している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
LLR評価の複雑さは多数のアンテナを使用する無線通信システムに対して、送信アンテナの数で超線形的に高まるので、計算の複雑さを減ずることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の態様は添付請求項の要旨に従って提供される。
【００２５】
本発明に従った方法はＭＩＭＯ無線通信システムで使用するのに適している。更に、受信信号は連結されてもされなくてもよい複数のアンテナからの送信結果である任意の他のシステムに使用できる。更に、この方法はマルチユーザ検波(MUD)のようなCDMAシステムに適用できる。
【００２６】
このために、本発明に従った方法又は本発明に従った検波器のいずれかで決定される確率はLLRに変換できる。
【００２７】
上記態様に加えて、本発明の態様は汎用通信互換性コンピュータを構成するプロセッサ実行可能命令の形態で提供できる。そのような命令はキャリア、記憶媒体又は信号のようなソフトウエア形態で提供できる。また、命令はフラッシュメモリのような固体メモリ手段に又はASIC又は他の事前設定処理手段によって提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明は無線通信システムの等化のための特定の実施形態を参照して説明する。図３は一般的に知られた構成のＭＩＭＯデータ通信システム１０により構成されるようなシステムを示している。
【００２９】
通信システム１０は送信装置１２及び受信装置１４により構成される。多くの状況では、無線通信装置は送信機と受信機の組み合わせ設備を備えているが、この実施例については、装置は簡単化の理由で一方向通信装置として示されていることは言うまでもない。
【００３０】
送信装置１２は（情報ビット又はシンボルから成る）データをチャンネル符号器１８に与える。チャンネル符号器１８はチャンネルインターリーバ２０及び、図示実施例では、時空符号器２２は複数の送信アンテナ２５で成る送信機アンテナアレイ２４からの同時送信のための複数のコードシンボルとして着信単一シンボル又は複数のシンボルを符号化する。この図示実施例では、３つの送信アンテナが設けられている。実際の実施では、アプリケーションによってより多く又はより少ないアンテナが設けられる。
【００３１】
符号化送信信号は送信アンテナアレイ２４と受信装置１４の対応受信アンテナアレイ２６との間に規定されるＭＩＭＯチャンネル２８を介して伝播する。受信アンテナアレイ２６は複数の受信アンテナ２７により構成され、これらアンテナは受信装置１４の格子縮小支援復号器３０に複数の入力を与える。この特定の実施形態では、受信アンテナアレイ２６は３つの受信アンテナで構成できる。
【００３２】
格子縮小支援復号器３０はＭＩＭＯチャンネル２８の効果を取り除くタスクを持っている。格子縮小支援復号器３０の出力は各送信アンテナ２５に対して１つの複数の信号ストリームを含み、各々は特定値を有する送信ビットの確率に関する所謂軟データ又は尤度データを持っている。このデータはチャンネルインターリーバ２０の効果の逆を行うチャンネル逆インターリーバ３２に与えられ、このチャンネル逆インターリーバ３２から出力される逆インターリーブビットがチャンネル復号器３４、この実施例では、畳み込み符号を復号するビタビ復号器に与えられる。チャンネル復号器３４の出力は任意の所望の方法でデータを更に処理するために、データシンク３６に与えられる。
【００３３】
格子縮小支援復号器３０の特定の機能を後述する。
【００３４】
図４は受信装置１６として（ソフトウエア又はアプリケーション特定ソフトウェアコンポーネントによって）動作可能に構成されるソフトウェアを概略的に示す。受信装置１６はワーキングメモリ１１２に記憶された機械コード命令を実行でき及び／又は大容量記憶装置１１６から検索できるプロセッサ１１０を含む。汎用バス１１４によって、ユーザ実行可能入力装置１１８はプロセッサ１１０と通信できる。ユーザ実行可能入力装置１１８は、この実施例では、キーボード及びマウスで構成されるが、他のタイプの位置決め装置、ライティングタブレット、音声認識手段又はユーザ入力動作が読み取られデータ信号に変換できる任意の他の手段のような任意の他の入力装置が代替的に用いることができることは言うまでもない。
【００３５】
オーディオ／ビデオ出力ソフトウェア装置１２０はユーザへ情報を出力するために更に汎用バス１１４に接続される。オーディオ／ビデオ出力ソフトウェア装置１２０は視覚表示装置、スピーカ又はユーザに情報を提供できる任意の他の装置を含むことができる。図４に示す実施形態では、ワーキングメモリ１１２はユーザアプリケーション１３０を記憶する。ユーザアプリケーション１３０はプロセッサ１１０によって実行されると、ユーザに対してデータ通信を可能にするユーザインタフェースを確立させる。この実施形態のアプリケーションはユーザによって常に使用できる汎用又は特定コンピュータ実施ユーティリティを確立する。
【００３６】
特定実施形態に従った通信設備１３２はアプリケーション１３０の１つを実行して生成されるデータを処理できる通信プロトコルを確立するために、ワーキングメモリ１１２に記憶され、それから他の通信装置と通信するため通信ソフトウェア装置１２２に送られる。アプリケーション１３０及び通信設備１３２を規定するソフトウエアは、便宜上、ワーキングメモリ１１２及び大容量記憶装置１１６に一部記憶できることは当然のことである。ワーキングメモリ１１２及び大容量記憶装置１１６に記憶されたデータへの可能な異なる速度のアクセスを考慮するため、メモリ管理装置がソフトウエアを効率的に管理できるように随意的に設けることができる。
【００３７】
通信設備１３２と対応してプロセッサ実行可能命令をプロセッサによって実行すると、プロセッサ１１０は認識された通信プロトコルに従って他の装置と通信を確立することができる。
【数７】
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【００３８】
【数８】
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【００３９】
【数９】
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【００４０】
【数１０】
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【００４１】
【数１１】
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【００４２】
【数１２】
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【００４３】
【数１３】
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【００４４】
【数１４】
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【００４５】
【数１５】
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【００４６】
上記定義Ｐに従った候補リストの依存はk及びx’のすべての値に対して特定されなくてもよい。これらのケースにおいて、Ｐは初期値（小さな値）に設定される。この初期値は固定値であってもよく、“Adaptive Selection of Surviving Symbol Replica Candidates Based on Maximum Reliability in QRM-MLD for OFCDM MIMO Multiplexing” (K. Higuchi, H. Kawai, N. Maeda and M. Sawahashi, in Proc. IEEE Globecom, Dallas, Dec. 2004)に記載されたような方法又は任意の他の適当な方法に従って変更できる。
【００４７】
受信機は送信完了した異なるシンボルの確率に関する情報を持っているので、これらは送信ビット毎に対数尤度比(LLR)を得るためにステップＳ−１６において処理される。本発明の本実施形態では、これは次のように行われる。
【数１６】
2010506436.tif 000018
【００４８】
ステップＳ１−１６で行われるステップの詳細な説明を図６を参照して行う。
【数１７】
2010506436.tif 000019
【００４９】
修正チャンネル状態行列(αHT)及びその列ノルムのような関連値はステップＳ２−４において計算される。しかしながら、これらは所定のチャンネル状態Ｈに対して予め計算でき、続くステップを速め、その計算複雑さを減ずるために受信機のワーキングメモリ１１２に記憶できることは留意する。
【数１８】
2010506436.tif 000020
【００５０】
図７のグラフはチャンネル復号器に対して硬情報を提供することを意図する従来の復号方法と比較して本実施例に従って行われる方法の一例の性能データを示している。図７はチャンネル復号器に対して軟情報を出力するため格子縮小検波方式を提供することによって得ることができる利点を示している。
【００５１】
本発明の特定の実施形態の前述の開示は本発明の利点を活用するため、ＭＩＭＯ送信技術を採用する任意の通信製品に適用できることは言うまでもない。更に、本発明は多重入力に基づくことができるシンボルの検波が要求される任意の環境に適用できる。これは複数のアンテナが別の場所に設けられるシステムに生じる。更に、CDMA MUDは本発明の方法を用いるための適切な基底である。
【００５２】
本発明はソフトウエア実施で説明されている。このソフトウエア実施は記憶媒体、例えば、光学ディスク上にあるようなスタンドアロンソフトウェア製品として、又は信号によって導入できる。更に、実施は既存のソフトウェアのアップグレード又はプラグインに使用できる。
【００５３】
本発明はそのように設けることができるので、それは排他的にASIC、DSPボード、フラッシュメモリのような固体メモリなどのようなソフトウェアによるものでもよい。
【００５４】
読み手は上記が本発明の実施の一例であり、他の態様、特徴、バリエーションが異なる実施形態で本発明を用いることから得ることができるのは言うまでもない。保護の範囲は添付され、図面を参照して明細書を考慮して記載されている請求項によって提供されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】非符号化システムのための標準ＭＩＭＯ検波方法と比較した上述の従来例の性能のグラフを示す。
【図２】本発明の特定の実施形態の無線通信システムに使用される格子と従来の説明した実例に使用される格子のグラフを示す。
【図３】送信機及び受信機を含むＭＩＭＯシステムを概略的に示す。
【図４】図３の受信機を更に詳細に示す。
【図５】図４に示される検波器によって動作する検波方法を示す。
【図６】図５に示される検波方法の対数尤度比を決定するステップを実施するルーチンを示す。
【図７】符号化システムのための標準ＭＩＭＯ検波方法と比較して上述の従来例の性能のグラフを示す。
【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】
2010506436.tif 000025
【図６】
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【図７】
2010506436.tif 000027
【国際調査報告】
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2010506436.tif 000029
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