JP5498846B2

JP5498846B2 - Space-time Viterbi decoder

Info

Publication number: JP5498846B2
Application number: JP2010107730A
Authority: JP
Inventors: 孝之中川; 哲臣池田
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2030-05-07
Also published as: JP2011239107A

Description

本発明は、多入力多出力（Multiple-Input Multiple-Output: ＭＩＭＯ）システムに適
用される時空間トレリス符号（Space-Time Trellis Code: ＳＴＴＣ）を復号する時空間ビタビ復号器に関する。 The present invention relates to a space-time Viterbi decoder for decoding a space-time trellis code (STTC) applied to a multiple-input multiple-output (MIMO) system.

送信と受信に複数のアンテナを用いて無線伝送を行うＭＩＭＯ伝送方式の一つに時空間トレリス符号がある。時空間トレリス符号は、畳込み符号とマッピングを含む符号化変調であり、一つの情報を伝送するために複数の送信アンテナを冗長系として利用し、かつ、時間的にも冗長に送ることによって回線信頼性の向上を図っている。 A space-time trellis code is one of the MIMO transmission systems that performs radio transmission using a plurality of antennas for transmission and reception. A space-time trellis code is a coded modulation including a convolutional code and mapping, and uses a plurality of transmitting antennas as a redundant system to transmit one piece of information, and also transmits a line redundantly in terms of time. We are trying to improve reliability.

時空間トレリス符号は、復号処理は複雑であるが符号化利得が得られるために、フェージングや相関のあるチャネルにおいても誤り率特性が優れており、片方向で途切れにくい伝送を必要とするアプリケーションに適している。そのようなアプリケーションの一つに、マラソンや駅伝のようなロードレース中継の番組素材伝送がある。ロードレース中継では、選手や周囲がめまぐるしく動く様子をカメラで撮影した高精細なハイビジョン映像を、ＦＰＵと呼ばれる伝送装置を用いて中継車からビルの屋上などに設けた受信点まで無線伝送する。このように、時空間トレリス符号をＦＰＵに適用した技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。 Spatio-temporal trellis codes are complex in decoding processing, but provide coding gain, so they have excellent error rate characteristics even in fading and correlated channels, and for applications that require transmission that is difficult to interrupt in one direction. Is suitable. One such application is the transmission of program material for road races such as marathons and relay races. In road race relay, high-definition high-definition video shot by the camera of players and their surroundings moving fast is transmitted wirelessly from a relay car to a receiving point on the building roof using a transmission device called FPU. Thus, a technique in which a space-time trellis code is applied to an FPU is known (see, for example, Patent Document 1).

このように、時空間トレリス符号化器では、各送信系統のブロックが同じ構造であるため、同じ入力信号に対して各送信系統で同じ状態遷移となる。一方、各送信系統で畳込み符号化部２３の重み付け係数が異なるため、各送信系統で出力シンボルは異なる。この様子を表したものが、図６に示す状態遷移図である。図６では、レジスタが６個で状態数が６４の１６−ＱＡＭの時空間トレリス符号の状態遷移を模式的に示している。図６のように、各レジスタの値に応じて６４の状態が定義され、それぞれの状態において、［ｂ_３ｂ_２ｂ_１ｂ_０］の入力信号が入力されると、送信系統＃１が［ｃ_１３ｃ_１２ｃ_１１ｃ_１０］を出力、送信系統＃２が［ｃ_２３ｃ_２２ｃ_２１ｃ_２０］を出力・・・、送信系統＃Ｎが［ｃ_Ｎ３ｃ_Ｎ２ｃ_Ｎ１ｃ_Ｎ０］を出力して、次の状態に遷移する。４ビットの入力信号であるため、各状態から次の状態へは１６のパスが存在し、それぞれのパスはブランチと呼ばれる。 Thus, in the space-time trellis encoder, the blocks of each transmission system have the same structure, and therefore the same state transition occurs in each transmission system for the same input signal. On the other hand, since the weighting coefficients of the convolutional coding unit 23 are different in each transmission system, the output symbols are different in each transmission system. This is shown in the state transition diagram shown in FIG. FIG. 6 schematically illustrates state transitions of a 16-QAM space-time trellis code having six registers and 64 states. As shown in FIG. 6, 64 states are defined according to the value of each register, and when an input signal of [b ₃ b ₂ b ₁ b ₀ ] is input in each state, the transmission system # 1 is [ c ₁₃ c ₁₂ c ₁₁ c ₁₀ ], transmission system # 2 outputs [c ₂₃ c ₂₂ c ₂₁ c ₂₀ ], and transmission system #N outputs [c _N3 c _N2 c _N1 c _N0 ] Then, transition to the next state. Since it is a 4-bit input signal, there are 16 paths from each state to the next state, and each path is called a branch.

時空間トレリス符号の復号には、ビタビ復号法を応用した時空間ビタビ復号が用いられる。時空間トレリス符号では前述したように符号化器の内部レジスタの状態が入力信号により遷移し、符号化器に固有の状態遷移図が描ける。ビタビ復号法では、まず、状態遷移図の各状態（図６に示す右側の各状態）に対して、このノードに入力される各ブランチの出力シンボルと推定したチャネル応答から受信信号のレプリカを作成し、受信信号とそのレプリカの間の２乗ユークリッド距離とこのブランチがつながる直前の状態の状態メトリックとの和をブランチ・メトリックとする。次に、ブランチ・メトリックが最小であるブランチを生き残りパスとし、生き残りパスのブランチ・メトリックを当該状態の状態メトリックとする。さらに、複数の受信信号に渡って各状態の生き残りパスの判定とメトリックの計算を行い、これをパス・メモリ長Ｐまで行って状態メトリックが最小となる状態から生き残りパスをトレースバックし、最後の生き残りパスに対応する入力信号を復号結果として出力する。この様子を図７に示す。ビタビ復号法のトレースバック処理を高速に行う技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。 For decoding the space-time trellis code, space-time Viterbi decoding using the Viterbi decoding method is used. In the space-time trellis code, as described above, the state of the internal register of the encoder is changed by the input signal, and a state transition diagram unique to the encoder can be drawn. In the Viterbi decoding method, first, for each state in the state transition diagram (each state on the right side shown in FIG. 6), a replica of the received signal is created from the output symbol of each branch input to this node and the estimated channel response. The sum of the square Euclidean distance between the received signal and its replica and the state metric immediately before this branch is connected is defined as a branch metric. Next, the branch having the smallest branch metric is set as the surviving path, and the branch metric of the surviving path is set as the state metric of the state. Further, the survival path of each state is determined over a plurality of received signals and the metric is calculated. This is performed up to the path memory length P, and the surviving path is traced back from the state where the state metric is minimized. An input signal corresponding to the surviving path is output as a decoding result. This is shown in FIG. A technique for performing the traceback processing of the Viterbi decoding method at high speed is also known (for example, see Patent Document 2).

特開２００９−０１０９３９号公報JP 2009-010939 A 特開２００６−２２９３７６号公報JP 2006-229376 A

前述のように、移動しながら高ビットレートの情報を途切れずに無線伝送しなければならないロードレース中継のようなアプリケーションには、時空間トレリス符号が適している。しかし、時空間トレリス符号は、同じ時空間符号の一つである時空間ブロック符号や空間多重ＭＩＭＯと比較して復号方法が複雑であるため、符号化利得により優れた伝送特性が得られるにも関わらず、実現が難しいとされてきた。そこで、ハードウェア実装が容易な時空間ビタビ復号器が望まれていた。 As described above, space-time trellis codes are suitable for applications such as road race relay where high bit rate information must be transmitted wirelessly without interruption while moving. However, since the space-time trellis code has a more complex decoding method than space-time block codes and space-multiplexed MIMO, which are one of the same space-time codes, excellent transmission characteristics can be obtained by coding gain. Nevertheless, it has been considered difficult to realize. Therefore, a space-time Viterbi decoder that is easy to implement in hardware has been desired.

前述した特許文献１では、主に、時空間トレリス符号化の方法について述べており、効率的な時空間ビタビ復号法について課題を有したままである。また、前述した特許文献２で述べられているビタビ復号法の高速化手法は、ビット単位の畳込み符号化を前提としたものであり、時空間トレリス符号が行うシンボル単位の符号化に対応していないため、効率的かつ高速に行うには更なる改善が必要である。従って、時空間トレリス符号の復号を行う時空間ビタビ復号を、性能劣化なく、効率的かつ高速に行うことが課題である。 Patent Document 1 described above mainly describes a space-time trellis coding method, and still has a problem with an efficient space-time Viterbi decoding method. Further, the speed-up method of the Viterbi decoding method described in Patent Document 2 described above is based on the premise of bit-wise convolutional coding, and corresponds to the symbol-wise coding performed by the space-time trellis code. Therefore, further improvement is necessary for efficient and high-speed operation. Therefore, it is a problem to perform space-time Viterbi decoding for decoding space-time trellis codes efficiently and at high speed without performance degradation.

本発明の目的は、上述の課題を鑑みて為されたものであり、性能劣化なく、効率的かつ高速に行う時空間ビタビ復号器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a spatio-temporal Viterbi decoder that performs efficiently and at high speed without deterioration in performance.

本発明では、送受に複数のアンテナを用いて無線伝送を行う多入力多出力（Multiple-Input Multiple-Output: ＭＩＭＯ）システムの一つである時空間トレリス符号（Space-Time Trellis Code: ＳＴＴＣ）に対して、これを効率的に復号する時空間ビタビ復号器を提供する。本発明の第１の特徴は、レプリカ演算を容易にするために、受信信号に正規化係数を掛けて受信信号の逆正規化を行い、回路規模を削減することにある。また、本発明の第２の特徴は、複数の受信信号で生き残りパス情報の書き込みとトレースバックおよび復号をブロック的に行い、復号時間を短縮することにある。これを実現するために、生き残りパス・メモリを少なくとも４つのメモリ・バンクで構成し、書き込み、トレースバック、復号の手順を順次行う。これによりメモリアクセスが競合することなく、効率的な時空間ビタビ復号を実現する。 In the present invention, a space-time trellis code (STTC), which is one of multiple-input multiple-output (MIMO) systems that perform radio transmission using a plurality of antennas for transmission and reception, is used. On the other hand, a space-time Viterbi decoder for efficiently decoding this is provided. The first feature of the present invention is to reduce the circuit scale by denormalizing the received signal by multiplying the received signal by a normalization coefficient in order to facilitate replica calculation. A second feature of the present invention is that writing of surviving path information, traceback, and decoding are performed in a block manner with a plurality of received signals to shorten decoding time. In order to realize this, the surviving path memory is composed of at least four memory banks, and writing, traceback, and decoding procedures are sequentially performed. This realizes efficient space-time Viterbi decoding without competing memory accesses.

即ち、本発明の時空間ビタビ復号器は、送受に複数のアンテナを用いて無線伝送を行う多入力多出力（Multiple-Input Multiple-Output: ＭＩＭＯ）システムにおける時空間ビタビ復号器であって、
受信信号の逆正規化を行う逆正規化部と、
ブランチ・メトリックおよび状態メトリックの計算を行うメトリック計算部と、
状態メトリック情報を格納する状態メトリック・メモリと、生き残りパス情報を格納する生き残りパス・メモリと、
生き残りパス情報の書き込みを行う生き残りパス書込み制御部と、
トレースバックの制御を行うトレースバック制御部と、
復号の制御を行う復号制御部とを備え、
前記逆正規化部は、送信側でマッピングを行う際の正規化係数を受信信号に掛け、時空間トレリス符号化器の出力シンボル点が整数精度の値となるようにして逆正規化受信信号を生成する手段を有し、
前記メトリック計算部は、前記逆正規化受信信号と、時空間トレリス符号化器の出力シンボルの候補にチャネル推定値を掛けて求めた逆正規化受信信号のレプリカからブランチ・メトリックを計算し、生き残りパスおよび状態メトリックを決定する手段を有し、
前記生き残りパス・メモリは、同一のパス長からなる少なくとも４つのメモリ・バンクで構成され、
前記生き残りパス書込み制御部は、メモリ・バンクごとに順番に、生き残りパス情報を生き残りパス・メモリにブロック的に書き込み、
前記トレースバック制御部は、メモリ・バンクごとに順番に、生き残りパスの書き込みが終わってから生き残りパスのトレースバックをブロック的に行い、
前記復号制御部は、メモリ・バンクごとに順番に、生き残りパスのトレースバックが終わってから復号をブロック的に行い、
前記生き残りパス・メモリに対して、前記書き込み、前記トレースバック、及び前記復号の処理を順次行うように構成されていることを特徴とする。 That is, the space-time Viterbi decoder of the present invention is a space-time Viterbi decoder in a multiple-input multiple-output (MIMO) system that performs radio transmission using a plurality of antennas for transmission and reception,
A denormalization unit that denormalizes the received signal;
A metric calculator for calculating branch and state metrics;
A state metric memory for storing state metric information, a survivor path memory for storing survivor path information, and
Survival path write control unit for writing survivor path information;
A traceback control unit for controlling traceback;
A decoding control unit for controlling decoding,
The denormalization unit multiplies the received signal by a normalization coefficient when mapping on the transmission side, and outputs the denormalized received signal so that the output symbol point of the space-time trellis encoder becomes an integer precision value. Having means for generating,
The metric calculation unit calculates a branch metric from the denormalized received signal and a replica of the denormalized received signal obtained by multiplying a candidate of the output symbol of the space-time trellis encoder by a channel estimation value, and survives. Having means for determining path and state metrics;
The survivor path memory is composed of at least four memory banks of the same path length;
The survivor path write control unit writes survivor path information to the survivor path memory in blocks in order for each memory bank,
The traceback control unit performs the traceback of the surviving path in a block manner after the writing of the surviving path is finished in order for each memory bank,
The decoding control unit performs decoding in blocks for each memory bank in turn after the traceback of the surviving path ends.
The write, traceback, and decoding processes are sequentially performed on the surviving path memory.

これにより、受信信号のレプリカ生成が容易になるように受信信号の逆正規化を行なうこと、および、生き残りパス・メモリを少なくとも４つのメモリ・バンクで構成し、生き残りパスの書き込み、トレースバック、復号をメモリ・バンク構成でブロック的に順次行なうことにより、従来の課題を解決することができる。 As a result, the received signal is denormalized to facilitate the generation of a replica of the received signal, and the survivor path memory is composed of at least four memory banks, and survivor path writing, traceback, and decoding are performed. Are sequentially performed in a memory bank configuration in a block manner, whereby the conventional problem can be solved.

また、本発明の時空間ビタビ復号器において、前記生き残りパス・メモリは、前記書き込み、前記トレースバック、及び前記復号の処理を順次行うよう４つのメモリ・バンクで構成されていることを特徴とする。 In the spatio-temporal Viterbi decoder of the present invention, the survivor path memory is configured by four memory banks so as to sequentially perform the writing, the traceback, and the decoding processes. .

このように、生き残りパス・メモリを４つのメモリ・バンクで構成することにより、最も処理効率の高い構成で実現することができるようになる。 As described above, the surviving path memory is configured by four memory banks, so that it can be realized with a configuration with the highest processing efficiency.

本発明の時空間ビタビ復号器は、受信信号の逆正規化を行なうことにより、送信系統ごとの受信信号のレプリカを作成するときの演算をチャネル応答の整数倍やその符号反転など簡単なビット操作で実現することができる。さらに、生き残りパス・メモリを同一のパス長からなる少なくとも４つのメモリ・バンクで構成し、生き残りパスの書き込み、トレースバック、復号をメモリ・バンク構成でブロック的に順次行なうことにより、メモリアクセスが競合することなく、高速な時空間ビタビ復号が実現できる。ここで、１メモリ・バンクあたりのパス・メモリを、十分なトレースバックが行なえるメモリ長（例えば、拘束長の２倍以上となるメモリ長）とすることにより、ブロック的な復号処理では、このメモリ長以上の長さでトレースバックを行なうことに相当するので、一定の復調性能を維持できるようになる。 The spatio-temporal Viterbi decoder of the present invention performs simple bit manipulation such as integer multiple of channel response and its sign inversion when the received signal replica is created for each transmission system by denormalizing the received signal. Can be realized. In addition, the survivor path memory is composed of at least four memory banks with the same path length, and memory access is competing by performing survivor path writing, traceback, and decoding in block order in the memory bank structure. Thus, high-speed space-time Viterbi decoding can be realized. Here, by setting the path memory per memory bank to a memory length that allows sufficient traceback (for example, a memory length that is at least twice the constraint length), in block decoding processing, This corresponds to performing traceback with a length longer than the memory length, so that a certain demodulation performance can be maintained.

このように、本発明により、時空間トレリス符号の復号を行う時空間ビタビ復号を、性能劣化なく、効率的かつ高速に行うことが可能となる。 Thus, according to the present invention, it is possible to perform space-time Viterbi decoding for decoding space-time trellis codes efficiently and at high speed without performance degradation.

本発明による一実施例の時空間ビタビ復号器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the space-time Viterbi decoder of one Example by this invention. 本発明による一実施例の時空間ビタビ復号器における生き残りパス・メモリの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the survival path memory in the space-time Viterbi decoder of one Example by this invention. 本発明による一実施例の時空間ビタビ復号器における４つのメモリ・バンク構成の生き残りパス・メモリの各メモリ・バンクにおける書込み、トレースバック、復号の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement of writing, traceback, and decoding in each memory bank of the survival path memory of 4 memory bank structure in the space-time Viterbi decoder of one Example by this invention. １６−ＱＡＭの時空間トレリス符号化器の構成例を表すブロック図である。It is a block diagram showing the structural example of the space-time trellis encoder of 16-QAM. 図４に対応する１６−ＱＡＭのマッピング例を表す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of 16-QAM mapping corresponding to FIG. 4. ６４状態の１６−ＱＡＭの時空間トレリス符号化器に対応する状態遷移を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating state transitions corresponding to a 64-state 16-QAM space-time trellis encoder. 生き残りパスのトレースバックと復号について説明した図である。It is the figure explaining the traceback and decoding of the surviving path. 本発明による一実施例の時空間ビタビ復号器における時空間ビタビ復号器の、パス長Ｌをパラメータとした平均ＣＮＲ対平均ＢＥＲの特性例を示す図である。It is a figure which shows the example of a characteristic of average CNR versus average BER which made path length L the parameter of the space-time Viterbi decoder in the space-time Viterbi decoder of one Example by this invention. 本発明による一実施例の時空間ビタビ復号器における５つのメモリ・バンク構成の生き残りパス・メモリの各メモリ・バンクにおける書込み、トレースバック、復号の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement of writing, traceback, and decoding in each memory bank of the survival path memory of five memory bank structure in the space-time Viterbi decoder of one Example by this invention.

以下、本発明による一実施例の時空間ビタビ復号器について、図面を参照して説明する。図１は、本発明による一実施例の時空間ビタビ復号器の構成を表すブロック図である。図１において、時空間ビタビ復号器１は、逆正規化部２と、メトリック計算部３と、状態メトリック・メモリ４と、生き残りパス・メモリ５と、生き残りパス書込み制御部６と、トレースバック制御部７と、復号制御部８とを備える。 A space-time Viterbi decoder according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a space-time Viterbi decoder according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a space-time Viterbi decoder 1 includes a denormalization unit 2, a metric calculation unit 3, a state metric memory 4, a survivor path memory 5, a survivor path write controller 6, and a traceback control. Unit 7 and a decoding control unit 8.

以下では、送信アンテナ数をＮ、受信アンテナ数をＭとして、１６−ＱＡＭの時空間トレリス符号を例に動作を説明する。送信側では、図４に示すような１６−ＱＡＭの時空間トレリス符号化器により符号化され、図５に示すようなマッピング・ルールでマッピングされた送信信号ｘ₁，ｘ_２，．．．，ｘ_Ｎが、Ｎ個の送信アンテナからそれぞれ送信され、空間で合成されて、Ｍ個の受信アンテナでそれぞれｒ_１，ｒ_２，．．．，ｒ_Ｍとして受信される。送信アンテナｉと受信アンテナｊとの間のチャネル応答をｈ_ｊｉで表すと、受信信号ｒ_ｊは、式（１）で表される。 In the following, the operation will be described taking a 16-QAM space-time trellis code as an example, where N is the number of transmitting antennas and M is the number of receiving antennas. On the transmission side, transmission signals x ₁ , x ₂ ,... Encoded by a 16-QAM space-time trellis encoder as shown in FIG. 4 and mapped according to a mapping rule as shown in FIG. . . , X _N are respectively transmitted from the N transmitting antennas, combined in space, and r ₁ , r ₂ ,. . . , R _M. When the channel response between the transmission antenna i and the reception antenna j is represented by h _ji , the reception signal r _j is represented by Expression (1).

メトリックには、式（３）に示す２乗ユークリッド距離ＳＥＤを用いるのが原理的である。 In principle, the metric uses the squared Euclidean distance SED shown in Equation (3).

また、式（３）では乗算器を多用するためハードウェアのリソースを多く消費する欠点がある。そこで、復調性能はＳＥＤに比べて少し劣化するが、計算が容易な式（４）に示すマンハッタン・メトリックＭＭなどを使用することもできる。式（４）でRe{ｚ}、Im{ｚ}はそれぞれｚの実部およびｚの虚部である。 In addition, Formula (3) has a drawback of consuming a lot of hardware resources because it uses many multipliers. Therefore, although the demodulation performance is slightly degraded as compared with the SED, it is possible to use a Manhattan metric MM shown in Equation (4) that is easy to calculate. In equation (4), Re {z} and Im {z} are the real part of z and the imaginary part of z, respectively.

ブランチ・メトリックは、そのブランチに対応する逆正規化受信信号のレプリカと実際の逆正規化受信信号との間のメトリック（ＳＥＤやＭＭなど）と、そのブランチがつながる直前の状態の状態メトリックの和で表す。各状態において、ブランチ・メトリックが最小になるブランチを生き残りパスとして、そのブランチ・メトリックをその状態の状態メトリックに、生き残りパスがつながる直前の状態番号を生き残りパス情報とする。状態メトリックの値は、次の受信信号についてのブランチ・メトリックを求める際に使用するので、状態メトリック・メモリ４に格納する。 The branch metric is a sum of a metric (SED, MM, etc.) between a replica of the denormalized received signal corresponding to the branch and the actual denormalized received signal, and a state metric immediately before the branch is connected. Represented by In each state, the branch having the smallest branch metric is set as the surviving path, the branch metric is set as the state metric of the state, and the state number immediately before the surviving path is connected is set as the surviving path information. Since the value of the state metric is used when obtaining the branch metric for the next received signal, it is stored in the state metric memory 4.

また、トレースバックを開始する際に状態メトリックの値が最小である状態の情報が必要となるので、メトリック計算部３では、状態メトリックの値が最小である状態を検出し、その状態番号をトレースバック制御部７に渡す。 In addition, since the information of the state with the smallest state metric value is required when starting the traceback, the metric calculation unit 3 detects the state with the smallest state metric value and traces the state number. It passes to the back control unit 7.

生き残りパス・メモリ５は、図２に示す第１メモリ・バンク１０〜第４メモリ・バンク１３の４つのメモリ・バンクで構成される。各メモリ・バンク１０，１１，１２，１３は、２次元メモリとなっており、状態番号０〜Ｎｓ−１と、パス番号１〜Ｌでアドレスが定義される。 The survivor path memory 5 is composed of four memory banks, a first memory bank 10 to a fourth memory bank 13 shown in FIG. Each memory bank 10, 11, 12, 13 is a two-dimensional memory, and an address is defined by a state number 0 to Ns-1 and a path number 1 to L.

生き残りパス書き込み制御部６では、メトリック計算部３で判定した各状態の生き残りパス情報（各状態で、生き残りパスがつながる直前の状態番号）を生き残りパス・メモリ５に書き込む制御を行う。書き込みの動作について図３を参照して説明する。書き込みは、１〜Ｌの連続する受信信号を一つのブロックとして、第１メモリ・バンク１０〜第４メモリ・バンク１３に順番に行う。期間１では、はじめに１番目の受信信号ｒ_ｊ（ｔ＝１）についての各状態の生き残りパス情報を第１メモリ・バンク１０のパス番号１の列に書き込む。次に２番目の受信信号ｒ_ｊ（ｔ＝２）についての生き残りパス情報を第１メモリ・バンク１０のパス番号２の列に書き込み、これを次々と行って、Ｌ番目の受信信号ｒ_ｊ（ｔ＝Ｌ）についての生き残りパス情報を第１メモリ・バンク１０のパス番号Ｌの列に書き込こむところまで行う。期間２では次の受信信号のブロックについて第２メモリ・バンク１１に同様の書き込みを行い、期間３ではその次の受信信号のブロックについて第３メモリ・バンク１２に同様の書き込みを行い、期間４ではさらにその次の受信信号ブロックについて第４メモリ・バンク１３に同様の書き込みを行う。その後、第１メモリ・バンク１０に戻って、この動作を繰り返し行う。 The survivor path write control unit 6 performs control to write the survivor path information (state number immediately before each survivor path is connected in each state) determined by the metric calculator 3 to the survivor path memory 5. The write operation will be described with reference to FIG. The writing is sequentially performed in the first memory bank 10 to the fourth memory bank 13 by using 1 to L continuous received signals as one block. In the period 1, first, the surviving path information of each state for the first received signal r _j (t = 1) is written in the path number 1 column of the first memory bank 10. Next, the surviving path information for the second received signal r _j (t = 2) is written to the column of the pass number 2 of the first memory bank 10, and this is performed one after another, and the Lth received signal r _j ( The remaining path information for t = L) is written to the path number L column of the first memory bank 10. In period 2, the same block is written to the second memory bank 11 for the next received signal block, and in period 3, the same block is written to the third memory bank 12 for the next received signal block. Further, the same write is performed on the fourth memory bank 13 for the next received signal block. Thereafter, returning to the first memory bank 10, this operation is repeated.

トレースバック制御部７は、生き残りパス書き込み制御部６が生き残りパス・メモリ５のメモリ・バンクへの書き込みを終了した後に、メトリック計算部３から得られたパス番号Ｌの状態メトリックが最小である状態番号を元に、生き残りパス・メモリ５の各メモリ・バンクから生き残りパス情報を次々と読み出して、生き残りパスのトレースバックを行う。 The traceback control unit 7 is a state in which the state metric of the path number L obtained from the metric calculation unit 3 is minimum after the surviving path write control unit 6 finishes writing to the memory bank of the surviving path memory 5. Based on the number, the survivor path information is read one after another from each memory bank of the survivor path memory 5, and the survivor path is traced back.

トレースバックの動作について図３を参照して説明する。期間３で、はじめに期間２の最後に第２メモリ・バンク１１に書き込んだパス番号Ｌに対応する受信信号について、最小の状態メトリックとなる状態番号Ｓｍｉｎをメトリック計算部３から受け取る。次に第２メモリ・バンク１１から、パス番号Ｌ、状態番号Ｓｍｉｎの生き残りパス情報を読み取る。この生き残りパス情報は、状態番号Ｓｍｉｎの生き残りパスがつながる直前の状態番号であるため、この生き残りパス情報でＳｍｉｎを更新する。続いて第２メモリ・バンク１１から、パス番号Ｌ−１、状態番号Ｓｍｉｎの生き残りパス情報を読み取り、この生き残りパス情報でＳｍｉｎを更新する。これをパス番号１まで繰り返し、最後のＳｍｉｎを復号制御部８に渡す。次の期間４では第３メモリ・バンク１２について、期間５では第４メモリ・バンク１３について、期間６では第１メモリ・バンク１０についてという様に、生き残りパス書き込み制御部６が１つのメモリ・バンクへの書き込みを終了した後に、順番にトレースバックを行う。 The traceback operation will be described with reference to FIG. In the period 3, the state number Smin that is the minimum state metric is received from the metric calculation unit 3 for the received signal corresponding to the pass number L that is first written in the second memory bank 11 at the end of the period 2. Next, the surviving path information of the path number L and the state number Smin is read from the second memory bank 11. Since this surviving path information is the status number immediately before the surviving path with the status number Smin is connected, Smin is updated with this surviving path information. Subsequently, the surviving path information of the path number L-1 and the state number Smin is read from the second memory bank 11, and Smin is updated with the surviving path information. This is repeated up to the pass number 1, and the final Smin is passed to the decoding control unit 8. In the next period 4, the surviving path write control unit 6 operates as one memory bank for the third memory bank 12, for the fourth memory bank 13 for the period 5, for the first memory bank 10 for the period 6. After writing to the file, traceback is performed in order.

復号制御部８は、トレースバック制御部７が生き残りパス・メモリ５の１つのメモリ・バンクのトレースバックを終了した後に、トレースバック制御部７から受け取ったＳｍｉｎを元に、生き残りパス・メモリ５のメモリ・バンクから生き残りパス情報を次々と読み出して、生き残りパスのトレースバックを行うのと同時に、その生き残りパスに対応する符号化器入力信号を復号結果として出力する。 After the traceback control unit 7 finishes traceback of one memory bank of the survivor path memory 5, the decoding control unit 8 determines the survivor path memory 5 based on Smin received from the traceback controller 7. Surviving path information is read one after another from the memory bank and trace back of the surviving path is performed, and at the same time, an encoder input signal corresponding to the surviving path is output as a decoding result.

復号の動作について、図３を参照して説明する。期間４で、はじめにトレースバック制御部７から、第２メモリ・バンク１１のトレースバックで最後に更新されたＳｍｉｎを受け取る。次に、第１メモリ・バンク１０からパス番号Ｌ、状態番号Ｓｍｉｎの生き残りパス情報を読みとりＳｍｉｎを更新する。ここで、更新前のＳｍｉｎを遷移後の状態番号、更新後のＳｍｉｎを遷移前の状態番号として、図６に示すような時空間トレリス符号化器に固有の状態遷移情報から対応するブランチ、つまり生き残りパスを特定し、そのブランチに対応する符号化器入力をパス番号Ｌの復号結果とする。 The decoding operation will be described with reference to FIG. In the period 4, the Smin updated last by the traceback of the second memory bank 11 is first received from the traceback control unit 7. Next, the surviving path information of the path number L and state number Smin is read from the first memory bank 10 and Smin is updated. Here, Smin before the update is the state number after the transition, and Smin after the update is the state number before the transition, and the branch corresponding to the state transition information unique to the space-time trellis encoder as shown in FIG. The surviving path is specified, and the encoder input corresponding to the branch is set as the decoding result of the path number L.

続いて、第１メモリ・バンク１０からパス番号Ｌ−１、状態番号Ｓｍｉｎの生き残りパス情報を読み取ってＳｍｉｎを更新し、パス番号Ｌと同様にして特定した生き残りパスに対応する符号化器入力をパス番号Ｌ−１の復号結果とする。これをパス番号１まで繰り返すことにより、第１メモリ・バンク１０に書き込んだ１〜Ｌの連続した受信信号に対してブロック的に復号を行う。次の期間５では第２メモリ・バンク１１に書き込んだ１〜Ｌの連続した受信信号に対して、期間６では第３メモリ・バンク１２に書き込んだ１〜Ｌの連続した受信信号に対して、期間７では第４メモリ・バンク１３に書き込んだ１〜Ｌの連続した受信信号に対してという様に、順番にブロック的に復号処理を行う。本発明による実施例の時空間ビタビ復号器１のトレースバック長は、１番目の受信信号が２Ｌ、２番目の受信信号が２Ｌ−１，．．．，Ｌ番目の受信信号がＬ＋１である。 Subsequently, the survivor path information of the path number L-1 and the state number Smin is read from the first memory bank 10 to update Smin, and the encoder input corresponding to the survivor path specified in the same manner as the path number L is obtained. The decryption result of pass number L-1 is used. By repeating this until pass number 1, decoding is performed in a block manner on the continuous received signals 1 to L written in the first memory bank 10. In the next period 5, 1 to L continuous reception signals written to the second memory bank 11, and in period 6 to 1 to L continuous reception signals written to the third memory bank 12, In the period 7, the decoding process is sequentially performed in blocks, such as for 1 to L continuous received signals written in the fourth memory bank 13. The traceback length of the space-time Viterbi decoder 1 according to the embodiment of the present invention is such that the first received signal is 2L, the second received signal is 2L-1,. . . , Lth received signal is L + 1.

図８は、特許文献１で示されている時空間トレリス符号に対して、本発明を適用した場合の平均ＣＮＲ対平均ＢＥＲの特性を、パス長Ｌをパラメータにプロットしたものである。図８より、パス長Ｌを７以上（これは、例えば６４状態の１６ＱＡＭにおいて、拘束長の２倍以上を意味する）に設定することで十分な復調性能が得られることがわかる。 FIG. 8 is a plot of the characteristics of average CNR versus average BER when the present invention is applied to the space-time trellis code shown in Patent Document 1, with the path length L as a parameter. From FIG. 8, it is understood that sufficient demodulation performance can be obtained by setting the path length L to 7 or more (for example, in 16-QAM in 64 states, it means twice or more of the constraint length).

以上述べたように、本発明の時空間ビタビ復号器によれば、受信信号の逆正規化によりレプリカ演算が容易に実現でき、生き残りパス・メモリ５を同一のパス長からなる４つのメモリ・バンク構成として書き込み、トレースバック、復号を順番にブロック的に行うことにより、生き残りパス・メモリのアクセスが競合せず、高速な復号が実現できる。 As described above, according to the spatio-temporal Viterbi decoder of the present invention, the replica calculation can be easily realized by denormalizing the received signal, and the surviving path memory 5 is divided into four memory banks having the same path length. By writing, tracing back, and decoding in order as a configuration, access to the surviving path memory does not compete and high-speed decoding can be realized.

なお、生き残りパス・メモリを同一のパス長からなる５つのメモリ・バンクで構成した場合の各メモリ・バンクにおける書込み、トレースバック、復号の動作を説明したものが図９である。図９が示すように、４つ以上のメモリ・バンクで構成した場合にも、生き残りパス・メモリのアクセスが競合せず、高速な復号が実現できる。しかし、１つの受信ブロックは４つ分の期間をかけて復号されることから、４つのメモリ・バンクで構成した方がメモリ・バンクを効率的に使用できることが分かる。 FIG. 9 illustrates the write, traceback, and decoding operations in each memory bank when the surviving path memory is composed of five memory banks having the same path length. As shown in FIG. 9, even in the case of four or more memory banks, access to the surviving path memory does not compete and high-speed decoding can be realized. However, since one reception block is decoded over four periods, it can be seen that the memory bank can be used more efficiently if it is composed of four memory banks.

本発明の時空間ビタビ復号器によれば、受信信号の逆正規化を行なうことにより、送信系統ごとの受信信号のレプリカを作成するときの演算をチャネル応答の整数倍やその符号反転など簡単なビット操作で実現することができ、さらに、生き残りパス・メモリを同一のパス長からなる少なくとも４つのメモリ・バンクで構成し、生き残りパスの書き込み、トレースバック、復号をメモリ・バンクごとにブロック的に順次行なうことにより、メモリアクセスが競合することなく、高速な時空間ビタビ復号が実現できるから、送受に複数のアンテナを用いて無線伝送を行う多入力多出力（Multiple-Input Multiple-Output: ＭＩＭＯ）システムの用途に有用である。 According to the spatio-temporal Viterbi decoder of the present invention, by performing denormalization of a received signal, an operation for creating a replica of the received signal for each transmission system can be performed simply as an integral multiple of the channel response or its sign inversion. It can be realized by bit operation, and the survivor path memory is composed of at least four memory banks of the same path length, and survivor path writing, traceback, and decoding are performed in blocks for each memory bank. By performing sequentially, high-speed spatio-temporal Viterbi decoding can be realized without competing for memory access, so multiple-input multiple-output (MIMO) that uses multiple antennas for transmission and reception Useful for system applications.

１時空間ビタビ復号器
２逆正規化部
３メトリック計算部
４状態メトリック・メモリ
５生き残りパス・メモリ
６生き残りパス書込み制御部
７トレースバック制御部
８復号制御部
１０第１メモリ・バンク
１１第２メモリ・バンク
１２第３メモリ・バンク
１３第４メモリ・バンク
２０時空間トレリス符号化器
２１時空間トレリス符号化器のうちの送信系統＃１のブロック
２２シリアル・パラレル変換部
２３畳込み符号化部
２４マッピング部 1 Space-Time Viterbi Decoder 2 Denormalization Unit 3 Metric Calculation Unit 4 State Metric Memory 5 Survival Path Memory 6 Survival Path Write Control Unit 7 Traceback Control Unit 8 Decoding Control Unit 10 First Memory Bank 11 Second Memory Bank 12 Third memory bank 13 Fourth memory bank 20 Space-time trellis encoder 21 Block 22 of transmission system # 1 of space-time trellis encoder Serial-parallel converter 23 Convolutional encoder 24 Mapping part

Claims

送受に複数のアンテナを用いて無線伝送を行う多入力多出力（Multiple-Input Multiple-Output: ＭＩＭＯ）システムにおける時空間ビタビ復号器であって、
受信信号の逆正規化を行う逆正規化部と、
ブランチ・メトリックおよび状態メトリックの計算を行うメトリック計算部と、
状態メトリック情報を格納する状態メトリック・メモリと、生き残りパス情報を格納する生き残りパス・メモリと、
生き残りパス情報の書き込みを行う生き残りパス書込み制御部と、
トレースバックの制御を行うトレースバック制御部と、
復号の制御を行う復号制御部とを備え、
前記逆正規化部は、送信側でマッピングを行う際の正規化係数を受信信号に掛け、時空間トレリス符号化器の出力シンボル点が整数精度の値となるようにして逆正規化受信信号を生成する手段を有し、
前記メトリック計算部は、前記逆正規化受信信号と、時空間トレリス符号化器の出力シンボルの候補にチャネル推定値を掛けて求めた逆正規化受信信号のレプリカからブランチ・メトリックを計算し、生き残りパスおよび状態メトリックを決定する手段を有し、
前記生き残りパス・メモリは、同一のパス長からなる少なくとも４つのメモリ・バンクで構成され、
前記生き残りパス書込み制御部は、メモリ・バンクごとに順番に、生き残りパス情報を生き残りパス・メモリにブロック的に書き込み、
前記トレースバック制御部は、メモリ・バンクごとに順番に、生き残りパスの書き込みが終わってから生き残りパスのトレースバックをブロック的に行い、
前記復号制御部は、メモリ・バンクごとに順番に、生き残りパスのトレースバックが終わってから復号をブロック的に行い、
前記生き残りパス・メモリに対して、前記書き込み、前記トレースバック、及び前記復号の処理を順次行うように構成されていることを特徴とする時空間ビタビ復号器。 A space-time Viterbi decoder in a multiple-input multiple-output (MIMO) system that performs radio transmission using a plurality of antennas for transmission and reception,
A denormalization unit that denormalizes the received signal;
A metric calculator for calculating branch and state metrics;
A state metric memory for storing state metric information, a survivor path memory for storing survivor path information, and
Survival path write control unit for writing survivor path information;
A traceback control unit for controlling traceback;
A decoding control unit for controlling decoding,
The denormalization unit multiplies the received signal by a normalization coefficient when mapping on the transmission side, and outputs the denormalized received signal so that the output symbol point of the space-time trellis encoder becomes an integer precision value. Having means for generating,
The metric calculation unit calculates a branch metric from the denormalized received signal and a replica of the denormalized received signal obtained by multiplying a candidate of the output symbol of the space-time trellis encoder by a channel estimation value, and survives. Having means for determining path and state metrics;
The survivor path memory is composed of at least four memory banks of the same path length;
The survivor path write control unit writes survivor path information to the survivor path memory in blocks in order for each memory bank,
The traceback control unit performs the traceback of the surviving path in a block manner after the writing of the surviving path is finished in order for each memory bank,
The decoding control unit performs decoding in blocks for each memory bank in turn after the traceback of the surviving path ends.
A space-time Viterbi decoder configured to sequentially perform the writing, the traceback, and the decoding on the surviving path memory.

前記生き残りパス・メモリは、前記書き込み、前記トレースバック、及び前記復号の処理を順次行うよう４つのメモリ・バンクで構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の時空間ビタビ復号器。 The space-time Viterbi decoder according to claim 1, wherein the survivor path memory comprises four memory banks so as to sequentially perform the writing, the traceback, and the decoding processes. .