JP4387282B2 - 信号分離装置及び信号分離方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に多入力多出力（ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）方式の無線通信の技術分野に関連し、特にＭＩＭＯ方式用の受信機に使用される信号分離装置及び信号分離方法に関連する。

この種の技術分野では、現在及び次世代以降の大容量高速情報通信を実現するための研究開発が進められている。例えば、単入力単出力（ＳＩＳＯ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｓｉｎｇｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）方式に加えて、通信容量を増やす観点から、単入力多出力（ＳＩＭＯ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）方式、多入力単出力（ＭＩＳＯ：Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｓｉｎｇｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）方式、更には多入力多出力（ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）方式等に関する研究がなされている。

図１は、送信機１０２及び受信機１０４を含むＭＩＭＯ方式の通信システムの概要を示す。ＭＩＭＯ方式では、複数の送信アンテナ１０６−１〜Ｎから別々の信号が、同時に同一の周波数で送信される。これらの送信信号は複数の受信アンテナ１０８−１〜Ｎにて受信される。簡単のため、送信アンテナ数及び受信アンテナ数は共にＮ個とされているが、異なるアンテナ数であってもよい。受信機１０４内では、各受信アンテナで受信された受信信号に基づいて、送信機からの複数の信号を個々の信号に分離する処理が行なわれる。分離後の信号は、更なる復調処理を行なうために後段の処理要素に与えられる。

受信機１０４で行なわれる信号分離法にはいくつかの手法が存在する。１つは、最尤判定（ＭＬＤ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）法と呼ばれる方法である。これは、複数の送信アンテナから送信された複数の送信信号と受信信号との全ての可能な組合せについてユークリッド距離又はその二乗を算出し、最小の距離を与える送信信号の組合せを選択するものである。この手法によれば、複数の送信信号を個々の信号に確実に分離できるが、二乗ユークリッド距離を多数回計算することに起因して、信号分離に要する演算負担が大きくなってしまう問題点がある。例えば、４つの送信信号が、１６ＱＡＭの変調方式で４本の送信アンテナからそれぞれ送信されたとする。この場合に、１つの送信信号は、１６個の信号点の何れかにマッピングされるので、受信信号に含まれる送信信号内容の組合せの総数は、（１つの送信信号に対する信号点数）^{（送信アンテナ数）}＝１６^４＝６５５３６通りにもなってしまう。これら全ての組合せについて二乗ユークリッド距離を計算し、最も確からしい組合せを選択することは、非常に大きな演算能力を要し、特に移動端末の小型化を妨げてしまう。更に、演算負担が大きいと、電力消費量も大きくなり、小型の移動端末には特に不利になる。

ＭＬＤ法を改善した信号分離法に、ＱＲＭ−ＭＬＤ法がある。これは、ＭＬＤ法にＱＲ分解とＭアルゴリズムを組み合わせることで、二乗ユークリッド距離の計算回数を減らそうとするものである。この方法によれば、二乗ユークリッド距離の計算回数を、上記の想定例の場合に、（初段の信号点候補数）＋（新たに追加される信号点候補数）×（前段階で生き残った信号点候補数）×（送信アンテナ数）＝１６＋１６×１６×３＝７８４回に減らすことができる。このようなＱＲＭ−ＭＬＤ法は、例えば非特許文献１に説明されている。

図２は、従来のＱＲＭ−ＭＬＤ法による信号分離を行なう受信機の部分ブロック図を示す。簡単のため、４つの送信信号ｘ＝（ｘ_１．．．ｘ_４）^Ｔが、１６ＱＡＭの変調方式で４本の送信アンテナからそれぞれ送信されるものとする（上付文字の記号Ｔは、転置を表す。）。受信機は、複数の受信アンテナ２０２−１，２０２−２，２０２−３，２０２−４と、チャネル推定部２０４と、ランク付け部２０６と、並べ換え部２０８と、ＱＲ分解部２１０と、信号変換部２１２と、最尤判定部２１４と、尤度出力部２１５とを有する。最尤判定部２１４は、４つの判定部２１６−１，２１６−２，２１６−３，２１６−４を有する。判定部の数は、送信信号数に合わせて設けられる。各判定部は同様な処理ブロックを有するので、第４の判定部２１６−４がそれらを代表して説明される。判定部は、シンボルレプリカ生成部２１８−４と、二乗ユークリッド距離算出部２２０−４と、生き残りシンボル候補選択部２２２−４とを有する。

チャネル推定部２０４は、送信及び受信の双方の側で既知のパイロット信号を含む受信信号に基づいて、チャネルインパルス応答値（ＣＩＲ：ｃｈａｎｎｅｌ ｉｍｐｌｕｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）又はチャネル推定値を求める。チャネル推定値ｈ_ｎｍを行列要素とする行列Ｈは、チャネル行列と呼ばれる。但し、ｈ_ｎｍはｍ番目の送信アンテナとｎ番目の受信アンテナ間のチャネル推定値を表し、目下の例では、１≦ｎ，ｍ≦４ である。

ランク付け部２０６は、受信された複数の受信信号ｙ_１，．．．，ｙ_４を電力の大きさの順に格付け又はランキングする。

並べ換え部２０８は、複数の受信信号の並ぶ順序をＱＲ分解部２１０及び信号変換部２１２に通知する。

ＱＲ分解部２１０は、チャネル推定部２０４で求められたチャネル行列Ｈが、ユニタリ行列Ｑ及び上三角行列Ｒの積で表現されるように、行列Ｑ，Ｒを求める（Ｈ＝ＱＲ）。

信号変換部２１２は、複数の受信信号を成分とするベクトルｙ＝（ｙ_１．．．ｙ_４）^Ｔに、ユニタリ行列Ｑの共役転置行列Ｑ^Ｈを乗算することで、信号変換を行なう。上付き文字のＨは、共役転置を表す。送信信号ｘ及び受信信号ｙの間には、ｙ＝Ｈｘ＝ＱＲｘ が成立する。この式に左からＱ^Ｈを乗算すると、左辺は、Ｑ^Ｈｙ＝ｚ となり、右辺は、Ｑ^ＨＱＲｘ＝Ｑ^−１ＱＲｘ＝Ｒｘ
となるので、送信及び受信信号の関係は、ｚ＝Ｒｘ のように表現できる。但し、ｚ＝（ｚ_１．．．ｚ_４）^Ｔ＝Ｑ^Ｈｙ である。

上記の関係式は、
ｚ_１＝ｒ_１１ｘ_１＋ｒ_１２ｘ_２＋ｒ_１３ｘ_３＋ｒ_１４ｘ_４
ｚ_２＝ｒ_２２ｘ_２＋ｒ_２３ｘ_３＋ｒ_２４ｘ_４
ｚ_３＝ｒ_３３ｘ_３＋ｒ_３４ｘ_４
ｚ_４＝ｒ_４４ｘ_４
とも書ける。

最尤判定部２１４は、最尤判定法（ＭＬＤ法）により、送信信号のシンボル候補を絞り込む。判定部２１６−４のシンボルレプリカ生成部２１８−４は、上三角行列Ｒの行列要素を用いて、受信信号ｘ_４に対応する送信信号のシンボル候補を生成する。シンボル候補数は例えばＣ個である。

二乗ユークリッド距離算出部２２０−４は、変換後の受信信号ｚ_ｉと、Ｃ個のシンボル候補との二乗ユークリッド距離を算出する。二乗ユークリッド距離は、尤度を計算する際の基礎となるメトリックを表す。二乗ユークリッド距離の小さいシンボル候補が、送信されたシンボルに近いものとして判断される。

生き残りシンボル候補選択部２２２−４は、各候補に対する二乗ユークリッド距離に基づいて、Ｓ_１（≦Ｃ）個のシンボル候補を、生き残りシンボル候補として出力する。

尤度出力部２１５は、最終段の生き残りシンボル候補選択部から出力されたシンボル候補の尤度又は確からしさを算出する。より具体的には、この尤度は、対数尤度比（ＬＬＲ：Ｌｏｇ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｒａｔｉｏ）で表現される。尤度出力部２１５からの出力は、信号分離結果を表し、後段の復調部（例えば、ターボデコーダ）へ伝送される。

動作が次に説明される。受信機は、送信信号を４本の受信アンテナで受信信号ｙ_１〜ｙ_４として受信する。それらはチャネル推定部２０４及び信号変換部２１２に与えられる。チャネル推定部２０４、ランク付け部２０６及び並べ換え部２０８により、複数の受信信号の並ぶ順序が決定される。ここでは、受信電力の大きさの順に受信信号が並べられ、簡単のため、ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４の順に受信電力が大きくなっているものとする。受信信号は、信号変換部２１２により、ｚ＝（ｚ_１．．．ｚ_４）^Ｔ＝Ｑ^Ｈｙ のように変換され、変換後の信号が最尤判定部２１４に入力される。

最尤判定部２１４における第１段階では、初期設定に相当する処理が判定部２１６−４にて行なわれる。この段階では、上記のｚ_４に関する式に着目する。行列要素ｒ_４４は既知であるので、ｚ_４が１つの送信信号ｘ_４にのみ依存していることが分かる。従って、送信信号ｘ_４は、高々１６通りの信号点の候補しかない。シンボル候補生成部２１８−４は、ｘ_４に関する１６個（Ｃ＝１６）のシンボル候補を生成する。これらのシンボル候補と第４の受信信号ｚ_４との二乗ユークリッド距離が、二乗ユークリッド距離算出部２２０−４で算出され、距離の小さい順にＳ_１個のシンボル候補が、生き残ったシンボル候補として選択される。

第２段階は、判定部２１６−３にて行なわれる。ここでは、ｚ_３に関する式に着目する。行列要素ｒ_３３，ｒ_３４は既知であり、ｘ_４には１６通りの候補があり、ｘ_３についても１６通りの信号点の候補が存在する。ｘ_３に関する新たな信号点として１６個の信号点が、シンボル生成部２１８−３により導入される。従って、１６×１６＝２５６通りの信号点の組合せがあり得る。これらのシンボル候補と第３の受信信号ｘ_３との２５６通りの二乗ユークリッド距離が算出され、その値の小さい順に１６個（Ｓ_２＝１６）の組合せを選択することで、シンボル候補が絞り込まれる。

第３段階は、判定部２１６−２にて、同様な処理が行なわれる。この段階では、ｚ_２に関する式に着目する。行列要素ｒ_２２，ｒ_２３，ｒ_２４は既知であり、送信信号ｘ_３，ｘ_４の組合せは前段で１６通りの候補に絞られており、ｘ_２については１６通りの信号点の候補が存在する。このため、シンボル候補生成部２１８−２は、ｘ_２に関する１６個のシンボル候補を生成する。この場合も、２５６通りの信号点の組合せの中から、二乗ユークリッド距離の小さい１６通り（Ｓ_３＝１６）の候補を選択することで、シンボル候補が絞り込まれる。

第４段階は、判定部２１６−１にて、同様な処理が行なわれる。この段階では、ｚ_１に関する式に着目する。行列要素ｒ_１１，ｒ_１２，ｒ_１３，ｒ_１４は既知であり、送信信号ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４の組合せは前段で１６通りの候補に絞られており、ｘ_１については１６通りの信号点の候補が存在する。このため、シンボル候補生成部２１８−１は、ｘ_１に関する１６個のシンボル候補を生成する。この場合も、２５６通りの信号点の組合せの中から、二乗ユークリッド距離の小さい１６通り（Ｓ_４＝１６）の候補を選択することで、シンボル候補が絞り込まれる。

このようにして、各段階でシンボル候補数を一定数（Ｓ_１≦Ｃ等）以下に制限することで、総ての可能な信号点の組合せについて二乗ユークリッド距離を算出せずに、送信信号のシンボル候補を絞り込むことができる。
Ｋ．Ｊ．Ｋｉｍ，ｅｔ ａｌ．，"Ｊｏｉｎｔ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄａｔａ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｆｏｒ ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ"， Ｐｒｏｃ．３６ｔｈ Ａｓｉｌｏｍａｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｉｇｎａｌｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ，Ｎｏｖ．２００２

ところで、上記の手法では、１つの送信信号に着目すると、第１段階から順に第４段階へ進むにつれて、シンボル候補数が徐々に減ってゆく。例えば、第１段階で導入された第４の送信信号ｘ_４についての候補数は、第２段階、第３段階そして第４段階へ進むにつれて少なくなる（絞り込まれてゆく）。同様に、第２段階で導入された第３の送信信号ｘ_３についての候補数も、第３段階、第４段階へ進むにつれて少なくなる。第３段階で導入された第２の送信信号ｘ_２についての候補数は、第４段階へ進む際に少なくなる。そして、第４段階で導入された第１の送信信号ｘ_１についての候補は、最尤判定部からの出力に、そのまま反映されることになる。

図３は、各段階を経るにつれて、シンボル候補数が徐々に少なくなる様子を示す。送信信号ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４の上に描かれた円の大きさは、各段階における候補数に対応し、第４段階では、第４の送信信号ｘ_４に関するシンボル候補数が最も少なく、第１，第２及び第３の送信信号ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３の順にシンボル候補数が少なくなっていることが分かる。従って、第４の送信信号ｘ_４の候補が過剰に絞り込まれ、第４段階に至ったときに、送信信号ｘ_４の真のシンボル候補を見逃してしまっていることが懸念される。第３の送信信号ｘ_３の候補についても、送信信号ｘ_４ほどではないが、過剰に絞り込まれ、第４段階に至ったときに、送信信号ｘ_３の真のシンボル候補を見逃してしまっていることも懸念される。図示の例では、破線枠で囲まれた送信信号ｘ_４，ｘ_３に関するシンボル候補数が、非常に少なくなっている様子が描かれている。真のシンボル候補を見逃してしまうと、その送信信号についての推定精度、即ち伝送特性は劣化することになる。電力値の高い信号を第１段階で判別される送信信号として取り扱うことで、そのような過剰な絞り込みをある程度緩和できるかもしれないが、それで充分であるとは言えない。各段階における生き残りシンボル候補数を増やせば、シンボル候補の過剰な絞り込みを避けることができるかもしれない。しかし、それと引き替えに、二乗ユークリッド距離を計算する演算負担が飛躍的に増大してしまう。

図４は、第１乃至第４の送信信号ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４を、上記の想定例の下に信号分離を行なった場合のシミュレーション結果を示す。シミュレーションで使用された主な条件は次のとおりである。

送信及び受信アンテナ数Ｎ： ４本
変調方式： １６ＱＡＭ
ターボ符号化率Ｒ： ８／９
想定されるマルチパス数Ｌ： ６
遅延スプレッドσ： ０，２６μｓｅｃ
図中、横軸は、受信アンテナ当たりの、情報１ビット当たりの信号電力対雑音電力密度比（Ｅｂ／Ｎ_０）の平均を表す。縦軸は、平均パケットエラーレート（ＰＥＲ）を表す。▲印、◆印、■印及び●印は、送信信号ｘ_４，ｘ_３，ｘ_２，ｘ_１の推定結果をそれぞれ示す。図示されているように、シンボル候補数が最も少なくなる送信信号ｘ_４（▲印）の推定精度が最も悪く、シンボル候補数が最も多く確保される送信信号ｘ_１（●印）の推定精度が最も良いことが分かる。送信信号ｘ_２，ｘ_３についても同様な傾向が見受けられる。このように、従来のＱＲＭ−ＭＬＤ法による信号分離法では、一部の送信信号（ひいては送信信号全体）の推定精度が劣化することが懸念される。また、従来の信号分離法は、複数の送信信号の中で、信号推定精度の良否がばらついてしまう点でも不都合である。

本発明は、上記問題点の少なくとも１つに対処するためになされたものであり、その課題は、ＭＩＭＯ方式の通信システム用の受信機における信号分離精度を向上させる信号分離装置及び信号分離方法を提供することである。

本発明では、複数の受信アンテナで受信された複数の受信信号を、複数の送信アンテナから送信された複数の送信信号に分離する信号分離装置が使用される。本装置は、
第１の順序に並べられた複数の受信信号を用いて、ＱＲＭ−ＭＬＤ法により複数の送信信号のシンボル候補を順に判定する第１の判定手段と、
前記第１の順序とは異なる第２の順序に並べられた複数の受信信号を用いて、ＱＲＭ−ＭＬＤ法により複数の送信信号のシンボル候補を順に判定する第２の判定手段と、
少なくとも第１及び第２の判定手段による判定結果に基づいて、複数の送信信号のシンボル候補及び尤度を出力する出力手段と
を備える。

本発明によれば、ＭＩＭＯ方式の通信システム用の受信機における信号分離精度を向上させることができる。

本発明の一態様によれば、複数の受信信号が第１の順序に並べられ、ＱＲＭ−ＭＬＤ法により複数の送信信号のシンボル候補が第１の順序に従って判定され、前記第１の順序とは異なる第２の順序に複数の受信信号が並べられ、ＱＲＭ−ＭＬＤ法により複数の送信信号のシンボル候補が第２の順序に従って判定され、第１及び第２の順序に関して得られた判定結果に基づいて、複数の送信信号のシンボル候補及び尤度が出力される。これにより一方の最尤判定で見逃されたシンボル候補が、他方の最尤判定では見逃されずに済む可能性が生じ、双方の判定結果を考慮することで、信号推定精度を向上させることができる。 従って、演算負担を過剰に増やさずに、推定精度を向上させることができる。また、送信シンボル間の推定精度のばらつきを小さくすることもできる。

本発明の一態様によれば、前記第２の順序が、前記第１の順序を逆に並べたものである。これにより、一方の最尤判定で見逃されたシンボル候補が、他方の最尤判定にて高い確率で維持されるようにすることができる。

本発明の一態様によれば、前記第２の判定手段が、前記第１の判定手段の判定結果に従って一部の送信信号のシンボル候補を決定し、残りの送信信号のシンボル候補をＱＲＭ−ＭＬＤ法により前記第２の順序で判定する。これにより、第２の判定手段における演算負担を軽減することができる。

本発明の一態様によれば、前記出力手段が、前記第１及び前記第２の判定手段の判定結果に共通に含まれるシンボル候補の尤度を更新する。一例では、更新された尤度が、前記第１及び前記第２の判定手段により求められたシンボル候補の個々の尤度の重み付け平均値である。一例では、更新された尤度が、前記第１及び前記第２の判定手段により求められたシンボル候補の個々の尤度の何れよりも小さい値である。一例では、更新された尤度が、前記第１及び前記第２の判定手段により求められたシンボル候補の個々の尤度の何れかに等しい。これにより、双方の判定結果に共通に含まれるシンボル候補の確からしさをより適切に評価することができる。

以下、本発明による実施例が説明される。

図５は、本発明の一実施例による信号分離法を行なう受信機の部分ブロック図を示す。簡単のため、４つの送信信号ｘ＝（ｘ_１．．．ｘ_４）^Ｔが、１６ＱＡＭの変調方式で４本の送信アンテナからそれぞれ送信されるものとする。但し、アンテナ数や変調方式等はそれらに限定されない。受信機は、複数の受信アンテナ５０２−１，５０２−２，５０２−３，５０２−４と、チャネル推定部５０４と、ランク付け部５０６と、並べ換え部５０８−１，２と、ＱＲ分解部５１０−１，２と、信号変換部５１２−１，２と、最尤判定部５１４−１，２と、シンボル候補選択部５１６と、尤度出力部５１８とを有する。最尤判定部５１４−１，２は、図２の最尤判定部２１４と同様な構成及び機能を有するので、詳細な説明は省略される。

チャネル推定部５０４は、送信及び受信の双方の側で既知のパイロット信号を含む受信信号に基づいて、チャネルインパルス応答値（ＣＩＲ）又はチャネル推定値を求める。チャネル推定値ｈ_ｎｍを行列要素とする行列Ｈは、チャネル行列と呼ばれる。但し、ｈ_ｎｍはｍ番目の送信アンテナとｎ番目の受信アンテナ間のチャネル推定値を表し、目下の例では、１≦ｎ，ｍ≦４ であるが、アンテナ数は様々な値をとり得る。

ランク付け部５０６は、受信された複数の送信信号ｘ_１，．．．，ｘ_４を信号品質の順に格付けする。信号品質は、受信信号電力の大きさ、総受信電力に対する希望波電力又は非希望波電力の割合等によって評価される。

並べ換え部５０８−１は、ランク付け部５０６により個々の受信信号に付されたランクに従って、複数の受信信号を第１の順序に並べ、その順序をＱＲ分解部５１０−１及び信号変換部５１２−１に通知する。本実施例では、第１の順序は、個々の受信信号の受信信号電力が徐々に大きくなるような順序である。簡単のため、第１の順序は、ｙ_１，ｙ_２，ｙ_３，ｙ_４ であるものとする。

並べ換え部５０８−２は、ランク付け部５０６により個々の受信信号に付されたランクに従って、複数の受信信号を第２の順序に並べ、その順序をＱＲ分解部５１０−２及び信号変換部５１２−２に通知する。本実施例では、第２の順序は、個々の受信信号の受信信号電力が徐々に小さくなるような順序、即ち第１の順序とは逆の順序である。受信信号を第２の順序に並べると、ｙ_４，ｙ_３，ｙ_２，ｙ_１ となる。

ＱＲ分解部５１０−１は、チャネル推定部５０４で求められたチャネル行列Ｈが、ユニタリ行列Ｑ及び上三角行列Ｒの積で表現されるように、行列Ｑ，Ｒを求める（Ｈ＝ＱＲ）。行列Ｑに関する情報は信号変換部５１２−１に与えられ、行列Ｒに関する情報は最尤判定部５１４−１に与えられる。

ＱＲ分解部５１０−２は、チャネル推定部５０４で求められたチャネル行列Ｈが、ユニタリ行列Ｑ’及び上三角行列Ｒの積で表現されるように、行列Ｑ’，Ｒ’を求める（Ｈ’＝Ｑ’Ｒ’）。行列Ｑ’に関する情報は信号変換部５１２−２に与えられ、行列Ｒ’に関する情報は最尤判定部５１４−２に与えられる。並べ換え部５０８−１，２により、複数の受信信号は、異なる順序でＱＲ分解部５１０−１，２にそれぞれ入力される。チャネル行列は、その受信信号の並び方に依存して異なるので、ＱＲ分解部５１０−１，２で算出されるユニタリ行列及び上三角行列も相違するのが一般的である。

信号変換部５１２−１は、複数の受信信号を成分とするベクトルｙ＝（ｙ_１ ｙ_２ ｙ_３ｙ_４）^Ｔに、ユニタリ行列Ｑの共役転置行列Ｑ^Ｈを乗算することで、信号変換を行なう（ｚ＝Ｑ^Ｈｙ）。信号変換後の受信信号ｚと送信信号ｘとの間には、ｚ＝Ｒｘ が成立する。

上記の関係式は、
ｚ_１＝ｒ_１１ｘ_１＋ｒ_１２ｘ_２＋ｒ_１３ｘ_３＋ｒ_１４ｘ_４
ｚ_２＝ｒ_２２ｘ_２＋ｒ_２３ｘ_３＋ｒ_２４ｘ_４
ｚ_３＝ｒ_３３ｘ_３＋ｒ_３４ｘ_４
ｚ_４＝ｒ_４４ｘ_４
と書ける。

信号変換部５１２−２は、複数の受信信号を成分とするベクトルｙ’＝（ｙ_４ ｙ_３ ｙ_２ ｙ_１）^Ｔに、ユニタリ行列Ｑの共役転置行列Ｑ^Ｈを乗算することで、信号変換を行なう（ｚ’＝Ｑ’^Ｈｙ’）。信号変換後の受信信号ｚと送信信号ｘとの間には、ｚ＝Ｒｘ が成立する。

上記の関係式は、
ｚ_１’＝ｒ_１１’ｘ_４＋ｒ_１２’ｘ_３＋ｒ_１３’ｘ_２＋ｒ_１４’ｘ_１
ｚ_２’＝ｒ_２２’ｘ_３＋ｒ_２３’ｘ_２＋ｒ_２４’ｘ_１
ｚ_３’＝ｒ_３３’ｘ_２＋ｒ_３４’ｘ_１
ｚ_４’＝ｒ_４４’ｘ_１
と書ける。

最尤判定部５１４−１は、最尤判定法（ＭＬＤ法）により、送信信号のシンボル候補を絞り込む。図２の最尤判定部２１４と同様に、最尤判定部５１４−１は、送信信号ｘ_４，ｘ_３，ｘ_２，ｘ_１の順にシンボル候補を判定し、判定結果を出力する。判定結果は、判定されたシンボル候補Ｓ_１，ｉ及びその候補に対するメトリックｅ_１，ｉにより表現される。添え字の「１」は第１の順序に関連することを示す。添え字の「ｉ」は、多数のシンボル候補の内のどれが選択されたかを示すインデックスである。メトリックは、例えば、二乗ユークリッド距離により表現できる。

最尤判定部５１４−２も、最尤判定法（ＭＬＤ法）により、送信信号のシンボル候補を絞り込む。最尤判定部５１４−２は、最尤判定部５１４−１とは異なり、送信信号ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４の順にシンボル候補を判定し、判定結果を出力する。判定結果は、判定されたシンボル候補Ｓ_２，ｊ及びその候補に対するメトリックｅ_２，ｊにより表現される。添え字の「２」は第２の順序に関連することを示す。添え字の「ｊ」は、多数のシンボル候補の内のどれが選択されたかを示すインデックスである。

シンボル候補選択部５１６は、各最尤判定部５１４−１，２からの出力に基づいて、１以上のシンボル候補Ｓ’_ｍをメトリックｅ’_ｍと共に最尤判定結果として出力する。第１及び第２の順序による判定結果から最終的な判定結果を導出するには、様々な手法があり得る。例えば、第１及び第２の判定結果に、ｍ番目のシンボル候補が共通に含まれており、それがシンボル候補Ｓ_１，ｍ，Ｓ_２，ｍ及びメトリックｅ_１，ｍ，ｅ_２，ｍとして、最尤判定部５１４−１，２からそれぞれ出力されたとする。この場合に、シンボル候補選択部５１６は、そのｍ番目のシンボル候補を、そこから出力するシンボル候補Ｓ’_ｍに決定する。シンボル候補選択部５１６から出力するメトリックｅ’_ｍは、個々のメトリックの平均値（ｅ_１，ｍ＋ｅ_２，ｍ）／２でもよいし、その平均値を縮小した値（ｅ_１，ｍ＋ｅ_２，ｍ）／（２Ｘ）（Ｘ＞１）でもよいし、重み付け平均値（ｃ_１×ｅ_１，ｍ＋ｃ_２×ｅ_２，ｍ）（ｃ_１，ｃ_２は重み係数）でもよいし、何れか小さい値ｍｉｎ｛ｅ_１，ｍ，ｅ_２，ｍ｝でもよいし、その小さい値を縮小した値ｍｉｎ｛ｅ_１，ｍ，ｅ_２，ｍ｝／Ｘ（Ｘ＞１）でもよいし、小さな固定値等でもよい。或いは、シンボル候補選択部５１６から出力されるがシンボル候補のうち、第１及び第２の判定結果に共通に含まれないところのシンボル候補のメトリックを、共通に含まれているものに比較して大きくしてもよい。

尤度出力部５１８は、シンボル候補選択部５１６から出力されたシンボル候補の尤度を算出する。より具体的には、この尤度は、対数尤度比（ＬＬＲ）で表現される。尤度出力部５１８からの出力は、信号分離結果を表し、例えばターボデコーダのような後段の復調部へ伝送される。

図６は、本発明の一実施例による信号分離法を示すフローチャートである。フローはステップ６０２から始まり、ステップ６０４に進む。ステップ６０４では、受信信号が第１の順序に並べ換えられる。第１の順序は、例えば、受信信号電力の大きさの順序である。この並べ換えは、図５のランク付け部５０６及び並べ換え部５０８−１で行なわれる。

ステップ６０６では、第１の順序に並ぶ複数の受信信号を用いて、ＱＲＭ−ＭＬＤ法により、送信信号のシンボル候補が求められる。

ステップ６０８では、受信信号が第２の順序に並べ換えられる。第２の順序は、例えば、第１の順序と逆の順序である。この並べ換えは、図５のランク付け部５０６及び並べ換え部５０８−２で行なわれる。

ステップ６１０では、第２の順序に並ぶ複数の受信信号を用いて、ＱＲＭ−ＭＬＤ法により、送信信号のシンボル候補が求められる。

ステップ６１２では、ステップ６０６及び６１０で得られたシンボル候補に基づいて、最尤判定結果としてのシンボル候補及びメトリックが出力される。

以後、フローはステップ６１４に進み、終了する。説明の便宜上、第１の順序による最尤判定のステップ６０６の後に、並べ換えのステップ６０８及び第２の順序による最尤判定のステップ６１０が行なわれているが、このことは本発明に必須ではなく、ステップの順序は逆でもよいし、ステップの全部又は一部が同時に行なわれてもよい。

図７は、シンボル候補を順に絞り込んでゆく様子を示す説明図である。図中上段に第１の順序による最尤判定の様子が描かれ、下段に第２の順序による最尤判定の様子が描かれている。送信信号ｘ_１〜ｘ_４に関連して描かれている円の大きさは、シンボル候補数に対応する。上段に示されているように、送信信号ｘ_４，ｘ_３，ｘ_２対するシンボル候補が、段階を増す毎に減少している。最終段階である第４段階で出力されるシンボル候補Ｓ_１，ｉに含まれる送信信号の候補数は、ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４の順に少なくなっている。従って、第１段階や第２段階のような早期の段階で判別された送信信号ｘ_４，ｘ_３に関する確からしさが、過剰に小さくなってしまう虞がある（送信信号ｘ_１，ｘ_２に対する確からしさは比較的大きい）。

しかしながら、本実施例では、下段に示されるように、第１とは異なる第２の順序に並んだ受信信号に基づく最尤判定も行なわれる。第２の順序による最尤判定では、送信信号ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３対するシンボル候補が、段階を増す毎に減少している。最終段階である第４段階で出力されるシンボル候補Ｓ_２，ｉに含まれる送信信号の候補数は、ｘ_４，ｘ_３，ｘ_２，ｘ_１の順に少なくなっている。

従って、第１段階や第２段階のような早期の段階で判別された送信信号ｘ_１，ｘ_２に関する確からしさが、過剰に小さくなってしまう虞はあるが、送信信号ｘ_３，ｘ_４に対する確からしさは大きく維持することができる。従って、第１の順序による最尤判定で送信信号ｘ_３，ｘ_４に関するシンボル候補が過剰に少なくなってしまったとしても、第２の順序による最尤判定結果を考慮することで、不適切な絞り込みを補償することができる。

本実施例では、説明を簡単にするため、受信電力の大きさの順に互いに逆向きの第１及び第２の順序が使用されたが、別の基準で順序が決定されてもよい。例えば、総電力に対する希望波信号電力の割合（ＳＩＲ等）に従う順序が採用されてもよい。また、第２の順序が第１の順序と厳密に逆に並んでいなくてもよい。例えば、第２の順序は、第１の順序における一部の信号の順序を異ならせることで（例えば、ｘ_１とｘ_４の位置を置換することで）、設定されてもよい。第１及び第２の順序が異なっていれば、一方の最尤判定部で見逃したシンボル候補を他方の最尤判定部で維持できるかもしれないからである。但し、本実施例のように、第１と第２の順序が逆になっていれば、送信信号ｘ４に関して最尤判定部５１４−１で見逃したシンボル候補を、最尤判定部５１４−２にて最も大きな確率で捕捉することができる。更に、本実施例では、第１及び第２の順序が使用されたが、３以上の順序を設定し、それらの順序に関連する最尤判定を行ない、それらの判定結果から最終的なシンボル候補が選択されてもよい。受信信号を並べる順序の種類を多くすることで、シンボル候補の過剰な絞り込みを回避する可能性を高くすることができる。

実施例１では、第１の順序に関する最尤判定と、第２の順序に関する最尤判定とが全く独立して行なわれていたが、一方の判定結果の一部が他方の判定演算に援用されてもよい。例えば、図５の第１の順序に関する最尤判定結果のうち、第１及び第２の送信信号ｘ_１，ｘ_２に関する判定結果が、第２の順序に関する最尤判定に利用されてもよい。最尤判定部５１４−１から最尤判定部５１４−２への情報提供は、信号線５２０を通じて行なわれる。

図８に示されるように、第１の順序に関する判定結果Ｓ_１，ｉに含まれる第１及び第２の送信信号ｘ_１，ｘ_２のシンボル候補（破線枠で囲まれるもの）が、第２の順序に関する最尤判定に使用される。図示の例では、第１乃至第４段階総てではなく、第３及び第４段階のみを行なえばよい。第２の順序に関する最尤判定における第１段階及び第２段階の演算を省略できるので、その分だけ演算負担を軽減することができる。従って、最尤判定部５１４−１における（第１及び第２の送信信号ｘ_１，ｘ_２に関する）最尤判定結果の信頼性が高い場合に、本実施例は特に有利である。

ＭＩＭＯ方式の通信システムの概要を示す図である。 従来の信号分離を行なう受信機の部分ブロック図である。 シンボル候補を絞り込んでゆく様子を示す説明図である。 従来の信号分離法によるシミュレーション結果を示す図である。 本発明の一実施例による信号分離を行なう受信機の部分ブロック図である。 本発明の一実施例による信号分離法を示すフローチャートである。 各最尤判定部が独立してシンボル候補を絞り込んでゆく様子を示す説明図である。 最尤判定部の一方が他方に連動してシンボル候補を絞り込んでゆく様子を示す説明図である。

符号の説明

１０２ 送信機； １０４ 受信機； １０６−１〜Ｎ 送信アンテナ； １０８−１〜Ｎ 受信アンテナ；
２０２−１〜４ 受信アンテナ； ２０４ チャネル推定部； ２０６ ランク付け部； ２０８ 並べ換え部； ２１０ ＱＲ分解部； ２１２ 信号変換部； ２１４ 最尤判定部； ２１５ 尤度出力部； ２１６−１〜４ 判定部； ２１８−１〜４ シンボルレプリカ生成部； ２２０−１〜４ 二乗ユークリッド距離算出部； ２２２−１〜４ 生き残りシンボル候補選択部；
５０２−１〜４ 受信アンテナ； ５０４ チャネル推定部； ５０６ ランク付け部； ５０８−１，２ 並べ換え部； ５１０−１，２ ＱＲ分解部； ５１２−１，２ 信号変換部； ５１４−１，２ 最尤判定部； ５１６ シンボル候補選択部； ５１８ 尤度出力部； ５２０ 信号線

Claims (9)

1. 複数の受信アンテナで受信された複数の受信信号を、複数の送信アンテナから送信された複数の送信信号に分離する信号分離装置であって、
   第１の順序に並べられた複数の受信信号を用いて、ＱＲＭ−ＭＬＤ法により複数の送信信号のシンボル候補を判定する第１の判定手段と、
   前記第１の順序とは異なる第２の順序に並べられた複数の受信信号を用いて、ＱＲＭ−ＭＬＤ法により複数の送信信号のシンボル候補を判定する第２の判定手段と、
   少なくとも第１及び第２の判定手段による判定結果に基づいて、複数の送信信号のシンボル候補及び尤度を出力する出力手段と
   を備え、前記第２の判定手段は、前記第１の判定手段の判定結果に従って一部の送信信号のシンボル候補を決定し、残りの送信信号のシンボル候補をＱＲＭ−ＭＬＤ法により前記第２の順序で判定する
   ことを特徴とする信号分離装置。
2. 複数の受信信号の並ぶ順序を定める並べ替え手段と、
   複数の受信信号及び複数の送信信号の間のチャネル行列を、ユニタリ行列及び三角行列に分解する手段と
   を備えることを特徴とする請求項１記載の信号分離装置。
3. 前記第２の順序が、前記第１の順序を逆に並べたものである
   ことを特徴とする請求項１記載の信号分離装置。
4. 前記第１又は前記第２の順序が、受信信号の信号品質の良い順序である
   ことを特徴とする請求項１記載の信号分離装置。
5. 前記出力手段が、前記第１及び前記第２の判定手段の判定結果に共通に含まれるシンボル候補の尤度を更新する
   ことを特徴とする請求項１記載の信号分離装置。
6. 更新された尤度が、前記第１及び前記第２の判定手段により求められたシンボル候補の個々の尤度の重み付け平均値である
   ことを特徴とする請求項５記載の信号分離装置。
7. 更新された尤度が、前記第１及び前記第２の判定手段により求められたシンボル候補の個々の尤度の何れよりも小さい値である
   ことを特徴とする請求項５記載の信号分離装置。
8. 更新された尤度が、前記第１及び前記第２の判定手段により求められたシンボル候補の個々の尤度の何れかに等しい
   ことを特徴とする請求項５記載の信号分離装置。
9. 複数の受信アンテナで受信された複数の受信信号を、複数の送信アンテナから送信された複数の送信信号に分離する信号分離方法であって、
   複数の受信信号を第１の順序に並べ、
   ＱＲＭ−ＭＬＤ法により複数の送信信号のシンボル候補を判定し、
   少なくとも１つの送信信号については前記第１の順序で判定されたシンボル候補をそのままシンボル候補とし、残りの送信信号について、前記第１の順序とは異なる第２の順序に従ってＱＲＭ−ＭＬＤ法によりシンボル候補を判定し、
   前記第１及び第２の順序による判定結果に基づいて、複数の送信信号のシンボル候補及び尤度を出力する
   ことを特徴とする信号分離方法。

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