JP2014165646A - Signal separation method in mimo system and receiving device - Google Patents
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Abstract
【課題】復号特性を改善する信号分離方法を提供する。
【解決手段】MLD法におけるLLR値の演算量を削減するために、信号点セットの候補を絞り込むに当たって、最終的なリスト内に含まれる信号点セットとして残す信号点セットの選択方法によっては、後続する復号部における復号特性が悪化する。符号化MIMOシステムのPCA法を使用した信号分離において、探索した信号点に対して最も2乗ユークリッド距離が近い信号点を追加することによって、復号特性を改善する。さらに、探索を完了した信号点セットから求めた推定信号点セットの最下位ノードから、木構造を逆方向にさらにトラバースすることによって得られる新たな追加信号点で、先の追加信号点を置き換え、または先の追加信号点に追加することによって、演算量の削減効果と復号特性との間のトレードオフをより良いレベルで達成する。
【選択図】図13A signal separation method for improving decoding characteristics is provided.
In order to reduce the amount of calculation of the LLR value in the MLD method, depending on the selection method of the signal point set to be left as the signal point set included in the final list in narrowing down the candidate signal point set, Decoding characteristics in the decoding unit that performs the deterioration. In the signal separation using the PCA method of the encoded MIMO system, the decoding characteristic is improved by adding a signal point having the closest square Euclidean distance to the searched signal point. Furthermore, the previous additional signal point is replaced with a new additional signal point obtained by further traversing the tree structure in the reverse direction from the lowest node of the estimated signal point set obtained from the signal point set for which the search has been completed, Alternatively, by adding to the previous additional signal point, a trade-off between the reduction effect of the calculation amount and the decoding characteristic is achieved at a better level.
[Selection] Figure 13
Description
本発明は、無線通信技術に関する。より詳細には、送信側および受信側においてそれぞれ複数のアンテナを利用する符号化MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)システムに関する。 The present invention relates to wireless communication technology. More specifically, the present invention relates to an encoded multiple-input multiple-output (MIMO) system that uses a plurality of antennas on the transmission side and the reception side, respectively.
MIMO 通信技術の代表である空間多重(Spatial Multiplexing) 方式は、複数の送信アンテナを用い各アンテナから独立に信号を送信することによって、周波数帯域の増加なく伝送レートを送信アンテナ倍にする技術として知られている。1990年代の後半から注目され、現在ではWiMAX2に適用されている標準規格であるIEEE802.16mや、LTEシステム(ETSI TS 136 211等)でも採用されており、今後も重要性の高い技術である。 Spatial Multiplexing, which is a representative MIMO communication technology, is known as a technology that uses multiple transmission antennas and independently transmits signals from each antenna, thereby increasing the transmission rate without increasing the frequency band. It has been. It has been attracting attention since the latter half of the 1990s, and is currently adopted in IEEE 802.16m, which is a standard applied to WiMAX2, and LTE systems (ETSI TS 136 211 etc.), and will continue to be a highly important technology.
図1は、MIMO通信システムの構成の概要を示す図である。MIMOシステム1は、送信側装置2および受信側装置3との間で、無線周波数信号を用いる電波伝播路4を介して通信を行う。MIMOシステム1では、送信側装置2において、複数のアンテナを使用する。さらに、受信側装置3においても、複数のアンテナを使用する。図1では、アンテナの数は、送信系および受信系のいずれにおいても4本であるが、これに限定されない。また、送信系および受信系においてアンテナ数が異なっていても、受信系の方のアンテナ数がより多い場合、その効果が知られている。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of the configuration of a MIMO communication system. The
送信信号系列5は、図には示されていない変調部によって、誤り訂正符号化やインタリーブなどの符号化が行われた後に、直列並列変換部(S/P変換)によって、送信アンテナの数に対応した複数の信号系列に分けられる。その後、各々の信号系列は、同一の周波数帯の無線信号に変調されて、対応する送信アンテナから送信される。
The
各アンテナから送信された無線信号は、それぞれ、独立したフェージングを受けながら伝播路4を進み、受信側装置3の各アンテナに到達する。図1では、電波の様子を4つの矢印で示しているが、1つの送信アンテナから出た無線信号は、すべての受信アンテナでそれぞれ受信される。したがって、1つの受信アンテナに着目すれば、すべての送信アンテナからの無線信号が受信されている。同一の周波数帯の無線信号が使われているので、いわば複数の異なる無線信号が混信した状態で受信されることに注意されたい。すなわち、同一の時間に同一の周波数資源を利用して、異なる情報系列を同時に送信することによって、伝送レートの向上が実現される。ここで、MIMOシステムにおいては、4つの受信アンテナでそれぞれ受信された混信した状態の受信信号を、後述する信号分離技術を使用して分離して検出する。すなわち、受信側装置3では、送信側装置2の各アンテナから送信された複数の信号系列をそれぞれ推定し、並列直列変換(P/S変換)を行って、推定した送信データ系列6を得る。
The radio signal transmitted from each antenna travels along the
図2は、より詳細なMIMO通信システムの構成の概要を示す図である。MIMO通信システム1は、図2の上側に描かれた送信側装置2および図2の下側に描かれた受信側装置3から構成されている。無線伝播路は、太文字で示した行列H4によって示されている。行列Hは、MIMO技術によって一般に知られている、送信アンテナと受信アンテナとの間のフェージング変動で表されるチャネル行列である。
FIG. 2 is a diagram showing an outline of a more detailed configuration of the MIMO communication system. The
送信側装置2は、入力データ系列101、符号化部102、インタリーバ103、変調部104、MIMOマッピング部105および高速逆フーリエ変換部106から構成される。受信側装置3は、高速フーリエ変換部108、MIMO検出部109、デインタリーバ110、復号化部111および出力データ系列112から構成される。符号化部102では、誤り訂正符号化などが行われる。変調部104では、ビット列からシンボルへ変調され、MIMOマッピング部105において、各送信アンテナへの変調信号が配置される。受信装置3側では、MIMO検出部109において複数の受信アンテナで受信された複数の受信信号に基づいて、信号分離が行われる。MIMO検出部109においては、最も確からしい受信データ系列が推定され、尤度値とともに、復号部111に渡される。本発明は、MIMO検出部109におけるMIMO信号の検出に関するものである。以下、本発明を記述するために必要な、従来技術のMIMO検出方法について説明する。
The
図3は、多値変調法における信号点について説明する図である。データ信号の情報を搬送波の位相または振幅の変動として変化(変調)させて伝送するためのデジタル変調方式では、直交する2つのI軸およびQ軸で規定される信号空間上の信号点と、データとを対応させる。例えば、図3の(a)は、直角位相振幅変調(4QAM:quadrature amplitude modulation)の信号点を示す信号空間図であり、I軸およびQ軸で規定される信号空間の異なる4つの信号31、32、33、34のそれぞれに対して、00、01、11、10の2ビットの情報を対応付けることができる。したがって、4QAMを用いた場合では、1つの信号点によって2ビット分の情報を運ぶことができる。ビット数n=2は、22=4通りの信号点と対応している。
FIG. 3 is a diagram for explaining signal points in the multilevel modulation method. In a digital modulation system for transmitting (changing) information of a data signal as a change in phase or amplitude of a carrier wave, a signal point on a signal space defined by two orthogonal I-axis and Q-axis, and data And correspond. For example, FIG. 3A is a signal space diagram showing signal points of quadrature amplitude modulation (4QAM), and four
図3の(b)は、16QAMの信号空間図を示す。16QAMでは、I軸およびQ軸のそれぞれにおいて取り得る振幅値が4種類ある。したがって、合計4×4=16の信号点が得られ、これらの16の信号点に対して複数のビット列を対応させることができる。例えば、信号点51には、00/00の4ビットを、信号点52には10/01を、信号点53には、10/10が割り当てられる。したがって、16QAMでは、1つの信号点によって4ビット分の情報を運ぶことができる。ビット数n=4は、24=16通りの信号点と対応している。
FIG. 3B shows a signal space diagram of 16QAM. In 16QAM, there are four types of amplitude values that can be taken on each of the I axis and the Q axis. Therefore, a total of 4 × 4 = 16 signal points are obtained, and a plurality of bit strings can be associated with these 16 signal points. For example, 4
同様に、I軸およびQ軸において取り得る振幅値が8種類あれば、1つの信号点に対して6ビット分の情報を運ぶことができる64QAMを構成でき、ビット数n=6は、26=64通りの信号点と対応している。このように、I軸およびQ軸で取り得る振幅レベルを多値化する多値変調技術(高次変調技術)を利用することによって、1つの信号点で運ぶことができるビット数を増やすことができる。信号空間図における1つの信号点は、1つの変調シンボルと対応付けられる。4QAMでは、2ビットを1つのシンボルで搬送することが可能であり、64QAMでは、6ビットを1つのシンボルで搬送することができる。シンボルの継続時間は、シンボル時間と呼ばれる。情報伝送レート(ビットレート)を一定にすれば、シンボルレート(変調速度)を下げることができる。逆に、シンボルレート(変調速度)を一定とすれば、高次変調方式によって情報伝送レート(ビットレート)を増大させる関係となる。 Similarly, if there are eight types of amplitude values that can be taken on the I axis and the Q axis, a 64 QAM capable of carrying information for 6 bits per signal point can be constructed, and the number of bits n = 6 is 2 6. = 64 corresponding signal points. In this way, the number of bits that can be carried by one signal point can be increased by using a multi-level modulation technique (high-order modulation technique) that multi-values the amplitude levels that can be taken on the I axis and the Q axis. it can. One signal point in the signal space diagram is associated with one modulation symbol. In 4QAM, 2 bits can be carried by one symbol, and in 64QAM, 6 bits can be carried by one symbol. The duration of a symbol is called symbol time. If the information transmission rate (bit rate) is kept constant, the symbol rate (modulation speed) can be lowered. Conversely, if the symbol rate (modulation speed) is constant, the information transmission rate (bit rate) is increased by the higher-order modulation method.
図3の(c)は、変調方式がQAMの場合であってアンテナ数m=4の場合に可能な情報伝送を説明する図である。4本のアンテナにおいて、それぞれ独立に異なる無線信号を受信する(MIMOではない)場合、それぞれ信号点35、36、37、38を検出できれば、それぞれのアンテナからビット列39、40、41、42を再生することができる。さらに、これらのビット列を合成することによって、ビット列43を再生できる。しかしながら、MIMOシステムでは、各受信アンテナでは、複数の送信アンテナからのすべての信号が混信し、相互に干渉した状態で受信される。
(C) of FIG. 3 is a figure explaining the information transmission which is possible when the modulation scheme is QAM and the number of antennas is m = 4. If four antennas receive different radio signals independently (not MIMO), if the
図4は、MIMOシステムの受信装置の1つの受信アンテナにおける受信信号を説明する図である。MIMOシステムでは、例えばm=4本のアンテナから独立に無線信号が送信される。したがって、第1のアンテナ10からは信号点14の情報(ビット列00)が反映された無線信号21が受信アンテナ20で受信される。同時に、第2のアンテナ11からは信号点15の情報(ビット列11)が反映された無線信号22が受信アンテナ20で受信される。さらに、第3のアンテナ12からは信号点16の情報(ビット列00)が反映された無線信号23が受信アンテナ20で受信され、第4のアンテナ13からは信号点17の情報(ビット列01)が反映された無線信号24も受信アンテナ20で受信される。
FIG. 4 is a diagram for explaining a received signal at one receiving antenna of the receiving apparatus of the MIMO system. In the MIMO system, for example, radio signals are transmitted independently from m = 4 antennas. Therefore, the
したがって、受信側における第1のアンテナ20によって受信される信号を信号空間図で示せば、無線信号21〜24が合成されたものとなる。図4では簡単のため、第1の送信アンテナ10からの受信信号に対応する信号点18と、第2の送信アンテナ11からの受信信号に対応する信号点19だけを、独立して受信されたものとして示した。したがって、実際には、4つの受信信号点の位相および振幅が合成された信号点として観察される。各無線信号21〜24は、伝播路において独立にフェージングを受けるので、4つ送信アンテナからの各受信信号点がフェージングよって受ける振幅位相変動も独立となる。他の第2〜第4の受信アンテナにおいても、第1の受信アンテナ20と同様な状況が生じる。このように、同一周波数帯域上で複数のアンテナから送信された複数の異なる信号が混信し、互いに干渉した状態で、別個の複数の受信アンテナの各々で受信される。このような場合、複数の異なる信号の各々の情報を再生するために、信号分離が用いられる。
Therefore, if a signal received by the
MIMO空間多重システムに最も重要な技術の1つは、受信機で複数の送信ストリームが互いに干渉した信号を受信するための信号分技術離である。従来技術のMIMO空間多重システムにおける信号分離法として、多くのものが提案されている。例えば、線形等化法(非特許文献1)、最尤検出法(非特許文献2)、Mアルゴリズム(非特許文献1、2)、SD法(非特許文献3)、FSD法(非特許文献4、5)、PCA法(非特許文献6)などがある。後述するように、本発明は、図2のMIMO検出部におけるPCA(Parallel Candidate Adding)法を改善することによって、演算量を削減し、信号分離のエラーによる復号性能の劣化を抑えた信号分離方法を提供する。以下の説明では、まず信号分離法の概要について簡単に述べる。
One of the most important technologies for a MIMO spatial multiplexing system is separation of signal distribution technology for receiving signals in which a plurality of transmission streams interfere with each other at a receiver. Many signal separation methods in prior art MIMO spatial multiplexing systems have been proposed. For example, linear equalization method (Non-patent document 1), maximum likelihood detection method (Non-patent document 2), M algorithm (
MIMO空間多重システムにおける、受信信号yは、次式で表される。次式において、斜体字は、ベクトルまたは行列を表すものとする。 The received signal y in the MIMO spatial multiplexing system is expressed by the following equation. In the following equation, italic letters represent vectors or matrices.
y = Hx + z 式(1)
上式において、xは送信信号ベクトルを、yは受信信号ベクトルを、zは白色ガウス雑音ベクトルを、Hはブロックレイリーフェージングチャネル行列をそれぞれ表す。これらの各要素は、より詳細にそれぞれ次式の様に表される。ここで、Ntは送信アンテナの数であり、Nrは受信アンテナの数である。
y = Hx + z Equation (1)
In the above equation, x represents a transmission signal vector, y represents a reception signal vector, z represents a white Gaussian noise vector, and H represents a block Rayleigh fading channel matrix. Each of these elements is expressed in more detail as follows: Here, N t is the number of transmitting antennas, and N r is the number of receiving antennas.
信号分離の最も代表的な方法は、最尤検出法(MLD:Maximum Likelihood Detection)である。式(2)における送信ベクトルは、各送信アンテナから送信される送信信号系列の送信信号の組み合わせとして与えられる。具体的には、例えば、図4に示したNt=4の場合、送信ベクトルは、信号点14、15、16、17の組み合わせとして与えられる。変調方式が図4に示した4QAMの場合は、各アンテナにおいて取り得る送信号(信号点)は4種類ある。したがって、Nt本のアンテナがある場合、信号点の取り得る組み合わせは、4Nt個となる。送信アンテナが4本の場合は、取り得る信号点の組み合わせは256となる。 The most typical method of signal separation is maximum likelihood detection (MLD). The transmission vector in Expression (2) is given as a combination of transmission signals of a transmission signal sequence transmitted from each transmission antenna. Specifically, for example, when N t = 4 shown in FIG. 4, the transmission vector is given as a combination of signal points 14, 15, 16, and 17. When the modulation method is 4QAM shown in FIG. 4, there are four types of transmission signals (signal points) that can be taken by each antenna. Therefore, if there is a N t antennas, possible combinations of signal points it becomes 4 Nt pieces. When there are four transmission antennas, 256 signal point combinations are possible.
MLD法は、取り得るすべての「信号点の組み合わせ」の中から、実際の受信信号点との間の2乗ユークリッド距離を用いて、最も確からしい「信号点の組み合わせ」を1つ選び、この組み合わせを推定送信信号(最適解)として、引き続く復号処理に用いる方法である。しかしながら、容易に理解できるように、アンテナの数や信号空間における信号点の数が増えることによって、信号点の組み合わせの数は指数関数的に増大する。例えば、アンテナの数が4本(Nt=4)で、64QAMの場合は、「信号点の組み合わせ」の総数は、16,777,216個となる。最適な信号点の組み合わせを求めるためには、組み合わせ総数の回数だけ2乗ユークリッド距離を計算することになる。したがって、受信信号の推定のために膨大な演算量が必要となる。従来技術として、先に述べたような演算量削減をした信号推定法が検討されている。次に、本発明の基礎となるPCA法を説明するために、尤度推定法の全般について簡単に述べる。まず、MLD法の前提として、準最適解を求めるアルゴリズムであるFixed-Complexity Sphere Decoding法(以下FSD法とする)について述べる。その後、本発明の基礎となるPCA法について述べ、従来技術における課題を明らかにする。 In the MLD method, the most probable “signal point combination” is selected from all possible “signal point combinations” using the square Euclidean distance to the actual received signal point. This is a method of using the combination as an estimated transmission signal (optimal solution) for subsequent decoding processing. However, as can be easily understood, as the number of antennas and the number of signal points in the signal space increase, the number of signal point combinations increases exponentially. For example, when the number of antennas is four (N t = 4) and 64QAM, the total number of “signal point combinations” is 16,777,216. In order to obtain the optimum combination of signal points, the square Euclidean distance is calculated as many times as the total number of combinations. Therefore, a huge amount of calculation is required for estimation of the received signal. As a conventional technique, a signal estimation method that reduces the amount of calculation as described above has been studied. Next, in order to explain the PCA method that is the basis of the present invention, the overall likelihood estimation method will be briefly described. First, as a premise of the MLD method, a Fixed-Complexity Sphere Decoding method (hereinafter referred to as FSD method), which is an algorithm for obtaining a suboptimal solution, will be described. Then, the PCA method that is the basis of the present invention will be described, and the problems in the prior art will be clarified.
以下に述べる各信号分離方法は、MLD法においてすべての「信号点の組み合わせ」(信号点セットの候補)に対して2乗ユークリッド距離を計算せずに、限定された数の「信号点セット」をどのようにして選択し演算量を減らすかに関する技術である。したがって、信号分離の精度を維持しながら同時に演算量を削減するために、どのように信号点セットの選択を行うのかが、中心的な課題となっている点に留意されたい。以下の説明では、簡単のため、複数のアンテナのそれぞれの「信号点の組み合わせ」を、「信号点セット」とも呼ぶ。また、信号点候補を選択することと、信号点を探索することは、同じ意味で用いられる。 Each signal separation method described below does not calculate a square Euclidean distance for all “signal point combinations” (signal point set candidates) in the MLD method, but a limited number of “signal point sets”. This is a technique related to how to select and reduce the amount of calculation. Therefore, it should be noted that how to select a signal point set is a central issue in order to reduce the amount of computation while maintaining the accuracy of signal separation. In the following description, for the sake of simplicity, each “combination of signal points” of a plurality of antennas is also referred to as a “signal point set”. Moreover, selecting a signal point candidate and searching for a signal point are used in the same meaning.
SD(Sphere Decoding)法は、常にMLD法と同じ最適解を得ることが可能である。しかしながら、演算量が、雑音およびフェージングの大きさに依存しているため一定とならない。実際の通信システムにおいては、データレートを一定とする要請があるため、信号探索に必要な演算量は一定であることが望ましい。そこでFSD法では、信号点の探索候補数をあらかじめ決めておくことにより、雑音およびフェージングの大きさに依存することなく一定の演算量で準最適解を得ることが可能である。FSD法は、チャネル行列の並び替えを行うプリ・プロセス(Pre-Process)と、木構造により準最適解である信号を探索するコア・プロセス(Core-Process)の2つのアルゴリズムに分けられる。さらに、コア・プロセスは、探索レイヤーの信号点候補を全て探索する完全列挙(Full-Enumerate:以下FEとする)、および、1つの信号点だけを探索する単一列挙(Single-Enumerate:以下SEとする) の2つの列挙法によって構成されている。以下、FSD法のアルゴリズムの概要を示す。 The SD (Sphere Decoding) method can always obtain the same optimal solution as the MLD method. However, the amount of computation is not constant because it depends on the magnitude of noise and fading. In an actual communication system, since there is a demand for a constant data rate, it is desirable that the amount of calculation required for signal search is constant. Therefore, in the FSD method, by determining the number of signal point search candidates in advance, it is possible to obtain a sub-optimal solution with a constant amount of computation without depending on the magnitude of noise and fading. The FSD method is divided into two algorithms: a pre-process for rearranging channel matrices (Pre-Process) and a core process (Core-Process) for searching for a signal that is a suboptimal solution using a tree structure. Further, the core process performs full enumeration (Full-Enumerate: hereinafter referred to as FE) for searching all signal point candidates in the search layer and single enumeration (Single-Enumerate: hereinafter referred to as SE) for searching only one signal point. And the following two enumeration methods. The outline of the FSD algorithm will be described below.
図6は、FSD法の概要を説明する図である。まず、プリ・プロセスについて述べる。プリ・プロセスにおいては、チャネル行列Hの列の並び替えが行なわれる。すなわち、図6において例示的に示された4本の物理的な送信アンテナポート300の各々と、信号探索の木構造302におけるレイヤーとの間で対応付けが行われる。したがって、物理的な送信アンテナの数とレイヤーの数は基本的に一致する。図6の場合では、木構造のレイヤーには、最上位のLayer1から最下位のLayer4までがある。後述するコア・プロセスにおいては、信号探索における各レイヤーと各々の物理的送信アンテナとを対応づける場合、FEのときは受信機雑音の強調が最も大きい(最もSN比の悪い)信号系列を与える送信アンテナが選択され、SEのときは受信機雑音の強調がより小さい信号(よりSN比の良い)信号系列を与える送信アンテナが選択されることを予定している。すなわち、プリ・プロセスにおけるチャネル行列Hの列の並び替え301は、複数の送信アンテナの内のどの物理的送信アンテナを、木構造のどのレイヤーに関連付けるかを決定するプロセスである。以下に、プリ・プロセスのアルゴリズムを示す。i=1,...Ntを、信号探索の木構造302におけるレイヤー番号とする。レイヤー番号は、図6の木構造302に示されている通りである。
FIG. 6 is a diagram for explaining the outline of the FSD method. First, pre-processing will be described. In the pre-process, the columns of the channel matrix H are rearranged. That is, association is performed between each of the four physical
STEP1 (逆行列の決定)
まず、次式で表される擬似逆行列を求める。
STEP1 (Determination of inverse matrix)
First, a pseudo inverse matrix expressed by the following equation is obtained.
ここで、HNt=Hである。Hiは、並び替えにおける前の繰り返し時に選択された列をヌリングした行列である。ヌリングとは、選択された列の選択された信号点の行(STEP2 において選択されるk) の実数部のみを1とし,それ以外の列の値を0にすることである。これによって、既に選択された信号点を除去することが可能である。 Here, H Nt = H. H i is a matrix obtained by nulling the columns selected at the previous iteration in the sorting. Nulling means that only the real part of the row of the selected signal point (k selected in STEP 2) in the selected column is set to 1, and the values of the other columns are set to 0. This makes it possible to remove already selected signal points.
STEP2 (探索信号の決定)
列の選択は、次式によって行う。
STEP2 (Determination of search signal)
The column is selected by the following formula.
また、kは信号のインデックスを表している。 K represents the index of the signal.
STEP1およびSTEP2 をNt回(送信アンテナの数)繰り返すことによって、列の入れ替えが行われる。例として、最終的にk = 2、1、4、3の順で選択された場合、次の送信信号系列の順序で木構造の探索を行うことになる。 By repeating STEP1 and STEP2 N t times (the number of transmission antennas), the columns are exchanged. As an example, when the selection is finally made in the order of k = 2, 1, 4, 3, the tree structure is searched in the order of the next transmission signal sequence.
尚、上述の列の入れ替えにおいては、各送信アンテナからの受信信号の信号対雑音比(S/N比)などの、チャネル情報を利用して決定される。上述のように、プリ・プロセスにおけるチャネル行列の入れ替えは、物理的アンテナと木構造のレイヤーの間で、関連付けが行われており、複数の送信アンテナからの送信信号の品質に基づいて、複数の送信アンテナの信号点を推定するための木構造における複数のレイヤーと、複数の送信アンテナとを関連付ける信号点探索ステップである。上記の送信信号の品質としては、例えば、受信アンテナで受信された、送信アンテナからの各送信信号のS/N比などを利用できるが、他の品質パラメータを使用可能であって、これに限定されない。 Note that the above-described column replacement is determined using channel information such as a signal-to-noise ratio (S / N ratio) of a reception signal from each transmission antenna. As described above, the channel matrix replacement in the pre-process is performed by associating between the physical antenna and the tree structure layer, and based on the quality of the transmission signals from the plurality of transmission antennas. This is a signal point search step for associating a plurality of layers in a tree structure for estimating a signal point of a transmission antenna with a plurality of transmission antennas. As the quality of the transmission signal, for example, the S / N ratio of each transmission signal from the transmission antenna received by the reception antenna can be used. However, other quality parameters can be used and are not limited thereto. Not.
図6を参照すると、この時、物理的アンテナ300と木構造302のレイヤーの間で、次のように関連付けが行われる。物理送信アンテナAnt2が最上位のLayer1に、物理送信アンテナAnt1が2番目のLayer2に、物理送信アンテナAnt4が3番目のLayer3に、物理送信アンテナAnt3が最下位のLayer4に関連付けられることを意味する。このように、木構造における1つのレイヤーは、1つの物理的な送信アンテナに対応していることに留意されたい。また、木構造におけるノード(点●)は、信号点に対応しており、また同時に、変調方式に応じた特定のビット列にも対応していることになる。木構造において、信号点候補の探索は、基本的に、最上位レイヤーLayer1から下位レイヤーへ向かって順に行われる。
Referring to FIG. 6, the association is performed between the
後述のコア・プロセスのFEの場合、少なくとも最上位のLayer1では全ての信号点候補が選択され、信号点候補の削減は行われないため、MLD法でも本来的に含まれるべき尤度値がすべて含まれることになる。このため受信機雑音が相対的に最も大きい信号系列(物理送信アンテナ)がこのLayer1として選択されても特性劣化が生じない。一方コア・プロセスのSEの場合、受信機雑音が相対的により小さい信号(物理送信アンテナ)が、SEにおいてより上位のレイヤーとして選択される必要がある。より上位のレイヤー(例えばLayer2)に選択されて、そのレイヤーで信号点候補の選択の誤りが生じてしまうと、その選択の誤りの影響が下位レイヤーの尤度値の計算結果に伝搬するためである。
In the case of the FE of the core process to be described later, since all signal point candidates are selected at least in the
次に、コア・プロセスのアルゴリズムを示す。既に述べているようにFEでは探索しようとするそのレイヤーの全ての信号点候補を選択し生き残らせる。ここで、生き残らせるとは、信号点の削除をせずに候補として維持するという意味である。これに対して、SEでは探索しようとするそのレイヤーより上位にあるレイヤーの各親ノード(信号点)に対して1つの子ノード(信号点)だけを選択し生き残らせる。FEを適用するレイヤー数LayerFEおよびSEを適用するレイヤー数LayerSEは、次式によって求められる。 Next, the algorithm of the core process is shown. As already described, in the FE, all signal point candidates of the layer to be searched are selected and survived. Here, surviving means that the signal points are not deleted and maintained as candidates. On the other hand, in SE, only one child node (signal point) is selected and survived for each parent node (signal point) of the layer above the layer to be searched. Layer number Layer SE applying a layer number Layer FE and SE apply the FE is obtained by the following equation.
例として変調方式が4QAMで、送信アンテナ数Nt =4である場合は、LayerFE =1、LayerSE =3となる。この例の場合のFSD法における信号探索範囲は、図6に示した各信号点となる。図6において最上位のLayer1は、FEが採用されており、4QAMで取り得る4つの信号点のすべてが信号点候補として選択されている。図6のLayer1の4つの信号点には、00、01、10、11のように信号点に対応するビット列が表示されており、図3の(a)で説明した信号点31、32、33、34に対応している。
As an example, when the modulation scheme is 4QAM and the number of transmitting antennas N t = 4, Layer FE = 1 and Layer SE = 3. The signal search range in the FSD method in this example is each signal point shown in FIG. In FIG. 6, FE is adopted for the
2番目のLayer2から最下位のLayer4までの3つのレイヤーは、SEが採用されており、それぞれのレイヤーにおいて、1つの信号点が信号点候補として選択されている。例えば、Layer2では、Layer1でビット列01に対応した信号点303−1に対して、信号点303−2が1つ選択される。この時は、Layer1(物理アンテナはAnt2)の信号点としてビット列01に対応する信号点が選択されたという条件で、実際の受信信号点に最も近いと判断されるLayer2(物理アンテナはAnt1)の信号点が選択される。同様に、Layer3では、先に選択されたLayer2の信号点303−2に対して、信号点303−3が1つ選択される。この時は、Layer1(物理アンテナはAnt2)の信号点としてビット列01に対応する信号点303−1が選択され、かつ、Layer2(物理アンテナはAnt1)の信号点303−2が選択されたという条件で、実際の受信信号点に最も近いと判断されるLayer3(物理アンテナはAnt4)の信号点が選択される。同様に、Layer4では、先に選択されたLayer3の信号点303−3に対して、信号点303−4が1つ選択される。この時は、Layer1(物理アンテナはAnt2)の信号点としてビット列01列に対応する信号点303−1が選択され、かつ、Layer2(物理アンテナはAnt1)の信号点303−2が選択され、かつ、Layer3(物理アンテナはAnt4)の信号点303−3が選択されたという条件で、実際の受信信号点に最も近いと判断されるLayer4(物理アンテナはAnt3)の信号点303−4が選択される。
SE is adopted for the three layers from the
上記の最も近い信号点の決定に際しては、信号空間上において、実際の受信信号の位置と、取り得る信号点の位置との関係から単純に求められる。 The determination of the closest signal point is simply obtained from the relationship between the actual received signal position and the possible signal point positions in the signal space.
図6において4つのレイヤー間の接続された4つの信号点303−1〜303−4は、1つの「信号点の組み合わせ」305に対応し、信号点セット305となる。図6から明らかなように、変調方式が4QAMで、送信アンテナ数Nt =4である場合は、FSD法では4つの信号点セットが候補として選択されることになる。変調方式が4QAMで、送信アンテナ数Nt =4である場合に、取り得る信号点セット(「信号点の組み合わせ」)の数は、256個となり、MLD法では256個のすべての信号点セットに対して尤度値を求める。一方、FSD法においては、尤度値の計算に使用される信号点セットとして256個の内の4つが選択されたことになる。図6に示した木構造302に基づいて、FSD法によって選択される4つの信号点セット(4QAM、Nt =4の場合)は、後述するPCA法においても基礎となる信号点セットとなることに留意されたい。次に、尤度計算方法について簡単に述べる。
In FIG. 6, the four signal points 303-1 to 303-4 connected between the four layers correspond to one “signal point combination” 305 and form a signal point set 305. As apparent from FIG. 6, when the modulation scheme is 4QAM and the number of transmission antennas N t = 4, four signal point sets are selected as candidates in the FSD method. When the modulation scheme is 4QAM and the number of transmission antennas N t = 4, the number of possible signal point sets (“signal point combinations”) is 256. In the MLD method, all 256 signal point sets are used. A likelihood value is obtained for. On the other hand, in the FSD method, four of 256 signals are selected as a signal point set used for calculation of likelihood values. Based on the
符号化MIMOシステムにおいては、各符号ビットに対して対数尤度比(LLR:Log-Likelihood Ratio)の値を計算する必要がある。m番目のアンテナの推定信号 すなわち信号点に対応するビット列のn番目のビットをbm,n とすると、LLRは次式によって表現される。 In an encoded MIMO system, it is necessary to calculate a log-likelihood ratio (LLR) value for each code bit. When the estimated signal of the m-th antenna, that is, the n-th bit of the bit string corresponding to the signal point is b m, n , the LLR is expressed by the following equation.
しかしながら、実際に信号分離法を式(9)に基づいて実装する際、式(9)は演算量が多い。このため式(9)を、次式のように近似する。 However, when the signal separation method is actually implemented based on Expression (9), Expression (9) has a large amount of calculation. Therefore, the equation (9) is approximated as the following equation.
上式において In the above formula
は、探索する信号点候補内において、ビットbm,nが−1であるシンボルの集合を表す。また、 Represents a set of symbols whose bits b m, n are −1 in the signal point candidates to be searched. Also,
は、探索する信号点候補内において、ビットbm,nが+1であるシンボルの集合を表す。尚、ビット−1、+1は両極性符号化の場合であって、単極性符号化の場合のビット0、+1と同義である。図6で既に述べたように、木構造における1つのノードは1つの信号点に対応し、さらにビット列に対応する。また、信号点はシンボルと1対1に対応しており、信号点の集合は、シンボルの集合と同義である。実際の信号分離法における実装では、探索をした結果、最終的にLLRを計算するための「選択された信号点のセット」のみを考慮すれば良い。このため、式(10)はさらに、次式のように近似できる。
Represents a set of symbols whose bits b m, n are +1 in the signal point candidates to be searched. Bits −1 and +1 are for bipolar encoding and have the same meaning as
上式(11)において、Λは最終的に信号点候補の探索を終えて確定した信号点セットのリスト(List) を表す。式(10)および式(11)の間の相違点は、演算量の削減のために、尤度の計算にリストを用いているか否かにある。演算量削減手法によっては、尤度値L(bm、n)が計算できない、または尤度値L(bm、n)が大きすぎる場合、信号分離法の結果得られた尤度値による復号したとき、復号特性に劣化が生じる。この問題に対してクリッピングを用いる必要がある。本発明では、LLRが計算できない、または大きすぎる場合にはクリッピング値Lmaz=±8を用いる。 In the above equation (11), Λ represents a list (List) of signal point sets that are finally determined after searching for signal point candidates. The difference between Expression (10) and Expression (11) is whether or not a list is used for calculation of likelihood in order to reduce the amount of calculation. When the likelihood value L (b m, n ) cannot be calculated or the likelihood value L (b m, n ) is too large depending on the calculation amount reduction method, decoding based on the likelihood value obtained as a result of the signal separation method As a result, the decoding characteristics deteriorate. It is necessary to use clipping for this problem. In the present invention, if the LLR cannot be calculated or is too large, the clipping value L maz = ± 8 is used.
MLD法を基礎として信号分離を行う場合に、演算量を削減する方法として有力な1つに、Parallel Candidate Adding (PCA) アルゴリズムがある。本発明は、このPCAアルゴリズムを用いた信号分離方法であるPCA法に改善を加えたものである。以下、本発明の基礎となるPCA法について説明する。 When performing signal separation on the basis of the MLD method, there is a Parallel Candidate Adding (PCA) algorithm as a promising method for reducing the amount of calculation. The present invention is an improvement of the PCA method, which is a signal separation method using the PCA algorithm. Hereinafter, the PCA method as the basis of the present invention will be described.
図5は、PCA法を含む信号分離を実行するMIMO検出部の構成のブロック図である。MIMO検出部200は、図2のMIMO通信システムのMIMO検出部109に対応している。図5のMIMO検出部200の各要素は、概念的な機能ブロックを示しているため、信号・情報の流れは大まかなものである。また、各要素で実施される機能は、別のブロックによっても実施可能な場合があり、図5に示した機能の一部は実質的に同一のブロックによっても実施し得る。したがって、機能ブロックの構成は、図5に示されたものだけに限定されないことに留意されたい。MIMO検出部200の各要素の少なくとも一部は、ハードウェアによって、または、CPU、メモリ、論理回路もしくはデジタル信号プロセッサ(DSP)などを使用したソフトウェア情報処理によって、または、ハードウアおよびソフトウェア情報処理の組み合わせによって実施できる。図5に示したMIMO検出部の各機能ブロックの構成および機能は、以下のPCA法の説明によって理解されるだろう。
FIG. 5 is a block diagram of a configuration of a MIMO detection unit that performs signal separation including the PCA method. The
既に説明したFSD法は、準最適解を求めるまでの過程において演算量を削減する手法であり、符号化MIMOにおける信号点に対応するビット列の各ビットの尤度を考慮していない。一方、PCA法は、FSD法における信号点の探索と並行しこれに加えて、親ノードの累積2乗ユークリッド距離、すなわち部分尤度を計算することによって、各ビット尤度を順次生成しながら、信号点候補を追加していく手法である。換言すると、PCA法は、信号点候補をさらに追加することによって、FSD法よりも復号時の特性が良好でかつ演算量を十分に抑えた信号点候補の選択方法を提供する。PCA法は、FSD法で説明したのと全く同じプリ・プロセスを実行する。したがって、FSD法との相違点は、コア・プロセスにおける信号点候補の選択方法にある。以下に、PCA法のコア・プロセスのアルゴリズム概要を説明する。PCA法のコア・プロセスは、FSD法と同様にFE(完全列挙法)およびSE(単一列挙法)から構成される。 The FSD method already described is a method for reducing the amount of calculation in the process until obtaining the suboptimal solution, and does not consider the likelihood of each bit of the bit string corresponding to the signal point in the encoded MIMO. On the other hand, the PCA method generates the bit likelihoods sequentially by calculating the cumulative square Euclidean distance of the parent node, that is, the partial likelihood in addition to the signal point search in the FSD method. This is a method of adding signal point candidates. In other words, the PCA method provides a signal point candidate selection method that has better decoding characteristics and a sufficiently reduced amount of computation than the FSD method by further adding signal point candidates. The PCA method performs exactly the same pre-process as described for the FSD method. Therefore, the difference from the FSD method lies in the method for selecting signal point candidates in the core process. The algorithm outline of the core process of the PCA method will be described below. The core process of the PCA method is composed of FE (complete enumeration method) and SE (single enumeration method) as in the FSD method.
FEのとき
FSD法と同様に、信号点候補を追加しようとしているレイヤーにおいて取り得る全ての信号点の候補を探索する。
At FE As in the FSD method, all possible signal point candidates in the layer to which the signal point candidate is to be added are searched.
SEのとき
信号点候補を追加しようとしているレイヤーの1つ上位のノード(親ノード)の部分尤度が最も大きいノード(2乗ユークリッド距離が最も小さいノード) を選択し、信号点を追加しようとしているレイヤーのノード(子ノード)の中で部分尤度が最も大きいノードを探索する。ノードは、信号点探索の文脈では、信号空間における信号点またはシンボルと同じ意味であることに留意されたい。次に、信号点を追加しようとしているレイヤーの選択されたノード(子ノード)に対応するビット列に対して、1ビットだけを変えたω個の信号点を、さらに信号点候補として加える。例えば、変調方式として16QAM を用いた時、仮に子ノードに対応するビット列が“0000”であった場合、追加する信号点候補のビット列は、1ビット目のみを1に変えた“1000”、 2ビット目のみを1に変えた“0100”, 3ビット目のみを1に変えた“0010”、および、4ビット目のみを1に変えた“0001”の4種類である。これらの追加候補は、(必ずしも各ビットに対して最小なユークリッド距離を持つ信号点ではないが、)選択および構成が簡易である。部分尤度が最も大きい親ノード(Layer1)以外は、FSD法と同様にその子ノードの中で部分尤度が最も大きいノードのみを探索する。
At SE Select the node with the highest partial likelihood (the node with the smallest square Euclidean distance) of the node (parent node) one level higher than the layer to which you want to add the signal point candidate, and try to add the signal point The node having the highest partial likelihood is searched for among the nodes (child nodes) of the existing layer. Note that a node has the same meaning as a signal point or symbol in signal space in the context of signal point search. Next, ω signal points obtained by changing only one bit are added as signal point candidates to the bit string corresponding to the selected node (child node) of the layer to which the signal point is to be added. For example, when 16QAM is used as the modulation method, if the bit string corresponding to the child node is “0000”, the bit string of the signal point candidate to be added is “1000”, in which only the first bit is changed to 1. 2 There are four types: “0100” in which only the bit is changed to 1, “0010” in which only the third bit is changed to 1, and “0001” in which only the fourth bit is changed to 1. These additional candidates are simple to select and configure (although not necessarily signal points with a minimum Euclidean distance for each bit). Except for the parent node (Layer 1) having the largest partial likelihood, only the node having the largest partial likelihood is searched for among the child nodes in the same manner as the FSD method.
図7は、PCA法における信号点候補の追加を説明するための図である。本例では、簡単のため、変調方式が4QAMで、送信アンテナの数Nt=4の場合における、木構造400を示しており、PCA法による信号点の探索範囲を示している。図7に示した木構造400と、FSD法における図6の木構造302を対比すれば分かるように、図7におけるLayer1にある4つの各信号点から直下に配置された4つの信号点セットの構成は、図6の木構造302の構成と同一である。詳細は後述するが、点線で囲まれたノード410、411、412は、FSD法と比較した場合に、PCA法において新たに追加されるノードを示す。また、丸印で囲まれたノード401、404、407は、各レイヤーにおいて部分尤度が最も大きいノードを表している。また、10/01/11/00 等の表記は、各ノードに対応する信号点のビット列をレイヤーの順で示したものである。信号点セットの候補を決定するプロセスは、図7の木構造を求め、最終的に尤度値LLRを計算する信号点セットを特定することに対応する。木構造の探索は上位レイヤーから順に行われる。
FIG. 7 is a diagram for explaining addition of signal point candidates in the PCA method. In this example, for simplicity, the
図8は、PCA法による信号分離の概要を示すフロー図である。以下の説明では、図8のフロー図も参照しながら、図7の木構造を使ってPCA法における信号点の追加についてより具体的に説明する。 FIG. 8 is a flowchart showing an outline of signal separation by the PCA method. In the following description, the addition of signal points in the PCA method will be described more specifically using the tree structure of FIG. 7 with reference to the flowchart of FIG.
PCA法による信号分離は、図8のステップ100(以下ステップをSと示す)で始まる。信号分離は、あるシンボル時間に対して開始される(S100)。S102において、チャネル情報に基づいて、各受信アンテナブランチの実際の受信信号点が決定される。次に、S104において、信号点候補決定プロセスが開始され、PCA法が開始される。次のS106において、FSD法と同様のプリ・プロセスが実行される。すなわち、チャネル行列Hの入れ替えが行われて、物理的送信アンテナと信号点候補の探索を行う木構造におけるレイヤーとの対応付けが行われる。S106において、最上位レイヤーのLayer1として選択される物理的送信アンテナが決定される。
Signal separation by the PCA method starts at step 100 (hereinafter, step is denoted as S) in FIG. Signal separation is started for a certain symbol time (S100). In S102, the actual reception signal point of each reception antenna branch is determined based on the channel information. Next, in S104, the signal point candidate determination process is started and the PCA method is started. In the next S106, a pre-process similar to the FSD method is executed. That is, the channel matrix H is exchanged to associate the physical transmission antenna with the layer in the tree structure for searching for the signal point candidate. In S106, the physical transmission antenna selected as
ここで図7を参照すれば、木構造の最上位レイヤーのLayer1にある信号点が選択された状態となる。この後、図8におけるS108で、PCA法におけるコア・プロセスが、送信アンテナの数Nt回のステージを繰り返すことによって完了し、S110に示すように、探索リストが決定される。図7の例ではNt=4なので、4つのアンテナに対して4つステージで信号点の探索が行われる。以下、S108およびS110に対応するPCA法のコア・プロセスにおける信号点候補の追加について説明する。PCA法のコア・プロセスのフローは、図9および図10のより詳細なフロー図も参照しながら、説明される。
Here, referring to FIG. 7, the signal point in
図9は、PCA法における信号点追加を説明する第1のフロー図であり、図10は、PCA法における信号点追加を説明する第2のフロー図である。以下の説明では、カッコ内には、図9および図10のフローにおける対応するステップ(S***)が記載される。 FIG. 9 is a first flowchart for explaining signal point addition in the PCA method, and FIG. 10 is a second flowchart for explaining signal point addition in the PCA method. In the following description, the corresponding step (S ***) in the flow of FIGS. 9 and 10 is described in parentheses.
図7を再び参照すると、Layer1(親ノード)で選択された4つの信号点に対して、部分尤度が計算される(S203、S401)。この時、Layer1に対応する物理的アンテナ、すなわち第1選択アンテナからの送信信号として最も確からしい信号点401が特定される。ここまでが第1ステージとなる。
Referring to FIG. 7 again, partial likelihoods are calculated for the four signal points selected by Layer 1 (parent node) (S203, S401). At this time, the most
次に第2ステージとして、第2選択アンテナ(Layer2)に対する信号点の選択が行われる(S205〜S209)。まず、部分尤度が最大、すなわち2乗ユークリッド距離が最小の信号点A1がそれぞれLayer2(子ノード)に追加される(S205)。すなわち、Layer1の4つ信号点のそれぞれに直下に描かれたLayer2の各信号点がA1となる。このA1の追加は、FSD法におけるSEに相当する。簡単のため、各レイヤーにおいて部分尤度が最大とされる信号点401、404、407の下位で、FSD法により選択される信号点を「基準信号点」と呼ぶ。すなわち、後述するものも含めて、A1、A2、A3、A4が基準信号点となる。 Next, as a second stage, signal points for the second selection antenna (Layer 2) are selected (S205 to S209). First, partial likelihood maximum, i.e. the squared Euclidean distance is minimum signal point A 1 is added to each Layer2 (child node) (S205). That is, each signal point Layer2 drawn immediately below each of the four signal points Layer1 is A 1. Add the A 1 corresponds to the SE in the FSD process. For simplicity, a signal point selected by the FSD method below the signal points 401, 404, and 407 having the maximum partial likelihood in each layer is referred to as a “reference signal point”. That is, A 1 , A 2 , A 3 , and A 4 are reference signal points including those described later.
PCA法では、部分尤度が最大の信号点A1(基準信号点)に加えて、最大の尤度を持つ信号点401(ビット列は00)に対して、Layer2の信号点A1(基準信号点)に対応するビット列(00/00)の内の1ビットを反転させた信号点B1を追加する(S207)。すなわち、信号点402(ビット列は00/01)および信号点403(ビット列は00/10)がLayer2に追加される。したがってPCA法では、Layer2では2つの信号点B1が追加され、Layer2で合計6個の信号点候補が選択される。ここで、Layer2で選択された信号点候補に対して、既定の信号点すなわち上位のLayer1の信号点を累積的に考慮して部分尤度(2乗ユークリッド距離)を計算する(S209、S403)。そして、2乗ユークリッド距離が最小の信号点404が特定される。
The PCA method, in addition to the partial likelihood maximum signal point A 1 (reference signal point), with respect to the
さらに、第3ステージとして、第3選択アンテナ(Layer3)に対する信号点の選択が行われる(S213〜S217)。まず、第2ステージにおける子ノードを今度は親ノードとみなして、第2ステージと同様の信号点選択が行われる。すなわち、Layer2の各信号点に対して、部分尤度が最大の信号点A2(基準信号点)を追加する(S213)。さらに、A2(基準信号点)に対して、最大の尤度を持つ信号点404(ビット列は01/00)に対して、Layer3の信号点A2に対応するビット列(01/00/00)の内の1ビットを反転させた信号点B2を追加する(S215)。すなわち、信号点405(ビット列は01/00/10)および信号点403(ビット列は01/00/01)がLayer3に追加される。したがってPCA法では、Layer3では2つの信号点B2が新たに追加され、Layer3で合計8個の信号点候補が選択される。ここで、Layer3で選択された信号点候補に対して、既定の信号点すなわち上位のLayer1、Layer2の信号点を累積的に考慮して部分尤度(2乗ユークリッド距離)を計算する(S217、S405)。そして、2乗ユークリッド距離が最小の信号点407が特定される。
Further, as a third stage, signal points for the third selection antenna (Layer 3) are selected (S213 to S217). First, a child node in the second stage is regarded as a parent node, and signal point selection similar to that in the second stage is performed. That is, the signal point A 2 (reference signal point) having the maximum partial likelihood is added to each signal point of Layer 2 (S213). Further, with respect to A 2 (reference signal point), the
最後に、第4ステージとして、第4選択アンテナ(Layer4)に対する信号点の選択が、同様に行われる。Layer4では、基準信号点に対して2つの信号点が新たに追加され、Layer4では、合計10個の信号点候補が選択される。この段階で、既定の信号点すなわち上位のLayer1、Layer2、Layer3の信号点を累積的に考慮して部分尤度(2乗ユークリッド距離)を計算する(S217、S405)
図10では、4つのLayerに対応する4つのステージが記載されており、各ステージにおいて、各Layerの信号点が追加されて、部分尤度が計算されることがわかる。S406で、第4のレイヤーLayer4の信号点が追加された段階で、図7に示した木構造が完成し、PCA法で選択されるすべての信号点セットが決定される。すなわち、S406の終了時点で、LLR値を最終的に計算するための信号点セットのリストが確定する。このリストは、式(11)を用いてLLRを計算するときのリストに対応する。
Finally, as the fourth stage, signal point selection for the fourth selection antenna (Layer 4) is similarly performed. In
In FIG. 10, four stages corresponding to the four layers are described, and it is understood that the partial likelihood is calculated by adding the signal points of each layer in each stage. In step S406, when the signal points of the
図7の木構造400からわかるように、PCA法では、FSD法によって与えられる4つの信号点セットに加えて、新たに6つの信号点セットが追加されて、合計10個の信号点セットが特定される。PCA法で追加されるのは、各レイヤーにおいて、そのレイヤーの上位にある親ノードから部分尤度に基づいて特定された信号点401、404、407に対応するビット列の内の、1ビットのみを変えたビット列を持つ信号点グループ410、411、412である。ある値から隣接する値に1ビットのみを変化させた符号は、グレイコードとして知られている。PCA法は、グレイコードに対応する信号点を追加する方法と言うこともできる。
As can be seen from the
信号点候補セットのリスト(探索リスト)が決定すれば、図8の全体フロー図に再び戻って、S112において、リスト内の信号点セットの候補、すなわち、リスト内の「信号点の組み合わせ」の候補に対して、LLR値が計算される。すなわち、式(11)を用いて、各ビットbm,nの尤度値L(bm,n)が計算されて、S114において、推定信号として最も確からしい、最適な信号点セットが決定される。最後に、各アンテナに対応するビット列の尤度を、S116において、ビット列の尤度値情報を後続の復号ブロック(図2の復号部111)に渡して、次のシンボル時間に対する信号分離を開始する(S102へ戻る)。
When the list of signal point candidate sets (search list) is determined, the process returns to the overall flow chart of FIG. 8 again, and in S112, candidate signal point sets in the list, that is, “signal point combinations” in the list. An LLR value is calculated for the candidate. That is, the likelihood value L (b m, n ) of each bit b m, n is calculated using equation (11), and the most likely signal point set that is most likely to be an estimated signal is determined in S114. The Finally, in S116, the likelihood value information of the bit string corresponding to each antenna is passed to the subsequent decoding block (decoding
ここで、再び図5のブロック図に戻れば、上述の図9および図10で説明されたPCA法による信号点の追加プロセス(S401〜S408)は、信号点候補追加ブロック204において実施される。すなわち、信号点候補追加ブロック204において、既に選択された上位ノードの情報を考慮しながら、累積2乗ユークリッド距離、すなわち部分尤度を計算することによって、各ビット尤度を順次生成しながら信号点候補を追加していく。
Here, returning to the block diagram of FIG. 5 again, the signal point addition process (S401 to S408) by the PCA method described in FIG. 9 and FIG. 10 is performed in the signal point
PCA法では、探索ノード数μPCAおよびリスト数NPCAはそれぞれ次式で表される。 In the PCA method, the number of search nodes μ PCA and the number of lists N PCA are each expressed by the following equations.
信号分離のもっとも代表的な方法である最尤検出(MLD)法は、取り得るすべての「信号点の組み合わせ」の中から、実際の受信信号点との間の2乗ユークリッド距離を用いて、LLR値を計算し、引き続く復号処理に用いる方法である。MLD法における探索ノード数μMLDは、送信アンテナ数がNtおよびMQAM変調方式の場合、次式となる。 The maximum likelihood detection (MLD) method, which is the most representative method of signal separation, uses a square Euclidean distance from an actual received signal point out of all possible combinations of signal points. In this method, an LLR value is calculated and used for subsequent decoding processing. Search node number mu MLD in the MLD method, the number of transmission antennas is the case of N t and MQAM modulation scheme, the following equation.
式(12)および式(14)を比較すれば、探索するノード数は大幅に削減されるものの、PCA法によって新たに追加される信号点を信号空間図上で見るとPCA法における課題が認識される。 Comparing Equation (12) and Equation (14), the number of nodes to be searched is greatly reduced, but when the signal points newly added by the PCA method are viewed on the signal space diagram, the problem in the PCA method is recognized. Is done.
図11は、PCA法において追加される信号点の位置を基準信号点の位置に応じて示した図である。図11の(a)は、追加される信号点の基点である基準信号点の位置の3つの領域500、501、502を示している。図11の(b)〜(d)は、各領域における追加信号点の位置を領域毎に示している。
FIG. 11 is a diagram showing the positions of signal points added in the PCA method according to the positions of reference signal points. FIG. 11A shows three
図11の(a)に示すように、基準信号点の位置が、信号空間図の4隅の位置の領域500にある場合と、4隅を除いた外周部の領域501にある場合と、内部の領域502にある場合に分けられる。図11の(b)は、基準信号点503が領域500にある場合の、追加信号点504−1〜504−4の位置を示している。図11の(c)は、基準信号点505が領域501にある場合の、追加信号点506−1〜506−4の位置を示している。同様に、図11の(d)は、基準信号点507が領域502にある場合の、追加信号点508−1〜508−4の位置を示している。
As shown in FIG. 11A, when the position of the reference signal point is in the
基準信号点が領域500、501にある場合、基準信号点に隣接する信号点が追加されるほかに、隣接する信号点に隣接しない信号点504−3、504−4、506−4が追加されている。基準信号点は、図7で示した信号点401、404、407であり、各レイヤーにおいも部分尤度が最も大きいノードを表している。したがって、送信信号の信号点の推定として最も確からしいものである。それにも関わらず、PCA法におけるグレイコードに基づいた追加信号点には、基準信号点から著しく離れた信号点504−3、504−4、506−4が含まれていることになる。
When the reference signal points are in the
発明者らは、この点についてPCA法をさらに改善する余地があると考えた。MLD法におけるLLR値の演算量を削減するために、信号点セットの候補を絞り込むに当たっては、最終的なリスト内に含まれる信号点セットの選択方法によっては、後続する復号部における復号特性が悪化してしまう。本来リスト中に残すべき信号点セットが選択されなければ、推定した信号点セットには誤りが含まれ得る。従来技術のPCA法と比べて、演算量の削減効果と誤り率特性との間のトレードオフをより良いレベルで達成する新たな改善のニーズは高い。 The inventors considered that there is room for further improvement of the PCA method in this regard. In order to reduce the amount of calculation of the LLR value in the MLD method, depending on the selection method of the signal point set included in the final list, the decoding characteristic in the subsequent decoding unit is deteriorated. Resulting in. If the signal point set that should originally remain in the list is not selected, the estimated signal point set may contain errors. Compared with the PCA method of the prior art, there is a high need for new improvements to achieve a trade-off between the effect of reducing the amount of calculation and the error rate characteristics at a better level.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、符号化MIMOシステムの信号分離法における従来技術のPCA法の問題点を改善し、演算量の削減効果と復号特性との間のトレードオフをより良いレベルで達成する新たな信号分離方法(送信信号の信号点を推定する方法)および受信装置を提供するところにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to improve the problems of the conventional PCA method in the signal separation method of the coded MIMO system, and to reduce the amount of calculation. It is an object of the present invention to provide a new signal separation method (a method for estimating a signal point of a transmission signal) and a receiving apparatus that achieve a trade-off between a reduction effect and a decoding characteristic at a better level.
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1の発明は、複数の送信アンテナの各々から同時に送信された、異なる送信系列に対応する複数の送信信号を、複数の受信アンテナの各々において受信する受信装置において、前記複数の送信信号の各々の信号空間における、複数のビット列に対応付けられた複数の信号点の内から、前記複数の送信信号の各信号点を推定する方法において、受信した前記送信信号の品質に基づいて、前記複数の送信アンテナの前記信号点を推定するための木構造における複数のレイヤーと、前記複数の送信アンテナとを関連付ける第1の信号点探索ステップと、前記信号点に関連付けられた前記複数のビットに関する尤度情報に基づいて、前記複数のレイヤーの内の、現在信号点候補を選択しているレイヤーで、信号点候補を選択する第1の選択ステップと、前記現在信号点候補を選択しているレイヤーにおいて選択された前記信号点候補の各々について、最上位のレイヤー以下で選択済みの信号点候補も含む前記信号点候補が選択されたという条件で、前記現在信号点候補を選択しているレイヤーより下位のレイヤーにおける信号点に対する累積的尤度情報に基づいて、前記下位のレイヤーにおいて、部分尤度が最大となる基準信号点を選択する第2の選択ステップと、前記下位のレイヤーにおいて、前記基準信号点に対して2乗ユークリッド距離が最小となる信号点候補を選択する第3の選択ステップと、前記第1の選択ステップから前記第3の選択ステップまでを、最下位レイヤーの信号点候補が選択されるまで、各々のレイヤーの次の下位のレイヤーに対して繰り返し実行するステップとから構成される第2の信号点探索ステップと、前記第2の信号点探索ステップから得られた前記木構造によって決定される、信号点候補の組み合わせのリストに基づいて、前記リスト内の信号点組み合わせから、前記複数のアンテナの信号点の対応する前記ビット列の各々に対する対数尤度比を計算するステップと、前記対数尤度比に基づいて、前記複数の送信信号に対する最も確からしい信号点の組み合わせを推定するステップとを備えることを特徴とする推定方法である。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a plurality of transmission signals corresponding to different transmission sequences transmitted simultaneously from each of a plurality of transmission antennas are transmitted from a plurality of reception antennas. In a receiving apparatus for receiving each of the plurality of transmission signals, a method of estimating each signal point of the plurality of transmission signals from a plurality of signal points associated with a plurality of bit strings in each signal space of the plurality of transmission signals. A first signal point search step associating a plurality of layers in a tree structure for estimating the signal points of the plurality of transmission antennas with the plurality of transmission antennas based on the received quality of the transmission signals; , A ray that selects a current signal point candidate out of the plurality of layers based on likelihood information regarding the plurality of bits associated with the signal point. In the first selection step of selecting signal point candidates, and for each of the signal point candidates selected in the layer in which the current signal point candidate is selected, the signal points that have been selected below the highest layer On the condition that the signal point candidate including the candidate is selected, the partial signal level in the lower layer is determined based on the cumulative likelihood information for the signal point in the lower layer than the layer in which the current signal point candidate is selected. A second selection step of selecting a reference signal point having the maximum likelihood; and a third selection of selecting a signal point candidate having a minimum square Euclidean distance with respect to the reference signal point in the lower layer. And the first selection step to the third selection step until the signal point candidate of the lowest layer is selected. A second signal point search step composed of a step repeatedly executed on the upper layer, and a combination of signal point candidates determined by the tree structure obtained from the second signal point search step. Calculating a log-likelihood ratio for each of the bit strings corresponding to the signal points of the plurality of antennas from the signal point combinations in the list based on the list; and based on the log-likelihood ratio, Estimating the most probable combination of signal points with respect to the transmission signal of.
送信信号の品質としては、これに限定されないが、例えば、受信アンテナで受信された送信信号のS/N比を利用できる。上記の第1の信号点探索ステップの一例としては、プリ・プロセスであり得る。また上記の第2の信号点探索ステップは。コア・プロセスであり得る。また、2乗ユークリッド距離が最小となる信号点候補は、実施例におけるNNノードに対応する。 The quality of the transmission signal is not limited to this. For example, the S / N ratio of the transmission signal received by the reception antenna can be used. An example of the first signal point search step may be a pre-process. Also, the second signal point search step described above. It can be a core process. Further, the signal point candidate having the minimum square Euclidean distance corresponds to the NN node in the embodiment.
請求項2の発明は、請求項1の信号点を推定する方法であって、最も確からしい信号点の組み合わせを推定する前記ステップに引き続き、前記最も確からしい信号点の組み合わせの内の最下位レイヤーの信号点を基点として、最下位レイヤーから最上位レイヤーに向かって、前記木構造をたどり、逆方向の基準信号点を特定するステップと、前記逆方向の基準信号点に対して、2乗ユークリッド距離が最小の信号点候補を選択するステップと、前記逆方向の基準信号点を特定するステップおよび前記選択するステップを、順次最上位レイヤーに達するまで、繰り返すステップとから構成される逆方向信号点探索ステップと、前記逆方向信号点探索ステップによって新たに追加される信号点候補の組み合わせを、前記木構造によって得られた信号点候補の組み合わせに追加した、新たなリストに基づいて、前記対数尤度比を再計算するステップと、前記再計算された対数尤度比に基づいて、前記複数の送信信号に対する最も確からしい信号点の組み合わせを推定するステップをさらに備えることを特徴とする。
The invention of
請求項3の発明は、請求項1の信号点を推定する方法であって、前記基準信号点を選択する第2の選択ステップにおいて、基準信号点を2以上選択することを特徴とする。 A third aspect of the invention is a method for estimating a signal point according to the first aspect, wherein two or more reference signal points are selected in the second selection step of selecting the reference signal point.
請求項4の発明は、請求項2の信号点を推定する方法であって、前記逆方向の基準信号点を特定するステップにおいて、基準信号点を2以上選択することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of estimating a signal point according to the second aspect, wherein two or more reference signal points are selected in the step of specifying the reference signal point in the reverse direction.
請求項5の発明は、複数の送信アンテナの各々から同時に送信された、異なる送信系列に対応する複数の送信信号を受信し、前記複数の送信信号の各々の信号空間における、複数のビット列に対応付けられた複数の信号点の内から、前記複数の送信信号の各信号点を推定する受信装置において、前記複数の送信信号を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナからの各受信信号に基づいて、前記複数の送信信号の各信号点を推定する検出部であって、受信した前記送信信号の品質に基づいて、前記複数の送信アンテナの前記信号点を推定するための木構造における複数のレイヤーと、前記複数の送信アンテナとを関連付ける第1の信号点探索ステップと、前記信号点に関連付けられた前記複数のビットに関する尤度情報に基づいて、前記複数のレイヤーの内の、現在信号点候補を選択しているレイヤーで、信号点候補を選択する第1の選択ステップと、前記現在信号点候補を選択しているレイヤーにおいて選択された前記信号点候補の各々について、最上位のレイヤー以下で選択済みの信号点候補も含む前記信号点候補が選択されたという条件で、前記現在信号点候補を選択しているレイヤーより下位のレイヤーにおける信号点に対する累積的尤度情報に基づいて、前記下位のレイヤーにおいて、部分尤度が最大となる基準信号点を選択する第2の選択ステップと、前記下位のレイヤーにおいて、前記基準信号点に対して2乗ユークリッド距離が最小となる信号点候補を選択する第3の選択ステップと、前記第1の選択ステップから前記第3の選択ステップまでを、最下位レイヤーの信号点候補が選択されるまで、各々のレイヤーの次の下位のレイヤーに対して繰り返し実行するステップとから構成される第2の信号点探索ステップと、前記第2の信号点探索ステップから得られた前記木構造によって決定される、信号点候補の組み合わせのリストに基づいて、前記リスト内の信号点組み合わせから、前記複数のアンテナの信号点の対応する前記ビット列の各々に対する対数尤度比を計算するステップと、前記対数尤度比に基づいて、前記複数の送信信号に対する最も確からしい信号点の組み合わせを推定するステップとを含む方法を実施する信号点検出部と、前記信号点検出部から出力される前記対数尤度比情報に基づいて、前記複数の送信信号の前記複数のビット列を復号する復号部とを備えたことを特徴とする受信装置である。
The invention according to
請求項6の発明は、請求項5の受信装置であって、前記信号点検出部において実施される前記方法は、最も確からしい信号点の組み合わせを推定する前記ステップに引き続き、前記最も確からしい信号点の組み合わせの内の最下位レイヤーの信号点を基点として、最下位レイヤーから最上位レイヤーに向かって、前記木構造をたどり、逆方向の基準信号点を特定するステップと、前記逆方向の基準信号点に対して、2乗ユークリッド距離が最小の信号点候補を選択するステップと、前記逆方向の基準信号点を特定するステップおよび前記選択するステップを、順次最上位レイヤーに達するまで、繰り返すステップとから構成される逆方向信号点探索ステップと、前記逆方向信号点探索ステップによって新たに追加される信号点候補の組み合わせを、前記木構造によって得られた信号点候補の組み合わせに追加した、新たなリストに基づいて、前記対数尤度比を再計算するステップと、前記再計算された対数尤度比に基づいて、前記複数の送信信号に対する最も確からしい信号点の組み合わせを推定するステップをさらに実施することを特徴とする。
The invention according to
請求項7の発明は、複数の送信アンテナの各々から同時に送信された、異なる送信系列に対応する複数の送信信号を、複数の受信アンテナの各々において受信する受信装置において、前記複数の送信信号の各々の信号空間における、複数のビット列に対応付けられた複数の信号点の内から、前記複数の送信信号の各信号点を推定する方法において、受信した前記送信信号の品質に基づいて、前記複数の送信アンテナの前記信号点を推定するための木構造における複数のレイヤーと、前記複数の送信アンテナとを関連付ける信号点探索ステップと、前記信号点に関連付けられた前記複数のビットに関する尤度情報に基づいて、前記複数のレイヤーの各々のレイヤーで、信号点候補を選択する順方向信号点探索ステップと、前記順方向信号点探索ステップから得られた前記木構造によって決定される、信号点候補の組み合わせのリストを決定するステップと、前記リストの中で、最も確からしい信号点の組み合わせの内の最下位レイヤーの信号点を基点として、最下位レイヤーから最上位レイヤーに向かって、前記木構造をたどり、逆方向に信号点候補を選択する逆方向信号点探索ステップと、前記逆方向信号点探索ステップによって新たに追加される信号点候補の組み合わせを、前記順方向信号点探索ステップで得られた前記木構造からの信号点候補の組み合わせに代えて、または、前前記順方向信号点探索ステップで得られた前記木構造からの信号点候補の組み合わせに追加して、更新されたリストに基づいて、対数尤度比を計算するステップと、前記計算された対数尤度比に基づいて、前記複数の送信信号に対する最も確からしい信号点の組み合わせを推定するステップを備えることを特徴とする推定方法である。 According to a seventh aspect of the present invention, in a receiving apparatus that receives, at each of a plurality of receiving antennas, a plurality of transmission signals corresponding to different transmission sequences transmitted simultaneously from each of the plurality of transmitting antennas, In the method of estimating each signal point of the plurality of transmission signals from among a plurality of signal points associated with a plurality of bit strings in each signal space, the plurality of the plurality of signal points are based on the quality of the received transmission signal. A signal point search step for associating a plurality of layers in a tree structure for estimating the signal point of the transmission antenna with the plurality of transmission antennas, and likelihood information regarding the plurality of bits associated with the signal point A forward signal point search step for selecting signal point candidates in each of the plurality of layers, and the forward signal point search Determining a list of signal point candidate combinations determined by the tree structure obtained from the step, and using the signal point of the lowest layer of the most probable signal point combinations in the list as a base point As described above, a reverse signal point search step for traversing the tree structure from the lowest layer to the highest layer and selecting signal point candidates in the reverse direction, and a signal newly added by the reverse signal point search step The combination of point candidates is replaced with the combination of signal point candidates from the tree structure obtained in the forward signal point search step, or from the tree structure obtained in the previous forward signal point search step. In addition to the signal point candidate combination, a step of calculating a log likelihood ratio based on the updated list, and based on the calculated log likelihood ratio Te is the estimated method characterized by comprising the step of estimating a combination of the most likely signal point for said plurality of transmission signals.
請求項8の発明は、請求項7の信号点を推定する方法であって、前記逆方向信号点探索ステップは、前記リストの中で、最も確からしい信号点の組み合わせの内の最下位レイヤーの信号点を基点として、最下位レイヤーから最上位レイヤーに向かって、前記木構造をたどり、逆方向の基準信号点を特定するステップと、前記逆方向の基準信号点に対して、2乗ユークリッド距離が最小の信号点候補を選択するステップと、前記逆方向の基準信号点を特定するステップおよび前記選択するステップを、順次最上位レイヤーに達するまで、繰り返すステップとを含むことを特徴とする。 The invention of claim 8 is a method of estimating a signal point of claim 7, wherein the backward signal point searching step includes the step of searching the lowest layer of the most probable signal point combinations in the list. Tracing the tree structure from the lowest layer to the highest layer using the signal point as a base point, specifying a reference signal point in the reverse direction, and a square Euclidean distance with respect to the reference signal point in the reverse direction Selecting the smallest signal point candidate, and identifying the reference signal point in the reverse direction and repeating the selecting step until reaching the highest layer in order.
請求項9の発明は、複数の送信アンテナの各々から同時に送信された、異なる送信系列に対応する複数の送信信号を受信し、前記複数の送信信号の各々の信号空間における、複数のビット列に対応付けられた複数の信号点の内から、前記複数の送信信号の各信号点を推定する受信装置において、前記複数の送信信号を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナからの各受信信号に基づいて、前記複数の送信信号の各信号点を推定する検出部であって、受信した前記送信信号の品質に基づいて、前記複数の送信アンテナの前記信号点を推定するための木構造における複数のレイヤーと、前記複数の送信アンテナとを関連付ける信号点探索ステップと、前記信号点に関連付けられた前記複数のビットに関する尤度情報に基づいて、前記複数のレイヤーの各々のレイヤーで、信号点候補を選択する順方向信号点探索ステップと、前記順方向信号点探索ステップから得られた前記木構造によって決定される、信号点候補の組み合わせのリストを決定するステップと、前記リストの中で、最も確からしい信号点の組み合わせの内の最下位レイヤーの信号点を基点として、最下位レイヤーから最上位レイヤーに向かって、前記木構造をたどり、逆方向に信号点候補を選択する逆方向信号点探索ステップと、前記逆方向信号点探索ステップによって新たに追加される信号点候補の組み合わせを、前記順方向信号点探索ステップで得られた前記木構造からの信号点候補の組み合わせに代えて、または、前前記順方向信号点探索ステップで得られた前記木構造からの信号点候補の組み合わせに追加して、更新されたリストに基づいて、対数尤度比を計算するステップと、前記計算された対数尤度比に基づいて、前記複数の送信信号に対する最も確からしい信号点の組み合わせを推定するステップを含む方法を実施する信号点検出部と、前記信号点検出部から出力される前記対数尤度比情報に基づいて、前記複数の送信信号の前記複数のビット列を復号する復号部とを備えたことを特徴とする受信装置である。 The invention of claim 9 receives a plurality of transmission signals corresponding to different transmission sequences transmitted simultaneously from each of a plurality of transmission antennas, and corresponds to a plurality of bit strings in the signal space of each of the plurality of transmission signals. In the receiving device that estimates each signal point of the plurality of transmission signals from among the plurality of signal points attached, a plurality of reception antennas that receive the plurality of transmission signals, and each reception from the plurality of reception antennas A detection unit for estimating each signal point of the plurality of transmission signals based on a signal, and a tree structure for estimating the signal points of the plurality of transmission antennas based on the quality of the received transmission signal A signal point search step for associating the plurality of layers with the plurality of transmission antennas, and likelihood information regarding the plurality of bits associated with the signal point, A forward signal point search step for selecting signal point candidates in each of the plurality of layers, and a list of signal point candidate combinations determined by the tree structure obtained from the forward signal point search step And, following the tree structure from the lowest layer to the highest layer, using the signal point of the lowest layer among the most probable signal point combinations in the list, The tree structure obtained in the forward signal point search step is a combination of a reverse signal point search step for selecting a signal point candidate in the direction and a signal point candidate newly added by the reverse signal point search step. Or a combination of signal point candidates from the tree structure obtained in the previous forward signal point search step. In addition, a step of calculating a log likelihood ratio based on the updated list, and a most probable combination of signal points for the plurality of transmission signals based on the calculated log likelihood ratio. A signal point detector that implements a method including an estimating step, and a decoder that decodes the plurality of bit strings of the plurality of transmission signals based on the log likelihood ratio information output from the signal point detector. It is provided with the receiving apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項10の発明は、請求項9の受信装置であって、前記信号点検出部において実施される前記方法にける前記逆方向信号点探索ステップは、前記リストの中で、最も確からしい信号点の組み合わせの内の最下位レイヤーの信号点を基点として、最下位レイヤーから最上位レイヤーに向かって、前記木構造をたどり、逆方向の基準信号点を特定するステップと、前記逆方向の基準信号点に対して、2乗ユークリッド距離が最小の信号点候補を選択するステップと、前記逆方向の基準信号点を特定するステップおよび前記選択するステップを、順次最上位レイヤーに達するまで、繰り返すステップとを含むことを特徴とする。 A tenth aspect of the present invention is the receiving apparatus according to the ninth aspect, wherein the backward signal point searching step in the method implemented in the signal point detection unit is the most probable signal point in the list. A step of identifying the reference signal point in the reverse direction by tracing the tree structure from the signal point of the lowest layer in the combination to the highest layer from the lowest layer, and the reference signal in the reverse direction Selecting a signal point candidate having a minimum square Euclidean distance for a point, repeating the step of identifying the reference signal point in the reverse direction and the step of selecting until the highest layer is reached in sequence It is characterized by including.
以上説明したように、本発明の信号分離方法(送信信号の信号点を推定する方法)および受信装置により、演算量の削減効果と復号特性との間のトレードオフをより良いレベルで達成することができる。 As described above, the signal separation method of the present invention (method for estimating the signal point of the transmission signal) and the receiving apparatus achieve a trade-off between the reduction effect of the calculation amount and the decoding characteristic at a better level. Can do.
本発明は、符号化MIMOシステムのPCA法を使用した信号分離において、FSD法によって探索した信号点(基準信号点)に対して2乗ユークリッド距離が最も近い信号点を追加することによって、復号特性を改善する。さらに、探索を完了した信号点候補のセットから求めた最良の推定信号点セットの最下位ノードから、木構造を逆方向にさらにトラバースすることによって得られる新たな追加信号点候補によって、先の信号点候補を置き換え、または先の信号点候補に追加することによって、演算量の削減効果と復号特性との間のトレードオフをより良いレベルで達成する。 In the signal separation using the PCA method of the encoded MIMO system, the present invention adds a signal point having the nearest square Euclidean distance to a signal point (reference signal point) searched by the FSD method, thereby decoding characteristics. To improve. Further, the previous signal is obtained by a new additional signal point candidate obtained by further traversing the tree structure in the reverse direction from the lowest node of the best estimated signal point set obtained from the set of signal point candidates for which the search has been completed. By replacing the point candidates or adding them to the previous signal point candidates, the trade-off between the reduction effect of the calculation amount and the decoding characteristics is achieved at a better level.
★本発明の第1の実施形態
本発明の信号分離方法は、PCA法における信号点候補の追加方法を改善するものであり、図5における信号点追加ブロック204または図8に示したS108のコア・プロセスの改善に関するものである。本発明では、基準信号点に対して追加する信号点(追加ノード)として最近接ノード(Nearest Neighbor Node:以下NNノードと呼ぶ)を導入する。PCA法に用いられた追加信号点の候補としては、部分尤度が最も大きい子ノード(基準信号点)に対応するビット列の内から1ビットを変えた信号点候補を追加していた。グレイコードと呼ばれる1ビットのみを変えたビット列に対応する信号点を選択するためには追加的な演算等は不要で、信号点の追加方法としては簡便なものである。
First Embodiment of the Present Invention The signal separation method of the present invention improves the method of adding signal point candidates in the PCA method. The signal
これに対して本発明では、グレイコードに対応する信号点を選択するのではなく、各ビットに対して2乗ユークリッド距離が最小となる信号点候補、NNノード追加する。以後、本発明によるNNノードを用いた場合のPCA法を、PCA−NN法とする。 On the other hand, in the present invention, signal points corresponding to the Gray code are not selected, but signal point candidates and NN nodes that minimize the squared Euclidean distance are added to each bit. Hereinafter, the PCA method using the NN node according to the present invention is referred to as a PCA-NN method.
図12は、本発明のPCA−NN法おけるNNノードの選択位置を従来技術と比較して示した図である。図12の(a)は図11で示した領域500に基準信号点がある場合を、(b)は図11で示した領域501に基準信号点がある場合を、(c)は図11で示した領域502に基準信号点がある場合を示す。いずれも変調方式が16QAMの場合であって、従来技術のPCA法における追加信号点と対比して示した。例えば、(a)を参照すれば、従来技術では基準信号点600に対して大きく離れた信号点601−3、601−4が追加されていた。これに対し、本発明のPCA−NN法でNNノードを選択する場合、基準信号点により近接した信号点602−3、602−4が選択される。(b)の場合も同様である。
FIG. 12 is a diagram showing the selection position of the NN node in the PCA-NN method of the present invention in comparison with the prior art. 12A shows the case where the reference signal point is in the
従来技術のPCA法における信号点の追加に代えて、本発明のPCA−NN法では、NNノードを追加することによって、基準信号点により近い信号点が追加される。これは、選択された基準信号点から大きく離れた信号点を信号点候補として追加するよりもより合理的であって、信号分離精度が期待される。この効果は、後述する。本発明の信号分離方法であるPCA−NN法では、PCA法と比較して、追加する信号点候補の選択方法のみに変更が生じる。このため、図9に示した従来技術のPCA法における信号点追加を説明する第1のフロー図の一部のみが変更となる。 Instead of adding signal points in the conventional PCA method, in the PCA-NN method of the present invention, a signal point closer to the reference signal point is added by adding an NN node. This is more rational than adding a signal point far away from the selected reference signal point as a signal point candidate, and signal separation accuracy is expected. This effect will be described later. In the PCA-NN method, which is the signal separation method of the present invention, only the signal point candidate selection method to be added is changed as compared with the PCA method. For this reason, only a part of the first flowchart for explaining signal point addition in the conventional PCA method shown in FIG. 9 is changed.
図13は、本発明のPCA−NN法における信号点追加を説明する第1のフロー図である。図8に示した従来技術のPCA法と比較すると、S507において、最も部分尤度の大きい親ノード(Layer1)に対して、信号点A1に加え、最小2乗ユークリッド距離の信号点C1を追加する点で、また、S515において最も部分尤度の大きい親ノード(Layer2)に対して、信号点A2に加え、最小2乗ユークリッド距離の信号点C2を追加する点で、従来技術のPCA法と異なっている。 FIG. 13 is a first flowchart for explaining signal point addition in the PCA-NN method of the present invention. Compared to the prior art PCA method shown in FIG. 8, in S507, for the most part the likelihood of a large parent node (Layer1), in addition to the signal point A 1, the signal point C 1 of the minimum squared Euclidean distance In addition to the signal point A 2 in addition to the signal point A 2 , the signal point C 2 having the least square Euclidean distance is added to the parent node (Layer 2) having the largest partial likelihood in S515. It is different from PCA method.
図14は、本発明のPCA−NN法を64QAM変調方式に適用した場合の追加信号点を説明する図である。図14では、64QAMの信号空間図上において、追加される信号点の基準となる基準信号点が取り得る3つの領域700、701、702を示している。
FIG. 14 is a diagram for explaining additional signal points when the PCA-NN method of the present invention is applied to a 64QAM modulation system. FIG. 14 shows three
図15は、本発明のPCA−NN法おけるNNノードの選択位置を従来技術と比較して示した図である。図15の(a)は図14で示した領域700に基準信号点がある場合を、(b)は図14で示した領域701に基準信号点がある場合を、(c)は図14で示した領域702に基準信号点がある場合を示す。いずれも変調方式が16QAMの場合であって、従来技術のPCA法における追加信号点と対比して示した。例えば、(a)の基準信号点が信号空間の4隅にある場合を参照すれば、従来技術のPCA法では基準信号点704に対して大きく離れた信号点705−3、705−4、705−5、705−6が追加されていた。これに対し、本発明のPCA−NN法でNNノードを選択する場合、基準信号点により近接した信号点706−3、706−4、706−5、706−6が選択される。(b)の基準信号点が信号空間図の4隅を除いた周辺部にある場合も同様である。さらに、(c)の基準信号点が内部の領域にある場合でも、従来技術による信号点711−6ではなくて、基準信号点710により近接した信号点712−6が選択される。
FIG. 15 is a diagram showing the selection position of the NN node in the PCA-NN method of the present invention in comparison with the prior art. 15A shows the case where the reference signal point is in the
したがって、本実施形態のPCA−NN法は、以下のような方法として記述できる。すなわち、複数の送信アンテナの各々から同時に送信された、異なる送信系列に対応する複数の送信信号を、複数の受信アンテナの各々において受信する受信装置において、前記複数の送信信号の各々の信号空間における、複数のビット列に対応付けられた複数の信号点の内から、前記複数の送信信号の各信号点を推定する方法において、以下のステップを備える。 Therefore, the PCA-NN method of this embodiment can be described as the following method. That is, in a receiving apparatus that receives, at each of a plurality of receiving antennas, a plurality of transmission signals corresponding to different transmission sequences transmitted simultaneously from each of a plurality of transmitting antennas, in each signal space of the plurality of transmitting signals The method for estimating each signal point of the plurality of transmission signals from the plurality of signal points associated with the plurality of bit strings includes the following steps.
すなわち、受信した前記送信信号の品質に基づいて、前記複数の送信アンテナの前記信号点を推定するための木構造における複数のレイヤーと、前記複数の送信アンテナとを関連付ける第1の信号点探索ステップと、前記信号点に関連付けられた前記複数のビットに関する尤度情報に基づいて、前記複数のレイヤーの内の、現在信号点候補を選択しているレイヤーで、信号点候補を選択する第1の選択ステップと、前記現在信号点候補を選択しているレイヤーにおいて選択された前記信号点候補の各々について、最上位のレイヤー以下で選択済みの信号点候補も含む前記信号点候補が選択されたという条件で、前記現在信号点候補を選択しているレイヤーより下位のレイヤーにおける信号点に対する累積的尤度情報に基づいて、前記下位のレイヤーにおいて、部分尤度が最大となる基準信号点を選択する第2の選択ステップと、前記下位のレイヤーにおいて、前記基準信号点に対して2乗ユークリッド距離が最小となる信号点候補を選択する第3の選択ステップと、前記第1の選択ステップから前記第3の選択ステップまでを、最下位レイヤーの信号点候補が選択されるまで、各々のレイヤーの次の下位のレイヤーに対して繰り返し実行するステップと
から構成される第2の信号点探索ステップと、前記第2の信号点探索ステップから得られた前記木構造によって決定される、信号点候補の組み合わせのリストに基づいて、前記リスト内の信号点組み合わせから、前記複数のアンテナの信号点の対応する前記ビット列の各々に対する対数尤度比を計算するステップと、前記対数尤度比に基づいて、前記複数の送信信号に対する最も確からしい信号点の組み合わせを推定するステップとを備えることを特徴とする推定方法である。
That is, a first signal point search step for associating a plurality of layers in a tree structure for estimating the signal points of the plurality of transmission antennas with the plurality of transmission antennas based on the received quality of the transmission signal And selecting a signal point candidate in a layer in which the current signal point candidate is selected among the plurality of layers based on likelihood information regarding the plurality of bits associated with the signal point. For each of the signal point candidates selected in the selection step and the layer where the current signal point candidate is selected, the signal point candidates including the signal point candidates already selected in the uppermost layer or lower are selected. Condition, the lower signal level is based on the cumulative likelihood information for signal points in a layer lower than the layer in which the current signal point candidate is selected. A second selection step of selecting a reference signal point that maximizes the partial likelihood, and a signal point candidate that minimizes the squared Euclidean distance with respect to the reference signal point in the lower layer. Repeat the third selection step and the first selection step to the third selection step for the next lower layer of each layer until the signal point candidate of the lowest layer is selected. Based on a list of combinations of signal point candidates determined by the tree structure obtained from the second signal point search step and the second signal point search step. Calculating a log-likelihood ratio for each of the bit strings corresponding to the signal points of the plurality of antennas from the signal point combinations of Based on the estimated method characterized by comprising the steps of estimating a combination of the most likely signal point for said plurality of transmission signals.
送信信号の品質としては、これに限定されないが、例えば、受信アンテナで受信された送信信号のS/N比を利用できる。 The quality of the transmission signal is not limited to this. For example, the S / N ratio of the transmission signal received by the reception antenna can be used.
また、本実施形態のPCA−NN法は、複数の送信アンテナの各々から同時に送信された、異なる送信系列に対応する複数の送信信号を受信し、前記複数の送信信号の各々の信号空間における、複数のビット列に対応付けられた複数の信号点の内から、前記複数の送信信号の各信号点を推定する受信装置にも適用できる。 Further, the PCA-NN method of the present embodiment receives a plurality of transmission signals corresponding to different transmission sequences transmitted simultaneously from each of a plurality of transmission antennas, and in each signal space of the plurality of transmission signals, The present invention can also be applied to a receiving apparatus that estimates signal points of the plurality of transmission signals from a plurality of signal points associated with a plurality of bit strings.
この受信装置は、前記複数の送信信号を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナからの各受信信号に基づいて、前記複数の送信信号の各信号点を推定する検出部を備える。 The receiving apparatus includes a plurality of reception antennas that receive the plurality of transmission signals, and a detection unit that estimates signal points of the plurality of transmission signals based on the reception signals from the plurality of reception antennas.
この検出部は、受信した前記送信信号の品質に基づいて、前記複数の送信アンテナの前記信号点を推定するための木構造における複数のレイヤーと、前記複数の送信アンテナとを関連付ける第1の信号点探索ステップと、前記信号点に関連付けられた前記複数のビットに関する尤度情報に基づいて、前記複数のレイヤーの内の、現在信号点候補を選択しているレイヤーで、信号点候補を選択する第1の選択ステップと、前記現在信号点候補を選択しているレイヤーにおいて選択された前記信号点候補の各々について、最上位のレイヤー以下で選択済みの信号点候補も含む前記信号点候補が選択されたという条件で、前記現在信号点候補を選択しているレイヤーより下位のレイヤーにおける信号点に対する累積的尤度情報に基づいて、前記下位のレイヤーにおいて、部分尤度が最大となる基準信号点を選択する第2の選択ステップと、前記下位のレイヤーにおいて、前記基準信号点に対して2乗ユークリッド距離が最小となる信号点候補を選択する第3の選択ステップと、前記第1の選択ステップから前記第3の選択ステップまでを、最下位レイヤーの信号点候補が選択されるまで、各々のレイヤーの次の下位のレイヤーに対して繰り返し実行するステップとから構成される第2の信号点探索ステップと、前記第2の信号点探索ステップから得られた前記木構造によって決定される、信号点候補の組み合わせのリストに基づいて、前記リスト内の信号点組み合わせから、前記複数のアンテナの信号点の対応する前記ビット列の各々に対する対数尤度比を計算するステップと、前記対数尤度比に基づいて、前記複数の送信信号に対する最も確からしい信号点の組み合わせを推定するステップとを含む方法を実施する。 The detection unit is configured to associate a plurality of layers in a tree structure for estimating the signal points of the plurality of transmission antennas with the plurality of transmission antennas based on the received quality of the transmission signals. Based on the point search step and the likelihood information regarding the plurality of bits associated with the signal point, the signal point candidate is selected in the layer where the current signal point candidate is selected from among the plurality of layers. For each of the signal point candidates selected in the first selection step and the layer in which the current signal point candidate is selected, the signal point candidates including the signal point candidates already selected below the highest layer are selected. On the basis of the cumulative likelihood information for signal points in a layer lower than the layer in which the current signal point candidate is selected. A second selection step of selecting a reference signal point having the maximum partial likelihood in the layer, and a signal point candidate having a minimum square Euclidean distance with respect to the reference signal point in the lower layer; Repeat the third selection step and the first selection step to the third selection step for the next lower layer of each layer until the signal point candidate of the lowest layer is selected. Based on a list of combinations of signal point candidates determined by the tree structure obtained from the second signal point search step and the second signal point search step. Calculating a log-likelihood ratio for each of the corresponding bit strings of the signal points of the plurality of antennas from the signal point combinations of Based on the degree ratio, implementing a method comprising the steps of estimating a combination of the most likely signal point for said plurality of transmission signals.
この受信装置は、さらに前記信号点検出部から出力される前記対数尤度比情報に基づいて、前記複数の送信信号の前記複数のビット列を復号する復号部を備える。 The receiving apparatus further includes a decoding unit that decodes the plurality of bit strings of the plurality of transmission signals based on the log likelihood ratio information output from the signal point detection unit.
尚、受信装置には、送信装置の機能も併せ持った送受信装置、無線通信端末装置や基地局装置などが含まれるのは言うまでもない。 Needless to say, the receiving device includes a transmitting / receiving device having a function of a transmitting device, a wireless communication terminal device, a base station device, and the like.
上述のように、本発明のPCA―NN法において、木構造の探索レイヤーにおける部分尤度が最大の基準信号点に対して、最小2乗ユークリッド距離の信号点を追加することによって、基準信号点により近接した信号点が信号点候補として追加される。選択される追加信号点の従来技術との差異は、信号点の数が多い変調方式ほど顕著となる。本発明のPCA−NN法による信号点候補の追加に、さらに他の追加信号候補点の選択方法を組み合わせて、変形を加えることができる。一例として、第1の実施形態よりも基準信号点の数を増やす方法を次に示す。 As described above, in the PCA-NN method of the present invention, by adding a signal point having a least square Euclidean distance to a reference signal point having a maximum partial likelihood in the tree structure search layer, The signal points closer to each other are added as signal point candidates. The difference between the selected additional signal point and the prior art becomes more prominent as the modulation method has a larger number of signal points. The addition of the signal point candidates by the PCA-NN method of the present invention can be further modified by combining another selection method of additional signal candidate points. As an example, a method for increasing the number of reference signal points as compared with the first embodiment will be described below.
★本発明の第2の実施形態
図16は、本発明のPCA−NN法を変形した拡張PCA法による信号点追加の方法を説明する図である。拡張PCA法によって信号点の候補として決定される木構造800を示している。拡張PCA(Extended PCA)法の概要を、以下説明する。
Second Embodiment of the Present Invention FIG. 16 is a diagram for explaining a signal point adding method by the extended PCA method obtained by modifying the PCA-NN method of the present invention. A
従来技術のPCA法では、部分尤度が最も大きい親ノード(基準信号点)を1つだけ選択して、信号点の候補を追加した。これに対しE−PCA法では、部分尤度が大きい1以上の上位P個を考慮して信号点の候補を追加した。E−PCA法では、全てのノードを並行して探索可能である。以下にE−PCA法のアルゴリズムを示す。 In the conventional PCA method, only one parent node (reference signal point) having the highest partial likelihood is selected, and signal point candidates are added. On the other hand, in the E-PCA method, signal point candidates are added in consideration of one or more upper P pieces having a large partial likelihood. In the E-PCA method, all nodes can be searched in parallel. The algorithm of the E-PCA method is shown below.
FE のとき
FSD法と同様に、全ての信号点の候補を探索する。
When FE: Similar to the FSD method, all signal point candidates are searched.
SE のとき
親ノードの部分尤度が大きい上位P個のノード(信号点)に対して、それぞれ子ノードを選択し、それぞれの子ノードの中で部分尤度が最も大きいノード(基準信号点)を探索する。次に、選択されたP個の子ノードの各々に対してNNノードを追加する。選択されなかった親ノードは、FSD法と同様に、部分尤度の最も大きい子ノードのみを選択する。
When
図16に再び戻って、より具体的にE−PCA法による信号点の追加方法を説明する。図16では、拡張された基準信号点の数P=2、変調方式が4QAM、送信アンテナの数Nt=4の場合を示す。E−PCA法では、Layer1においてまず2個(P=2)の○で囲った基準信号点が選択される。従来技術のPCAでは、例えば信号点801(ビット列00)のみが選択されていた。E−PCA法では、さらに信号点802(ビット列10)が追加される。
Returning to FIG. 16 again, a signal point adding method by the E-PCA method will be described more specifically. FIG. 16 shows the case where the number of extended reference signal points P = 2, the modulation scheme is 4QAM, and the number of transmission antennas N t = 4. In the E-PCA method, first, two reference signal points surrounded by circles (P = 2) are selected in
Layer2では、Layer1の信号点に対して部分尤度の大きい(2乗ユークリッド距離の小さい)信号点が選択される。さらに、Layer1で基準信号点として選択された信号点801、802の各々から、NNノードが追加される。すなわち、基準信号点801からLayer2の信号点803、804がNNノードとして選択される。同様に、基準信号点802からLayer2の信号点805、806がNNノードとして選択される。Layer2では、追加された4つの信号点を含めて、部分尤度の最も大きい(2乗ユークリッド距離の小さい)2つの信号点が選択される。すなわち、今度は信号点807、808がLayer2の基準信号点となる。基準信号点807、808の各々から、NNノードが追加される。すなわち、基準信号点807からLayer3の信号点809、810がNNノードとして選択される。同様に、基準信号点808からLayer3の信号点811、812がNNノードとして選択される。以下、同様にしてすべての信号点候補が選択され、信号点セットが決定される。
In
したがって、本実施形態の発明は、第1の実施形態による信号点の推定方法おける、基準信号点を選択する第2の選択ステップにおいて、基準信号点を2以上選択することを特徴とする。また、第1の実施形態による受信装置おける、前記逆方向の基準信号点を特定するステップにおいて、基準信号点を2以上選択することを特徴とする。 Therefore, the invention of this embodiment is characterized in that two or more reference signal points are selected in the second selection step of selecting a reference signal point in the signal point estimation method according to the first embodiment. In the receiving device according to the first embodiment, in the step of specifying the reference signal point in the reverse direction, two or more reference signal points are selected.
E−PCA法における探索ノード数μEPCAは次式で表現される。 The number of search nodes μ EPCA in the E-PCA method is expressed by the following equation.
また、リスト数NEPCAは、次式で表現される。 The list number N EPCA is expressed by the following equation.
E−PCA法では、図16に示すように合計で16セットの「信号点の組み合わせ」が選択される。すなわち、信号点セットのリストには、このうち、16セットの「信号点の組み合わせ」が含まれ、これらの信号点セットに対してLLR値が計算される。E−PCA法によって選択されるのは、点線で囲われた信号点819〜824を含む信号点セットである。E−PCA法によれば、信号点の数が多い分だけ演算量は増えるものの、復号特性の向上を実現できる。 In the E-PCA method, a total of 16 “signal point combinations” are selected as shown in FIG. That is, the signal point set list includes 16 sets of “signal point combinations”, and LLR values are calculated for these signal point sets. A signal point set including signal points 819 to 824 surrounded by a dotted line is selected by the E-PCA method. According to the E-PCA method, although the amount of calculation increases as the number of signal points increases, the decoding characteristics can be improved.
E−PCA法の基本的な考え方は、従来技術のPCA法に適用可能である。第1の実施形態として説明した本発明のPCA−NN法とE−PCA法を組み合わせることによって、演算量の削減効果と誤り率特性との間のトレードオフをより良いレベルで達成した信号分離を実現できる。 The basic idea of the E-PCA method is applicable to the PCA method of the prior art. By combining the PCA-NN method and the E-PCA method of the present invention described as the first embodiment, signal separation that achieves a trade-off between the reduction effect of calculation amount and the error rate characteristic at a better level is achieved. realizable.
★本発明の第3の実施形態
本発明のPCA−NN法による信号点候補の追加方法は、さらに別の追加信号点の選択方法を組み合わせることができる。ここでは、後方候補追加法(Backward Candidate Adding:以下BCA法) アルゴリズムについて述べる。BCA法は、本発明のPCA−NN法と組み合わせるだけではなく、他の一般的な信号点探索法に広く適用可能なものである。BCA法は、木構造における信号探索を行った後に、その探索結果を基に、さらに信号点候補を再探索する手法であり。再探索において第1の実施形態におけるNNノードを使用することができる。
★ Third Embodiment of the Present Invention The signal point candidate adding method by the PCA-NN method of the present invention can be combined with another additional signal point selecting method. Here, a backward candidate adding method (Backward Candidate Adding: BCA method) algorithm will be described. The BCA method is not only combined with the PCA-NN method of the present invention, but also widely applicable to other general signal point search methods. The BCA method is a method of re-searching signal point candidates based on the search result after performing a signal search in a tree structure. The NN node in the first embodiment can be used in the re-search.
図17は、本発明のBCA法を用いるMIMO検出部の構成のブロック図である。BCA法を用いたMIMO検出部1000の基本的構成については、図5に示したPCA法によるMIMO検出部200と概ね同一である。したがって、相違点のみを説明する。BCA法を用いたMIMO検出部1000は、BCA処理部1009を備えている。後に説明するように、BCA法は、FSD処理ブロック1003や信号点候補追加ブロック1004において実施される他の信号点探索方法を完了して最適な信号点セットを決定した後に、適用される。
FIG. 17 is a block diagram of a configuration of a MIMO detection unit using the BCA method of the present invention. The basic configuration of the
図18は、本発明のBCA法による信号点の追加を説明するフロー図である。BCA法による信号分離の全体フローについても、図8に示したPCA法による信号分離のフローと概ね同一である。図8のS106のプリ・プロセスは共通であり、S108のコア・プロセスは、図18におけるS120の順方向の信号点候補の探索に対応する。ここで「順方向」とは、例えば図7に示したPCA法の木構造400においてLayer1からLayer4に向かって信号点候補の探索が行われることを意味している。BCA法では、順方向の信号点探索が終わって、順方向に探索の結果得られた第1の信号点セットの中から、最有力の信号点セットの決定がなされた後で(S122)、この最有力の信号点セットの最下位の信号点を基点として、逆方向に新たな信号点探索を行う(S124)点に特徴がある。この逆方向の信号点探索の結果得られた第2の信号点セットを、新たな信号点セットとして第1の信号セットと置き換えるか、または、第1の信号セットに追加して、最終的な探索リストを決定する(S110)。
FIG. 18 is a flowchart for explaining the addition of signal points by the BCA method of the present invention. The overall signal separation flow by the BCA method is also substantially the same as the signal separation flow by the PCA method shown in FIG. The pre-process of S106 in FIG. 8 is common, and the core process of S108 corresponds to the search for signal point candidates in the forward direction of S120 in FIG. Here, “forward direction” means that signal point candidates are searched from
ここでは、代表的な例として、BCA法をFSD法へ適用した例について説明する。FSD法やPCA法におけるFEでは、信号点の各ビット尤度が必ず生成されるため再探索は行わない。以下に、BCA法のアルゴリズムを示す。
STEP1 (FSD法における探索、図18のS106に対応)
FSD法と同様に、全ての信号点候補を探索する。
STEP2 (BCA法による探索候補の再探索)
FSD法の信号点探索から得られた各信号点において、逆方向にNNノードを再探索する。
Here, an example in which the BCA method is applied to the FSD method will be described as a representative example. In the FE in the FSD method or the PCA method, each bit likelihood of a signal point is always generated, and therefore no re-search is performed. The algorithm of the BCA method is shown below.
STEP1 (Search in FSD method, corresponding to S106 in FIG. 18)
Similar to the FSD method, all signal point candidates are searched.
STEP2 (Research for search candidates by BCA method)
At each signal point obtained from the signal point search of the FSD method, the NN node is searched again in the reverse direction.
次に、木構造を使って、BCA法の信号点候補の追加についてより具体的に説明する。 Next, the addition of signal point candidates in the BCA method will be described more specifically using a tree structure.
図19は、本発明のBCA法による信号点の追加を説明する図である。図19に示した木構造900は、FSD法を適用した後にBCA法をさらに適用した結果得られる。したがって、木構造900の内の右側半分の信号点は、図6に示した木構造302と同一である。一方、木構造900の内の左側半分の信号点は、信号点901を基点としてBCA法を適用した結果得られる。図19では、変調方式が4QAMで、送信アンテナの数Nt=4の場合のBCA法による信号点探索範囲が示されている。点線で囲まれたノードが、BCA法によって再探索されたノードである。丸を付けた信号点901は、順方向のFSD法によって得られた最終的に尤度の最も大きい信号点セットである。すなわち、信号点901、2902、905、910からなる信号点セットは、FSD法によって決定された信号点セットのうちの最も確からしい最有力の信号点セットである。BCA法は、この最有力の信号点セットを、最下位レイヤーから最上位レイヤーに向かって、逆方向にトラバースを行いながら再探索を行う。
FIG. 19 is a diagram for explaining addition of signal points by the BCA method of the present invention. The
具体的には、信号点901から木構造を上方向にLayer3へ戻って、信号点902に対して、NNノード903、904を追加する。このときのNNノード903、904は、信号点901に対して最小2乗ユークリッド距離にある信号点である。
Specifically, the tree structure is returned upward to
次に、Layer3の信号点902からさらに木構造を上方向にLayer2へ戻って、信号点905に対して、NNノード906、907を追加する。このときのNNノード906、907は、信号点902に対して最小2乗ユークリッド距離にある信号点である。このとき、NNノード906の下のLayer4の信号点908のビット列は、基点となる信号点901のビット列00とする。したがって、信号点908のビット列は、00/00/**/00となる。NNノード907の下のLayer4の信号点909についても同様である。
Next, the tree structure is further returned upward to
さらに、Layer2の信号点905から木構造を上方向にLayer1へ戻って、信号点910に対して、NNノード911、912を追加する。このときのNNノード911、912は、信号点905に対して最小2乗ユークリッド距離にある信号点である。このとき、NNノード911の下のLayer3/Layer4の信号点のビット列は、基点となる信号点901、902のビット列00/00とする。したがって、信号点911の下のLayer3の信号点のビット列は、00/**/00となり、Layer4の信号点のビット列は、00/**/00/00となる。NNノード912の下のLayer3/Layer4の2つの信号点についても同様である。
Further, the tree structure is returned upward to
したがって、本実施形態のBCA法は、以下のような方法として記述できる。すなわち 複数の送信アンテナの各々から同時に送信された、異なる送信系列に対応する複数の送信信号を、複数の受信アンテナの各々において受信する受信装置において、前記複数の送信信号の各々の信号空間における、複数のビット列に対応付けられた複数の信号点の内から、前記複数の送信信号の各信号点を推定する方法として記述できる。 Therefore, the BCA method of this embodiment can be described as the following method. That is, in a receiving apparatus that receives a plurality of transmission signals corresponding to different transmission sequences transmitted from each of a plurality of transmission antennas at each of a plurality of reception antennas, in each signal space of the plurality of transmission signals, It can be described as a method of estimating each signal point of the plurality of transmission signals from a plurality of signal points associated with a plurality of bit strings.
この方法は、受信した前記送信信号の品質に基づいて、前記複数の送信アンテナの前記信号点を推定するための木構造における複数のレイヤーと、前記複数の送信アンテナとを関連付ける信号点探索ステップと、前記信号点に関連付けられた前記複数のビットに関する尤度情報に基づいて、前記複数のレイヤーの各々のレイヤーで、信号点候補を選択する順方向信号点探索ステップと、前記順方向信号点探索ステップから得られた前記木構造によって決定される、信号点候補の組み合わせのリストを決定するステップと、前記リストの中で、最も確からしい信号点の組み合わせの内の最下位レイヤーの信号点を基点として、最下位レイヤーから最上位レイヤーに向かって、前記木構造をたどり、逆方向に信号点候補を選択する逆方向信号点探索ステップと、前記逆方向信号点探索ステップによって新たに追加される信号点候補の組み合わせを、前記順方向信号点探索ステップで得られた前記木構造からの信号点候補の組み合わせに代えて、または、前前記順方向信号点探索ステップで得られた前記木構造からの信号点候補の組み合わせに追加して、更新されたリストに基づいて、対数尤度比を計算するステップと、前記計算された対数尤度比に基づいて、前記複数の送信信号に対する最も確からしい信号点の組み合わせを推定するステップとを備えることを特徴とする推定方法である。 The method includes a signal point search step for associating a plurality of layers in a tree structure for estimating the signal points of the plurality of transmission antennas with the plurality of transmission antennas based on the received quality of the transmission signals. A forward signal point search step of selecting a signal point candidate in each of the plurality of layers based on likelihood information relating to the plurality of bits associated with the signal point; and the forward signal point search Determining a list of signal point candidate combinations determined by the tree structure obtained from the step, and using the signal point of the lowest layer in the most probable signal point combinations in the list as a base point As shown below, the tree structure is traced from the lowest layer to the highest layer, and the reverse signal point search is performed to select signal point candidates in the reverse direction. A signal point candidate newly added by the step and the backward signal point search step, instead of the signal point candidate combination from the tree structure obtained in the forward signal point search step, or In addition to the signal point candidate combination from the tree structure obtained in the previous forward signal point search step, a step of calculating a log likelihood ratio based on the updated list, and the calculated logarithm Estimating the most probable combination of signal points for the plurality of transmission signals based on a likelihood ratio.
ここで、NNノードを使用する場合には、前記逆方向信号点探索ステップは、前記リストの中で、最も確からしい信号点の組み合わせの内の最下位レイヤーの信号点を基点として、最下位レイヤーから最上位レイヤーに向かって、前記木構造をたどり、逆方向の基準信号点を特定するステップと、前記逆方向の基準信号点に対して、2乗ユークリッド距離が最小の信号点候補を選択するステップと、前記逆方向の基準信号点を特定するステップおよび前記選択するステップを、順次最上位レイヤーに達するまで、繰り返すステップとを含むことになる。 Here, when using the NN node, the backward signal point searching step uses the signal point of the lowest layer among the most probable signal point combinations in the list as a base point, Tracing the tree structure from the top to the top layer, specifying a reference signal point in the reverse direction, and selecting a signal point candidate having a minimum square Euclidean distance with respect to the reference signal point in the reverse direction And the step of identifying the reference signal point in the reverse direction and the step of selecting are sequentially repeated until reaching the highest layer.
また、本実施形態のBCA法は、複数の送信アンテナの各々から同時に送信された、異なる送信系列に対応する複数の送信信号を受信し、前記複数の送信信号の各々の信号空間における、複数のビット列に対応付けられた複数の信号点の内から、前記複数の送信信号の各信号点を推定する受信装置に適用ができる。 Further, the BCA method of the present embodiment receives a plurality of transmission signals corresponding to different transmission sequences transmitted simultaneously from each of a plurality of transmission antennas, and a plurality of transmission signals in each signal space of the plurality of transmission signals are received. The present invention can be applied to a receiving apparatus that estimates each signal point of the plurality of transmission signals from a plurality of signal points associated with a bit string.
この受信装置は、前記複数の送信信号を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナからの各受信信号に基づいて、前記複数の送信信号の各信号点を推定する検出部を備える。 The receiving apparatus includes a plurality of reception antennas that receive the plurality of transmission signals, and a detection unit that estimates signal points of the plurality of transmission signals based on the reception signals from the plurality of reception antennas.
この受信部は、受信した前記送信信号の品質に基づいて、前記複数の送信アンテナの前記信号点を推定するための木構造における複数のレイヤーと、前記複数の送信アンテナとを関連付ける信号点探索ステップと、前記信号点に関連付けられた前記複数のビットに関する尤度情報に基づいて、前記複数のレイヤーの各々のレイヤーで、信号点候補を選択する順方向信号点探索ステップと、前記順方向信号点探索ステップから得られた前記木構造によって決定される、信号点候補の組み合わせのリストを決定するステップと、前記リストの中で、最も確からしい信号点の組み合わせの内の最下位レイヤーの信号点を基点として、最下位レイヤーから最上位レイヤーに向かって、前記木構造をたどり、逆方向に信号点候補を選択する逆方向信号点探索ステップと、前記逆方向信号点探索ステップによって新たに追加される信号点候補の組み合わせを、前記順方向信号点探索ステップで得られた前記木構造からの信号点候補の組み合わせに代えて、または、前前記順方向信号点探索ステップで得られた前記木構造からの信号点候補の組み合わせに追加して、更新されたリストに基づいて、対数尤度比を計算するステップと、前記計算された対数尤度比に基づいて、前記複数の送信信号に対する最も確からしい信号点の組み合わせを推定するステップを含む方法を実施する。 The reception unit is a signal point search step for associating a plurality of layers in a tree structure for estimating the signal points of the plurality of transmission antennas and the plurality of transmission antennas based on the received quality of the transmission signals. A forward signal point search step of selecting a signal point candidate in each of the plurality of layers based on likelihood information regarding the plurality of bits associated with the signal point; and the forward signal point Determining a list of signal point candidate combinations determined by the tree structure obtained from the search step; and selecting signal points of the lowest layer in the most probable signal point combinations in the list As a base point, follow the tree structure from the lowest layer to the highest layer and select a signal point candidate in the reverse direction. A search step and a combination of signal point candidates newly added by the backward signal point search step, instead of a combination of signal point candidates from the tree structure obtained in the forward signal point search step, or Adding to the combination of signal point candidates from the tree structure obtained in the previous forward signal point search step and calculating a log likelihood ratio based on the updated list; and A method is implemented that includes estimating a most likely combination of signal points for the plurality of transmission signals based on a log likelihood ratio.
この受信装置は、さらに信号点検出部から出力される前記対数尤度比情報に基づいて、前記複数の送信信号の前記複数のビット列を復号する復号部も備える。尚、受信装置には、送信装置の機能も併せ持った送受信装置、無線通信端末装置や基地局装置などが含まれるのは言うまでもない。 The receiving apparatus further includes a decoding unit that decodes the plurality of bit strings of the plurality of transmission signals based on the log likelihood ratio information output from the signal point detection unit. Needless to say, the receiving device includes a transmitting / receiving device having a function of a transmitting device, a wireless communication terminal device, a base station device, and the like.
BCA法では、最も有力な信号点セットの最下位レイヤーの信号点を基点として信号点候補を新たに追加する。このため、最も確からしい信号点のセットに基づいて、信号点候補を追加することに成る。したがって、FSD法で得られた第1の信号点候補のセットにさらにBCA法を適用して、上述のようにNNノードを追加するBCA法によって得られる第2の信号点セットを加えることで、PCA法と同じ探索ノード数およびリスト数を維持したままで、LLR値の計算が行われる。 In the BCA method, signal point candidates are newly added with the signal point of the lowest layer of the most powerful signal point set as a base point. For this reason, signal point candidates are added based on the most probable set of signal points. Therefore, by further applying the BCA method to the first signal point candidate set obtained by the FSD method and adding the second signal point set obtained by the BCA method of adding the NN node as described above, The LLR value is calculated while maintaining the same number of search nodes and lists as in the PCA method.
探索ノード数μBCAは次式で表現される。 The number of search nodes μ BCA is expressed by the following equation.
リスト数NBCAは、次式で表現される。 The list number N BCA is expressed by the following equation.
図19では、NNノードを追加しながら、逆方向の再探索を行う例を示したが、BCA法の本質は順方向の信号点探索で得られる最も確からしい信号点のセットに基づいて、逆方向に再探索を行う点にある。したがって、逆方向の探索においては、NNノードを使用しないPCA法で信号点候補を追加することもできる。 FIG. 19 shows an example in which re-search is performed in the reverse direction while adding NN nodes. However, the essence of the BCA method is based on the most probable set of signal points obtained by the forward signal point search. The point is to search again in the direction. Therefore, in the backward search, signal point candidates can be added by the PCA method that does not use the NN node.
★本発明の第4の実施形態
図17でも説明したように、上述の本発明のBCA法はすべての信号点探索法と組み合わせることが可能であり、PCA法と組み合わせることもできる。次に、PCA法およびBCA法を併用したPCA−BCAアルゴリズムについて述べる。PCA法では、必ずしもBCA法によって再探索される信号点候補を探索するとは限らない。すなわち、順方向の信号点の探索を行うPCA法で決定される第1の信号点セットと、逆方向の信号点の再探索を行うBCA法で決定される第2の信号点セットとは、必ずしも一致しない。したがって、PCA法およびBCA法を併用することによって、復号特性の改善が可能である。またPCA−BCAアルゴリズムでは、PCA法における追加信号点の候補として1ビットを変えた信号ではなく、本発明の第1の実施形態で述べたNNノードとする。正確なLLR値を計算するためには、実際に受信された信号点により近い信号点候補に対して計算を実行しなければならないためである。以下にPCA−BCA法のアルゴリズムを示す。
STEP1 (PCA法による探索)
PCA法の探索を行う。このとき追加信号点候補は従来技術である1ビット変えた候補ではなくNNノードである。
STEP2 (BCA法による探索)
PCA法の探索が終わった後、BCA法によって逆方向に再び信号点の候補を探索する。
探索ノード数μPCA−BCAは次式で表わされる。
★ Fourth Embodiment of the Present Invention As described with reference to FIG. 17, the BCA method of the present invention described above can be combined with all signal point search methods, and can also be combined with the PCA method. Next, a PCA-BCA algorithm using both the PCA method and the BCA method will be described. In the PCA method, signal point candidates that are re-searched by the BCA method are not necessarily searched. That is, the first signal point set determined by the PCA method for searching forward signal points and the second signal point set determined by the BCA method for re-searching signal points in the reverse direction are: Does not necessarily match. Therefore, the decoding characteristics can be improved by using both the PCA method and the BCA method. In the PCA-BCA algorithm, the NN node described in the first embodiment of the present invention is used instead of a signal obtained by changing one bit as a candidate for an additional signal point in the PCA method. This is because in order to calculate an accurate LLR value, the calculation must be performed on signal point candidates that are closer to the actually received signal points. The algorithm of the PCA-BCA method is shown below.
STEP1 (Search by PCA method)
Search for PCA method. At this time, the additional signal point candidate is an NN node, not a candidate obtained by changing one bit as in the prior art.
STEP2 (Search by BCA method)
After the search for the PCA method is completed, signal point candidates are searched again in the reverse direction by the BCA method.
The number of search nodes μ PCA-BCA is expressed by the following equation.
リスト数NPCA−BCAは、次式によって表わされる。 The list number N PCA-BCA is expressed by the following equation.
PCA−BCA法の問題点としては、PCA法およびBCA法の探索ノードが重複する可能性があること、また、PCA法およびBCA法の探索を同時に行うことが出来ないため処理遅延が発生することもありえる。しかしながら、第1の信号点セットおよび第2の信号点セットを組み合わせることが可能であって、最終的なリストを決定する段階(図18のS110)の方法に、多様性を加えることができる。第1の信号点セットおよび第2の信号点セットを組み合わせて最終的な信号点セットのリストを決定するためには、様々な方法で行うことができる。すなわち、図17のリスト決定ブロック1006において、第1の信号点セットおよび第2の信号点セットから、所定の基準で信号点セットを選択して、組み合わせることもできる。2種類の信号点セットを利用することによって、演算量と復号性能との間のトレードオフについてのバランスをとるために、多様な手段を提供できる。
As problems of the PCA-BCA method, there is a possibility that search nodes of the PCA method and the BCA method overlap, and a search delay occurs because the search of the PCA method and the BCA method cannot be performed simultaneously. There can be. However, the first signal point set and the second signal point set can be combined, and diversity can be added to the method of determining the final list (S110 in FIG. 18). Combining the first signal point set and the second signal point set to determine the final list of signal points can be done in various ways. That is, in the
下の表には、従来技術の信号点の追加方法(探索方法)と、これまで述べた本発明の信号点の追加方法(探索方法)について、探索ノード数とリスト数の比較を示す。既に述べたように、探索ノード数とは、各信号点追加方法によって形成される木構造に含まれるすべてのノード、すなわち信号点の数である。また、リスト数とは、各信号点追加方法によって形成される木構造に含まれる信号点セットの候補の数である。信号点セットとは、すべての送信アンテナらから送信された信号の「信号点の組み合わせ」を意味する。 The table below shows a comparison between the number of search nodes and the number of lists for the signal point addition method (search method) of the prior art and the signal point addition method (search method) of the present invention described so far. As already described, the number of search nodes is the number of all nodes included in the tree structure formed by each signal point addition method, that is, the number of signal points. The number of lists is the number of signal point set candidates included in the tree structure formed by each signal point addition method. The signal point set means a “signal point combination” of signals transmitted from all the transmitting antennas.
図20は、16QAMについて、本発明の各方法と従来技術の方法との間で、探索ノード数およびリスト数を比較した表を示す図である。送信アンテナの数Nt=4、変調信号点の数M=16のときの探索ノード数およびリスト数の比較を示す。図20の表において、E−PCA法、BCA法、PCA−BCA法のいずれにおいても、本発明に特有のNNノードの信号点追加が行われている。本発明の信号点追加方法であるE−PCA法、およびPCA−BCA法は、従来技術のPCA法より探索ノード数が多くなるものの、QRM法およびLFSD法と比較した場合、探索ノード数およびリスト数のいずれも少なくすることが可能である。また、MLD法と比較した場合、99%以上、探索ノード数を削減することが可能である。 FIG. 20 is a diagram showing a table comparing the number of search nodes and the number of lists between each method of the present invention and the prior art method for 16QAM. A comparison of the number of search nodes and the number of lists when the number of transmitting antennas Nt = 4 and the number of modulation signal points M = 16 is shown. In the table of FIG. 20, NN node signal points specific to the present invention are added in any of the E-PCA method, BCA method, and PCA-BCA method. Although the E-PCA method and the PCA-BCA method, which are signal point addition methods of the present invention, have a larger number of search nodes than the PCA method of the prior art, the number of search nodes and the list when compared with the QRM method and LFSD method Any of the numbers can be reduced. Moreover, when compared with the MLD method, the number of search nodes can be reduced by 99% or more.
図21は、64QAMについて、本発明の各方法と従来技術の方法との間で、探索ノード数およびリスト数を比較した表を示す図である。送信アンテナの数Nt=4、変調信号点の数M=64のときの探索ノード数およびリスト数の比較を示す。本発明のE−PCA法およびPCA−BCA法は、従来技術のPCA法と比較して探索ノード数とリスト数が多くなる。しかしながら、QRM法およびLFSD法と比較して、探索ノード数を削減することが可能である。 FIG. 21 is a diagram showing a table in which the number of search nodes and the number of lists are compared between each method of the present invention and the prior art method for 64QAM. A comparison of the number of search nodes and the number of lists when the number of transmission antennas Nt = 4 and the number of modulation signal points M = 64 is shown. The E-PCA method and the PCA-BCA method of the present invention increase the number of search nodes and the number of lists as compared with the conventional PCA method. However, the number of search nodes can be reduced as compared with the QRM method and the LFSD method.
提案信号分離法を計算機シミュレーションによって評価した。チャネル行列のフェージング係数hi,j、i=1,・・Nr、j=1,・・・ Ntは全て独立で、平均0、分散1の複素ガウス分布に従うと仮定する。送受信アンテナ数が4本、OFDM変調のサブキャリア数は64とする。また符号長N=3072、符号化率rc=1/2、sum-product復号の繰り返し回数T=40のLDPC符号、クリッピングの値Lmax=8を用いた。
The proposed signal separation method was evaluated by computer simulation. Assume that the channel matrix fading coefficients h i, j , i = 1,... N r , j = 1,..., N t are all independent and follow a complex Gaussian distribution with
図22は、LDPC符号を用いた本発明のPCA−NN法によるBER特性(16QAM)を示す図である。従来技術のPCA法も本発明のPCA−NN法もほぼ同様なBER特性を示した。16QAMの場合、従来技術のPCA法と本発明のNNノードによる追加との間で、信号点候補の差が小さいためである。 FIG. 22 is a diagram showing a BER characteristic (16QAM) by the PCA-NN method of the present invention using an LDPC code. The PCA method of the prior art and the PCA-NN method of the present invention showed almost the same BER characteristics. This is because, in the case of 16QAM, the signal point candidate difference is small between the PCA method of the prior art and the addition by the NN node of the present invention.
図23は、LDPC符号を用いた本発明のPCA−NN法によるBER特性(64QAM)を示す図である。Eb/No値が11dBよりも大きい場合、従来技術のPCA法と比較して、本発明のPCA−NN法がより優れた特性を示している。変調方式が64QAMの場合、16QAMの場合と比較して、従来技術の追加信号点と本発明の追加信号点との差異がより顕著となるためである。 FIG. 23 is a diagram showing a BER characteristic (64QAM) by the PCA-NN method of the present invention using an LDPC code. When the E b / N o value is larger than 11 dB, the PCA-NN method of the present invention shows more excellent characteristics than the PCA method of the prior art. This is because when the modulation method is 64QAM, the difference between the additional signal point of the prior art and the additional signal point of the present invention becomes more conspicuous compared to the case of 16QAM.
図24は、LDPC符号を用いた本発明のE−PCA法によるBER特性(16QAM)を示す図である。Pが大きくなるに従ってBER特性が改善されている。これは探索ノード数が多くなっているためである。P=3以上の場合ではBER特性の差は生じない。 FIG. 24 is a diagram showing a BER characteristic (16QAM) according to the E-PCA method of the present invention using an LDPC code. The BER characteristics are improved as P increases. This is because the number of search nodes is increasing. When P = 3 or more, there is no difference in BER characteristics.
図25は、LDPC符号を用いた各アルゴリズムによるBER特性(16QAM)の比較を示す図である。QRM法の生き残りノード数 =16、LFSD法の探索ノードn= (1,2,2,16)/64、E−PCA法の親ノード数P=2とした。LFSD法、PCA法、本発明のE−PCA法およびPCA−BCA法は近い特性を示す。中でも本発明のE−PCA法は最も優れた特性を示し演算量も最も少ない。BER=10−5においてMLD法と比較して約0.28dBの差がある。 FIG. 25 is a diagram showing a comparison of BER characteristics (16QAM) by each algorithm using an LDPC code. The number of surviving nodes in the QRM method = 16, the search node n in the LFSD method = (1, 2, 2, 16) / 64, and the number of parent nodes P = 2 in the E-PCA method. The LFSD method, PCA method, E-PCA method and PCA-BCA method of the present invention show similar characteristics. Among them, the E-PCA method of the present invention exhibits the most excellent characteristics and has the least amount of calculation. There is a difference of about 0.28 dB compared to the MLD method at BER = 10 −5 .
図26は、LDPC符号を用いた各アルゴリズムによるBER特性(64QAM)の比較を示す図である =30、n=(1,2,2,64)/64、P=2とした。LFSD法と本発明のE−PCA法は非常に近い特性を示す。本発明のE−PCA法は、LFSD法と比較して約53%の探索ノード数を削減することが可能である。 FIG. 26 is a diagram showing a comparison of the BER characteristics (64QAM) by each algorithm using the LDPC code = 30, n = (1, 2, 2, 64) / 64, and P = 2. The LFSD method and the E-PCA method of the present invention show very close characteristics. The E-PCA method of the present invention can reduce the number of search nodes by about 53% compared to the LFSD method.
従来技術の尤度推定法において本発明による尤度推定法を併用することで、演算量の削減効果と誤り率特性との間のより良いトレードオフを実現したな尤度推定が可能となる。これにより、推定した尤度がMLD法における消失尤度に近づくため、特性改善が可能である。シミュレーション結果より、従来技術の尤度推定手法と比較して従来法と比較してより少ない演算量増加でMLD法に近い特性を達成できることも確認できた。 By using the likelihood estimation method according to the present invention in combination with the prior art likelihood estimation method, it is possible to perform likelihood estimation that realizes a better trade-off between the reduction effect of the calculation amount and the error rate characteristic. Thereby, since the estimated likelihood approaches the disappearance likelihood in the MLD method, the characteristics can be improved. From the simulation results, it was also confirmed that the characteristics close to the MLD method can be achieved with a smaller increase in the amount of calculation compared with the conventional method than the likelihood estimation method of the prior art.
以上詳細に述べてきたように、本発明は、符号化MIMOシステムのPCA法を使用した信号分離において、各レイヤーにおいて探索した信号点(基準信号点)に対して2乗ユークリッド距離が最も近い信号点(NNノード)を追加することによって、復号特性を改善することができる。また、部分尤度が最も大きい親ノード(基準信号点)を1つだけ選択するのではなく、E−PCA法により、部分尤度が大きい1以上の上位P個を考慮して信号点の候補を追加することで信号点を増加させることによって、またはさらにNNノードの追加と組み合わせることによって、復号特性をさらに改善できる。 As described above in detail, in the signal separation using the PCA method of the encoded MIMO system, the present invention is a signal having the nearest square Euclidean distance to the signal point (reference signal point) searched in each layer. By adding a point (NN node), decoding characteristics can be improved. Further, instead of selecting only one parent node (reference signal point) having the highest partial likelihood, signal point candidates are considered by the E-PCA method in consideration of one or more upper P pieces having a large partial likelihood. The decoding characteristics can be further improved by increasing the signal points by adding, or by further combining with the addition of NN nodes.
また、探索を完了した信号点セットより求めた最良の推定信号点セットの最下位ノードから、NNノードを追加しながら木構造を逆方向にさらにトラバースすることによって新たな信号点候補が得られる。この新たな信号点候補で、先に追加した信号点候補を置き換え、または先に追加した信号点候補にさらに追加することによって、演算量の削減効果と誤り率特性との間のトレードオフをより良いレベルで達成する。本発明の信号分離方法を受信装置に適用することで、従来技術よりも演算量の削減効果と誤り率特性との間でより良いトレードオフを実現した装置を提供成できる。 Further, new signal point candidates are obtained by further traversing the tree structure in the reverse direction while adding NN nodes from the lowest node of the best estimated signal point set obtained from the signal point set for which the search has been completed. By replacing the previously added signal point candidate with this new signal point candidate, or by adding it to the previously added signal point candidate, the trade-off between the reduction effect of the amount of computation and the error rate characteristic can be further increased. Achieve at a good level. By applying the signal separation method of the present invention to a receiving apparatus, it is possible to provide an apparatus that realizes a better trade-off between the calculation amount reduction effect and the error rate characteristics than the conventional technique.
本発明は、一般的に無線通信システムに利用することができる。特に、MIMO通信システムに利用できる。 The present invention is generally applicable to a wireless communication system. In particular, it can be used for a MIMO communication system.
1 MIMO通信システム
2 送信側装置
3 受信側装置
4 伝播路
5 送信信号系列
6 受信信号系列
10−13 送信アンテナ
102 符号化器
103 インタリーバ
105 MIMOマッピング部
109、200、1000 MIMO検出部
111 復号化器
204、1004 信号点候補追加ブロック
206、1006 LLR計算ブロック
207、1007 信号点判定ブロック
DESCRIPTION OF
Claims (10)
受信した前記送信信号の品質に基づいて、前記複数の送信アンテナの前記信号点を推定するための木構造における複数のレイヤーと、前記複数の送信アンテナとを関連付ける第1の信号点探索ステップと、
前記信号点に関連付けられた前記複数のビットに関する尤度情報に基づいて、前記複数のレイヤーの内の、現在信号点候補を選択しているレイヤーで、信号点候補を選択する第1の選択ステップと、
前記現在信号点候補を選択しているレイヤーにおいて選択された前記信号点候補の各々について、最上位のレイヤー以下で選択済みの信号点候補も含む前記信号点候補が選択されたという条件で、前記現在信号点候補を選択しているレイヤーより下位のレイヤーにおける信号点に対する累積的尤度情報に基づいて、前記下位のレイヤーにおいて、部分尤度が最大となる基準信号点を選択する第2の選択ステップと、
前記下位のレイヤーにおいて、前記基準信号点に対して2乗ユークリッド距離が最小となる信号点候補を選択する第3の選択ステップと、
前記第1の選択ステップから前記第3の選択ステップまでを、最下位レイヤーの信号点候補が選択されるまで、各々のレイヤーの次の下位のレイヤーに対して繰り返し実行するステップと
から構成される第2の信号点探索ステップと、
前記第2の信号点探索ステップから得られた前記木構造によって決定される、信号点候補の組み合わせのリストに基づいて、前記リスト内の信号点組み合わせから、前記複数のアンテナの信号点の対応する前記ビット列の各々に対する対数尤度比を計算するステップと、
前記対数尤度比に基づいて、前記複数の送信信号に対する最も確からしい信号点の組み合わせを推定するステップと
を備えることを特徴とする推定方法。 In a receiving apparatus that receives a plurality of transmission signals corresponding to different transmission sequences transmitted from each of a plurality of transmission antennas at each of a plurality of reception antennas, a plurality of signals in each signal space of the plurality of transmission signals In the method for estimating each signal point of the plurality of transmission signals from among a plurality of signal points associated with the bit string of
A first signal point search step for associating a plurality of layers in a tree structure for estimating the signal points of the plurality of transmission antennas with the plurality of transmission antennas based on the received quality of the transmission signals;
A first selection step of selecting a signal point candidate in a layer in which the current signal point candidate is selected from among the plurality of layers based on likelihood information regarding the plurality of bits associated with the signal point. When,
For each of the signal point candidates selected in the layer where the current signal point candidate is selected, on the condition that the signal point candidate including the signal point candidates already selected in the uppermost layer or lower is selected. Second selection for selecting a reference signal point having a maximum partial likelihood in the lower layer based on cumulative likelihood information for signal points in a layer lower than the layer in which the current signal point candidate is selected Steps,
A third selection step of selecting a signal point candidate having a minimum square Euclidean distance with respect to the reference signal point in the lower layer;
Repeatedly executing the first selection step to the third selection step on the next lower layer of each layer until the signal point candidate of the lowest layer is selected. A second signal point search step;
Based on a list of combinations of signal point candidates determined by the tree structure obtained from the second signal point search step, corresponding signal points of the plurality of antennas are obtained from signal point combinations in the list. Calculating a log likelihood ratio for each of the bit sequences;
Estimating the most probable combination of signal points for the plurality of transmission signals based on the log-likelihood ratio.
前記逆方向の基準信号点に対して、2乗ユークリッド距離が最小の信号点候補を選択するステップと、
前記逆方向の基準信号点を特定するステップおよび前記選択するステップを、順次最上位レイヤーに達するまで、繰り返すステップと
から構成される逆方向信号点探索ステップと、
前記逆方向信号点探索ステップによって新たに追加される信号点候補の組み合わせを、前記木構造によって得られた信号点候補の組み合わせに追加した、新たなリストに基づいて、前記対数尤度比を再計算するステップと、
前記再計算された対数尤度比に基づいて、前記複数の送信信号に対する最も確からしい信号点の組み合わせを推定するステップ
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の推定方法。 Subsequent to the step of estimating the most probable signal point combination, the tree structure is formed from the signal layer of the lowest layer in the most probable signal point combination toward the highest layer from the lowest layer. To identify the reference signal point in the opposite direction,
Selecting a signal point candidate having a minimum squared Euclidean distance with respect to the reference signal point in the reverse direction;
A reverse signal point search step comprising: identifying the reference signal point in the reverse direction and selecting the step until the top layer is sequentially reached;
The log likelihood ratio is re-established based on a new list obtained by adding the signal point candidate combination newly added by the backward signal point search step to the signal point candidate combination obtained by the tree structure. A calculating step;
The estimation method according to claim 1, further comprising: estimating a most probable combination of signal points for the plurality of transmission signals based on the recalculated log likelihood ratio.
前記複数の送信信号を受信する複数の受信アンテナと、
前記複数の受信アンテナからの各受信信号に基づいて、前記複数の送信信号の各信号点を推定する検出部であって、
受信した前記送信信号の品質に基づいて、前記複数の送信アンテナの前記信号点を推定するための木構造における複数のレイヤーと、前記複数の送信アンテナとを関連付ける第1の信号点探索ステップと、
前記信号点に関連付けられた前記複数のビットに関する尤度情報に基づいて、前記複数のレイヤーの内の、現在信号点候補を選択しているレイヤーで、信号点候補を選択する第1の選択ステップと、
前記現在信号点候補を選択しているレイヤーにおいて選択された前記信号点候補の各々について、最上位のレイヤー以下で選択済みの信号点候補も含む前記信号点候補が選択されたという条件で、前記現在信号点候補を選択しているレイヤーより下位のレイヤーにおける信号点に対する累積的尤度情報に基づいて、前記下位のレイヤーにおいて、部分尤度が最大となる基準信号点を選択する第2の選択ステップと、
前記下位のレイヤーにおいて、前記基準信号点に対して2乗ユークリッド距離が最小となる信号点候補を選択する第3の選択ステップと、
前記第1の選択ステップから前記第3の選択ステップまでを、最下位レイヤーの信号点候補が選択されるまで、各々のレイヤーの次の下位のレイヤーに対して繰り返し実行するステップと
から構成される第2の信号点探索ステップと、
前記第2の信号点探索ステップから得られた前記木構造によって決定される、信号点候補の組み合わせのリストに基づいて、前記リスト内の信号点組み合わせから、前記複数のアンテナの信号点の対応する前記ビット列の各々に対する対数尤度比を計算するステップと、
前記対数尤度比に基づいて、前記複数の送信信号に対する最も確からしい信号点の組み合わせを推定するステップと
を含む方法を実施する信号点検出部と、
前記信号点検出部から出力される前記対数尤度比情報に基づいて、前記複数の送信信号の前記複数のビット列を復号する復号部と
を備えたことを特徴とする受信装置。 A plurality of transmission points corresponding to different transmission sequences, transmitted simultaneously from each of a plurality of transmission antennas, and a plurality of signal points associated with a plurality of bit strings in each signal space of the plurality of transmission signals In the receiving device for estimating each signal point of the plurality of transmission signals,
A plurality of receiving antennas for receiving the plurality of transmission signals;
A detection unit configured to estimate each signal point of the plurality of transmission signals based on each reception signal from the plurality of reception antennas;
A first signal point search step for associating a plurality of layers in a tree structure for estimating the signal points of the plurality of transmission antennas with the plurality of transmission antennas based on the received quality of the transmission signals;
A first selection step of selecting a signal point candidate in a layer in which the current signal point candidate is selected from among the plurality of layers based on likelihood information regarding the plurality of bits associated with the signal point. When,
For each of the signal point candidates selected in the layer where the current signal point candidate is selected, on the condition that the signal point candidate including the signal point candidates already selected in the uppermost layer or lower is selected. Second selection for selecting a reference signal point having a maximum partial likelihood in the lower layer based on cumulative likelihood information for signal points in a layer lower than the layer in which the current signal point candidate is selected Steps,
A third selection step of selecting a signal point candidate having a minimum square Euclidean distance with respect to the reference signal point in the lower layer;
Repeatedly executing the first selection step to the third selection step on the next lower layer of each layer until the signal point candidate of the lowest layer is selected. A second signal point search step;
Based on a list of combinations of signal point candidates determined by the tree structure obtained from the second signal point search step, corresponding signal points of the plurality of antennas are obtained from signal point combinations in the list. Calculating a log likelihood ratio for each of the bit sequences;
Estimating a most probable combination of signal points for the plurality of transmission signals based on the log-likelihood ratio;
A receiving apparatus comprising: a decoding unit that decodes the plurality of bit strings of the plurality of transmission signals based on the log likelihood ratio information output from the signal point detection unit.
最も確からしい信号点の組み合わせを推定する前記ステップに引き続き、前記最も確からしい信号点の組み合わせの内の最下位レイヤーの信号点を基点として、最下位レイヤーから最上位レイヤーに向かって、前記木構造をたどり、逆方向の基準信号点を特定するステップと、
前記逆方向の基準信号点に対して、2乗ユークリッド距離が最小の信号点候補を選択するステップと、
前記逆方向の基準信号点を特定するステップおよび前記選択するステップを、順次最上位レイヤーに達するまで、繰り返すステップと
から構成される逆方向信号点探索ステップと、
前記逆方向信号点探索ステップによって新たに追加される信号点候補の組み合わせを、前記木構造によって得られた信号点候補の組み合わせに追加した、新たなリストに基づいて、前記対数尤度比を再計算するステップと、
前記再計算された対数尤度比に基づいて、前記複数の送信信号に対する最も確からしい信号点の組み合わせを推定するステップ
をさらに実施すること
を特徴とする請求項5に記載の受信装置。 The method implemented in the signal point detection unit is:
Subsequent to the step of estimating the most probable signal point combination, the tree structure is formed from the signal layer of the lowest layer in the most probable signal point combination toward the highest layer from the lowest layer. To identify the reference signal point in the opposite direction,
Selecting a signal point candidate having a minimum squared Euclidean distance with respect to the reference signal point in the reverse direction;
A reverse signal point search step comprising: identifying the reference signal point in the reverse direction and selecting the step until the top layer is sequentially reached;
The log likelihood ratio is re-established based on a new list obtained by adding the signal point candidate combination newly added by the backward signal point search step to the signal point candidate combination obtained by the tree structure. A calculating step;
The receiving apparatus according to claim 5, further comprising: estimating a most probable combination of signal points for the plurality of transmission signals based on the recalculated log likelihood ratio.
受信した前記送信信号の品質に基づいて、前記複数の送信アンテナの前記信号点を推定するための木構造における複数のレイヤーと、前記複数の送信アンテナとを関連付ける信号点探索ステップと、
前記信号点に関連付けられた前記複数のビットに関する尤度情報に基づいて、前記複数のレイヤーの各々のレイヤーで、信号点候補を選択する順方向信号点探索ステップと、
前記順方向信号点探索ステップから得られた前記木構造によって決定される、信号点候補の組み合わせのリストを決定するステップと、
前記リストの中で、最も確からしい信号点の組み合わせの内の最下位レイヤーの信号点を基点として、最下位レイヤーから最上位レイヤーに向かって、前記木構造をたどり、逆方向に信号点候補を選択する逆方向信号点探索ステップと、
前記逆方向信号点探索ステップによって新たに追加される信号点候補の組み合わせを、前記順方向信号点探索ステップで得られた前記木構造からの信号点候補の組み合わせに代えて、または、前前記順方向信号点探索ステップで得られた前記木構造からの信号点候補の組み合わせに追加して、更新されたリストに基づいて、対数尤度比を計算するステップと、
前記計算された対数尤度比に基づいて、前記複数の送信信号に対する最も確からしい信号点の組み合わせを推定するステップ
を備えることを特徴とする推定方法。 In a receiving apparatus that receives a plurality of transmission signals corresponding to different transmission sequences transmitted from each of a plurality of transmission antennas at each of a plurality of reception antennas, a plurality of signals in each signal space of the plurality of transmission signals In the method for estimating each signal point of the plurality of transmission signals from among a plurality of signal points associated with the bit string of
A signal point search step for associating a plurality of layers in a tree structure for estimating the signal points of the plurality of transmission antennas with the plurality of transmission antennas based on the quality of the received transmission signal;
A forward signal point search step of selecting a signal point candidate in each of the plurality of layers based on likelihood information regarding the plurality of bits associated with the signal point;
Determining a list of signal point candidate combinations determined by the tree structure obtained from the forward signal point search step;
In the list, following the tree structure from the lowest layer signal point of the most probable signal point combination to the highest layer, the signal point candidates are found in the opposite direction. A reverse signal point search step to select;
The combination of signal point candidates newly added by the backward signal point search step is replaced with the combination of signal point candidates from the tree structure obtained in the forward signal point search step, or the previous order In addition to the signal point candidate combination from the tree structure obtained in the direction signal point search step, calculating a log likelihood ratio based on the updated list;
Estimating the most probable combination of signal points for the plurality of transmission signals based on the calculated log likelihood ratio.
前記リストの中で、最も確からしい信号点の組み合わせの内の最下位レイヤーの信号点を基点として、最下位レイヤーから最上位レイヤーに向かって、前記木構造をたどり、逆方向の基準信号点を特定するステップと、
前記逆方向の基準信号点に対して、2乗ユークリッド距離が最小の信号点候補を選択するステップと、
前記逆方向の基準信号点を特定するステップおよび前記選択するステップを、順次最上位レイヤーに達するまで、繰り返すステップと
を含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。 The backward signal point search step includes:
In the list, following the tree structure from the lowest layer signal point to the highest layer in the most probable signal point combination, the reference signal point in the opposite direction is Identifying steps;
Selecting a signal point candidate having a minimum squared Euclidean distance with respect to the reference signal point in the reverse direction;
The method according to claim 7, further comprising: repeating the step of identifying the reference signal point in the reverse direction and the step of selecting until the highest layer is reached sequentially.
前記複数の送信信号を受信する複数の受信アンテナと、
前記複数の受信アンテナからの各受信信号に基づいて、前記複数の送信信号の各信号点を推定する検出部であって、
受信した前記送信信号の品質に基づいて、前記複数の送信アンテナの前記信号点を推定するための木構造における複数のレイヤーと、前記複数の送信アンテナとを関連付ける信号点探索ステップと、
前記信号点に関連付けられた前記複数のビットに関する尤度情報に基づいて、前記複数のレイヤーの各々のレイヤーで、信号点候補を選択する順方向信号点探索ステップと、
前記順方向信号点探索ステップから得られた前記木構造によって決定される、信号点候補の組み合わせのリストを決定するステップと、
前記リストの中で、最も確からしい信号点の組み合わせの内の最下位レイヤーの信号点を基点として、最下位レイヤーから最上位レイヤーに向かって、前記木構造をたどり、逆方向に信号点候補を選択する逆方向信号点探索ステップと、
前記逆方向信号点探索ステップによって新たに追加される信号点候補の組み合わせを、前記順方向信号点探索ステップで得られた前記木構造からの信号点候補の組み合わせに代えて、または、前前記順方向信号点探索ステップで得られた前記木構造からの信号点候補の組み合わせに追加して、更新されたリストに基づいて、対数尤度比を計算するステップと、
前記計算された対数尤度比に基づいて、前記複数の送信信号に対する最も確からしい信号点の組み合わせを推定するステップ
を含む方法を実施する信号点検出部と、
前記信号点検出部から出力される前記対数尤度比情報に基づいて、前記複数の送信信号の前記複数のビット列を復号する復号部と
を備えたことを特徴とする受信装置。 A plurality of transmission points corresponding to different transmission sequences, transmitted simultaneously from each of a plurality of transmission antennas, and a plurality of signal points associated with a plurality of bit strings in each signal space of the plurality of transmission signals In the receiving device for estimating each signal point of the plurality of transmission signals,
A plurality of receiving antennas for receiving the plurality of transmission signals;
A detection unit configured to estimate each signal point of the plurality of transmission signals based on each reception signal from the plurality of reception antennas;
A signal point search step for associating a plurality of layers in a tree structure for estimating the signal points of the plurality of transmission antennas with the plurality of transmission antennas based on the quality of the received transmission signal;
A forward signal point search step of selecting a signal point candidate in each of the plurality of layers based on likelihood information regarding the plurality of bits associated with the signal point;
Determining a list of signal point candidate combinations determined by the tree structure obtained from the forward signal point search step;
In the list, following the tree structure from the lowest layer signal point of the most probable signal point combination to the highest layer, the signal point candidates are found in the opposite direction. A reverse signal point search step to select;
The combination of signal point candidates newly added by the backward signal point search step is replaced with the combination of signal point candidates from the tree structure obtained in the forward signal point search step, or the previous order In addition to the signal point candidate combination from the tree structure obtained in the direction signal point search step, calculating a log likelihood ratio based on the updated list;
A signal point detector that implements a method comprising estimating a most probable combination of signal points for the plurality of transmission signals based on the calculated log likelihood ratio;
A receiving apparatus comprising: a decoding unit that decodes the plurality of bit strings of the plurality of transmission signals based on the log likelihood ratio information output from the signal point detection unit.
前記リストの中で、最も確からしい信号点の組み合わせの内の最下位レイヤーの信号点を基点として、最下位レイヤーから最上位レイヤーに向かって、前記木構造をたどり、逆方向の基準信号点を特定するステップと、
前記逆方向の基準信号点に対して、2乗ユークリッド距離が最小の信号点候補を選択するステップと、
前記逆方向の基準信号点を特定するステップおよび前記選択するステップを、順次最上位レイヤーに達するまで、繰り返すステップと
を含むこと
を特徴とする請求項9に記載の受信装置。 The backward signal point search step in the method performed in the signal point detection unit includes:
In the list, following the tree structure from the lowest layer signal point to the highest layer in the most probable signal point combination, the reference signal point in the opposite direction is Identifying steps;
Selecting a signal point candidate having a minimum squared Euclidean distance with respect to the reference signal point in the reverse direction;
The receiving device according to claim 9, further comprising: repeating the step of identifying the reference signal point in the reverse direction and the step of selecting until the highest layer is sequentially reached.
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