JP5369545B2 - 復調器および復調方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の通信方法で送信されたデータを復調する復調器および復調方法に関する。

移動体通信の高速なデータ通信仕様である、ＬＴＥ（Long Term Evolution）や高度化ＬＴＥなど、移動体通信用の現在の最新式のシステムにおける受信器装置は、様々な異なる通信方法で送信されたデータを復調する能力を必要とすることが望まれている。したがって、すべての送信方法にわたってほぼ同様である復調方法であることが大いに望ましい。なお、本発明に関連する技術が特許文献１および特許文献２に開示されている。
米国特許出願公開第２００８／００６９２６１号明細書 米国特許出願公開第２００８／００５６３９６号明細書

ここで、現在のＬＴＥシステムは、
１．２送信―２受信アンテナ（２×２）多入力・多出力（ＭＩＭＯ）システム
２．１×１単一入力・単一出力（ＳＩＳＯ）システム
３．２×１受信ダイバーシティ（Ｒｘダイバーシティ）
４．１×２または１×４の空間周波数ブロック符号（ＳＦＢＣ）システム
５．２×２または２×４の空間周波数ブロック符号（ＳＦＢＣ）システム
６．２×２または２×４の空間多重化（ＭＩＭＯ）システム
の１〜６の通信モードにより送信されたデータを１つの受信器装置で復調することができる受信器を必要としている。

上記に列挙された１〜６の通信モードのうち、最も複雑な復調器を必要とするシステムは、送信データの２つのストリームを同時に検出する復調器が必要となるＭＩＭＯシステムである。この通信モードにより送信されたデータを復調する１つの方式として、ＱＲ分解および最尤検出器（ＭＬＤ）を使用するものがある。現在の最新技術のＱＲ−ＭＬＤ復調器のブロック図を図２に示す。この図で示す復調器の構成は、いくつかの主要な機能構成としてまとめることができる。つまり、上記復調器は、
（１）チャネル行列および受信ベクトルの算出
チャネル推定および各受信アンテナからの受信記号を取り入れ、適切な送信記号を復調することができるように、それらを再構成する処理。
（２）ＱＲ分解
（１）の出力によって提供されたチャネル行列についてＱＲ分解を実施する処理。
（３）受信シンボルの処理
算出された受信シンボルベクトルに、ＱＲ分解処理によって得られるエルミート行列Ｑを乗算する処理。
（４）ソフトビットの計算
ユークリッド距離メトリックを使用して、各送信シンボルについてソフトビットを計算する処理。
（５）コントローラ
チャネル行列および受信ベクトルがどのように算出されるべきであるかを確定することを含めて、機能ブロックがどのように動作するべきであるかを制御する処理。
の主要な機能構成を備えている。

そして、ＭＩＭＯシステムにおける最新技術のＱＲ−ＭＬＤは周知であるが、その機能アーキテクチャブロックの使用は、２×２ＭＩＭＯ（空間多重化）に限定され、ＳＩＤＯ、ＳＦＢＣ（２Ｔｘ−１Ｒｘ、４Ｔｘ−１Ｒｘ、２Ｔｘ−４Ｒｘ、および４Ｔｘ−２Ｒｘ）、ならびにＲｘダイバーシティなどの他の場合に使用することができない。

そこで、この発明は、すべての可能な送信−受信モードの受信および復調を、単一のアーキテクチャによって支援することができる復調器および復調方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、チャネル推定および各受信アンテナからの受信信号に基づいて、選択的に実行可能な２×２ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムの通信モード、１×１ＳＩＳＯ（Single Input and Single Output）システムの通信モード、２×１ダイバーシティシステムの通信モード、１×２ＳＦＢＣ（Space Frequency Block Coding）システムの通信モード、２×２ＳＦＢＣ（Space Frequency Block Coding）システムの通信モードのうちから１つのモードを選択し、選択された前記通信モードに応じたチャネル行列の算出を行うチャネル行列算出手段と、前記受信信号に基づいて前記何れかの通信モードに応じた受信ベクトルを算出する受信ベクトル算出手段と、前記通信モードに応じたユニタリ行列Ｑおよび上三角行列Ｒを前記チャネル行列のＱＲ分解により導出するＱＲ分解手段と、前記算出された受信ベクトルに、前記ユニタリ行列Ｑのエルミート行列を乗算して、受信したシンボルベクトルを算出する受信シンボル処理手段と、前記受信したシンボルベクトルと前記上三角行列Ｒとに基づいて、ユークリッド距離の計算によりソフトビットを算出するソフトビット算出手段と、を備えることを特徴とする復調器である。

また本発明は、上述の復調器において、前記ソフトビット算出手段は、前記ソフトビットのｉ番目のビット位置について１を有するコンスタレーションのシンボルから第１の最小距離を算出する第１最小距離算出手段と、前記ソフトビットのｉ番目のビット位置について０を有するコンスタレーションのシンボルから第２の最小距離を算出する第２最小距離算出手段と、前記第１の最小距離と前記第２の最小距離の差分を算出する最小距離差分算出手段と、を備えることを特徴とする。

また本発明は、上述の復調器において、前記通信モードを設定するコントローラを備えることを特徴とする。

また本発明は、復調器における復調方法であって、前記復調器のチャネル行列算出手段が、チャネル推定および各受信アンテナからの受信信号に基づいて、選択的に実行可能な２×２ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムの通信モード、１×１ＳＩＳＯ（Single Input and Single Output）システムの通信モード、２×１ダイバーシティシステムの通信モード、１×２ＳＦＢＣ（Space Frequency Block Coding）システムの通信モード、２×２ＳＦＢＣ（Space Frequency Block Coding）システムの通信モードのうちから１つのモードを選択し、選択された前記通信モードに応じたチャネル行列の算出を行い、前記復調器の受信ベクトル算出手段が、前記受信信号に基づいて前記何れかの通信モードに応じた受信ベクトルを算出し、前記復調器のＱＲ分解手段が、前記通信モードに応じたユニタリ行列Ｑおよび上三角行列Ｒを前記チャネル行列のＱＲ分解により導出し、前記復調器の受信シンボル処理手段が、前記算出された受信ベクトルに、前記ユニタリ行列Ｑのエルミート行列を乗算して、受信したシンボルベクトルを算出し、前記復調器のソフトビット算出手段が、前記受信したシンボルベクトルと前記上三角行列Ｒとに基づいて、ユークリッド距離の計算によりソフトビットを算出することを特徴とする復調方法である。

また本発明は、上述の復調方法において、前記ソフトビット算出手段は、第１最小距離算出手段において、前記ソフトビットのｉ番目のビット位置について１を有するコンスタレーションのシンボルから第１の最小距離を算出し、第２最小距離算出手段において、前記ソフトビットのｉ番目のビット位置について０を有するコンスタレーションのシンボルから第２の最小距離を算出し、最小距離差分算出手段において、前記第１の最小距離と前記第２の最小距離の差分を算出することを特徴とする。

また本発明は、上述の復調方法において、前記復調器のコントローラが、前記通信モードを設定することを特徴とする。

本発明によれば、上述の復調器の処理によれば、ＳＩＳＯシステム，ＳＩＭＯシステム，ＳＦＢＣシステムおよびＭＩＭＯシステムなどの、異なる通信モードで送信される物理チャネルを受信して復調するために、最尤検出と共にＱＲ分解を使用する一貫した方法を提供することができる。そして、この一貫した復調方法による利点は、
（１）機能および構成要素を再使用することによるチップのサイズの縮小を行うことができる。
（２）全ての通信モードが、同じ処理連鎖を受けることによるＣＱＩおよび閾値計算などの他の機能の全体的な処理の低減を行うことができる。
（３）送信モードがサブフレームについてと同程度に頻繁に動的に変更されるときの高速復調切替えを行うことができる。
また、上述の復調器の処理によれば、隣接するチャネルの応答（周波数または時間について）が等しく、それにより、従来のＳＦＢＣシステムの復号に対して、システムの誤り率の性能を潜在的に低下させることを想定しない空間周波数ブロック符号（ＳＦＢＣ）の復調方法を提供することができる。
上述の復調器の処理によれば、既存の２×２ＭＩＭＯシステムの通信モードによるＱＲ−ＭＬＤの復調器を再利用して、ＳＩＳＯシステム，ＳＩＭＯシステム，ＳＦＢＣシステムおよびＭＩＭＯシステム（Ｔｘ−Ｒｘダイバーシティ）等の全体的に機能アーキテクチャの観点から見て複雑なシステムを構築することができる。

以下、本発明の一実施形態による復調器を図面を参照して説明する。
図１は同実施形態による復調器の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は復調器である。そして本発明の一実施形態による復調器１は、コントローラ１１、チャネル行列・受信ベクトル算出部１２、ＱＲ分解処理部１３、受信シンボル処理部１４、ソフトビット計算部１５の各処理部を備えている。

次に、本実施形態の復調器の詳細について説明する。
本実施形態による復調器１は、ＱＲ−ＭＬＤの復調における２×２ＭＩＭＯ検出において使用される機能ブロックの性能向上を図り、また機能処理について適正な通信モードの構成を選択させるように、コントローラ１１の機能構成を導入したものである。復調器１の各処理部は、以下の各処理ステップによって動作を行う。

＜ステップＳ１＞チャネル行列および受信ベクトルの算出
まず、チャネル行列・受信ベクトル算出部１２が、通信モード毎に、ＱＲ分解処理の算出に適切なチャネル行列と、受信ベクトルとを算出する。ここで送信アンテナｎと受信アンテナｍの間のチャネルにおけるｆ番目の周波数トーンは、ｈ_ｍ，ｎ（ｆ）で表される。各通信モードにおけるチャネル行列および受信ベクトルの算出は以下の式により行われる。

（通信モードＡ）第１アンテナから送信されたシンボルを復調する２×２ＭＩＭＯにおいて、チャネル行列Ｈの算出は下記式（１）、受信ベクトルの算出は下記式（２）により行われる。

（通信モードＢ）第２アンテナから送信されたシンボルを復調する２×２ＭＩＭＯにおいてチャネル行列Ｈの算出は下記式（３）、受信ベクトルの算出は下記式（４）により行われる。

（通信モードＣ）１×１のＳＩＳＯシステムにおいてチャネル行列Ｈの算出は下記式（５）、受信ベクトルの算出は下記式（６）により行われる。

（通信モードＤ）２×１のＲｘダイバーシティのシステムにおいてチャネル行列Ｈの算出は下記式（７）、受信ベクトルの算出は下記式（８）により行われる。

（通信モードＥ）第１周波数トーンで送信されたシンボルを復調する１×２のＳＦＢＣシステムにおいてチャネル行列Ｈの算出は下記式（９）、受信ベクトルの算出は下記式（１０）により行われる。

（通信モードＦ）第２周波数トーンで送信されたシンボルを復調する１×２のＳＦＢＣシステムにおいてチャネル行列Ｈの算出は下記式（１１）、受信ベクトルの算出は下記式（１２）により行われる。

（通信モードＧ）第１周波数トーンで送信されたシンボルを復調する２×２のＳＦＢＣシステムにおいてチャネル行列Ｈの算出は下記式（１３）、受信ベクトルの算出は下記式（１４）により行われる。

（通信モードＨ）第２周波数トーンで送信されたシンボルを復調する２×２のＳＦＢＣシステムにおいてチャネル行列Ｈの算出は下記式（１５）、受信ベクトルの算出は下記式（１６）により行われる。

＜ステップＳ２＞ＱＲ分解
次に、ステップＳ２においてＱＲ分解処理部が、特定の通信モードに対応するユニタリ行列Ｑおよび上三角行列Ｒを、チャネル行列・受信ベクトル算出部１２の出力したチャネル行列のＱＲ分解を行うことにより導出する。数学的には以下の式（１７）により表される。

ここで、Ｒｘダイバーシティの場合のように、チャネル行列・受信ベクトル算出部１２によるチャネル出力がベクトルである場合、Ｑはベクトルであり、Ｒはスカラー値である。また、ＳＩＳＯシステムの場合のように、チャネル行列・受信ベクトル算出部１２によるチャネル出力がスカラーである場合には、Ｑは１であり、Ｒはチャネル係数である。

＜ステップＳ３＞受信シンボル処理
次に、ステップＳ３において受信シンボル処理部１４は、算出された受信ベクトルに、ユニタリ行列Ｑのエルミート行列を乗算して、受信したシンボルベクトルを算出する。この処理は式（１８）により表すことができる。

ここでＲｘダイバーシティの場合のように、Ｑがベクトルである場合、ｚはスカラー値である。またＳＩＳＯシステムの場合のように、Ｑがスカラーで単位元である場合、ｚはスカラー値であるが、このステップは自明である。

＜ステップＳ４＞ソフトビットの計算
次に、ステップＳ４においてソフトビット計算部１５は、処理された受信シンボル処理の結果と、ＱＲ分解処理部１３によって出力されたＲ行列（ベクトルまたはスカラー）を用いてソフトビットを計算する。つまり、これは、式（１９）で示すようなユークリッド距離を計算することによって行われる。

ここで式（１９）においてｃ_ｊは、コンスタレーションのセット（例えば、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、および６４ＱＡＭ）から導かれたシンボルである。なお、ＳＩＳＯシステム（１Ｔｘ−１Ｒｘ）の場合およびＳＩＭＯシステム（１Ｔｘ−２Ｒｘ）の場合では、ｒおよびｚはスカラー値であり、これによりユークリッド距離は、式（２０）のように計算される。

また、ＳＦＢＣシステム（２Ｔｘ−１Ｒｘ，４Ｔｘ−１Ｒｘ，２Ｔｘ−２Ｒｘ，または４Ｔｘ−２Ｒｘ）およびＭＩＭＯシステムでは、Ｒは行列であり、ｚはベクトルであり、これによりユークリッド距離は、式（２１）のように計算される。なお、ベクトルｚの最後の行（ｚ_２）および行列Ｒの最後の列の最後の行（ｒ_２，２）は、ユークリッド距離の計算に使用される。

またソフトビット計算部１５は、式（２２）で示す追加の距離計算を、各通信モードについて行う。

式２２においてｘ^＾ _ｊは、他のアンテナ（ＭＩＭＯの場合）または周波数（ＳＦＢＣの場合）に関するシンボルの推定である。この推定は、以下の式（２３）によって計算することができる。

なお、ＳＦＢＣシステムの通信モードが使用され、かつ「第２」送信シンボルのソフトビットが計算されている場合、Ｃ_ｊの値は、距離メトリックおよびｘ^＾ _ｊの推定において共役であるはずである。

また、ＳＦＢＣシステムの通信モードが使用され、かつ「第１」送信シンボルのソフトビットが計算されている場合、第２距離メトリックは、ｘ^＾ _ｊの共役を含むはずである。

次に、ソフトビット計算部１５は、最後の距離を導出する。
ここで、ＳＩＳＯシステムの通信モードおよびＲｘダイバーシティの通信モードでは、最後の距離は、計算された第１距離メトリックに等しい。

ＳＦＢＣシステムの通信モードおよびＭＩＭＯシステムの通信モードでは、最後の距離メトリックは、上記で計算された2つの距離メトリックの和である。

そしてソフトビット計算部１５は、最後に、ソフトビットを以下の式によって決定する。つまり、まず、ｉ番目のビット位置について１を有する（Ｂ^１ _ｉと表される）コンスタレーションのシンボルから最小距離を算出する。

そして、ｉ番目のビット位置について０を有する（Ｂ^０ _ｉと表される）コンスタレーションのシンボルから最小距離を算出する。

そしてソフトビット計算部１５は、上記２つの最小距離の差分を算出する。

なお、コントローラ１１は、入力信号処理に適切な通信モードに対応する設定を、ステップＳ１〜ステップＳ４を行う各処理部に対して実施する。その主な機能には、以下がある。
（１）適切な通信モードについてチャネル行列および受信ベクトルの算出を構成する設定を行う処理。
（２）動作する通信モードに応じて、どの距離メトリックが計算されるべきであるかを制御する処理。
（３）適切な値の共役がＳＦＢＣモードにおいて使用されるべきであるかを適切に規定する処理。

なお、ＳＦＢＣシステムについての上記のアルゴリズムは、隣接するチャネルの応答（周波数について）が一般に想定されるように等しいことを想定しない。これは、高度に周波数選択性のチャネルの性能を場合によっては向上させ、したがって、従来のＳＦＢＣ復調方法を凌駕することができる。
また、上記のアルゴリズムは、空間時間ブロック符号（ＳＴＢＣ）に拡張することもできる。
また、図３で示す復調器の構成は、２送信アンテナおよび２受信アンテナの最大数に限定されず、より多数の送信アンテナおよび受信アンテナに拡張可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上述の復調器の処理によれば、ＳＩＳＯシステム，ＳＩＭＯシステム，ＳＦＢＣシステムおよびＭＩＭＯシステムなどの、異なる通信モードで送信される物理チャネルを受信して復調するために、最尤検出と共にＱＲ分解を使用する一貫した方法を提供することができる。そして、この一貫した復調方法による利点は、
（１）機能および構成要素を再使用することによるチップのサイズの縮小を行うことができる。
（２）全ての通信モードが、同じ処理連鎖を受けることによるＣＱＩおよび閾値計算などの他の機能の全体的な処理の低減を行うことができる。
（３）送信モードがサブフレームについてと同程度に頻繁に動的に変更されるときの高速復調切替えを行うことができる。
また、上述の復調器の処理によれば、隣接するチャネルの応答（周波数または時間について）が等しく、それにより、従来のＳＦＢＣシステムの復号に対して、システムの誤り率の性能を潜在的に低下させることを想定しない空間周波数ブロック符号（ＳＦＢＣ）の復調方法を提供することができる。
上述の復調器の処理によれば、既存の２×２ＭＩＭＯシステムの通信モードによるＱＲ−ＭＬＤの復調器を再利用して、ＳＩＳＯシステム，ＳＩＭＯシステム，ＳＦＢＣシステムおよびＭＩＭＯシステム（Ｔｘ−Ｒｘダイバーシティ）等の全体的に機能アーキテクチャの観点から見て複雑なシステムを構築することができる。

復調器の構成を示すブロック図である。 ＱＲ−ＭＬＤ復調器のブロック図である。

符号の説明

１・・・復調器
１１・・・コントローラ
１２・・・チャネル行列・受信ベクトル算出部
１３・・・ＱＲ分解処理部
１４・・・受信シンボル処理部
１５・・・ソフトビット計算部

Claims (6)

1. チャネル推定および各受信アンテナからの受信信号に基づいて、選択的に実行可能な２×２ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムの通信モード、１×１ＳＩＳＯ（Single Input and Single Output）システムの通信モード、２×１ダイバーシティシステムの通信モード、１×２ＳＦＢＣ（Space Frequency Block Coding）システムの通信モード、２×２ＳＦＢＣ（Space Frequency Block Coding）システムの通信モードのうちから１つのモードを選択し、選択された前記通信モードに応じたチャネル行列の算出を行うチャネル行列算出手段と、
   前記受信信号に基づいて前記何れかの通信モードに応じた受信ベクトルを算出する受信ベクトル算出手段と、
   前記通信モードに応じたユニタリ行列Ｑおよび上三角行列Ｒを前記チャネル行列のＱＲ分解により導出するＱＲ分解手段と、
   前記算出された受信ベクトルに、前記ユニタリ行列Ｑのエルミート行列を乗算して、受信したシンボルベクトルを算出する受信シンボル処理手段と、
   前記受信したシンボルベクトルと前記上三角行列Ｒとに基づいて、ユークリッド距離の計算によりソフトビットを算出するソフトビット算出手段と、
   を備えることを特徴とする復調器。
2. 前記ソフトビット算出手段は、
   前記ソフトビットのｉ番目のビット位置について１を有するコンスタレーションのシンボルから第１の最小距離を算出する第１最小距離算出手段と、
   前記ソフトビットのｉ番目のビット位置について０を有するコンスタレーションのシンボルから第２の最小距離を算出する第２最小距離算出手段と、
   前記第１の最小距離と前記第２の最小距離の差分を算出する最小距離差分算出手段と、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の復調器。
3. 前記通信モードを設定するコントローラを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の復調器。
4. 復調器における復調方法であって、
   前記復調器のチャネル行列算出手段が、チャネル推定および各受信アンテナからの受信信号に基づいて、選択的に実行可能な２×２ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムの通信モード、１×１ＳＩＳＯ（Single Input and Single Output）システムの通信モード、２×１ダイバーシティシステムの通信モード、１×２ＳＦＢＣ（Space Frequency Block Coding）システムの通信モード、２×２ＳＦＢＣ（Space Frequency Block Coding）システムの通信モードのうちから１つのモードを選択し、選択された前記通信モードに応じたチャネル行列の算出を行い、
   前記復調器の受信ベクトル算出手段が、前記受信信号に基づいて前記何れかの通信モードに応じた受信ベクトルを算出し、
   前記復調器のＱＲ分解手段が、前記通信モードに応じたユニタリ行列Ｑおよび上三角行列Ｒを前記チャネル行列のＱＲ分解により導出し、
   前記復調器の受信シンボル処理手段が、前記算出された受信ベクトルに、前記ユニタリ行列Ｑのエルミート行列を乗算して、受信したシンボルベクトルを算出し、
   前記復調器のソフトビット算出手段が、前記受信したシンボルベクトルと前記上三角行列Ｒとに基づいて、ユークリッド距離の計算によりソフトビットを算出する
   ことを特徴とする復調方法。
5. 前記ソフトビット算出手段は、
   第１最小距離算出手段において、前記ソフトビットのｉ番目のビット位置について１を有するコンスタレーションのシンボルから第１の最小距離を算出し、
   第２最小距離算出手段において、前記ソフトビットのｉ番目のビット位置について０を有するコンスタレーションのシンボルから第２の最小距離を算出し、
   最小距離差分算出手段において、前記第１の最小距離と前記第２の最小距離の差分を算出する
   ことを特徴とする請求項４に記載の復調方法。
6. 前記復調器のコントローラが、前記通信モードを設定する
   ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の復調方法。

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