JP4191697B2 - Turbo receiving method and receiver thereof - Google Patents
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Description
この発明は、例えば移動通信に適用され、干渉にもとづく波形歪を、ターボ符号技術を応用した繰り返し等化を行うターボ受信方法、及びその受信機に関する。 The present invention relates to a turbo reception method that is applied to, for example, mobile communication and performs waveform equalization based on interference to perform equalization repeatedly using a turbo code technique, and a receiver thereof.
移動体通信事業の課題は限られた周波数上でいかに高品質で多数のユーザを所有できるシステムを構築するかということにある。このような課題を解決する手段として多入力多出力(Multi-Input Multi-Output:MIMO)システムがある。このシステム構成は図30Aに示されているように複数の送信機S1〜SNから同時刻、同周波数上でシンボルc1(i)〜cN(i)をそれぞれ送信し、これらの送信信号を、複数のアンテナ#1〜#Mを備えるMIMO受信機で受信し、MIMO受信機は受信信号を処理し、各送信機S1〜SNの送信シンボルc1(i)〜cN(i)を推定してc1^(i)〜cN^(i)として出力端子Out1〜OutNに別々に出力する。
The problem of the mobile communication business is how to build a system that can own a large number of users with high quality on a limited frequency. As a means for solving such a problem, there is a multi-input multi-output (MIMO) system. In this system configuration, as shown in FIG. 30A, symbols c 1 (i) to c N (i) are transmitted from a plurality of transmitters S1 to SN at the same time and the same frequency. Received by a MIMO receiver having a plurality of
現在までのところMIMOシステムにおけるMIMO受信機の具体的な構成法に関する検討は十分に行われていない。MIMOシステムにおけるMIMO受信機の構成をMLSE(最尤推定)規範に基づいて行う場合は、送信機の数をN、各送信機の送信電波がMIMO受信機に到達するマルチパスの数をQとすれば、MIMO受信機の計算量は2(Q-1)N の桁になってしまい、送信機数N、マルチパス数Qの増加に伴いその計算量は莫大なものとなる。またシングルユーザの情報を複数の並列信号として送信されたものを受信する場合に、各並列信号を分離するにはマルチパス数の増加に伴い多くの計算量を必要とする。そこでこの発明は計算効率のよい複数系列信号のターボ受信方法を提案するものであるが、まずこの発明の元となる既存のシングルユーザ(送信機1台)、つまり1系列送信信
号に対するターボ受信機について説明する。
To date, there has not been a sufficient study on a specific configuration method of a MIMO receiver in a MIMO system. When the configuration of the MIMO receiver in the MIMO system is performed based on the MLSE (maximum likelihood estimation) standard, the number of transmitters is N, and the number of multipaths in which the transmission radio waves of each transmitter reach the MIMO receiver is Q. Then, the calculation amount of the MIMO receiver becomes a digit of 2 (Q-1) N , and the calculation amount becomes enormous as the number of transmitters N and the number of multipaths Q increase. Further, when receiving single user information transmitted as a plurality of parallel signals, separating the parallel signals requires a large amount of calculation as the number of multipaths increases. Therefore, the present invention proposes a turbo receiving method of a plurality of sequence signals with high computational efficiency. First, an existing single user (one transmitter) as a basis of the present invention, that is, a turbo receiver for one sequence transmission signal. Will be described.
シングルユーザ用ターボ受信機
この場合の送信機、受信機の構成例を図31に示す。送信機10では情報系列c(i)の符号化が符号化器11で行われ、その符号化出力がインタリーバ12でインタリーブ(並べ替え)された後、変調器13で搬送波信号を変調し、その変調出力が送信される。この送信信号は伝送路(マルチパスの各チャネル)を通じて受信機20に受信される。受信機20では軟入力軟出力(SISO:Single-Input-Single-Output)等化器21により遅延波の等化が行われる。この等化器21の入力は一般に受信信号がベースバンドに変換され、そのベースバンドの受信信号が、送信信号の情報系列のシンボル信号の周波数の1倍以上の周波数でサンプリングされてディジタル信号に変換され、ディジタル信号の受信信号として等化器21へ入力される。
Single-User Turbo Receiver FIG. 31 shows a configuration example of a transmitter and a receiver in this case. In the
シングルユーザの場合図30AでN=1にあたり、各受信アンテナ#m(m=1,2,…,M)における受信出力は、
rm (k) =Σq=0 Q-1 hm (q) ・b(k−q)+vm (k) (1)
と表すことができる。mはアンテナインデックス、hはチャネル値(伝送路インパルス応答:伝送路特性)、b(k-q+1)はユーザ(送信機1)の送信シンボル、vm(k)は受信機20の内部の熱雑音である。そして全てのアンテナ#1〜#Mからの出力を式(2)のベクトルとして表わし、式(3)
r(k)=[r1 (k) r2 (k) …rM (k) ]T (2)
=Σq=0 Q-1 H(q) ・b(k−q+1)+v(k)(3)
を定義する。ここで、
v(k) =[v1 (k)v2 (k)…vM (k)]T (4)
H(q) =[h1 (q)…hM (q)]T (5)
である。また[ ]T は転置行列を表わす。次にマルチパス(チャネル)の数Qを考慮して以下のベクトル及び行列を定義する。
In the case of a single user, N = 1 in FIG. 30A, and the reception output at each reception antenna #m (m = 1, 2,..., M)
r m (k) = Σ q = 0 Q−1 h m (q) b (k−q) + v m (k) (1)
It can be expressed as. m is an antenna index, h is a channel value (transmission path impulse response: transmission path characteristics), b (k−q + 1) is a transmission symbol of the user (transmitter 1), and v m (k) is the inside of the receiver 20. The thermal noise. The outputs from all the
r (k) = [r 1 (k) r 2 (k)... r M (k)] T (2)
= Σ q = 0 Q-1 H (q) b (k−q + 1) + v (k) (3)
Define here,
v (k) = [v 1 (k) v 2 (k)... v M (k)] T (4)
H (q) = [h 1 (q)... H M (q)] T (5)
It is. [] T represents a transposed matrix. Next, the following vectors and matrices are defined in consideration of the number Q of multipaths (channels).
y(k) ≡[rT (k+Q−1)rT (k+Q−2)…rT (k) ]T
(6)
≡H・b(k)+n(k) (7)
ここで、
y (k) = [r T (k + Q-1) r T (k + Q-2)... r T (k)] T
(6)
≡H · b (k) + n (k) (7)
here,
ただし、
b(k−q)=[b(k+Q−1)b(k+Q−2)…b(k−Q+1)]T
(9)
n(k) =[vT (k+Q−1)vT (k+Q−2)…vT (k) ]T
(10)
であり、
上で定義したr(k)が等化器21に入力され、このSISO等化器21は線形等化器であって、その等化出力として各符号化ビット{b(i)}が+1である確率と−1である確率の対数尤度比Λ1 (LLR:Log-Likelihood Ratio)が導出される。
However,
b (k−q) = [b (k + Q−1) b (k + Q−2)... b (k−Q + 1)] T
(9)
n (k) = [v T (k + Q-1) v T (k + Q-2) ... v T (k)] T
(Ten)
And
The r (k) defined above is input to the
である。ここでλ1 [b(k)]は後続の復号器24に送られる外部情報、λ2 p [b(k)]は等化器21に与えられる事前情報である。対数尤度比Λ1 [b(k)]は事前情報λ2 [b(k)]が減算器22で減算され、更にデインタリーバ23を介してSISOチャネル復号器24へ供給される。この復号器24は対数尤度比Λ2 、
It is. Here, λ 1 [b (k)] is external information sent to the
を算出する。ここでλ2 [b(i)]は繰り返しの際に等化器21にλ2 p [b(k)]として与えられる外部情報であり、λ1 [b(k)]が復号器24に事前情報λ1 p [b(i)]として与えられる。Λ2 [b(i)]は減算器25でλ1 [b(i)]が減算され、インタリーバ26を介して等化器21及び減算器22へ供給される。このようにして繰り返し等化、復号が行われて誤り率の向上が達成される。
次に前段の等化器21の詳細として受信ベクトルy(k)に施す線形フィルタ特性の算定について述べる。等化器21の事前情報λ2 p [b(k)]を用いて軟判定シンボル推定値
b′(k)=tan h[λ2 p [b(k)]/2] (15)
を算出する。そして、この推定値とチャネル行列Hを用いて干渉成分、つまり干渉成分のレプリカH・b′(k)を再生し、受信信号から引き算する。つまり
y′(k)≡y(k)−H・b′(k) (16)
=H・(b(k)−b′(k))+n(k) (17)
ここで、
b′(k)=[b′(k+Q−1)…0…b′(k−Q+1)]T (18)
を計算する。干渉成分のレプリカH・b′(k)は正確なレプリカに必ずしもなっていないから、式(16)により干渉成分を完全に除去できない。そこで干渉成分の残りを消す線形フィルタ係数w(k)を以下のMMSE(最小平均2乗誤差)規範で求める。
Is calculated. Here, λ 2 [b (i)] is external information given to the
Next, calculation of the linear filter characteristic applied to the reception vector y (k) will be described as details of the
Is calculated. Then, using this estimated value and the channel matrix H, an interference component, that is, a replica H · b ′ (k) of the interference component is reproduced and subtracted from the received signal. That is, y ′ (k) ≡y (k) −H · b ′ (k) (16)
= H. (B (k) -b '(k)) + n (k) (17)
here,
b '(k) = [b' (k + Q-1) ... 0 ... b '(k-Q + 1)] T (18)
Calculate Since the replica H · b ′ (k) of the interference component is not necessarily an exact replica, the interference component cannot be completely removed by the equation (16). Therefore, a linear filter coefficient w (k) that eliminates the remaining interference component is obtained according to the following MMSE (minimum mean square error) standard.
w(k)=arg min ‖wH (k)・y′(k)−b(k)‖2 (19)
Hは共役転置を表わし、‖ ‖はノルムを表わす。
式(19)を最小とするw(k)を求める。
以下のw(k)の導出は非特許文献1に記載されている。この手法の主な達成事項として計算量の大幅削減がある。従来のMLSE型ターボの計算量は2Q-1 のオーダに比例していたのに対し、この手法はQ3 のオーダで抑えられている。なおwH (k)・y
′(k)は等化器21の出力であって、これからλ1 [b(k)]が計算されてデインタリーバ23を介して復号器24へ供給され、復号演算が行われる。
w (k) = arg min ‖w H (k) · y '(k) -b (k) || 2 (19)
H represents a conjugate transpose, and ‖ ノ ル represents a norm.
Find w (k) that minimizes Equation (19).
The following derivation of w (k) is described in
′ (K) is the output of the
等化器21において等化処理を行うには、式(1)中のチャネル値(伝送路インパルス応答)hを推定する必要がある。このチャネル値の推定を以下ではチャネル推定と記す。チャネル推定は、1フレーム内の先頭部に送られて来るユニークワードなどの既知のトレーニング系列の受信信号と、記憶してあるトレーニング系列とを用いて行われている。チャネル推定の精度が悪いと、等化器21での等化処理が正しく行われない。チャネル推定の精度を高くするには1フレーム内のトレーニング系列の占める割合を大きくすればよいが、そのようにすると本来のデータに対する伝送効率が低下する。従って、1フレーム内のトレーニング系列の占める割合を小さくし、かつチャネル推定精度を向上させることが望まれる。
In order to perform equalization processing in the
このことはMIMOを含む多系列送信信号に対する受信機に限らず、レーク(RAKE)受信機やアダプティブアレーアンテナを用いた受信機においても繰り返し復号処理により復号結果の確からしさを向上させる受信機では、そのチャネル推定においては同様な問題がある。
従来のターボ受信においてはそのチャネル推定はトレーニング信号によってのみ行っていた。この点でチャネル推定が必ずしも十分でなく、このため正しいシンボルの推定のための繰り返し回数を多くする必要があるという問題があった。 In conventional turbo reception, the channel estimation is performed only by the training signal. In this respect, channel estimation is not always sufficient, and there is a problem in that it is necessary to increase the number of repetitions for correct symbol estimation.
この発明によれば復号された硬判定情報シンボルの確からしさを、その軟判定情報シンボルの値から決定し、確からしさが所定値以上の硬判定情報シンボルをも次回のチャネル推定の参照信号に用いる。 According to the present invention, the probability of the decoded hard decision information symbol is determined from the value of the soft decision information symbol, and a hard decision information symbol having a certainty or more of a certain value is also used as a reference signal for the next channel estimation. .
このように確からしい硬判定情報シンボルも次回のチャネル推定の参照信号に用いるため、より正しいチャネル推定を行うことができ、それだけ繰り返し復号の回数を減少することができる。 Since a reliable hard decision information symbol is also used as a reference signal for the next channel estimation, more accurate channel estimation can be performed, and the number of iterative decoding can be reduced accordingly.
第1発明(1)
図1にこの発明が適用されるMIMOシステムの構成例を示す。
送信側のN個の送信機S1…SNのそれぞれにおいて情報系列c1 (i)…cN (i)がそれぞれ符号器11−1,…,11−Nで符号化され、これら符号化出力はインタリーバ12−1,…,12−Nを通じて変調器13−1,…,13−Nに変調信号として供給され、これら変調信号により搬送波信号が変調されて信号b1 (k),…,bN (k)として送信される。つまり送信機S1,…,SNからの送信信号b1 (k),…,bN (k)がN系列の送信信号の場合である。
1st invention (1)
FIG. 1 shows a configuration example of a MIMO system to which the present invention is applied.
Information sequences c 1 (i)... C N (i) are respectively encoded by encoders 11-1,..., 11-N in each of N transmitters S1. .., 12-N are supplied as modulation signals to modulators 13-1,..., 13-N through interleavers 12-1,..., 12-N, and carrier signals are modulated by these modulation signals to generate signals b 1 (k) ,. It is transmitted as (k). That is, the transmission signals b 1 (k),..., B N (k) from the transmitters S1,.
伝送路(チャネル)を通じて多出力受信機に受信された受信信号r(k)は多出力等化器31に入力され、受信機に受信された信号はベースバンド信号に変換され、そのベースバンド信号は例えばそのシンボル周期の1/2の周期でサンプリングされてディジタル信号に変換されそのディジタル信号として等化器31に入力される。またこのディジタル信号は1以上の整数M個とされる。例えばM個のアンテナよりの受信信号がM個のディジタル信号の受信信号とされる。 等化器31からN個の対数尤度比Λ1 [b1 (k)],…,Λ1 [bN (k)]が出力される。Λ1 [b1 (k)],…,Λ1 [bN (k)]はそれぞれ事前情報λ1 [b1 (k)],…,λ1 [bN (k)]が減算器22−1,…,22
−Nでそれぞれ減算され、デインタリーバ23−1,…,23−Nを通じて軟入力軟出力(SISO)復号器(チャネル復号器)24−1,…,24−Nにそれぞれ入力されて復号され、復号器24-1,…,24−Nから復号情報系列c′1 (i),…,c′N (i)が出力されると共に対数尤度比Λ2 [b1 (i)],…,Λ2 [bN (i)]がそれぞれ出力される。Λ2 [b1 (i)],…,Λ2 [bN (i)]は減算器25−1,…,25−Nによりλ1 [b1 (i)],…,λ1 [bN (i)]がそれぞれ減算され、更に、インタリーバ26−1,…,26−Nをそれぞれ通じてλ2 [b1 (k)],…,λ2 [bN (k)]として多出力等化器31及び減算器22−1,…,22−Nにそれぞれ供給される。
The received signal r (k) received by the multi-output receiver through the transmission path (channel) is input to the
-N, respectively, and are respectively input to soft input / soft output (SISO) decoders (channel decoders) 24-1, ..., 24-N through the deinterleavers 23-1, ..., 23-N and decoded. Decoding information sequences c ′ 1 (i),..., C ′ N (i) are output from the decoders 24-1,..., 24-N, and log likelihood ratios Λ 2 [b 1 (i)],. , Λ 2 [b N (i)] are respectively output. Λ 2 [b 1 (i) ], ..., Λ 2 [b N (i)] is a subtractor 25-1, ..., 1 λ by 25-N [b 1 (i )], ..., λ 1 [b N (i)] are subtracted, and further output as λ 2 [b 1 (k)],..., Λ 2 [b N (k)] through the interleavers 26-1,. , 22-N are supplied to the
マルチユーザ(複数送信機)からの受信信号rm (k)(m=1,…,M)は、等化器31の入力として、
rm (k)=Σq=0 Q-1 Σn=1 N hmn(q)・bn (k−q)+vm (k) (20)
と複数ユーザ分足し合わせたものとなる。q=0,…,Q−1,Qは各送信電波のマルチパスの数、そしてシングルユーザの場合と同じ手順でベクトルy(k)を定義すると、
y(k)≡[rT (k+Q−1)rT (k+Q−2)…rT (k)]T (21)
=H・B(k)+n(k) (22)
ここで、r(k)=[r1(k)…rM(k)]T
Received signal r m from the multi-user (s transmitters) (k) (m = 1 , ..., M) as an input of the
r m (k) = Σ q = 0 Q−1 Σ n = 1 N h mn (q) · b n (k−q) + v m (k) (20)
And multiple users. q = 0,..., Q−1, Q are the number of multipaths of each transmission radio wave, and the vector y (k) is defined in the same procedure as in the case of a single user.
y (k) ≡ [r T (k + Q−1) r T (k + Q−2)... r T (k)] T (21)
= H · B (k) + n (k) (22)
Here, r (k) = [r 1 (k)... R M (k)] T
B(k)=[bT(k+Q−1)…bT(k)…bT(k−Q+1)]T (25)
b(k+q)=[b1 (k+q)b2 (k+q)…bN (k+q)]T
q=Q−1,Q−2,…,−Q+1 (26)
となる。
次に干渉除去ステップにおいて、今第n番目のユーザ(送信機)からの信号が所望であると仮定する。この例では全ユーザ(送信機)よりの信号の軟判定シンボル推定値とチャネル行列(伝送路インパルス応答値行列)Hを用いて、第n番目以外のユーザの信号による干渉と第n番目のユーザの信号自身が作る干渉との合成したもの、つまり干渉レプリカH・B′(k)を再生して以下のように、y(k)からこの干渉レプリカを引算して差分ベクトルy′(k)を生成する。
B (k) = [b T (k + Q−1)... B T (k)... B T (k−Q + 1)] T (25)
b (k + q) = [b 1 (k + q) b 2 (k + q)... b N (k + q)] T
q = Q-1, Q-2, ..., -Q + 1 (26)
It becomes.
Now assume that in the interference cancellation step, the signal from the nth user (transmitter) is now desired. In this example, using the soft-decision symbol estimation values of signals from all users (transmitters) and the channel matrix (transmission path impulse response value matrix) H, interference by signals of users other than the n-th user and the n-th user And the interference replica H · B ′ (k) is reproduced and the interference replica is subtracted from y (k) as follows to obtain the difference vector y ′ (k ) Is generated.
y′(k)≡y(k)−H・B′(k) (27)
=H・(B(k)−B′(k))+n(k) (28)
ここで、
B′(k)=[b′T(k+Q−1)…b′T(k)…b′T(k−Q+)]T (29)
そして、
b′(k+q)=[b′1 (k+q)b′2 (k+q)…b′N (k+q)]T :q=Q−1,…,−Q+1,q≠0 (30)
b′(k)=[b′1 (k)…0…b′N (k)]T :q=0 (31)
b′(k)の要素中の0はn番目である。
b′n (k)は式(15)と同様にb′n (k)=tan h[λ2 [bn (k)]/2]を計算して求めた軟判定送信シンボル推定値である。ベクトルB′(k)は干渉シンボルのレプリカベクトルである。
y ′ (k) ≡y (k) −H · B ′ (k) (27)
= H. (B (k) -B '(k)) + n (k) (28)
here,
B ′ (k) = [b ′ T (k + Q−1)... B ′ T (k)... B ′ T (k−Q +)] T (29)
And
b ′ (k + q) = [b ′ 1 (k + q) b ′ 2 (k + q)... b ′ N (k + q)] T : q = Q−1,..., −Q + 1, q ≠ 0 (30)
b ′ (k) = [b ′ 1 (k)... 0 b ′ N (k)] T : q = 0 (31)
0 in the element of b '(k) is the nth.
b ′ n (k) is a soft-decision transmission symbol estimation value obtained by calculating b ′ n (k) = tan h [λ 2 [b n (k)] / 2] similarly to the equation (15). . The vector B ′ (k) is an interference symbol replica vector.
次に干渉成分の残り、つまり干渉成分レプリカH・B′(k)の不完全性に基づく干渉剰余と、第n番目自身の信号が作る干渉成分とを消すための第n番目のユーザ用のフィルタ係数wn (k)を以下の式(32)を最小とするwn (k)をMMSE(最小平均2乗誤差)規範で求める。
wn (k)=arg min ‖wn H (k)・y′(k)−bn (k)‖2 (32)
以下の操作はシングルユーザの場合と同一である。つまり求めたwn (k)を用いてwn H (k)・y′(k)を計算し、その計算結果をデインタリーバ23−nを介してλ1 [bn (i)]として、復号器24−nに入力して復号演算が行われる。
Next, for the nth user for canceling the remainder of the interference component, that is, the interference residue based on the imperfection of the interference component replica H · B ′ (k) and the interference component produced by the nth signal itself. The filter coefficient w n (k) is determined by MMSE (minimum mean square error) norm, w n (k) that minimizes the following equation (32).
w n (k) = arg min ‖w n H (k) · y '(k) -b n (k) || 2 (32)
The following operations are the same as those for a single user. That is, w n H (k) · y ′ (k) is calculated using the obtained w n (k), and the calculation result is set as λ 1 [b n (i)] via the deinterleaver 23-n. A decoding operation is performed by inputting to the decoder 24-n.
ユーザ1からNまで以上の方法で受信信号rmに対しフィルタ(線形等化)処理を求めていく。その結果等化器31の出力数はNとなり、これら出力は各々の復号器24−1,…,24−Nにより復号される。以上がシングルユーザ用ターボ受信機のマルチユーザ(MIMO)用への拡張である。
以上の説明から、多出力等化器31の機能構成例は図2に示すようになる。M個の受信信号rm(k)は受信ベクトル生成部311により受信ベクトルy(k)が生成され、各ユーザごとの等化部312−1〜312−Nへ供給される。
またチャネル推定器28において計算されたチャネル行列Hも等化部312−1〜312−Nへ供給される。各チャネル復号器24−nからの事前情報λ2[bn (k)]が軟判定シンボル推定部313に入力され、それぞれ軟判定送信シンボル推定値b′n (k)=tanh[λ2 [bn (k)]/2]が計算される。等化部312−1〜312−N内の機能構成と処理は同一であり、等化部312−1で代表して説明する。
To seek a filter (linear equalization) process on the received signal r m from the
From the above description, an example of the functional configuration of the
The channel matrix H calculated in the
さらに軟判定送信シンボルの推定値b′1 (k)〜b′N (k)が、干渉レプリカベクトル生成部314−1に供給され、式(29)〜(31)により干渉レプリカベクトルB′1 (k)が生成され、このベクトルB′1 (k)はフィルタ処理部315−1でチャネル行列Hによりフィルタ処理され、その結果の干渉レプリカ成分H・B′1(k)が、差演算部316−1で受信ベクトルy1 (k)から差し引かれ、差分ベクトルy′1 (k)が生成される。 Further, the estimated values b ′ 1 (k) to b ′ N (k) of the soft decision transmission symbols are supplied to the interference replica vector generation unit 314-1, and the interference replica vector B ′ 1 is calculated according to the equations (29) to (31). (K) is generated, the vector B ′ 1 (k) is filtered by the channel matrix H in the filter processing unit 315-1, and the resulting interference replica component H · B ′ 1 (k) is converted into the difference calculation unit. At 316-1, a difference vector y ′ 1 (k) is generated by subtracting from the received vector y 1 (k).
フィルタ係数推定部317−1に少くともチャネル行列H、又は後述するように参照信号が入力され、前記干渉成分の残りを除去するためのフィルタ係数w1(k)が求められる。この例ではチャネル推定器28よりのチャネル行列Hと雑音成分の共分散σ2と、軟判定シンボル推定部313−1からの軟判定送信シンボルb′1(k)〜b′N(k)がフィルタ係数推定部317−1に入力され、式(32)を最小とするフィルタ係数w1 (k)が最小平均2乗誤差規範で求められる。このフィルタ係数w1 (k)を求める具体的処理は後で述べる。適応フィルタ処理部318−1で差分ベクトルy′1 (k)がフィルタ係数w1 (k)により処理され、ユーザ1からの送信信号に対する受信信号の等化出力としてΛ1 [b1 (k)]が出力される。
At least the channel matrix H or a reference signal as described later is input to the filter coefficient estimation unit 317-1, and a filter coefficient w 1 (k) for removing the remainder of the interference component is obtained. In this example, the channel matrix H from the
また前述したこの発明の実施例の多入力多出力ターボ受信方法の処理手順を図3に示す。ステップS1で受信信号r(k)と各トレーニング信号bn (k)からチャネル値hmn(q)及び雑音成分の共分散σ2を計算し、ステップS2でそのチャネル値hmn(q)からチャネル行列Hを計算し、ステップS3でターボ受信処理における前回の処理で得た各事前情報λ2 [bn (k)]から軟判定送信シンボル推定値b′n (k)=tanh(λ2 [bn (k)]/2)を計算する。 FIG. 3 shows the processing procedure of the multi-input multi-output turbo receiving method of the embodiment of the present invention described above. In step S1, a channel value h mn (q) and a noise component covariance σ 2 are calculated from the received signal r (k) and each training signal b n (k). In step S2, the channel value h mn (q) is calculated. The channel matrix H is calculated, and the soft decision transmission symbol estimated value b ′ n (k) = tanh (λ 2 ) from each prior information λ 2 [b n (k)] obtained in the previous process in the turbo reception process in step S3. [B n (k)] / 2) is calculated.
ステップS6で受信信号r(k)から受信ベクトルy(k)を生成し、ステップS3で各軟判定送信シンボル推定値b′n (k)を用いて式(29)〜(31)により干渉レプリカベクトルB′n (k)を生成し(ステップS4)、ステップS5でn番目送信機よりの受信信号に対する干渉成分レプリカH・B′n (k)を計算する。ステップS7で受信ベクトルy(k)から干渉成分レプリカH・B′n (k)を差し引き、差分ベクトルy′n (k)を求める。ステップS8でチャネル行列Hと、軟判定送信シンボルb′1(k)〜b′N(k)と、雑音成分の共分散σ2とにより、n番目送信機よりの受信信号中の残余干渉を除去するためのフィルタの係数wn (k)を、式(32)を最小とする最小平均2乗誤差規範で求める。 It generates a reception vector y (k) from the received signal r (k) in step S6, the interference replica by equation (29) to (31) using the respective soft decision transmitted symbol estimate b 'n (k) in step S3 A vector B ′ n (k) is generated (step S4), and an interference component replica H · B ′ n (k) for the received signal from the nth transmitter is calculated in step S5. In step S7, the interference component replica H · B ′ n (k) is subtracted from the received vector y (k) to obtain a difference vector y ′ n (k). In step S8, the residual interference in the received signal from the nth transmitter is determined by the channel matrix H, the soft decision transmission symbols b ′ 1 (k) to b ′ N (k), and the noise component covariance σ 2. The filter coefficient w n (k) for removal is obtained by the minimum mean square error criterion that minimizes the equation (32).
ステップS9で差分ベクトルy′n (k)に対しフィルタ係数wn (k)によるフィルタ処理を行って対数尤度比Λ1 [bn (k)]を得る。ステップS10でΛ1 [bn (k)]から事前情報λ2 [bn (k)]を減算した後、デインタリーブを施し、更に復号を行って対数尤度比Λ2 [bn (k)]を出力する。このステップS4〜S10の処理をn=1〜Nについて同時に又は順次に行う。その後、ステップS11で復号回数、つまりターボ受信処理回数が所定数になったかを調べ、所定数になってなければ、ステップS12で対数尤度比Λ2 [bn (k)]から外部情報λ1 [bn (k)]を減算し、その結果をインタリーブして事前情報λ2 [bn (k)]を求めてステップS3に戻る。ステップS11で復号が所定回数の場合はステップS13でその時の復号結果を出力する。 In step S9, the difference vector y ′ n (k) is filtered by the filter coefficient w n (k) to obtain the log likelihood ratio Λ 1 [b n (k)]. In step S10, prior information λ 2 [b n (k)] is subtracted from Λ 1 [b n (k)], deinterleaving is performed, and decoding is performed to obtain a log likelihood ratio Λ 2 [b n (k). )] Is output. The processes in steps S4 to S10 are performed simultaneously or sequentially for n = 1 to N. Thereafter, in step S11, it is checked whether the number of decoding, that is, the number of turbo reception processes, has reached a predetermined number. If not, in step S12, the log likelihood ratio Λ 2 [b n (k)] is used to obtain external information λ. 1 [b n (k)] is subtracted, and the result is interleaved to obtain prior information λ 2 [b n (k)], and the process returns to step S3. If the decoding is a predetermined number of times in step S11, the decoding result at that time is output in step S13.
次にチャネル推定部28について述べる。各受信信号rm(k)は次式で表わせる。
rm (k)=Σq=0 Q-1 Σn=1 N hmn(q)・bn (k−q)+vm (k)(33)
チャネル推定部28は式(33)中のチャネル値(伝送路インパルス応答)のhmn(q)の値とノイズvm (k)の平均電力(≡σ2 )を求める。通常送信側は図4Aに示すように受信機で既知のユニークワード(トレーニング信号)を各送信フレームの始めに挿入し、受信機はそのユニークワード(既知信号)をトレーニング系列としてRLS(再帰的最小2乗法)などを用いてチャネル値hmn(q)を推定していく。各チャネル復号器24−1,…,24−Nから、その対数尤度比Λ2 [b1 (i)],…,Λ2 [bN (i)]のそれぞれについて、正であれば+1を負であれば−1をそれぞれ復号符号信号(送信符号化シンボル硬判定値)b1 ^(i),…,bN ^(i)として出力し、これらb1 ^(i),…,bN ^(i)はインタリーバ27−1,…,27−Nを通じて繰り返しチャネル推定器28に入力される。チャネル推定器28には受信信号r(k)が入力されると共にユニークワード記憶部29からユニークワードが参照信号として入力される。チャネル推定器28はこれら入力された信号に基づき、式(33)の各hmn(q)とσ2の各値を最小2乗法により推定する。この推定は伝送路のインパルス応答を推定して受信信号を適応フィルタにより適応的に等化する場合のインパルス応答の推定と同様の手法で行うことができる。
Next, the
r m (k) = Σ q = 0 Q−1 Σ n = 1 N h mn (q) · b n (k−q) + v m (k) (33)
The
このようにトレーニング系列を用いるのは通常用いられる手法であるが、正味の伝送速度を上げるには1フレーム内のユニークワードの占める割合を小さくする必要があり、そうすればチャネル推定の誤差は増大する。そしてその誤差が上記の繰り返し等化の特性を劣化させてしまう。そこでチャネル値の繰り返し推定を次のようにするとよい。
その概念を図4Bに示す。これは同一受信信号の繰り返し等化処理、つまりターボ受信処理の繰り返し処理の各段階でチャネル値も繰り返し推定していこうというものである。つまり1回目においてはユニークワードの後の情報シンボル系列に対しては、ユニークワードのみを参照信号として用いてチャネル値を推定し、その推定したチャネル値を用いて受信信号を等化し送信シンボルを推定するが、2回目以降の等化処理の前に、そのユニークワードを参照信号として用いてチャネル推定を行い、かつ前回の復号処理で得られたシンボル推定値(硬判定値)も参照信号として用いてフレーム内全体でチャネル推定を行う。この場合、全ての硬判定値を用いるのではなく、確からしいと判断された硬判定値のみを参照信号として用いるとよい。硬判定は復号器24−nからの対数尤度比Λ2 [bn (i)]を用いてこれが正なら+1、負なら−1とすることによって行われる。その際その対数尤度比Λ2 [bn (i)]の絶対値が大きいほどその硬判定値は確からしいと言える。例えば、対数尤度0.3を1と判定した時の1よりも、対数尤度5を1と判定したときの1の方が確からしい。そこで以下にしきい値を用いて確からしい硬判定値bn (i)を選定し、それを用いて繰り返しチャネル推定を行う方法を説明する。
Using a training sequence in this way is a commonly used technique, but to increase the net transmission rate, it is necessary to reduce the proportion of unique words in one frame, which increases the error in channel estimation. To do. The error degrades the above-described repetitive equalization characteristics. Therefore, it is recommended that the channel value is repeatedly estimated as follows.
The concept is shown in FIG. 4B. This is to repeatedly estimate the channel value at each stage of the repeated equalization processing of the same received signal, that is, the repeated processing of the turbo reception processing. That is, at the first time, for the information symbol sequence after the unique word, the channel value is estimated using only the unique word as a reference signal, and the received signal is equalized using the estimated channel value to estimate the transmission symbol. However, before the second and subsequent equalization processes, channel estimation is performed using the unique word as a reference signal, and the symbol estimation value (hard decision value) obtained in the previous decoding process is also used as a reference signal. Channel estimation in the entire frame. In this case, not all the hard decision values are used, but only the hard decision values determined to be reliable may be used as reference signals. A hard decision is made by using the log-likelihood ratio Λ 2 [b n (i)] from the decoder 24-n, +1 if this is positive, and -1 if negative. At that time, it can be said that the hard decision value is more likely as the absolute value of the log likelihood ratio Λ 2 [b n (i)] is larger. For example, 1 when
まず復号器24−nよりの対数尤度比Λ2 [bn (i)]を用いて、シンボルの軟判定値b′n (i)を、
b′n (i)=tan h[Λ2 [bn (i)]/2]
として求める。この操作は対数尤度値を1に規格化し絶対値が1を超えることはないようにするためである。次に予めしきい値(0と1の間)を用意しておき、その軟判定値b′n (i)の絶対値がそのしきい値よりも大きいものに対してその硬判定値b^n (i)を保存しておき、これを繰り返しチャネル推定に用いる。例えばしきい値を0.9に設定すると軟判定値b′n (i)のうち絶対値が0.9以上の硬判定値b^n (i)のみが選別される。しきい値が0.9と高いため選別された硬判定値b^n (i)の確からしさは高いと考えられるから、これらを利用して行う繰り返しチャネル推定の精度は上がると考えられるが、その分、選別されるシンボル数が減少するため繰り返しチャネル推定精度は下がるとも考えられる。つまり最適なしきい値を0と1の間で選定する必要がある。補足と
して仮にしきい値を1と設定した場合、選別される硬判定値b^n (i)はないため繰り返しチャネル推定は行われないということになる。そこで後で述べるが、しきい値は0.2〜0.8程度に設定して行う。
First, using the log likelihood ratio Λ 2 [b n (i)] from the decoder 24-n, the soft decision value b ′ n (i) of the symbol is
b ′ n (i) = tan h [Λ 2 [b n (i)] / 2]
Asking. This operation is to normalize the log likelihood value to 1 so that the absolute value does not exceed 1. Next, a threshold value (between 0 and 1) is prepared in advance, and the hard decision value b ^ for the soft decision value b ′ n (i) whose absolute value is larger than the threshold value. n (i) is stored and used repeatedly for channel estimation. For example, only by setting the threshold to 0.9 soft decision value b 'n (i) the absolute value of 0.9 or more hard decision values b ^ n of (i) is selected. Since the threshold value is as high as 0.9, the accuracy of the selected hard decision value b ^ n (i) is considered to be high. Accordingly, the number of symbols to be selected decreases, so that it is considered that the repeated channel estimation accuracy is lowered. In other words, it is necessary to select an optimum threshold value between 0 and 1. As a supplement, if the threshold value is set to 1, there is no hard decision value b ^ n (i) to be selected, so that repeated channel estimation is not performed. Therefore, as will be described later, the threshold value is set to about 0.2 to 0.8.
従って1回目の情報シンボル系列に対する送信シンボル推定値(硬判定値)b1 ^(i),…,bN ^(i)中のしきい値により確からしいと判断されたシンボル値をインタリーバ27−1,…,27−Nの出力から前回送信シンボル推定値として前回シンボル記憶部32に記憶しておき、受信信号r(k)の2回目の繰り返し等化復号処理においては(受信信号r(k)は記憶部に記憶してある)、まずユニークワードを用いてチャネル推定を行い、更に情報シンボル系列に対して、前回シンボル記憶部32から、推定送信シンボル硬判定推定値b^1 (i),…,b^N (i)中の確からしいと判定されたシンボル値を読み出してチャネル推定器28に入力して、チャネル推定を行い、つまりフレーム内全体でのチャネル推定を行い、その推定値hmn(q)とσ2 を用いて、受信信号r(k)に対する等化、復号(送信シンボル推定)を行う。この際にその推定した送信
シンボル中のしきい値により確からしいと判定されたシンボル値で前回シンボル記憶部32の記憶内容を更新しておく。以下同様にして、等化、復号の繰り返しの際におけるチャネル推定はユニークワードを用いる推定と、前回の推定送信シンボル中の確からしいと判定されたものを用いる推定とによりフレーム内全体でチャネル推定を行う。その推定チャネルを用いて等化、復号(送信シンボル推定)を行い、また前回シンボル記憶部32の更新を行う。なおこの前回シンボル記憶部32には復号器からの送信シンボル硬判定値b^1 (i),…,b^N (i)中のしきい値により確からしいと判定されたシンボル値を前回シンボル記憶部32に直接格納更新し、この前回シンボル記憶部32の記憶シンボル値を利用する場合にインタリーバ27−1,…,27−Nを通してチャネル推定器28へ入力するようにしてもよい。
Therefore, the symbol values determined to be probable by the threshold values in the transmission symbol estimation values (hard decision values) b 1 ^ (i),..., B N ^ (i) for the first information symbol sequence are interleaver 27 −. 1,..., 27-N are stored as previous transmission symbol estimation values in the previous
このようにすることによって繰り返しにより、チャネル推定の誤差が減少し、シンボル推定の精度が向上し、ターボ等化におけるチャネル推定誤差による特性劣化の問題を改善することができる。
このように確からしいシンボル硬判定値を用いて情報シンボル系列においてチャネル推定を行う場合には、各復号器24−nに図5に示す機能構成が付加される。対数尤度比Λ2 [bn (i)]が軟判定値推定部241に入力され、b′n (i)=tanh(Λ2 [bn (i)])が計算され、送信シンボル軟判定値b′n (i)が推定され、この値b′n (i)が比較部242でしきい値設定部243からのしきい値Thと比較され、b′n (i)がTh以上で1、Thより小で0が出力される。一方対数尤度比Λ2 [bn (i)]が硬判定部244に入力され、Λ2 [bn (i)]が正なら+1、負なら−1とされたシンボル硬判定値b^n (i)が出力され、このシンボル硬判定値b^n (i)は、対応するシンボル軟判定値がしきい値以上であればゲート245が開とされて出力され、図1中のインタリーバ27−nを通じて前回シンボル記憶部32に供給され、記憶中
の前記シンボルが更新される。
By doing so, channel estimation errors are reduced by repetition, symbol estimation accuracy is improved, and the problem of characteristic deterioration due to channel estimation errors in turbo equalization can be improved.
When channel estimation is performed in an information symbol sequence using such a reliable symbol hard decision value, the functional configuration shown in FIG. 5 is added to each decoder 24-n. The log likelihood ratio Λ 2 [b n (i)] is input to the soft
また確からしいシンボル硬判定値をも利用したチャネル推定の手順は図6に示すようになる。まずステップS1で受信信号r(k)とユニークワードとによるチャネル推定を行い、ステップS2で復号処理が1回目か否かを調べ、1回目であれば、ステップS3でその推定したチャネル値hmn(q)を用いて等化、復号処理、つまり図3中のステップS3〜S10の処理を行う。
ステップS4で対数尤度比Λ2 [bn (i)]に対し、送信シンボル硬判定処理を行い、硬判定値b^n (i)を求め、ステップS5で対数尤度比Λ2 [bn (i)]に対し、b′n (i)=tanh(Λ2 [bn (i)]/2)を計算して送信シンボル軟判定値b′n (i)を推定する。ステップS6でシンボル軟判定値b′n (i)がしきい値Th以上か否かにより、対応シンボル硬判定値b^n (i)の確からしいものを決定し、ステップS7でその確からしいシンボル硬判定値により、前回シンボル記憶部32内の記憶内容を更新する。次にステップS8で復号回数が所定値であるかを調べ、所定値になっていなければ、ステップS1へ戻る。正確には図3中のステップS12を経て図3中のステップS1に戻る。
Further, a channel estimation procedure using a probable symbol hard decision value is as shown in FIG. First, in step S1, channel estimation based on the received signal r (k) and the unique word is performed. In step S2, whether or not the decoding process is the first time is checked. If it is the first time, the estimated channel value h mn is determined in step S3. (Q) is used to perform equalization and decoding processing, that is, steps S3 to S10 in FIG.
In step S4, a transmission symbol hard decision process is performed on the log likelihood ratio Λ 2 [b n (i)] to obtain a hard decision value b ^ n (i). In step S5, the log likelihood ratio Λ 2 [b n (i)], b ′ n (i) = tanh (Λ 2 [b n (i)] / 2) is calculated to estimate the transmission symbol soft decision value b ′ n (i). A probable symbol hard decision value b ^ n (i) is determined depending on whether or not the symbol soft decision value b ′ n (i) is equal to or greater than the threshold Th in step S6, and the probable symbol is determined in step S7. The content stored in the previous
ステップS2で復号処理が1回でないと判定されると、ステップS9で前回シンボル記憶部32から前回の記憶シンボル、つまり確からしい硬判定シンボルを読み出し、これと受信信号r(k)の情報シンボル系列とを用いてチャネル推定を行ってステップS3に移る。
以上においては、2回目以後の処理においても、ユニークワードも参照信号として初期状態からチャネル推定をしたが、2回目以後は参照信号として確らしい硬判定シンボルのみを用いてもよい。この場合は図6中に破線で示すように、ステップS1′で1回目の処理かを調べ、1回目の処理であれば、ステップS2′でユニークワードを参照信号としてこれと、受信信号とによりチャネル値の推定を行い、ステップS3′でその推定チャネル値と、その推定に用いた各パラメータの値を記憶部に記憶した後、ステップS3の等化、復号処理へ移る。
If it is determined in step S2 that the decoding process is not performed once, the previous stored symbol, that is, a probable hard decision symbol is read from the previous
In the above, in the second and subsequent processing, channel estimation is performed from the initial state using the unique word as a reference signal. However, only a probable hard decision symbol may be used as the reference signal after the second processing. In this case, as indicated by a broken line in FIG. 6, it is checked whether the process is the first process in step S1 ′. If it is the first process, the unique word is used as a reference signal in step S2 ′ and the received signal. The channel value is estimated. In step S3 ′, the estimated channel value and each parameter value used for the estimation are stored in the storage unit. Then, the process proceeds to equalization and decoding processing in step S3.
ステップS1′で1回目でなければ、チャネル推定処理に先立ち、ステップS4′で先に記憶したチャネル推定値と各種処理パラメータを設定してステップS9へ移る。
所で式(32)の解は次式となる。
wn (k)=(HG(k)HH +σ2 I)-1・h (34)
Iは単位行列、σ2 は受信機の内部雑音電力(雑音成分の共分散)であり、σ2 Iは雑音成分の共分散行列、G(k)はチャネル推定2乗誤差に対応する。
If it is not the first time in step S1 ′, prior to the channel estimation process, the channel estimation value and various processing parameters previously stored in step S4 ′ are set, and the process proceeds to step S9.
The solution of equation (32) is
w n (k) = (HG (k) H H + σ 2 I) −1 · h (34)
I is the unit matrix, σ 2 is the internal noise power (noise component covariance) of the receiver, σ 2 I is the noise component covariance matrix, and G (k) corresponds to the channel estimation square error.
G(k) ≡E[(B(k) −B′(k) )・(B(k) −B′(k) )H ]
=diag[D(k+Q−1),…,D(k),…,D(k−Q+1)]
(35)
E[]は平均を、diagは対角行列(対角線の要素以外の要素はゼロ)を表わす。
また
D(k+q)=diag[1−b′2 1 (k+q),…,1−b′2 n (k+b),…,1−b′2 N (k+q)] (36)
q=Q−1,Q−2,…,−Q+1,q≠0
q=0の時は
D(k)=diag[1−b′2 1(k),…,1,…,1−b′ 2 N(k)](37)
ベクトルD(k)中の1はn番目の要素(n番目のユーザの送信信号を所望の信号としている)である。
G (k) = E [(B (k) -B '(k)). (B (k) -B' (k)) H ]
= Diag [D (k + Q-1), ..., D (k), ..., D (k-Q + 1)]
(35)
E [] represents an average, and diag represents a diagonal matrix (elements other than diagonal elements are zero).
Also, D (k + q) = diag [1-b ′ 2 1 (K + q), ..., 1-b '2 n (k + b), ..., 1-b' 2 N (k + q)] (36)
q = Q-1, Q-2,..., -Q + 1, q ≠ 0
When q = 0, D (k) = diag [1-b ′ 2 1 (k),..., 1,. 2 N (k)] (37)
1 in the vector D (k) is the n-th element (the transmission signal of the n-th user is a desired signal).
つまりhは式(23)のHの(Q−1)・N+n列目の全要素からなる。図2に示したように多出力等化器31のフィルタ係数推定部317−1では、チャネル推定器28で推定されたチャネル行列H及び雑音電力σ2 と、軟判定シンボル生成部313−1よりの軟判定送信シンボルb′1 (k)〜b′N (k)とが入力されて、残余干渉除去フィルタ係数wn(k)が式(34)〜(38)により演算される。
式(34)は逆行列演算を行うことになるが、この演算は逆行列の補助定理(Matrix Inversion Lemma)を用いることにより演算量を削減することができる。つまり式(36)及び(37)の各b′2 の部分を全て1に近似すると、
D(k+q)=diag[0,…,0]=0 (q≠0) (39)
D(k)=diag[0,…,1,…,0] (40)
つまり、D(k)の要素中のn行n列の要素のみが1で、他の全ての要素は0となる。これら式(39),(40)で決まる式(35)の誤差行列G(k)を式(34)に代入すると、
wn (k)=(h・hH +σ2 I)-1・h (41)
となる。hは式(38)で定義されたもの。
That is, h is composed of all the elements in the (Q−1) · N + n column of H in Expression (23). As shown in FIG. 2, in the filter coefficient estimation unit 317-1 of the
Equation (34) performs an inverse matrix operation, but this operation can reduce the amount of operation by using the inverse matrix theorem (Matrix Inversion Lemma). In other words, when each b ′ 2 part of the equations (36) and (37) is approximated to 1,
D (k + q) = diag [0,..., 0] = 0 (q ≠ 0) (39)
D (k) = diag [0, ..., 1, ..., 0] (40)
That is, only the element of n rows and n columns in the element of D (k) is 1, and all other elements are 0. When the error matrix G (k) of the equation (35) determined by these equations (39) and (40) is substituted into the equation (34),
w n (k) = (h · h H + σ 2 I) −1 · h (41)
It becomes. h is defined by equation (38).
この近似により、wn (k)はkに依存しないため、離散的時刻k毎の逆行列計算が不要となり、計算量が削減される。
この式(41)に対し、逆行列の補助定理を適用する。この逆行列の補助定理はA,Bを(M,M)の正方行列、Cを(M,N)行列、Dを(N,N)の正方行列とし、A=B-1+CD-1CH で表される場合、Aの逆行列は
A-1=B−BC(D+CH BBC)-1CH B (42)
で与えられる。式(41)中の逆行列演算の部分にこの定理を適用すると、
h(k)・h(k)H +σ2 I=B-1+CD-1CH
h(k)・h(k)H =CD-1CH ,σ2 I=B-1,h(k)=C
I=D-1, h(k)H =CH
となり、これを用いて式(42)を計算すれば式(41)中の逆行列演算が求まる。なお式(42)中にも逆行列演算(D+CH BBC)-1が含まれるが、この逆行列はスカラとなるから簡単に計算することができる。
By this approximation, w n (k) does not depend on k, so that an inverse matrix calculation for each discrete time k is not required, and the amount of calculation is reduced.
The inverse matrix lemma is applied to this equation (41). The inverse matrix theorem is that A and B are (M, M) square matrices, C is an (M, N) matrix, D is a (N, N) square matrix, and A = B −1 + CD −1 C When represented by H , the inverse matrix of A is: A −1 = B−BC (D + C H BBC) −1 C H B (42)
Given in. Applying this theorem to the inverse matrix operation part in equation (41),
h (k) · h (k) H + σ 2 I = B −1 + CD −1 C H
h (k) · h (k) H = CD −1 C H , σ 2 I = B −1 , h (k) = C
I = D −1 , h (k) H = C H
If the equation (42) is calculated using this, the inverse matrix operation in the equation (41) is obtained. Note that the inverse matrix operation (D + C H BBC) −1 is also included in the equation (42), but since this inverse matrix is a scalar, it can be easily calculated.
つまりこの場合は、
wn (k)=1/(σ2 +hH ・h)h (41-1)
となる。この式の右辺の1/( )はスカラー、即ち一定数となるため1としてもよい。よってwn (k)=hと置けるから、hのみでw (k)が決定される。図2中のフィルタ係数推定部317−1には、破線で示すように、チャネル推定器28からチャネル行列H中の式(38)で示されるhのみを入力すればよい。
So in this case,
w n (k) = 1 / (σ 2 + h H · h) h (41-1)
It becomes. 1 / () on the right side of this equation is a scalar, that is, a constant number, so it may be 1. Therefore, since w n (k) = h can be set, (K) is determined. 2 only needs to be input from the
なお、式(39)、式(40)による近似は逆行列の補助定理を用いる場合に限らず、この近似により式(34)の計算量を少くすることができる。特にこの近似を行い、かつ逆行列の補助定理を用いれば更に演算量を減少でき、またその際に雑音成分の共分散行列をσ2 Iとすると、式(41−1)に示すようにwn (k)=hで近似でき、共分散行列に無関係となり、更に計算が簡略化される。
第2発明(誤り訂正反映)
式(27)に示した受信ベクトルy(k)からH・B′(k)を減算する等化処理では、検出する信号bn (k)以外の信号の送信シンボル軟判定値は誤り訂正復号結果が反映されているが、検出する信号bn (k)に関する誤り訂正復号結果が反映されていない。そこで、以下のように処理をすることが好ましい。
Note that the approximation by the equations (39) and (40) is not limited to the case where the inverse matrix theorem is used, and the amount of calculation of the equation (34) can be reduced by this approximation. In particular, if this approximation is performed and the inverse matrix auxiliary theorem is used, the amount of calculation can be further reduced. In this case, if the covariance matrix of the noise component is σ 2 I, w as shown in equation (41-1) It can be approximated by n (k) = h, becomes irrelevant to the covariance matrix, and further simplifies the calculation.
Second invention (reflecting error correction)
In the equalization process of subtracting H · B ′ (k) from the received vector y (k) shown in Expression (27), the transmission symbol soft decision values of signals other than the detected signal b n (k) are error correction decoded. Although the result is reflected, the error correction decoding result regarding the detected signal b n (k) is not reflected. Therefore, it is preferable to perform the following processing.
式(29)中のb′(k)、つまり式(31)を次式に変更する。
b′(k)=[b′1 (k) b′2 (k)…
b′n-1 (k) −f(b′n (k)) b′n+1 (k)…
b′N (k)] (43)
ただし、f(b′n (k))はb′n (k)を入力とする任意の関数
このようにすることにより、検出する信号bn (k)に関しても誤り訂正復号結果を反映させることが可能となる。つまりb′n (k)=0とすることなく(b′n (k)に応じた適当な値を加算することにより、例えば、雑音や干渉信号に埋ずもれた検出する信号を強調することになって、bn (k)を正しく検出することができる。
B '(k) in the equation (29), that is, the equation (31) is changed to the following equation.
b ′ (k) = [b ′ 1 (k) b ′ 2 (k)...
b ′ n−1 (k) −f (b ′ n (k)) b ′ n + 1 (k)...
b ′ N (k)] (43)
However, f (b ′ n (k)) is an arbitrary function having b ′ n (k) as an input. By doing so, the error correction decoding result is reflected also on the detected signal b n (k). Is possible. That is, by adding an appropriate value according to (b ′ n (k) without setting b ′ n (k) = 0, for example, a signal to be detected that is buried in noise or an interference signal is emphasized. As a result, b n (k) can be detected correctly.
f(b′n (k))については、b′n (k)の符号はb′n (k)に対応するシンボルの硬判定結果に関係し、またb′n (k)の絶対値が大きいほどb′n (k)に対応する硬判定シンボルの信頼性が大きいという性質から以下の条件を満たす必要がある。
b′n (k)=0、つまり硬判定シンボルの信頼性が0の場合はこの関数fの値も0である。即ち
f(0)=0 (44)
である。またb′n (k)の値が大きければ関数fの値も大きな値となる。即ち
d{f(b′n (k))}/d{b′n (k)}≧0 (45)
である。このようなf(b′n (k))の例としては、
f(b′n (k))=α×b′n (k) (46)
f(b′n (k))=α×b′n (k)2 (47)
が挙げられる。例えば式(46)を用いてαを定数とすれば式(43)を簡単に実現できる。ここでαは0<α<0.6である。αを0.6より大きくすると逆にBER(誤り率)特性が劣化してしまい、正しい復号結果が得られなくなる。また、αを復号結果の信頼度に応じて可変することも考えられる。例えば復号処理の繰り返し毎にαを設定する。この場合、通常は復号処理の繰り返し回数が多くなるほど復号結果の信頼度が上がるため、復号処理の繰り返し回数に応じてαの値を大きくすれば良い。あるいは、復号処理の繰り返しごとに復号されたフレーム全体の信頼度を判定し、その判定に基づいてαの値を決定すればよい。復号されたフレームの信頼度を判定する方法として、例えば復号結果を1回前の繰り返し復号時の復号結果と比較し、前回の復号時から変化した硬判定シンボル数をカウントする方法が考えられる。すなわち、変化した硬判定シンボル数が多い場合には信頼度は低いと判定し、変化した硬判定シンボル数が少ない場合には信頼度が高いと判定すればよい。
'For (n (k), b f b)' the absolute value of the code of n (k) is b 'relate to the hard decision result of the symbol corresponding to the n (k), also b' n (k) is The larger the value, the higher the reliability of the hard decision symbol corresponding to b ′ n (k).
When b ′ n (k) = 0, that is, when the reliability of the hard decision symbol is 0, the value of this function f is also 0. That is, f (0) = 0 (44)
It is. Further, if the value of b ′ n (k) is large, the value of the function f is also large. That is, d {f (b ′ n (k))} / d {b ′ n (k)} ≧ 0 (45)
It is. Examples of such f (b ′ n (k)) are:
f (b ′ n (k)) = α × b ′ n (k) (46)
f (b ′ n (k)) = α × b ′ n (k) 2 (47)
Is mentioned. For example, if α is a constant using equation (46), equation (43) can be easily realized. Here, α is 0 <α <0.6. On the other hand, if α is larger than 0.6, the BER (error rate) characteristic deteriorates, and a correct decoding result cannot be obtained. It is also conceivable to vary α according to the reliability of the decoding result. For example, α is set every time the decoding process is repeated. In this case, the reliability of the decoding result usually increases as the number of repetitions of the decoding process increases. Therefore, the value of α may be increased according to the number of repetitions of the decoding process. Alternatively, the reliability of the entire decoded frame may be determined every time the decoding process is repeated, and the value of α may be determined based on the determination. As a method of determining the reliability of the decoded frame, for example, a method of comparing the decoding result with a decoding result at the previous iterative decoding and counting the number of hard decision symbols changed from the previous decoding can be considered. That is, when the number of changed hard decision symbols is large, it is determined that the reliability is low, and when the number of changed hard decision symbols is small, it is determined that the reliability is high.
また、このようなb′n (k)の変更に伴い、MMSE(最小平均2乗誤差)フィルタの係数wn (k)を求める際に用いる式(35)を以下のように変更することが望ましい。
G(k)=E[(B(k)−B′(k))・(B(k)−B′(k))H ]
=diag[D(k+Q−1),…,D(k),…,D(k−
Q+1)]
ここで式(29)、式(31)より
Further, in accordance with such a change of b ′ n (k), equation (35) used when obtaining the coefficient w n (k) of the MMSE (minimum mean square error) filter can be changed as follows. desirable.
G (k) = E [(B (k) −B ′ (k)) · (B (k) −B ′ (k)) H ]
= Diag [D (k + Q-1), ..., D (k), ..., D (k-
Q + 1)]
Here, from Equation (29) and Equation (31)
B′(k)=[b′(k+Q−1)…b′(k)…b′(k−Q+1)]T
b′(k+q)=[b′1 (k+q)b′2 (k+q)…b′N (k+q)]T q=Q−1,…,−Q+1 , q≠0で
b′(k)=[b′1 (k)…−f(b′n (k))…b′N (k)]T
q=0で、−f(b′n (k))はb′(k)のn番目の要素
B ′ (k) = [b ′ (k + Q−1)... B ′ (k)... B ′ (k−Q + 1)] T
b ′ (k + q) = [b ′ 1 (k + q) b ′ 2 (k + q)... b ′ N (k + q)] T q = Q−1,..., −Q + 1, q ≠ 0 and b ′ (k) = [ b ′ 1 (k)... -f (b ′ n (k))... b ′ N (k)] T
When q = 0, −f (b ′ n (k)) is the n-th element of b ′ (k).
とする。D(k)のn行n列の要素は
E[(bn (k)+f(b′n (k)))・(bn (k)+f(b′n (k)))]*
[ ]* は複素共役を表わす。この式はBPSK変調の場合は次式となる。
E[bn (k)2 +2bn (k)f(b′n (k))+f(b′n (k))2 ]
=E[bn 2 (k)]+2E[bn (k)f(b′n (k)]+E[f(b′n (k)2 ]
この第1項の平均値は1となる。またbn (k)をb′(k)で近似すると式(37)は以下のようになる。
And The element of n rows and n columns of D (k) is E [(b n (k) + f (b ′ n (k))) · (b n (k) + f (b ′ n (k)))] *
[] * Represents a complex conjugate. This equation becomes the following equation in the case of BPSK modulation.
E [b n (k) 2 + 2b n (k) f (b ′ n (k)) + f (b ′ n (k)) 2 ]
= E [b n 2 (k)] + 2E [b n (k) f (b ′ n (k)] + E [f (b ′ n (k) 2 ]]
The average value of this first term is 1. Further, when b n (k) is approximated by b ′ (k), Expression (37) is as follows.
D(k)=diag[1−b′2 1(k) 1−b′2 2(k)…
1−b′2 n-1(k) 1+2E[f(b′n (k)b′n (k)
]+E[f(b′n (k)2 ] 1−b′2 n+1(k)…1−b′2 1(k)] (48)
例えば、f(b′n (k))を式(46)とした場合には、D(k)は下記のようになる。
D(k)=diag[1−b′2 1(k) 1−b′2 2(k)…
1−b′2 n-1(k) 1+(2α+α2 )b′2 n (k) 1−b′2 n+1(k)…1−b′2 1(k)] (49)
このように検出する信号に誤り訂正復号結果を反映させる場合に適応フィルタ係数wn (k)を推定する機能構成例を、検出する信号として第1番目の送信機からの送信信号b1 (k)とした場合を図7Aに示す。軟判定送信シンボルb′1 (k)が関数演算部331−1に入力され、関数演算f(b′1 (k))が演算される。またN個の復号器からの軟判定送信シンボルb′1 (k)〜b′N (k)とf(b′1 (k))が誤差行列生成部332−1に入力され、式(35)、式(36)及び式(48)により誤差行列G(k)が演算生成される。この誤差行列G(k)と、推定チャネル行列H及び雑音電力σ2 とがフィルタ係数生成部333−1に入力され、ここで式(34)が計算され、適応フィルタ係数wn (k)が推定される。この場合は干渉レプリカベクトル生成部314−1にもf(b′n (k))が入力され、式(30)と式(43)から式(29)の干渉レプリカベクトルB′(k)が生成される。フィルタ係数wn (k)により差分ベクトルy′(k)が適応フィルタ部318−1でフィルタ処理されて対数尤度比Λ1 [b1 (k)]が得られる。なお図2中のフィルタ係数推定部317−1の場合は図7A中の関数演算部331−1が省略され、軟判定送信シンボルb′1 (k)〜b′N (k)のみが誤差行列生成部332−1に入力され、式(34)が演算されることになる。
D (k) = diag [1-b ′ 2 1 (k) 1-b ′ 2 2 (k)...
1-b ′ 2 n−1 (k) 1 + 2E [f (b ′ n (k) b ′ n (k)
] + E [f (b ′ n (k) 2 ] 1-b ′ 2 n + 1 (k)... 1-b ′ 2 1 (k)] (48)
For example, when f (b ′ n (k)) is expressed by equation (46), D (k) is as follows.
D (k) = diag [1-b ′ 2 1 (k) 1-b ′ 2 2 (k)...
1-b ′ 2 n−1 (k) 1+ (2α + α 2 ) b ′ 2 n (K) 1-b ′ 2 n + 1 (k)... 1-b ′ 2 1 (k)] (49)
An example of a functional configuration for estimating the adaptive filter coefficient w n (k) when the error correction decoding result is reflected in the signal to be detected in this way is a transmission signal b 1 (k from the first transmitter as a signal to be detected. ) Is shown in FIG. 7A. The soft decision transmission symbol b ′ 1 (k) is input to the function calculation unit 331-1 and the function calculation f (b ′ 1 (k)) is calculated. The soft decision transmission symbols b ′ 1 (k) to b ′ N (k) and f (b ′ 1 (k)) from the N decoders are input to the error matrix generation unit 332-1 and the equation (35) ), Expression (36), and Expression (48), the error matrix G (k) is calculated and generated. The error matrix G (k), the estimated channel matrix H, and the noise power σ 2 are input to the filter coefficient generation unit 333-1, where equation (34) is calculated, and the adaptive filter coefficient w n (k) is calculated. Presumed. In this case, f (b ′ n (k)) is also input to the interference replica vector generation unit 314-1, and the interference replica vector B ′ (k) of Equation (29) from Equation (30) and Equation (43) is obtained. Generated. The differential vector y ′ (k) is filtered by the adaptive filter unit 318-1 with the filter coefficient w n (k) to obtain the log likelihood ratio Λ 1 [b 1 (k)]. In the case of the filter coefficient estimation unit 317-1 in FIG. 2, the function calculation unit 331-1 in FIG. 7A is omitted, and only the soft decision transmission symbols b ′ 1 (k) to b ′ N (k) are error matrices. The data is input to the generation unit 332-1 and the expression (34) is calculated.
図3中において、ステップS4で干渉レプリカベクトルB′(k)を生成し、更にステップS5〜S7を処理し、ステップS8におけるフィルタ係数wn (k)を求めるが、このステップS8の処理において式(34)を演算する場合は、図7Bに示すように、ステップS8−2で軟判定送信シンボルb′1 (k)〜b′N (k)を用いて、式(35)〜(37)を演算して誤差行列G(k)を生成し、ステップS8−3で誤差行列G(k)と推定チャネル行列H及び雑音電力σ2 を用いて式(34)の演算により適応フィルタ係数wn (k)を求める。 In FIG. 3, an interference replica vector B ′ (k) is generated in step S4, and steps S5 to S7 are further processed to obtain a filter coefficient w n (k) in step S8. When calculating (34), as shown in FIG. 7B, using the soft decision transmission symbols b ′ 1 (k) to b ′ N (k) in step S8-2, equations (35) to (37) are used. To generate an error matrix G (k), and in step S8-3, using the error matrix G (k), the estimated channel matrix H, and the noise power σ 2 , the adaptive filter coefficient w n is calculated by the calculation of Expression (34). Find (k).
前述のように検出した信号に誤り訂正復号結果を反映させたい場合は、図7Bにおいて、ステップS4の前にステップS8−1で検出したい信号の軟判定送信シンボルb′n (k)を関数演算し、これを用いて、ステップS4では式(31)の代りに式(43)を用い、つまり式(29)、式(30)、式(43)により干渉レプリカベクトルB′(k)を生成し、ステップS8−2で式(37)の代りに式(48)を用いればよい。前述したようにf(b′n (k)をαb′n (k)又はαb′n (k)2 とする場合で、αを変化させる場合はステップS8−1−1で処理回数あるいは復号されたフレーム全体の信頼度によりαを決定し、ステップS8−1−2で1+(2α+α2 )b′n (k)2 を演算してf(b′n (k))として用いればよい。 When it is desired to reflect the error correction decoding result in the signal detected as described above, in FIG. 7B, the soft decision transmission symbol b ′ n (k) of the signal desired to be detected in step S8-1 before step S4 is subjected to a function calculation. Using this, in step S4, the equation (43) is used instead of the equation (31), that is, the interference replica vector B ′ (k) is generated by the equations (29), (30), and (43). In step S8-2, equation (48) may be used instead of equation (37). As described above, when f (b ′ n (k) is αb ′ n (k) or αb ′ n (k) 2 and α is changed, the number of times of processing or decoding is performed in step S8-1-1. Α may be determined based on the reliability of the entire frame, and 1+ (2α + α 2 ) b ′ n (k) 2 may be calculated and used as f (b ′ n (k)) in step S8-1-2.
この検出する信号に誤り訂正結果を反映させる手法は従来技術の項で説明したシングルユーザターボ受信機にも適用することができる。また、この検出する信号に誤り訂正結果を反映させる手法において、式(39)及び(40)に示した近似を適用することができ、この場合は、図7A中に破線で示すようにフィルタ係数生成部333−1に、チャネル推定器28から式(38)に示す行列hのみを入力すればよい。
上述では適応フィルタ係数wn (k)を式(34)により求めた、つまりチャネル行列Hを用いて求めたが、チャネル行列Hを用いなくてもよい。即ち復号処理(ターボ受信処理)の1回目では、式(34)中の誤差ベクトルGは単位行列となる。従って、差分ベクトルy′(k)と、トレーニング信号又はこれと硬判定送信シンボルb^n (k)、好ましくは前述したように信頼度が高いb^n (k)とをフィルタ係数生成部333−1に入力して、RLS(再帰的最小2乗法)などを適用して逐次的に適応フィルタ係数wn (k)を算出してもよい。誤差ベクトルGは離散的時刻kに依存するため、復号の繰り返し処理の2回目以降は、適応フィルタ係数wn (k)をシンボル毎に更新する必要があり、先に述べたようにチャネル行列Hを用いて適応フィルタ係数wn (k)を決定することが好ましい。
This technique of reflecting the error correction result in the detected signal can also be applied to the single user turbo receiver described in the section of the prior art. Further, in the method of reflecting the error correction result in the signal to be detected, the approximation shown in the equations (39) and (40) can be applied, and in this case, the filter coefficient is shown as shown by a broken line in FIG. 7A. It suffices to input only the matrix h shown in Expression (38) from the
In the above description, the adaptive filter coefficient w n (k) is obtained by the equation (34), that is, obtained using the channel matrix H, but the channel matrix H may not be used. That is, in the first decoding process (turbo reception process), the error vector G in Equation (34) is a unit matrix. Therefore, the filter coefficient generation unit 333 generates the difference vector y ′ (k) and the training signal or the hard decision transmission symbol b ^ n (k), preferably b ^ n (k) having high reliability as described above. The adaptive filter coefficient w n (k) may be sequentially calculated by inputting −1 and applying RLS (recursive least squares) or the like. Since the error vector G depends on the discrete time k, it is necessary to update the adaptive filter coefficient w n (k) for each symbol after the second iteration of the decoding process. As described above, the channel matrix H Is preferably used to determine the adaptive filter coefficient w n (k).
第4発明(チャネル推定)
前述したように繰り返しチャネル推定にユニークワードのような既知情報のみならず、情報シンボルの硬判定値、特にその確からしいものも参照信号として用いることは、前記多入力多出力ターボ受信方法に利用する場合に限らず、一般的に、受信信号のチャネル(伝送路)を、受信信号と既知信号とから推定し、その推定したチャネル値を用いて受信信号を処理して復号を行い、その復号信号を利用して、同一受信信号を繰り返し、推定したチャネル値による処理と復号処理とを行うターボ受信方法に適用できる。
Fourth invention (channel estimation )
As described above, it is possible to use not only known information such as a unique word but also a hard decision value of an information symbol, particularly a probable one as a reference signal for iterative channel estimation, which is used in the multi-input multi-output turbo reception method. In general, the channel (transmission path) of the received signal is estimated from the received signal and the known signal, and the received signal is processed and decoded using the estimated channel value. Can be applied to a turbo reception method in which the same received signal is repeated and processing based on the estimated channel value and decoding processing are performed.
図8に、この情報シンボルの硬判定値もチャネル推定、ターボイコライザ41に適用した例を示す。ターボイコライザ41は推定チャネル値により線形等化フィルタ係数を決定し、その線形等化フィルタにより受信信号を処理し、その処理した信号を復号し、その復号信号を利用して、同一受信信号を繰り返し処理する。受信信号r(k)はターボイコライザ41へ入力されると共に、チャネル推定器42へ供給され、チャネル推定器42では受信信号r(k)と記憶部29からのユニークワードとによりチャネル値(伝送路特性)が推定され、その推定されたチャネル値によりターボイコライザ41内で受信信号r(k)が等化処理され、その後、復号処理され、復号データc′(i)が出力されると共に、軟判定値b′(i)が出力される。軟判定値b′(i)はシンボル選定器43に入力されその軟判定値b′(i)の絶対値がしきい値Th以上であれば、その硬判定値b^(i)が、確からしい(信頼性が高い)ものとして前回シンボル記憶部32に更新格納され、以後における同一受信信号r(k)を繰り返し受信処理(イコライズ処理)する際のチャネル推定部42におけるチャネル推定処理においては、ユニークワードのみならず、前回シンボル記憶部32に記憶されている情報シンボルの硬判定値b^(i)も用いる。
FIG. 8 shows an example in which the hard decision value of this information symbol is also applied to the channel estimation and
ターボイコライザ41は例えば図1に示した受信機中の繰り返しチャネル推定器28、ユニークワード記憶部29、前回シンボル記憶部32を除いた部分である。図31中の受信機であってもよい。つまり、この場合も式(19)の解は、ウイーナー解により下記となる。
w(k)=E[y′(k)y′H (k)]・E[b(k)・y′(k)]
=[HΛ(k)H+σ2 I]・h (50)
ここでHは式(8)で定義されたものであり、
h≡[H(Q−1),…,H(0)]T
H( )は式(5)で定義されたもの、σ2 =E[‖v‖2 ](雑音の分散)
Λ(k)=diag[1−b′2 (k+Q−1),…,1,…,1−b′2 (k−Q+1)]
このように図31中の受信機においても、チャネルH( )を推定し、このチャネルH( )を用いて等化フィルタ係数w(k)求め、受信信号をフィルタ係数w(k)でフィルタ処理し、その処理した出力に対し復号処理を行う。従ってこの繰り返し受信処理において、前記信頼性のある硬判定情報シンボルもチャネル推定に用いることにより、より正しいチャネル推定を得ることができる。
The
w (k) = E [y ′ (k) y ′ H (k)] · E [b (k) · y ′ (k)]
= [HΛ (k) H + σ 2 I] · h (50)
Where H is defined by equation (8),
h≡ [H (Q−1),..., H (0)] T
H () is defined by equation (5), σ 2 = E [‖v‖ 2 ] (noise variance)
Λ (k) = diag [1−b ′ 2 (k + Q−1),..., 1, 1−b ′ 2 (k−Q + 1)]
As described above, the receiver in FIG. 31 also estimates the channel H (), obtains the equalization filter coefficient w (k) using this channel H (), and filters the received signal with the filter coefficient w (k). Then, the decoding processing is performed on the processed output. Therefore, in this iterative reception process, more accurate channel estimation can be obtained by using the reliable hard decision information symbol for channel estimation.
図9はレーク(RAKE)合成処理を行う繰り返し受信に前記繰り返しチャネル推定方法を適用したターボ受信機の例を示す。受信信号r(k)はRAKE合成処理部45とチャネル推定器42に供給される。1回目はチャネル推定器42で受信信号r(k)とユニークワードとによりチャネル値が推定され、RAKE合成処理部45内において、各シンボルが伝送路で受けた位相回転に対する補償とRAKE合成処理が、推定されたチャネル値により行われ、つまり時間ダイバーシチ処理が行われてターボデコーダ46へ出力される。ターボデコーダ46より復号データc′(i)と、軟判定値b′(i)が出力される。軟判定値b′(i)はシンボル選定器43に入力され、前記例と同様に、その確らしいものの情報シンボルの硬判定値b^(i)が前回シンボル記憶部32に更新格納される。
2回目以後のRAKE受信−ターボデコーディングの繰り返し受信処理においては、チャネル推定器42でユニークワードのみならず、前回の情報シンボルの硬判定値もチャネル推定に利用される。これにより、チャネルの推定がより正確に行えるため、品質の向上が図れる。
FIG. 9 shows an example of a turbo receiver in which the repetitive channel estimation method is applied to repetitive reception in which rake combining processing is performed. The received signal r (k) is supplied to the
In the second and subsequent RAKE reception-turbo decoding repetitive reception processing, the
図10はアダプティブ(適応)アレーアンテナを用いた繰り返し受信に、前記繰り返しチャネル推定方法を適用したターボ受信機の例を示す。受信信号r(k)はアダプティブアレーアンテナ受信部47に受信され、その受信信号はチャネル推定器42に分岐入力され、これとユニークワードとによりチャネル推定が行われ、その推定したチャネル値を用いて、アダプティブアレーアンテナ受信部47のアンテナ指向特性の主ビームが目的波の到来方向に向き、ヌルが干渉波の到来方向に向くように、アレー重み決定部48で各アンテナ素子、又は対応する受信経路に対する重みが決定され、その重みが該当箇所に設定される。アダプティブアレーアンテナ受信部47の受信出力はターボデコーダ46へ供給されて復号され、その復号データc′(i)と軟判定値b′(i)が出力され、軟判定値b
′(i)はシンボル選定器43に入力され、確からしい硬判定値が前回シンボル記憶部32に更新記憶される。2回目以後のアダプティブアレーアンテナ受信部47−ターボデコーダ46の繰り返し受信処理においてはチャネル推定器42でユニークワードのみならず、前回の情報シンボルの硬判定値もチャネル推定に利用される。これによりチャネル推定がより正しく行われ、その結果、アンテナ指向特性の制御がより正確に行われ、品質の向上が図れる。
FIG. 10 shows an example of a turbo receiver in which the repetitive channel estimation method is applied to repetitive reception using an adaptive (adaptive) array antenna. The received signal r (k) is received by the adaptive
′ (I) is input to the
なお図8におけるターボイコライザ41は簡略に示すと、図11Aに示すように軟入力軟出力(SISO)イコライザ(等化器)41aとSISOデコーダ(復号器)41bの直列接続の形式であり、これら等化器41aと復号器41b間で繰り返し動作が行われる。図9及び図10中のターボデコーダ46は簡略に示すと、図11Bに示すように、SISOデコーダ46aとSISOデコーダ46bの直列接続の形式であり、デコーダ46aと46b間で繰り返し復号が行われる。図9及び図10中のターボデコーダ46は、SISOデコーダ一つでもよい。
The
以上の図8乃至図10に示した例をまとめて図12に示す。つまり受信信号を繰り返し受信機(ターボ受信機)49でまず、チャネル推定器42で推定したチャネル値により処理し、その処理した信号を復号処理し、その復号処理結果として復号データ(シンボル)c′(i)とその軟判定値b′(i)を出力し、その軟判定値b′(i)をシンボル選定器43において、しきい値と比較して、対応復号データc′(i)(シンボル硬判定値)が確からしいか否かを判定し、確からしいと判定されたものはその硬判定値を前回シンボル記憶部32に更新格納して、2回目以後の推定チャネル値を用いた処理−復号処理の繰り返しにおけるチャネル推定器42におけるチャネル推定に、ユニークワードのような既知情報の他に前回のシンボル硬判定値をも用いて、チャネル推定をより正確に行うように
するものである。
The examples shown in FIGS. 8 to 10 are collectively shown in FIG. That is, the received signal is repeatedly processed by the receiver (turbo receiver) 49 using the channel value estimated by the
図13に、このシンボル硬判定値をも用いる繰り返し受信信号方法の処理手順の例を示す。ステップS1で受信信号と既知信号とによりチャネル値を推定し、ステップS2で繰り返し処理の1回目か否かを調べ、1回目であればステップS3でステップS1で推定したチャネル値により受信信号を処理し、その後、復号処理を行ってシンボル硬判定値と軟判定値を求める。ステップS4でそのシンボル軟判定値から対応シンボル硬判定値の確からしいものを取出し、ステップS5でその取出したシンボル硬判定値に記憶部32に記憶してある前回のシンボル硬判定を更新する。ステップS6で復号処理が所定回数かを調べ、所定回数になっていなければステップS1に戻る。ステップS2で繰り返し処理の1回目でなければ、ステップS7で記憶部32から前回のシンボル硬判定値を読み出し、これと、受信信号の情報シンボルとによりチャネル推定を行ってステップS3に移る。
FIG. 13 shows an example of the processing procedure of the iterative reception signal method that also uses this symbol hard decision value. In step S1, a channel value is estimated from the received signal and the known signal, and in step S2, it is checked whether or not it is the first iteration. In the first time, the received signal is processed in step S3 using the channel value estimated in step S1. Thereafter, a decoding process is performed to obtain a symbol hard decision value and a soft decision value. In step S4, a probable symbol hard decision value is extracted from the symbol soft decision value, and in step S5, the previous symbol hard decision stored in the
この場合も、図6を参照してステップS1′〜S4′により説明したように、2回目以後の処理は既知信号を用いなくてもよい。
図10に示した例においてアダプティブアレーアンテナ受信部47とターボデコーダ46との間に破線で示すようにRAKE合成処理部45を挿入してもよい。この場合、RAKE合成処理部45における各シンボル位相回転補正、RAKE合成のためのチャネル推定は、チャネル推定器42で兼用してもよく、個別に設けてもよい。
Also in this case, as described in steps S1 ′ to S4 ′ with reference to FIG. 6, the second and subsequent processing may not use a known signal.
In the example shown in FIG. 10, the RAKE combining
白色性ガウス雑音以外の雑音
前述したターボ受信方法(第1発明)の実施例や誤り訂正を考慮した第2発明の実施例、またチャネル推定方法に特徴を有するターボ受信方法(第4発明)の実施例では雑音が白色性ガウス雑音であると仮定して処理した。即ち各アンテナの受信信号rm (k)を示す式(20)の右辺中のvm (k)を白色性ガウス雑音であると仮定をしている。ここで白色性ガウス雑音とは、ガウス分布に従い、
E[vm (k)・vm (k−q)]=σ2 :q=0の場合,0:q≠0の場合
E[]は期待値、σ2 は分散値である。
なる統計的性質を有する信号である。白色性ガウス雑音はアンテナ素子内で発生する熱雑音などが例に挙げられる。この白色性ガウス雑音の仮定が反映されるのは、フィルタ係数wn (k)を求める式(34)又はフィルタ係数w(k)を求める式(50)中のσ2 Iの部分である。例えば式(34)のwn (k)は、
wn (k)=(HG(k)HH +E[n(k)・nH (k)])-1h
=(HG(k)HH +σ2 I)-1h
の過程を経て算出される。ここで、vm (k)が分散σ2 を有する白色性ガウス雑音という仮定により、E[n(k)・nH (k)]=σ2 Iと計算される。繰り返しチャネル推定器28(図1)又は42(図12)により推定される、チャネル行列Hと、σ2 と、事前対数尤度値から計算される誤差行列G(k)とを、式(34)に代入してフィルタ係数wn (k)が算出される。
Noise other than white Gaussian noise Example of turbo reception method (first invention) described above, example of second invention considering error correction, and turbo reception method (fourth invention) characterized by channel estimation method In the embodiment, the processing is performed assuming that the noise is white Gaussian noise. That is, it is assumed that v m (k) in the right side of Expression (20) indicating the received signal r m (k) of each antenna is white Gaussian noise. Here, white Gaussian noise follows a Gaussian distribution,
E [v m (k) · v m (k−q)] = σ 2 : When q = 0, 0: When q ≠ 0 E [] is an expected value, and σ 2 is a variance value.
Is a signal having statistical properties. An example of white Gaussian noise is thermal noise generated in an antenna element. The assumption of the white Gaussian noise is reflected in the part of σ 2 I in the equation (34) for obtaining the filter coefficient w n (k) or the equation (50) for obtaining the filter coefficient w (k). For example, w n (k) in equation (34) is
w n (k) = (HG (k) H H + E [n (k) · n H (k)]) −1 h
= (HG (k) H H + σ 2 I) −1 h
It is calculated through the process. Here, E [n (k) · n H (k)] = σ 2 I is calculated on the assumption that v m (k) is white Gaussian noise having variance σ 2 . The channel matrix H estimated by the iterative channel estimator 28 (FIG. 1) or 42 (FIG. 12), σ 2, and the error matrix G (k) calculated from the prior log likelihood values are expressed by the equation (34). ) To calculate the filter coefficient w n (k).
所で、雑音vm (k)が白色性ガウス雑音でない場合を考える。この場合は、E[n(k)・nH (k)]=σ2 Iとすることができないため、フィルタ係数wn(k)を算出するために、雑音成分の期待値(共分散)行列E[n(k)・nH (k)]を別の方法で推定する必要がある。以下にこの方法を説明する。ここで雑音成分の共分散行列をU≡E[n(k)・nH (k)]と略記する。式(22)のy(k)=H・B(k)+n(k)をn(k)=y(k)−H・B(k)と変形して、共分散行列Uに代入すると次式となる。 Consider the case where the noise v m (k) is not white Gaussian noise. In this case, since E [n (k) · n H (k)] = σ 2 I cannot be obtained, the expected value (covariance) of the noise component is used to calculate the filter coefficient w n (k). It is necessary to estimate the matrix E [n (k) · n H (k)] by another method. This method will be described below. Here, the covariance matrix of the noise component is abbreviated as U≡E [n (k) · n H (k)]. When y (k) = H · B (k) + n (k) in equation (22) is transformed to n (k) = y (k) −H · B (k) and substituted into the covariance matrix U, It becomes an expression.
U=E[n(k)・nH (k)]
=E[(y(k)−H・B(k))・(y(k)−H・B(k))H ]
今、受信信号によりベクトルy(k)、チャネル推定値によりチャネル行列Hの推定値H^、参照信号によりB(k)が利用可能であれば、行列Uは時間平均法により、
U^=Σk=0 Tr(y(k)−H^・B(k))・(y(k)−H^・B(k))H (51)
と推定することができる。ここで、Trは参照信号シンボル数である。
U = E [n (k) · n H (k)]
= E [(y (k) −H · B (k)) · (y (k) −H · B (k)) H ]
If the vector y (k) by the received signal, the estimated value H ^ of the channel matrix H by the channel estimation value, and B (k) by the reference signal are available, the matrix U is obtained by the time averaging method.
U ^ = Σk = 0 Tr (y (k) -H ^ B (k)) * (y (k) -H ^ B (k)) H (51)
Can be estimated. Here, Tr is the number of reference signal symbols.
繰り返しチャネル推定器28又は42における繰り返しチャネル推定中にチャネル行列Hとともに、式(51)を利用して共分散行列U^を推定する。その手順を図14に示す。図14Aに受信信号中の1フレームにおけるユニークワードと情報シンボル系列とを示し、図14Bに1回目以後の処理を示す。1回目の処理はユニークワードのみを参照信号とし、まずチャネル行列Hを推定する。
次にユニークワードと、そのチャネル行列推定値H^を用いて式(51)により、Uを推定する。これら推定値UとH^を用いてフィルタ係数wn (k)
wn (k)=(H^G(k)H^H +U^)-1h (52)
を算出し、このフィルタ係数wn (k)を用いて受信信号に対する1回目の等化を行い送信情報シンボルを推定する。
The covariance matrix U ^ is estimated using the equation (51) together with the channel matrix H during the iterative channel estimation in the
Next, U is estimated by the formula (51) using the unique word and its channel matrix estimation value H ^. Using these estimated values U and H ^, the filter coefficient w n (k)
w n (k) = (H ^ G (k) H ^ H + U ^) -1 h (52)
And the received signal is equalized for the first time using the filter coefficient w n (k) to estimate the transmission information symbol.
2回目の処理はユニークワードと、1回目の等化で推定された情報シンボルのうちしきい値によって確からしいと判定されたもの*との両方を参照信号として、1回目と同じ手順でHを再推定した後、Uを再推定する。この操作を繰り返すことによって、繰り返し毎に、チャネル行列推定値H^がより正確になり、またUの推定値がより正確になり、フィルタ係数wn (k)の精度が上がり、等化器の特性が向上する。
以上の処理により白色性ガウス雑音でない雑音が受信信号に含まれる場合のターボ受信を行うことができる。
In the second process, H is set in the same procedure as the first process using both the unique word and the information symbol estimated by the threshold among the information symbols estimated in the first equalization * as reference signals. After re-estimation, U is re-estimated. By repeating this operation, the channel matrix estimate H ^ becomes more accurate with each iteration, the U estimate becomes more accurate, the accuracy of the filter coefficient w n (k) increases, and the equalizer Improved characteristics.
Through the above processing, turbo reception can be performed when noise that is not white Gaussian noise is included in the received signal.
前述した受信信号中のその雑音の共分散行列Uを推定して線形等化処理を行う場合の機能構成を、図2中に示した多出力等化器31の第1番目の送信機からの送信信号の受信信号の等化出力として対数尤度比Λ1 [b1 (k)]を求める場合に適用した例を図15に示す。図15中の図2と対応する部分には同一参照番号を付けてある。
ユニークワード記憶部29からのユニークワード又は前回シンボル記憶部32から確からしい前回のシンボル硬判定が参照ベクトル生成部319に入力され、ここで式(25)及び式(26)により参照ベクトルB(k)が生成される。この参照ベクトルB(k)と、チャネル推定器28からの推定チャネル行列H^と、受信ベクトル生成部311からの受信ベクトルy(k)が共分散行列推定部321に供給され、ここで式(51)が計算されて共分散行列Uの推定行列
U^が得られる。
The functional configuration in the case of performing the linear equalization process by estimating the noise covariance matrix U in the received signal described above is the same as that from the first transmitter of the
A unique word from the unique
また軟判定シンボル生成部313−1からの軟判定送信シンボル軟判定b′1 (k)〜b′n (k)が誤差ベクトル生成部322−1に入力され、ここで式(35)、式(36)及び式(37)によりチャネル推定2乗誤差と対応する誤差行列G1 (k)が生成される。この誤差行列G1 (k)と、推定共分散行列U^と、推定チャネル行列H^とがフィルタ推定部323−1へ供給され、ここで式(52)が計算されてフィルタ係数w1 (k)が推定される。このフィルタ係数w1 (k)と差演算部316−1からの差分ベクトルy′(k)が適応フィルタ318−1へ供給されて、y′(k)に対するフィルタ処理w1 (k)H y′(k)がなされ、その結果が対数尤度比Λ1 [b1 (k)]として出力される。 Also, the soft decision transmission symbol soft decisions b ′ 1 (k) to b ′ n (k) from the soft decision symbol generation unit 313-1 are input to the error vector generation unit 322-1. Here, the equations (35) and (35) (36) and Equation (37) generate an error matrix G 1 (k) corresponding to the channel estimation square error. The error matrix G 1 (k), the estimated covariance matrix U ^, and the estimated channel matrix H ^ are supplied to the filter estimator 323-1, where equation (52) is calculated and the filter coefficient w 1 ( k) is estimated. The filter coefficient w 1 (k) and the difference vector y ′ (k) from the difference calculation unit 316-1 are supplied to the adaptive filter 318-1, and the filter processing w 1 (k) H y for y ′ (k) is performed. ′ (K) is made and the result is output as the log likelihood ratio Λ 1 [b 1 (k)].
検出する信号についても誤り訂正復号結果を反映させる場合は、図15中に破線で示すように、図7Aに示した関数演算部331−1を設けてf(b′n (k))を演算し、干渉レプリカベクトル生成部314−1では式(31)の代りに式(43)を用い、誤差ベクトル生成部322−1では式(37)の代りに式(48)を用いればよい。
図14Bに示した手法を図16に流れ図として示す。つまりステップS1で受信信号r(k)と既知信号(例えばユニークワード)を用いてチャネル行列Hを推定し、次はステップS2でこの処理が繰り返し処理における1回目であるか否かを調べ、1回目であれば、ステップS3で既知信号と推定チャネル行列H^と、受信信号r(k)とを用いて式(51)を演算して推定共分散行列U^を求める。
When the error correction decoding result is also reflected in the signal to be detected, as shown by a broken line in FIG. 15, the function calculation unit 331-1 shown in FIG. 7A is provided to calculate f (b ′ n (k)). The interference replica vector generation unit 314-1 may use the equation (43) instead of the equation (31), and the error vector generation unit 322-1 may use the equation (48) instead of the equation (37).
The technique shown in FIG. 14B is shown as a flowchart in FIG. That is, in step S1, the channel matrix H is estimated using the received signal r (k) and a known signal (for example, a unique word). Next, in step S2, whether or not this process is the first in the iterative process is checked. If it is the first time, the estimated covariance matrix U ^ is obtained by calculating Equation (51) using the known signal, the estimated channel matrix H ^ and the received signal r (k) in step S3.
ステップS4で推定チャネル行列H^と、推定共分散行列U^と、シンボル軟判定値によりなる誤差行列G(k)とを用いて式(52)を計算してフィルタ係数wn(k)を推定する。
ステップS5で推定チャネル行列H^とフィルタ係数wn (k)を用いて受信信号を等化処理し、つまり式(27)を計算し、wn H (k)・y′(k)を計算して、対数尤度比Λ1 [bn (k)]を求め、これに対し復号処理を行って送信シンボルの硬判定値及び軟判定値を推定する。
In step S4, the equation (52) is calculated using the estimated channel matrix H ^, the estimated covariance matrix U ^, and the error matrix G (k) composed of symbol soft decision values, and the filter coefficient w n (k) is obtained. presume.
In step S5, the received signal is equalized using the estimated channel matrix H ^ and the filter coefficient w n (k), that is, the equation (27) is calculated, and w n H (k) · y ′ (k) is calculated. Then, a log likelihood ratio Λ 1 [b n (k)] is obtained, and decoding processing is performed on the log likelihood ratio Λ 1 [b n (k)] to estimate the hard decision value and the soft decision value of the transmission symbol.
ステップS6はしきい値以上のシンボル軟判定値より対応する確からしい(信頼性の高い)シンボル硬判定値を求める。このシンボル硬判定値により、前回シンボル記憶部32に格納されているシンボル硬判定値を更新する。その後、ステップS8で復号処理回数が所定値になったかを調べ、なっていなければステップS1に戻り、所定値になっていれば、その受信フレームに対する処理を終了する。
ステップS2で繰り返し処理における処理が1回目でなければ、つまり2回目以後であれば、ステップS9で前回シンボル記憶部32からシンボル硬判定値を読み出し、これと、受信信号中の情報シンボルとによりチャネル行列Hを推定してステップS3に移る。
In step S6, a probable (highly reliable) symbol hard decision value corresponding to the symbol soft decision value equal to or greater than the threshold is obtained. The symbol hard decision value stored in the previous
If the process in the iterative process is not the first time in step S2, that is, if it is after the second time, the symbol hard decision value is read from the previous
この場合も、図6中で破線で示したステップS1′〜S4′と同様の処理にステップS1とS2を変更することにより、2回目以後は、既知信号を用いないようにすることもできる。また検出する信号も誤り訂正復号結果を反映させたい場合は図16中に破線で示すようにステップS10で関数演算f(b′n (k))を行い、この結果を用いて誤差行列G(k)を求めればよい。更に何れの場合においても共分散行列U^の推定に硬判定送信シンボルを用いなくてもよい。
この白色性ガウス雑音でない雑音が含まれた受信信号中のその雑音の共分散行列Uを推定できることは以下に述べるように各種有益な応用に適用することができる。
Also in this case, the known signal can be prevented from being used after the second time by changing the steps S1 and S2 to the same processing as the steps S1 ′ to S4 ′ indicated by the broken lines in FIG. Further, when it is desired to reflect the error correction decoding result in the signal to be detected, the function calculation f (b ′ n (k)) is performed in step S10 as shown by the broken line in FIG. k) may be obtained. Further, in any case, it is not necessary to use the hard decision transmission symbol for estimating the covariance matrix U ^.
The ability to estimate the noise covariance matrix U in a received signal including noise that is not white Gaussian noise can be applied to various useful applications as described below.
(1)受信機が未知の干渉信号が含まれる多系列送信信号に対する受信法が挙げられる。図30Aに示すように、ターボ受信機が受信しようとするN人のユーザの送信機からの信号のように、N個の系列の送信信号に加え、破線で示すようにターボ受信機で未知の干渉信号i(k)(例えば移動通信で他のセルやゾーンからの信号)が受信されるとする。このとき式(20)は、
rm (k)=Σq=0 Q-1 Σn=1 N hmn(q)・bn (k−q+1)+i
(k)+vm (k) (20)′
となる。このモデルにおいて、i(k)+vm (k)≡v′m (k)とすると、
rm (k)=Σq=0 Q-1 Σn=1 N hmn(q)・bn (k−q+1)+v
′m (k) (20)″
となる。v′m (k)は白色性ガウス雑音でない雑音信号として、先に述べたようにHの推定、更にUの推定を行い、wn (k)を推定し、受信信号の等化処理、送信シンボル推定を繰り返すことによりターボ受信を行うことができる。
(1) A reception method for a multi-sequence transmission signal in which an interference signal whose receiver is unknown is included. As shown in FIG. 30A, in addition to the N series of transmission signals, such as signals from the transmitters of N users to be received by the turbo receiver, the turbo receiver is unknown at the turbo receiver as indicated by a broken line. Assume that an interference signal i (k) (for example, a signal from another cell or zone in mobile communication) is received. At this time, the equation (20) becomes
r m (k) = Σ q = 0 Q−1 Σ n = 1 N h mn (q) · b n (k−q + 1) + i
(K) + v m (k) (20) ′
It becomes. In this model, if i (k) + v m (k) ≡v ′ m (k),
r m (k) = Σ q = 0 Q−1 Σ n = 1 N h mn (q) · b n (k−q + 1) + v
′ M (k) (20) ″
It becomes. v ′ m (k) is a noise signal that is not white Gaussian noise, H estimation and U estimation are performed as described above, w n (k) is estimated, received signal equalization processing, and transmission Turbo reception can be performed by repeating symbol estimation.
(2)送受信分離フィルタを用いた通信システムにおいて、受信信号に対し、シンボル周期の2分の1よりも高速でオーバーサンプリングを行う際には、各時間でサンプルされた受信信号に含まれる雑音成分間に相関が出て、受信信号中の雑音を白色性ガウス雑音とみなすことができない。つまり、式(20)において、
E[vm (k)・vm (k−q)]=σ2 :q=0の場合,0:q≠0の場合
とはならない。よって
E[n(k)・nH (k)]=σ2 I
なる仮定ができない。そこで送受信分離フィルタにより分離された受信信号に対する処理を式(51)を利用して共分散行列Uを求めて行うことにより、受信信号を正しく処理することができる。
(2) In a communication system using a transmission / reception separation filter, when oversampling a received signal at a speed higher than half the symbol period, a noise component included in the received signal sampled at each time There is a correlation between them, and the noise in the received signal cannot be regarded as white Gaussian noise. That is, in equation (20),
E [v m (k) · v m (k−q)] = σ 2 : When q = 0, 0: q ≠ 0 is not the case. Therefore, E [n (k) · n H (k)] = σ 2 I
It cannot be assumed. Therefore, by processing the received signal separated by the transmission / reception separation filter by obtaining the covariance matrix U using Equation (51), the received signal can be processed correctly.
(3)前述したターボ受信方法では、各送信機(ユーザ)からのQパスのマルチパス成分をすべて合成するしくみになっている。しかし、チャネルに長遅延波が存在する場合(例:パスが1シンボル遅延、2シンボル遅延、3シンボル遅延、とんで、30シンボル遅延が存在する場合の30シンボル遅延のパス成分)は、長遅延波を合成せず、それを未知干渉として扱い、適応フィルタで除去する方針をとることが可能である。つまりこの長遅延波成分を前記(1)の例における干渉信号i(k)として扱うことで長遅延波を除去することができる。 (3) In the turbo reception method described above, all Q path multipath components from each transmitter (user) are combined. However, when there is a long delay wave in the channel (eg, a path component of 1 symbol delay, 2 symbol delay, 3 symbol delay, 30 symbol delay when there is a 30 symbol delay), a long delay It is possible to adopt a policy that does not synthesize waves, treats them as unknown interference, and removes them with an adaptive filter. That is, by treating this long delayed wave component as the interference signal i (k) in the example (1), it is possible to remove the long delayed wave.
上述した白色性ガウス雑音でない雑音が含まれた受信信号に対する処理において、共分散行列Uの推定は式(50)におけるσ2 Iの代りに推定して、シングルユーザターボ受信方法にも適用でき、同様にシングルユーザ、マルチユーザに拘らず、図9に示したRAKE合成処理受信や図10に示したアダプティブアレーアンテナ受信を用いるターボ受信、更に一般に図12に示した繰り返し復号におけるチャネル推定器42でのチャネル推定と共分散行列Uとの推定に適用できる。なおRAKE受信の場合はチャネル推定のみを利用してもよい。
In the processing for the received signal including noise that is not white Gaussian noise as described above, the estimation of the covariance matrix U can be applied to the single user turbo reception method by estimating instead of σ 2 I in Equation (50), Similarly, regardless of single-user or multi-user, the
第3発明(多段等化)
上述では受信信号r1 ,…,rM を多出力等化器31で等化して対数尤度比Λ1 [b(k)],…,ΛN [b(k)]を求めたが、第1発明の変形例(2)では複数の等化段を縦続的に設け、後段の等化器程、出力数を少なくする構成としてもよい。例えばこれを図17に示すように二つに分け前段等化器(マルチユーザ等化器)71で、後段のシングルユーザ等化器21′の等化範囲外の干渉成分をキャンセルし、そのため例えばソフト干渉キャンセルとMMSE(最小平均2乗誤差)規範線形フィルタリングの前処理を行い、その後、後段等化器21′により、先に示したパス数がQのシングルユーザの等化処理を行う。
Third invention (multi-stage equalization)
In the above description, the received signals r 1 ,..., R M are equalized by the
このように縦続的に等化処理し、前段の処理に線形フィルタを用いることによっても計算量が莫大なものにならないようにすることができる。
このターボ受信法の第1発明(2)の基本的概念をもとにした実施例の多出力ターボ受信機の構成及びこの発明が適用されるMIMOシステムの構成例を図18に示し、図1と対応する部分に同一参照番号を付けて重複説明を省略する(以下の説明も同様)。
伝送路(チャネル)を通じてターボ受信機30に、各送信機よりの送信信号が受信される。この受信信号r(k)はマルチユーザ等化器71に入力され、この等化器71から、N個の各送信機よりの信号が、それぞれ他の送信機からの信号による干渉が除去された信号u1 (k),…,uN (k)と各チャネル値α1 (k),…,αN (k)が出力されてそれぞれシングルユーザ等化器21−1,…,21−Nに入力され、これらSISO等化器21−1,…,21−Nからそれぞれ対数尤度比Λ1 [b1 (k)],…,Λ1 [bN (k)]が出力される。これより以後の処理は図1の場合と同様であるが、シングルユーザ等化器21−1,…,21−Nで用いられるチャネル値α1 (k),…,αN (k)はマルチユーザ等化後のチャネル値であり、チャネル行列Hとは異なる。よってこのα1 (k),…,αN (k)を等化後のチャネル情報と記す。
In this way, it is possible to prevent the amount of calculation from becoming enormous by performing cascade equalization processing and using a linear filter in the previous processing.
FIG. 18 shows a configuration example of a multi-output turbo receiver of an embodiment based on the basic concept of the first invention (2) of the turbo reception method and a configuration example of a MIMO system to which the present invention is applied. The same reference numerals are assigned to the corresponding parts, and redundant description is omitted (the same applies to the following description).
A transmission signal from each transmitter is received by the
以下、各部の動作を説明する。
マルチパス(チャネル)の数Qを考慮して図1の説明と同様に式(23)〜(26)を定義する。
図18中の後段の等化器21−1,…,21−Nは各ユーザの自身の信号シンボル[bn (k),bn (k−1),…,bn (K−Q+1)](n=1,…,N)による符号間干渉チャネルを等化するものである。そのため前段の等化器71ではy(k)内の上記[bn (k),bn (k−1),…,bn (K−Q+1)](n=1,…,N)以外の干渉を除去する処理を行う。以下にその定量的な説明を行う。
Hereinafter, the operation of each unit will be described.
In consideration of the number Q of multipaths (channels), equations (23) to (26) are defined in the same manner as in the description of FIG.
The downstream equalizers 21-1,..., 21-N in FIG. 18 have their own signal symbols [b n (k), b n (k−1),..., B n (K−Q + 1). ] (N = 1,..., N) equalize the intersymbol interference channel. Therefore, the
まず、復号器24−1,…,24−Nからフィードバックされる等化器71の事前情報λ2 p [bn (k)](n=1,…,N)を用いて軟判定送信シンボル推定b′(k)を式(15)により求める。
次にこれら軟判定送信シンボルb′n (k)とチャネル行列Hを用いて干渉信号のレプリカH・B′(k)を作成し、受信ベクトルy(k)から引算する。
y′n(k)≡y(k)−H・B′(k) (27)′
=H・(B(k)−B′(k))+n(k)(28)′
ここで、
B′(k)=[b′T (k+Q−1)…b′T (k)…b′T (k−Q+1)]T (29)′
そして、
b′(k+q)=[b′1 (k+q)b′2 (k+q)…b′n (k+q)…b′N (k+q)]T :q=Q−1,…,1 (53)
b′(k+q)=[b′1 (k+q)b′2 (k+q)…0…b′N (k+q)]T :q=0,…,−Q+1 (54)
(b′(k+q)の要素中のゼロはn番目)
以下この干渉を引算する操作をソフト干渉キャンセルと呼ぶことにする。理想的に干渉信号のレプリカが作られているとすると、引算後得られるy′n(k)は第n番目のユーザのシンボルbn (k)と、式(54)によりq=1,…,−Q+1でb′(k+q)のn番目の要素を0としたことに基ずくその第n番目のユーザ自身のシンボル[bn (k−1),…,bn (k−Q+1)]による符号間干渉成分としか持ち得ないことが分かる。
First, soft decision transmission symbols using the prior information λ 2 p [b n (k)] (n = 1,..., N) of the
Next, a replica H · B ′ (k) of the interference signal is created using these soft decision transmission symbols b ′ n (k) and the channel matrix H, and is subtracted from the received vector y (k).
y ′ n (k) ≡y (k) −H · B ′ (k) (27) ′
= H. (B (k) -B '(k)) + n (k) (28)'
here,
B ′ (k) = [b ′ T (k + Q−1)... B ′ T (k)... B ′ T (k−Q + 1)] T (29) ′
And
b ′ (k + q) = [b ′ 1 (k + q) b ′ 2 (k + q)... b ′ n (k + q)... b ′ N (k + q)] T : q = Q−1,.
b '(k + q) = [b' 1 (k + q) b '2 (k + q) ... 0 ... b' N (k + q)] T: q = 0, ..., -Q + 1 (54)
(The zero in the element of b '(k + q) is nth)
Hereinafter, the operation of subtracting this interference will be referred to as soft interference cancellation. Assuming that a replica of the interference signal is ideally created, y ′ n (k) obtained after subtraction is the symbol b n (k) of the n-th user and q = 1, ..., -Q + 1, based on the fact that the nth element of b '(k + q) is set to 0, the nth user's own symbol [b n (k-1), ..., b n (k-Q + 1) It can be seen that it can only have an intersymbol interference component.
実際受信ベクトルr(k)内の第n番目ユーザ(送信機)の信号からの寄与成分はシンボル[bn (k),bn (k−1),…,bn (k−Q+1)]によるもののみだが、式(21)の受信ベクトルy(k)の定義から理解されるように、マルチパス分合成して作られる受信ベクルトy(k)内の第n番目ユーザ(送信機)の信号からの寄与成分にはk番目のシンボルbn (k)を基準にすればこれに対して未来のシンボル[bn (k+Q−1),bn (k+Q−2),…,bn (k+1)]による符号間干渉成分も含んでしまう。つまり上記干渉レプリカはその未来からの干渉成分も含めている。このように式(27)′の差分ベクトルy′(k)は式(27)の差分ベクトルy′(k)と異なっている
。
The contribution component from the signal of the nth user (transmitter) in the actual reception vector r (k) is the symbol [b n (k), b n (k−1),..., B n (k−Q + 1)]. However, as can be understood from the definition of the reception vector y (k) in the equation (21), the nth user (transmitter) in the reception vector y (k) generated by combining the multipaths. If the k-th symbol b n (k) is used as a contribution component from the signal, future symbols [b n (k + Q−1), b n (k + Q−2),..., B n ( k + 1)] is also included. That is, the interference replica includes interference components from the future. As described above, the difference vector y ′ (k) in Expression (27) ′ is different from the difference vector y ′ (k) in Expression (27).
そこで等化器71における前段処理の次のステップはソフト干渉キャンセル後の干渉余剰成分、つまり前記干渉レプリカH・B′(k)の不完全合成に基づく残余干渉成分と前記未来符号間干渉成分とをy′n (k)からMMSE(最小平均2乗誤差)規範の線形フィルタにより除去する。つまり、フィルタ特性wn によりy′n (k)を、式(55)に示すようにフィルタ処理した結果
が、受信信号中の第n番目ユーザの信号中のシンボル[bn (k),bn (k−1),…,bn (K−Q+1)]にチャネル値α1n,α2n,…,αQnをそれぞれ乗算した和と等しくなるようにする。
wn H (k)・y′n (k)≒Σq=0 Q-1 αq (k)・bn (k−q)=αn H (k)・bn (k) (55)
従ってこのフィルタ特性wn (k)及び等化後のチャネル値(チャネル情報)αn (k)を求めて式(55)を演算すればよい。以下にwn (k),αn (k)の算出方法を示す。なおフィルタ特性wn (k)は式(32)、式(34)で与えられるフィルタ係数wn (k)とは異なっているが便宜上同一記号を用いる。
Therefore, the next step of the pre-processing in the
w n H (k) · y ′ n (k) ≈Σq = 0 Q−1 α q (k) · b n (k−q) = α n H (k) · b n (k) (55)
Therefore, the filter characteristic w n (k) and the equalized channel value (channel information) α n (k) may be obtained to calculate the equation (55). The calculation method of w n (k) and α n (k) is shown below. Although the filter characteristic w n (k) is different from the filter coefficient w n (k) given by the equations (32) and (34), the same symbol is used for convenience.
上記の解は以下の最適問題の解として定義される。
(wn (k),αn (k))=arg min ‖wn H (k)・y′n (k)−αn H (k)・bn (k)‖2 (56)
α1n(k)=1を条件とする。
つまり式(56)の右辺が最小となるwn (k)とαn (k)を求める。
付加された拘束条件α1n(k)=1は、αn (k)=0,wn (k)=0なる解を避ける為である。これは、
‖αn (k)‖2 =1
なる拘束条件で解く事も可能であるが以下では、α1n (k)=1の場合の解を示す。簡単の為、以下のように問題を置き換える。つまり式(56)の右辺をw,αについて最小とするmn (k)と定義する。
The above solution is defined as the solution of the following optimal problem.
(W n (k), α n (k)) = arg min ‖w n H (k) · y 'n (k) -α n H (k) · b n (k) || 2 (56)
Assuming that α 1n (k) = 1.
That is, w n (k) and α n (k) that minimize the right side of Expression (56) are obtained.
The added constraint condition α 1n (k) = 1 is to avoid a solution of α n (k) = 0, w n (k) = 0. this is,
‖Α n (k) ‖ 2 = 1
Although it is possible to solve with the following constraint condition, a solution in the case of α 1n (k) = 1 is shown below. For simplicity, replace the problem as follows: That is, the right side of the equation (56) is defined as m n (k) that minimizes w and α.
mn (k)=arg min ‖mn H (k)・zn (k)‖2 (57)
mn H (k)・eMQ+1=−1を条件とする。(α1n(k)=1と等価)
ここで、
mn (k)≡[wn T (k),−αn(k) T ]T (58)
zn (k)≡[yn T (k),b(k)n T ]T (59)
eMQ+1=[0…1…0]T (60)
(eMQ+1中の1の要素はMQ+1番目)
である。文献[2]S.Haykin,Adaptive Filter Theory,Prentice Hall P.220〜P
227に示されているラグランジェ未定係数法より、この最適化問題の解は以下で
与えられる。
m n (k) = arg min ‖m n H (k) · z n (k) ‖ 2 (57)
The condition is mn H (k) · e MQ + 1 = −1. (Equivalent to α 1n (k) = 1)
here,
m n (k) ≡ [w n T (k), −α n (k) T ] T (58)
z n (k) ≡ [y n T (k), b (k) n T ] T (59)
e MQ + 1 = [0 ... 1 ... 0] T (60)
(1 element in e MQ + 1 is MQ + 1)
It is. Reference [2] S. Haykin, Adaptive Filter Theory, Prentice Hall P.220〜P
From the Lagrange undetermined coefficient method shown in 227, the solution to this optimization problem is given by
mn (k)=−RZZ -1・eMQ+1/(eMQ+1 H ・RZZ -1・eMQ+1) (61)
ここで、
RZZ=Ε[zn (k)・zn H (k)] (62)
Ε[A]はAの期待値(平均値)を表わす。
m n (k) = − R ZZ −1 · e MQ + 1 / (e MQ + 1 H · R ZZ −1 · e MQ + 1 ) (61)
here,
R ZZ = Ε [z n (k) · z n H (k)] (62)
Ε [A] represents the expected value (average value) of A.
Λn (k)=diag[Dn (k+Q−1),…,Dn (k),…,Dn (k−Q+1)] (64)
Iは単位行列 σ2 は雑音電力(白色性ガウス雑音の分散値)
Λ n (k) = diag [D n (k + Q−1),..., D n (k),..., D n (k−Q + 1)] (64)
I is unit matrix σ 2 is noise power (dispersion value of white Gaussian noise)
Dn (k+q)=diag[1−b′1 2 (k+q),…,1−b′n 2 (k+q),…,1−b′N 2 (k+q)] :q=Q+1,…,1 (66)
Dn (k+q)=diag[1−b′1 2 (k+q),…,1,…,1−b′N 2 (k+q)] :q=0,…,−Q+1 (67)
diagは対角行列(行列の対角線の要素以外の要素はゼロ)を表わす。
つまりチャネル行列H、σ2が既知であれば、mn (k)は式(61)で求めることができる。よって式(58)に従いwn (k),αn (k)も求められる。
D n (k + q) = diag [1-b ′ 1 2 (k + q),..., 1-b ′ n 2 (k + q),..., 1-b ′ N 2 (k + q)] : Q = Q + 1, ..., 1 (66)
D n (k + q) = diag [1-b ′ 1 2 (k + q),..., 1,..., 1-b ′ N 2 (k + q)] : Q = 0, ..., -Q + 1 (67)
diag represents a diagonal matrix (elements other than the diagonal elements of the matrix are zero).
That is, if the channel matrix H, σ 2 is known, m n (k) can be obtained by the equation (61). Therefore, w n (k) and α n (k) are also obtained according to the equation (58).
この算出されたフィルタ特性wn (k)により、y′n (k)を次式によりフィルタ処理する。
un (k)=wn H (k)・y′n (k) (68)
Hは共役転置行列を表わす。
このフィルタ処理されたn個の処理結果が後続の対応する等化器21−nに送られる。 このようにして第n番目のユーザよりの式(1)の左辺と対応する受信信号un (k)が得られ、また式(1)の右辺のチャネル値hmn(q)と対応するαmn(k)が得られ、つまり式(1)と対応する式(55)が求まる。よってαn (k)も等化器パラメータ(チャネル値)として後続の等化器21−nに付与される。以上が等化器71による前段処理である。
Based on the calculated filter characteristic w n (k), y ′ n (k) is filtered by the following equation.
u n (k) = w n H (k) · y ′ n (k) (68)
H represents a conjugate transpose matrix.
The filtered n processing results are sent to the subsequent corresponding equalizer 21-n. In this way, the received signal u n (k) corresponding to the left side of Equation (1) from the nth user is obtained, and α corresponding to the channel value h mn (q) on the right side of Equation (1) is obtained. mn (k) is obtained, that is, the equation (55) corresponding to the equation (1) is obtained. Therefore, α n (k) is also given to the subsequent equalizer 21-n as an equalizer parameter (channel value). The preceding stage processing by the
次に後続の等化器21−n以降の処理について述べる。前述したように式(55)は式(1)と対応しているから、ユーザ毎の等化器21−n内での動作は図31中の等化器21の動作と同様に行えばよく上記でも述べた通り、文献[1]に示されているため詳細は省略する。各等化器21−nは上で定義したun (k),αn (k)及び復号器24−nからの事前情報λ2[bn(k)]を入力し、出力として各符号化ビットが+1である確率と−1である確率の対数尤度比Λ1 (LLR:Log-Likelihood Ratio)を次式により算出する。
Next, processing after the subsequent equalizer 21-n will be described. Since the expression (55) corresponds to the expression (1) as described above, the operation in the equalizer 21-n for each user may be performed in the same manner as the operation of the
ここでλ1 [bn (k)]は後続の復号器24−nに送られる外部情報、λ2 p [bn (k)]は等化器31に与えられる事前情報である。復号器24−nは対数尤度比Λ2 を次式により算出する。
Here, λ 1 [b n (k)] is external information sent to the subsequent decoder 24-n, and λ 2 p [b n (k)] is a priori information given to the
ここでλ2 [bn (i)]は繰り返しの際に等化器71と等化器21に与えられる外部情報、λ1 p [bn (k)]は復号器24−nに与えられた事前情報である。この図18に示した構成により繰り返し等化、復号を行い誤り率の向上が達成される。
前述したマルチユーザ等化器71の機能構成を図19を参照して簡単に説明する。各アンテナよりの受信信号は受信部70でベクトルr(k)=[r1 (k)…rM (k)]として処理され、このベクトルr(k)を用いて受信ベクトル生成部311において各マルチパス(チャネル)を考慮した式(21)の受信ベクトルy(k)が生成される。
Here, λ 2 [b n (i)] is external information given to the
The functional configuration of the above-described
一方、受信部70よりの受信信号r(k)と、ユニークワード記憶部29からの各送信機と対応した、チャネル推定用のユニークワード系列などの既知系列信号とがチャネル推定器28に入力されてチャネル行列Hが推定される。
また各復号器24−1,…,24−Nの出力対数尤度比Λ2 [b1 (i)],…,Λ2 [bN (i)]からそれぞれ事前情報λ1 p [b1 (i)],…,λ1 p [bN (i)]が差し引かれた外部情報λ2 [b1 (k)],…,λ2 [bN (k)]が軟判定シンボル推定部313−1,…,313−Nに入力され、それぞれ式(15)により軟判定送信シンボルb′1 (k),…,b′N (k)が計算され、これらが干渉ベクトル生成部72に入力され、干渉ベクトル生成部72では各nごとに他の送信機からの干渉信号となり得るシンボル推定値のベクトルB′(k)が式(29)′、(53)及び(54)により生成される。これらN個のベクトルB′(k)とチャネル行列Hとの積が他干渉信号推定部73−1,…,73−Nでそれぞれ演算されて干渉成分のレプリカH・B(k)が求められる。
On the other hand, the received signal r (k) from the receiving
Also, prior information λ 1 p [b 1 is obtained from the output log likelihood ratios Λ 2 [b 1 (i)],..., Λ 2 [b N (i)] of the respective decoders 24-1,. , Λ 1 p [b N (i)] subtracted from the external information λ 2 [b 1 (k)], λ 2 [b N (k)] is a soft decision symbol estimator. , 313 -N, and soft decision transmission symbols b ′ 1 (k),..., B ′ N (k) are calculated by Expression (15), respectively, and these are input to the interference
これらN個の干渉成分レプリカH・B(k)が受信ベクトルy(k)から引算部74−1,…,74−Nでそれぞれ引算されて、差分ベクトルy′1(k),…,y′N (k)が求められる。
軟判定送信シンボルb′1 (k),…,b′N (k)が誤差行列生成部75に入力されて、式(64)、(66)、(67)により誤差行列Λ1 (k),…,ΛN (k)が生成され、これらとチャネル行列H及び雑音電力σ2 がフィルタ特性推定部76に入力され、フィルタ特性推定部76では式(58)、(60)、(61)、(63)及び(65)により、フィルタ特性wn と等化後のチャネル情報αn とが推定される。これらフィルタ特性w1 , …,wN と差分ベクトルy′1 (k), …,y′N (k)とがフィルタ処理部77−1,…,77−Nでそれぞれ乗算され、つまりフィルタ処理されて、各ユーザごとの各パスからのシンボル[bn (k),bn (k−1),…,bn (K−Q+1)]の受信信号から他ユーザ信号よりの干渉が除去された成分であるu1 (k),…,uN (k)がそれぞれ得られ、これらとフィルタ特性推定部76で求められた等化後のチャネル情報α1 (k),…,αN (k)がそれぞれ図18中のシングルユーザ等化器21−1,…,21−Nへ供給される。
These N interference component replicas H · B (k) are subtracted from the received vector y (k) by the subtracting units 74-1,..., 74-N, respectively, and the difference vector y ′ 1 (k),. , Y ′ N (k).
Soft-decision transmission symbols b ′ 1 (k),..., B ′ N (k) are input to the error
このターボ受信法の第1発明(2)の処理手順を図20に示す。図20において、図3に示した処理手順と対応するステップには同一ステップ記号を付けた。
ただし、ステップS4における干渉レプリカベクトルB′n (k)の計算は式(29)′、(53)及び(54)により行う。ステップS13は軟判定送信シンボルb′n (k)を用い、式(64)、(66)、(67)により誤差行列Λn (k)を生成する。ステップS14はチャネルと行列H及び雑音電力σ2 と誤差行列Λn (k)を用い、式(58)、(60)、(61)、(63)、(65)により残余干渉除去フィルタwn (k)とチャネル情報αn を求める。
ステップS15で差分ベクトルy′n (k)を残余干渉除去フィルタ特性wn (k)によりフィルタ処理してun (k)を求める。ステップS16で各フィルタ処理結果un (k)に対し、シングルユーザ等化処理を行って対数尤度比Λn [bn (k)]をそれぞれ求め、これらをステップS10で復号処理する。その他は図3に示した処理と同様である。
The processing procedure of the first invention (2) of this turbo reception method is shown in FIG. In FIG. 20, the same step symbols are assigned to steps corresponding to the processing procedure shown in FIG.
However, the calculation of the interference replica vector B ′ n (k) in step S4 is performed by equations (29) ′, (53), and (54). In step S13, the soft decision transmission symbol b ′ n (k) is used, and an error matrix Λ n (k) is generated by equations (64), (66), and (67). The step S14 uses the channel, the matrix H, the noise power σ 2 and the error matrix Λ n (k), and the residual interference removal filter w n according to the equations (58), (60), (61), (63), (65). (K) and channel information α n are obtained.
Step S15 obtains the u n (k) and the difference vector y 'n (k) is filtered by the residual interference elimination filter characteristic w n (k) in. In step S16, each filter processing result u n (k) is subjected to single user equalization processing to obtain log likelihood ratios Λ n [b n (k)], and these are decoded in step S10. The other processes are the same as those shown in FIG.
上述では後段等化器21−nにおける等化範囲は、シンボル[bN (k),bn (k−1),…,bn (K−Q+1)](n=1,…,N)による符号間干渉区間としているが、この等化範囲は調節可能である。例えば、Qが非常に大きな値の場合は、後段の等化器21−nの計算負荷が大きくなる。このような場合、後段等化器21−nでの等化範囲をQ′<Qとし、前段の等化器71で、[bn (k),bn (k−1),…,bn (K−Q′+1)](Q′<Q,n=1,…,N)区間以外の同一ユーザの信号の符号間干渉を除去するように変更すればよい。この変更については後で説明する。この前段等化と後段等化に分けて使う場合も、図19中に破線で示すようにチャネル推定器28において前回シンボル記憶部32を設けて硬判定送信シンボルb^n (k)をも用いてチャネル値の推定を行うようにして、その推定精度を向上させることができる。
In the above description, the equalization range in the post-stage equalizer 21-n is the symbol [b N (k), b n (k−1),..., B n (K−Q + 1)] (n = 1,..., N). However, this equalization range can be adjusted. For example, when Q is a very large value, the calculation load of the subsequent equalizer 21-n increases. In such a case, the equalization range in the post-stage equalizer 21-n is Q ′ <Q, and the
図17に示した例では前段の多出力等化器71ではN系列の送信信号に対し、これらを他系列よりの干渉を等化分離した、N系列の信号un と、等化後のチャネル情報αn を出力し、その後、各N系列の信号un を後段のシングルユーザ等化器22−nにより同一送信信号の符号間干渉を除去した。つまり、2段の縦続等化構成とした。3段以上の縦続多段構成としてもよい。
例えば図21に示すように、第1段目の等化器81において、N系列の送信信号に対するM系列の受信信号rm を入力して第1〜第U番送信系列の第U+1番送信系列による干渉を除去した等化信号系列er1 (k)及びその等化後のチャネル情報eα(k)と、第U+1〜第N番送信系列の第1〜第U番送信系列による干渉を除去した等化信号系列er2 (k)及びその等化後のチャネル情報eα2 (k)とを得、第2段目の等化器82−1及び82−2中の82−1では、入力されたer1 (k)及びeα1 (k)を等化処理して、第1〜第U番送信系列中の第1〜第U1 番送信系列の第U1 +1〜第U番送信系列による干渉を除去した等化信号系列er3 (k)及びその等化後のチャネル情報eα3 (k)と、第1〜第U番送信系列中の第U1 +1〜第U2 番送信系列の第1〜第U1番送信系列及び第U2 〜第U番送信系列による干渉を除去した等化信号系列er4 (k)及びその等化後のチャネル情報eα4 (k)と、第1〜第U送信系列中の第U2 +1〜第U送信系列の第1〜第U2 送信系列による干渉を除去した等化信号系列er5 (k)及びその等化後のチャネル情報eα5 (k)をそれぞれ出力する。
To the transmission signal of the preceding stage in the multi-output equalizer 71 N series in the example shown in FIG. 17, they were equalized separated interference from other sequences, a signal u n of N series channel after equalization The information α n is output, and then the intersymbol interference of the same transmission signal is removed from each N-sequence signal u n by the single-user equalizer 22-n at the subsequent stage. That is, a two-stage cascade equalization configuration is adopted. It is good also as a cascaded multistage structure of three or more stages.
For example, as shown in FIG. 21, the
同様に第2段目の等化器82−2では等化信号系列er2 (k)とチャネル情報eα2 (k)が入力されて、等化信号系列er6 (k)及び等化後のチャネル情報eα6 (k)と等化信号系列er7 (k)及び等化後のチャネル情報eα7 (k)を出力する。N=5の場合は第3段目の等化器83−1〜83−5は図18中のシングルユーザ等化器となる。あるいは、等化器83−3の入力等化信号は2つの送信信号により構成され、等化器83−3によりその2つの送信信号間の相互干渉を除去して2組の等化信号とその等化後のチャネル情報とを次のシングルユーザ等化器84−1,84−2でそれぞれ等化してもよい。更に、例えば等化器83−4では等化信号er6 (k)とチャネル情報eα6 (k)を入力して、その構成送信信号の全て、例えば3つの送信信号のそれぞれについて他の2つの送信信号との相互干渉と、それ自身のマルチパスによる符号間干渉を除去してもよい。第2段目の等化器82−1,82−2の1つ乃至複数で、複数の送信信号に対する各等化信号を一挙に得るように構成してもよい。 Similarly, the equalization signal sequence er 2 (k) and the channel information eα 2 (k) are input to the second-stage equalizer 82-2, and the equalization signal sequence er 6 (k) and the equalized signal sequence are obtained. The channel information eα 6 (k), the equalized signal sequence er 7 (k) and the equalized channel information eα 7 (k) are output. In the case of N = 5, the third-stage equalizers 83-1 to 83-5 are single-user equalizers in FIG. Alternatively, the input equalization signal of the equalizer 83-3 is composed of two transmission signals, and the equalizer 83-3 eliminates the mutual interference between the two transmission signals, and two sets of equalization signals and The channel information after equalization may be equalized by the following single user equalizers 84-1 and 84-2. Further, for example, the equalizer 83-4 inputs the equalized signal er 6 (k) and the channel information eα 6 (k), and the other two of the constituent transmission signals, for example, each of the three transmission signals, are input. Mutual interference with the transmission signal and intersymbol interference due to its own multipath may be removed. One or more of the second-stage equalizers 82-1 and 82-2 may be configured to obtain the equalized signals for a plurality of transmission signals all at once.
以上のように一般には第1段目の等化器から複数の等化信号系列と等化後チャネル情報の組を出力し、各等化信号系列及びその等化後のチャネル情報の組について、1乃至複数の等化器を1乃至複数段縦続させて、最終的には第1〜第N番目の送信系列のそれぞれの等化出力、つまりこの例では対数尤度比Λ1 [bn (k)]を出力させることもできる。
このように多段縦続等化処理を行う場合は、前述したように後段程、干渉除去するパス数Qの値を小として、演算処理量を少なくすることが好ましい。この場合は、前述したように、後段において減少したパスによる干渉成分を、その直前の等化段で除去するようにする。
As described above, generally, a plurality of equalized signal sequences and a set of equalized channel information are output from the first-stage equalizer, and each equalized signal sequence and a set of channel information after the equalization, One to a plurality of equalizers are cascaded in one to a plurality of stages, and finally the respective equalized outputs of the first to Nth transmission sequences, that is, the log likelihood ratio Λ 1 [b n ( k)] can also be output.
When multistage cascade equalization processing is performed in this way, it is preferable to reduce the amount of calculation processing by reducing the value of the number Q of paths from which interference is removed, as described above. In this case, as described above, the interference component due to the path reduced in the subsequent stage is removed in the equalization stage immediately before.
以下において、図21中の第1段目の等化器21で、N個の送信系列、各送信系列のマルチパスの数がQの受信信号からU個の送信系列の群の等化信号系列er1 (k)及び等化後のチャネル情報eα1 (k)を得、その後段の等化器82−1での等化処理では各送信列系のマルチパスの数をQ′とする場合の等化処理を説明する。
図18及び図19に示した実施例とほぼ同様に干渉ベクトル生成部72で干渉ベクトルB′(k)を生成するが、この構成式(53)、式(54)が式(53)、式(54)′及び式(73)に変更する。
In the following, the
The
b′(k+q)=[b′1 (k+q)b′2 (k+q)…b′n (k+q)…b′N (k+q)]T :q=Q−1,…1 (53)
b′(k+q)=[0…0 b′ U+1(k+q)…b′N (k+q)]T :q=0,…,−Q′+1 (54)′
b′(k+q)=[b′1 (k+q)b′2 (k+q)…b′n (k+q)…b′N (k+q)]T :q=Q′,…,−Q+1 (73)
式(54)′は第1〜第U送信系列自体のシンボルと、Q′のマルチパスに基づくこれら各系列の自身及び相互の符号間干渉成分を除いて等化するためのものであり、式(73)は後段の等化でマルチパスの数をQ′に減少するため、Q′+1番目乃至Q番目のパスに基づく、第1〜第U送信系列の自身及び相互の符号間干渉を除去するためのものである。
b ′ (k + q) = [b ′ 1 (k + q) b ′ 2 (k + q)... b ′ n (k + q)... b ′ N (k + q)] T : q = Q−1,.
b ′ (k + q) = [0... 0 b ′ U + 1 (k + q)... b ′ N (k + q)] T : q = 0,..., −Q ′ + 1 (54) ′
b ′ (k + q) = [b ′ 1 (k + q) b ′ 2 (k + q)... b ′ n (k + q)... b ′ N (k + q)] T : q = Q ′,.
Equation (54) ′ is for equalization except for the symbols of the first to Uth transmission sequences themselves and the self and mutual intersymbol interference components of these sequences based on the Q ′ multipath. Since (73) reduces the number of multipaths to Q ′ by the subsequent equalization, it eliminates the self and mutual intersymbol interference of the first to U-th transmission sequences based on the Q ′ + 1 th to Q th paths. Is to do.
このようにして得られた干渉ベクトルB′(k)を用いて干渉信号レプリカH・B′(k)を作り、これを受信ベクトルy(k)から引算し、つまり次式を計算する。
y′g (k)≡y(k)−H・B′(k) (27)″
=H・(B(k)−B′(k))+n(k)(28)″
以下この干渉を引算する操作をソフト干渉キャンセルと呼ぶことにする。理想的に干渉信号のレプリカH・B′(k)が作られているとすると、引算後得られるy′g (k)は第1〜第U送信系列のシンボル、[bn (k),bn (k−1),…,bn (k−Q′+1)],(n=1〜U)の信号成分しか持ち得ないことが分かる。
An interference signal replica H · B ′ (k) is created using the interference vector B ′ (k) obtained in this way, and is subtracted from the received vector y (k), that is, the following equation is calculated.
y ′ g (k) ≡y (k) −H · B ′ (k) (27) ″
= H · (B (k) −B ′ (k)) + n (k) (28) ″
Hereinafter, the operation of subtracting this interference will be referred to as soft interference cancellation. Assuming that the replica H · B ′ (k) of the interference signal is ideally created, y ′ g (k) obtained after subtraction is the symbol of the first to U-th transmission sequences, [b n (k) , B n (k−1),..., B n (k−Q ′ + 1)], (n = 1 to U).
次にソフト干渉キャンセル後の干渉余剰成分を前述と同様にMMSE規範の線形フィルタで除去する。この場合の式(55)と対応した式は次式(55)′となる。
wg H (k)・y′g (k)≒Σn=1 U Σq=0 Q'-1αnq(k)・bn (k−q)=αg H (k)・bg (k) (55)′
ここで、
αg (k)=[α1,0 (k),…,α1,Q'-1(k),…,αU,0 (k),…,αU,Q'-1(k)]T (55−1)
bg (k)=[b1 (k),…,b1 (k−Q′+1),…,bU (k),…,bU (k−Q′+1)]T (55−2)
これらwg (k),αg (k)を求めることも前述と同様に式(56)を次式として右辺が最小となるwg (k),αg (k)を求める。
Next, the excessive interference component after the soft interference cancellation is removed by the MMSE standard linear filter in the same manner as described above. An expression corresponding to the expression (55) in this case is the following expression (55) ′.
w g H (k) · y ′ g (k) ≈Σ n = 1 U Σ q = 0 Q′-1 α nq (k) · b n (k−q) = α g H (k) · b g (K) (55) '
here,
α g (k) = [α 1,0 (k), ..., α 1, Q'-1 (k), ..., α U, 0 (k), ..., α U, Q'-1 (k) ] T (55-1)
b g (k) = [b 1 (k), ..., b 1 (k-Q '+ 1), ..., b U (k), ..., b U (k-Q' + 1)] T (55-2 )
In order to obtain these w g (k) and α g (k), similarly to the above, w g (k) and α g (k) that minimize the right side are obtained using equation (56) as the following equation.
(wg (k),αg (k))=arg min ‖wg H (k)・y′g (k)−αg H (k)・bg (k)‖2 (56)′
α1,0 (k)=1を条件とする。
付加された拘束条件は、αg (k)=0,wg (k)=0なる解を避ける為であり、‖αg (k)‖2 =1なる拘束条件で解く事も可能であるが以下では、α1,0 (k)=1の場合以下のように問題を置き換える。
mg (k)=arg min ‖mg H (k)・zg (k)‖2 (57)′
mg H (k)・eMQ'+1 =−1を条件とする。
ここで、
mg (k)≡[wg T (k),−αg T (k)]T (58)′
zg (k)≡[yg T (k),b(k)g T ]T (59)′
eMQ'+1 =[0 … 1 … 0]T (60)′
(eMQ'+1 中の1の要素はMQ′+1番目)
前記文献[2]に示されているラグランジェ未定係数法よりこの最適化問題の
解は以下で与えられる。
(W g (k), α g (k)) = arg min ‖w g H (k) · y ′ g (k) −α g H (k) · b g (k) ‖ 2 (56) ′
The condition is α 1,0 (k) = 1.
The added constraint is to avoid a solution of α g (k) = 0, w g (k) = 0, and can be solved with a constraint of ‖α g (k) ‖ 2 = 1. However, when α 1,0 (k) = 1, the problem is replaced as follows.
m g (k) = arg min ‖m g H (k) · z g (k) ‖ 2 (57) '
The condition is mg H (k) · e MQ ′ + 1 = −1.
here,
m g (k) ≡ [w g T (k), −α g T (k)] T (58) ′
z g (k) ≡ [y g T (k), b (k) g T ] T (59) ′
e MQ '+ 1 = [0 ... 1 ... 0] T (60)'
(1 element in e MQ '+ 1 is MQ' + 1)
From the Lagrange undetermined coefficient method shown in the literature [2], the solution of this optimization problem is given below.
mg (k)=−Rzz -1・eMQ'+1 /(eMQ'+1 H ・Rzz -1・eMQ'+1 )(61)′
ここで、
m g (k) = − R zz −1 · e MQ ′ + 1 / (e MQ ′ + 1 H · R zz −1 · e MQ ′ + 1 ) (61) ′
here,
Λn (k)=diag[Dn (k+Q−1),…,Dn (k),…,Dn (k−Q+1)] (64)′ Λ n (k) = diag [D n (k + Q−1),..., D n (k),..., D n (k−Q + 1)] (64) ′
Dn (k+q)=diag[1−b′1 2 (k+q),…,1−b′n 2 (k+q),…,1−b′N 2 (k+q)] :q=Q+1,…,1 (66)
Dn (k+q)=diag[1,…,1,1−b′U+1 2(k+q),…,1−b′N 2 (k+q)] :q=0,…,−Q′+1 (67)′
Dn (k+q)=diag[1−b′1 2 (k+q),…,1−b′n 2 (k+q),…,1−b′N 2 (k+q)] :q=Q′,…−Q+1 (74)
つまりチャネルパラメータが既知であれば、mg (k)は式(61)′で求めることができる。更に式(58)′に従いwg (k),αg (k)(=eα1 (k))も求められる。このような計算を例えば図19中のフィルタ特性推定部76で行い、フィルタ処理部77−1で次式を計算してフィルタ処理する。
D n (k + q) = diag [1-b ′ 1 2 (k + q),..., 1-b ′ n 2 (k + q),..., 1-b ′ N 2 (k + q)] : Q = Q + 1, ..., 1 (66)
D n (k + q) = diag [1, ..., 1,1-b ′ U + 1 2 (k + q),..., 1-b ′ N 2 (k + q)] : Q = 0,..., −Q ′ + 1 (67) ′
D n (k + q) = diag [1-b ′ 1 2 (k + q),..., 1-b ′ n 2 (k + q),..., 1-b ′ N 2 (k + q)] : Q = Q ′,... −Q + 1 (74)
That is, if the channel parameter is known, mg (k) can be obtained by Expression (61) ′. Further, w g (k), α g (k) (= eα 1 (k)) is also obtained according to the equation (58) ′. Such calculation is performed by, for example, the filter
er1 (k)=wg H (k)・y′g (k)
この等化出力er1 (k)と等化後チャネル情報eα1 (k)=αg (k)が後段の等化器82−1に送られる。
以上のようにして例えば5の送信系列(ユーザ)時に3送信系列(ユーザ)グループと2送信系列(ユーザ)グループとに分ける場合は、U=3及び2で上記アルゴリズムを実行し、これら二つの等化出力er1 (k)、eα1 (k)とer2 (k),eα2 (k)を後続の3送信系列(ユーザ)用及び2送信系列(ユーザ)用の等化器に入力してそれぞれ各送信系列(ユーザ)の等化出力を得る。
er 1 (k) = w g H (k) · y ′ g (k)
The equalization output er 1 (k) and post-equalization channel information eα 1 (k) = α g (k) are sent to the equalizer 82-1.
As described above, for example, when dividing 5 transmission sequences (users) into 3 transmission sequence (user) groups and 2 transmission sequence (user) groups, the above algorithm is executed with U = 3 and 2, Equalization outputs er 1 (k), eα 1 (k) and er 2 (k), eα 2 (k) are input to equalizers for the subsequent three transmission sequences (user) and two transmission sequences (user). Thus, an equalized output of each transmission sequence (user) is obtained.
また前述した検出する信号の誤り訂正復号結果を軟判定送信シンボルに反映させることは、図8に示したシングルユーザターボイコライザ受信機、図9に示したRAKE合成処理ターボ受信機、図10に示したアダプティブアレーアンテナ受信部を備えるターボ受信機、更に一般に図12に示したチャネル推定器42を備えるターボ受信機にも適用できる。
更に図13、図14及び図15ではチャネル行列Hと共分散行列U^の、2回目以後の推定に確からしいと判断されたシンボル硬判定値も参照信号として利用したが、2回目以後もユニークワードのみを参照信号として式(51)を利用して共分散行列U^の推定を行い、シンボル硬判定値を用いるチャネル推定及び共分散行列U^の推定は省略してもよい。
第1発明(2)(並列送信)
次に1人の利用者による情報系列c(i)を複数の並列系列として送信することにより周波数利用効率よく高速伝送を行うことが提案されている。このような送信信号に対し、この発明を適用したターボ受信機の実施例を説明する。
Further, the error correction decoding result of the signal to be detected described above is reflected in the soft decision transmission symbol. The single user turbo equalizer receiver shown in FIG. 8, the RAKE combining process turbo receiver shown in FIG. The present invention can also be applied to a turbo receiver including an adaptive array antenna receiver, and more generally to a turbo receiver including the
Further, in FIG. 13, FIG. 14 and FIG. 15, the symbol hard decision value determined to be probable for the second and subsequent estimations of the channel matrix H and the covariance matrix U ^ is also used as the reference signal. The covariance matrix U ^ may be estimated using only the word as a reference signal using the equation (51), and the channel estimation using the symbol hard decision value and the estimation of the covariance matrix U ^ may be omitted.
1st invention (2) (parallel transmission)
Next, it has been proposed to perform high-speed transmission with high frequency utilization efficiency by transmitting an information sequence c (i) by one user as a plurality of parallel sequences. An embodiment of a turbo receiver to which the present invention is applied to such a transmission signal will be described.
図22に図1と対応する部分に同一参照符号を付けて示すよう送信側において、変調器13よりの変調出力信号b(j)は直列−並列変換器14によりN個の系列に各シンボルb(j)が順次分配され、2以上の整数N個の系列信号b1 (k),…,bN (k)とされ、図に示していないが、これらは無線周波数の信号に変換された後、N個のアンテナから送信される。
これらN個の系列信号はチャネル(伝送路)を通じて、この発明のターボ受信機に受信される。この受信機の受信アンテナは1個以上であり、この受信信号は1以上の整数M個のベースバンドデジタル受信信号rm (k)(m=1,2,…,M)として多出力等化器31に入力される。受信信号rm (k)は例えば図1に示したように生成される。
22, the same reference numerals are assigned to the portions corresponding to those in FIG. 1. On the transmission side, the modulation output signal b (j) from the
These N series signals are received by the turbo receiver of the present invention through a channel (transmission path). The receiver has one or more receiving antennas, and the received signal is an integer M or more baseband digital received signals r m (k) (m = 1, 2,..., M) and is multi-output equalized. Is input to the
多出力等化器31は図2に示した構成と同様であり、図3に示した処理手順と同様な処理を行う。その際に、図22中に示した復号器24よりの対数尤度比Λ2 [b(i)]から外部情報λ1 [bi ]が減算器25で減算され、その減算出力がインタリーバ26によりインタリーブされて事前情報λ2 [b(j)]とされ、その事前情報λ2 [b(j)]が直列−並列変換器15でN系列の事前情報λ2 [b1 (k)],…,λ2 [bN (k)]に変換されて多出力等化器31へ入力される。
The
よって多出力等化器31ではそのM系列の受信信号が、先に述べたと同様に線形等化処理されて、N個の対数尤度比系列Λ1 [b1 (k)],…,Λ1 [bN (k)]が出力される。このN個系列の対数尤度比系列は並列−直列変換器16により1系列の対数尤度比系列Λ1 [b(j)]に変換されて、減算器22へ供給される。この構成によれば多出力等化器31の入力信号形式が、図1乃至図3で説明したものと同様になり、従って図1乃至図3を参照して行った等化処理により、N系列の対数尤度比Λ1 [b1 (k)],…,Λ1 [bN (k)]を得ることができ、直列−並列変換器15と並列直列変換器16とを用いることによって繰り返し復号処理を行うことができることは容易に理解されよう。図1乃至図3においてn番目の送信機の送信信号と対応してこの場合はN個の並列送信信号中のn番目(n列目)の送信信号が等化されることになる。またこのN系列信号の並列送信に対する受信について、図4乃至図7を参照した実施例を適用できることも容易に理解できよう。また図18乃至図21に示した複数の等化段による縦続的処理により、図1乃至図3に示した単一の等化段による処理に比べ受信特性は向上する。
Therefore, in the
この発明のターボ受信方法、受信機は畳み込み符号/ターボ符号+インタリーバ+多値変調(QPSK,8PSK,16QAM,64QAMなど)、TCM(Trellis Coded Modulation)/ターボTCMなどに対する受信にも適用できる。
M個の受信信号の生成
上述ではM個の受信信号r1 (k),…,rM (k)を、M個のアンテナ#1,…,#Mから求めたが、1個のアンテナから求めてもよく、あるいは、2以上の整数L個のアンテナの受信信号からLより多いM個の受信信号を求めてもよい。図1において特に示さなかったが各アンテナ#1,…,#Mからの受信信号はベースバンド変換部によりベースバンドの受信信号r1 ,…,rm とされ、サンプリングされて離散時刻kのディジタル信号r1 (k),…,rM (k)とされている。
The turbo reception method and receiver of the present invention can be applied to reception of convolutional code / turbo code + interleaver + multilevel modulation (QPSK, 8PSK, 16QAM, 64QAM, etc.), TCM (Trellis Coded Modulation) / turbo TCM, and the like.
Generation of M received signals In the above description, M received signals r 1 (k),..., R M (k) were obtained from
例えば図30Bに示すようにL=2個のアンテナ#1,#2で受信された受信信号はそれぞれベースバンド変換部61−1,61−2でそれぞれベースバンド信号に変換され、ベースバンド変換部61−1と61−2の各出力はサンプリング信号発生器62からのサンプリング信号と、このサンプリング信号を移相器63でその周期TのT/2だけ位相をずらしたサンプリング信号とにより、それぞれA/D変換器64−1,64−2と64−3,64−4でサンプリングされてディジタル信号r1 (k),r2 (k)とr3 (k),r4 (k)に変換され、図1又は図18あるいは図22に示したターボ受信機30に入力され、N個の復号出力を得るようにしてもよい。なおターボ受信機30に入力される受信信号r1 (k),…,r4 (k)の各サンプリング周期は、1個のアンテナごとに1個の受信信号rm (k)を受信する場合のサンプリング周期と一致するようにサン
プリング信号発生器62よりのサンプリング信号の周波数が選定される。
For example, as shown in FIG. 30B, the received signals received by L = 2
実験例
以上述べたようにこの第1発明(1)によれば、多出力(MIMO)受信方法を実現できる。定量的な効果として誤り率特性を図23、図24に示す。各図において横軸のEb /No はビットエネルギ対ノイズ比である。シュミレーション条件として以下を想定した。
ユーザ(送信機)数N 2
各ユーザのマルチパス数Q 5
受信アンテナ数 2本
1フレーム内の情報シンボル数 450ビット
1フレーム内のユニークワード数 25ビット
チャネル推定法 RLS(忘却係数0.99)
誤り訂正符号 レート1/2,拘束長3畳み込み符号
ドップラ周波数 1000Hz(レイリーフェージング)
変調方式 BPSK
伝送速度 20Mbps
復号器24 Max−Log−Mapデコーダ
繰り返し数 4回
フレーム内でフェージングなし なおフィルタ係数wの計算には前記逆行列の補助定理による近似は用いなかった。
Experimental Example As described above, according to the first invention (1), a multiple output (MIMO) receiving method can be realized. FIG. 23 and FIG. 24 show error rate characteristics as quantitative effects. E b / N o of the horizontal axis in each figure is a bit energy to noise ratio. The following simulation conditions were assumed.
Number of users (transmitters)
Number of
Number of receiving
Number of unique words in one
Channel estimation method RLS (forgetting factor 0.99)
Error
Modulation method BPSK
Transmission speed 20Mbps
図23は、チャネル推定が完全に行われた(推定誤差はなし)、つまりチャネルは既知であると仮定した時の誤り率特性であり、ユーザ(送信機)数N=2、受信アンテナ数M=2、Rayleghパス数Q=5の場合である。繰り返し1回目は繰り返ししていない状態であり,繰り返し2回目で1回繰り返しを行った結果である。繰り返しにより誤り率特性が大幅に改善されていることが分かる。
これによりこの発明のMIMO用ターボ受信方法は適切に動作することが分かる。
FIG. 23 shows the error rate characteristics when channel estimation is completely performed (no estimation error), that is, the channel is known. The number of users (transmitters) N = 2, the number of receiving antennas M = 2, Rayleigh path number Q = 5. The first repetition is a state where the repetition is not performed, and is a result of performing the repetition once in the second repetition. It can be seen that the error rate characteristics are greatly improved by repetition.
This shows that the MIMO turbo reception method of the present invention operates properly.
図24は繰り返しチャネル推定(第4発明)の効果を示す。横軸はしきい値Thである。Eb /No =4dBに固定し(Eb は1ユーザ分である)、Th=1.0は1つもシンボル硬判定値が選ばれない、つまりシンボル硬判定値を用いるチャネル推定が行われない従来法と考えられる。この場合は図から明らかなようにチャネル推定が不正確なためBER特性の繰り返し効果は少ない。しきい値Th=0は、硬判定値をそのまま全部用いる場合であり、このように情報シンボルの硬判定値も利用すると図から明らかなように平均ビット誤り率が改善され、それだけチャネル推定が正確に行うことができることが理解される。更にしきい値Th=0.2〜0.6程度ではTh=0の場合より平均ビット誤り率が小となっており、つまり確からしい硬判定値のみを利用した方が良いことがわかる。特にTh=0.25付近が最も好ましいことも理解される。 FIG. 24 shows the effect of iterative channel estimation (fourth invention). The horizontal axis is the threshold value Th. E b / N o = 4 dB (E b is for one user), and Th = 1.0, no symbol hard decision value is selected, that is, channel estimation using the symbol hard decision value is performed. Not considered a conventional method. In this case, as is apparent from the figure, the channel estimation is inaccurate, so that the repetitive effect of the BER characteristic is small. The threshold value Th = 0 is the case where all the hard decision values are used as they are, and if the hard decision values of the information symbols are also used in this way, the average bit error rate is improved as apparent from the figure, and the channel estimation is more accurate. It is understood that can be done. Furthermore, it can be seen that the average bit error rate is smaller at the threshold Th = 0.2 to 0.6 than when Th = 0, that is, it is better to use only the probable hard decision value. It is also understood that especially around Th = 0.25 is most preferable.
図25に、しきい値により確からしい送信シンボル硬判定値をチャネル推定に用いる、つまり繰り返しチャネル推定を用いたMIMO受信方法の誤り率特性を曲線66として示す、この場合のしきい値は0.25に設定し、結果は繰り返し4回後の特性であり、N=2、M=2、Q=5Raylegh、fd Ts =1/20000,900シンボル/フレームである。比較のためチャネル推定が完全な場合の誤り率特性を曲線67に、従来の情報シンボルの硬判定値はチャネル推定に利用しない、つまり繰り返しなしのチャネル推定(チャネル推定は1回だけ)を用いたときの誤り率特性を曲線68に示す。このグラフよりチャネルの繰り返し推定を用いた場合、誤り率特性はチャネル推定完全の場合のそれに近づいていることが分かる。
FIG. 25 shows the error rate characteristic of a MIMO reception method using a transmission symbol hard decision value that is more likely to be a threshold value for channel estimation, that is, using iterative channel estimation, as a
また上述したチャネル推定方法によれば、復号された軟判定値から、その硬判定値の確からしいか否かを判定し、確からしい硬判定値のシンボル情報をも、次回の繰り返し受信処理の際のチャネル推定に利用することにより、チャネル推定をより正しく行うことができ、復号品質を向上することができる。
次に共分散行列U^(ガウス性雑音以外の雑音)を推定するようにした実施例の効果を確認するため以下の条件でシミュレーションを行った。
全ユーザ(送信機)数N 3(うち1ユーザを未知干渉:i(k)とする)
各ユーザのマルチパス数Q 5
受信アンテナ数 3本
1フレーム内の情報シンボル数 450ビット
誤り訂正符号 レート1/2,拘束長3畳み込み符号
ドップラー周波数 1000Hz
変調方式 BPSK
伝送速度 20Mbps
復号器24 Log−MAPはデコーダ
繰り返し数 4回
3ユーザ(送信機)は等電力とした。図26は図14、図15、図16に示したH、U^を推定するターボ受信機のBER(ビット誤り率)特性のシミュレーション結果、図27は図1に示したターボ受信機(図13の方法を用いる受信機)をそのまま用いたBER特性を示す。図26では、雑音は白色性ガウス雑音のみとしており、チャネル推定、復号処理を2回以上繰り返してもその効果がほとんど得られていないが、図27では繰り返し数を多くすることによりBER特性の向上が達成され、しかも、同一Eb/Noに対し、BERが図26に示すものよりも可成り小さい値を示すことが理解される。
Further, according to the channel estimation method described above, it is determined from the decoded soft decision value whether or not the hard decision value is probable, and the symbol information of the probable hard decision value is also obtained during the next iterative reception process. By using this for channel estimation, channel estimation can be performed more correctly and decoding quality can be improved.
Next, in order to confirm the effect of the embodiment in which the covariance matrix U ^ (noise other than Gaussian noise) is estimated, a simulation was performed under the following conditions.
Number of all users (transmitters) N 3 (including 1 user as unknown interference: i (k))
Number of
Number of receiving
Modulation method BPSK
Transmission speed 20Mbps
次に目的とするユーザ(送信機)よりの受信信号のシンボル軟判定値b′n (k)に対し誤り訂正復号結果を反映させた実施例(第2発明)の効果を確認するために以下の条件でシミュレーションを行った。
全ユーザ(送信機)数N 4
各ユーザのマルチパス数Q 5
受信アンテナ数M 2
1フレーム内の情報シンボル数 900
誤り訂正符号 畳み込み符号(符号化率:1/2 、拘束長3)
変調方式 BPSK
復号器 Log−Mapデコーダ
誤り符号化率 1/2
繰り返し数 5
またf(b′n (k))=α×b′n (k)
とした。
Next, in order to confirm the effect of the embodiment (second invention) in which the error correction decoding result is reflected on the symbol soft decision value b ′ n (k) of the received signal from the target user (transmitter), The simulation was performed under the following conditions.
Number of all users (transmitters)
Number of
Number of receiving
Number of information symbols in one frame 900
Error correction code Convolutional code (coding rate: 1/2, constraint length 3)
Modulation method BPSK
Decoder Log-Map decoder
Number of
F (b ′ n (k)) = α × b ′ n (k)
It was.
図28は、図1に示した多出力ターボ受信機と、b′n (k)に誤り訂正復号結果を反映させた多入力多出力ターボ受信機のBER特性を前者はプロット点を黒で、後者は白でそれぞれ示す。丸は繰り返し1回目、下向き三角は繰り返し2回目、菱形は繰り返し3回目、左向き三角は繰り返し4回目、右向き三角は繰り返し5回目を表わす。図28Aはα=0.2に固定したときのEb/Noに対するBER特性のシミュレーション結果、図28BはEb/No=6dBとしたときのαに対するBER特性のシミュレーション結果をそれぞれ示す。ここでα=0の場合はb′n (k)=0とした場合に等しい。この図28Aより、b′n (k)に誤り訂正復号結果を反映させた多入力多出力受信機では、図1に示した多入力多出力ターボ受信機に比べ、繰り返し回数が3回目以降の場合において1回前の繰り返し復号時のBERに対して改善効果が大きく、繰り返し回数が3回目以降ではBER>10-4の範囲において各BERを達成する所要Eb /N0 で比較した場合、b′n (k)に誤り訂正復号結果を反映させた多入力多出力ターボ受信機は図1に示した多入力多出力ターボ受信機に比べ約0.5dB以上の利得が得られている。また、Eb/No=6dBの繰り返し5回目において、BER=10-5BERを達成しており、図1に示したものに比べBERを1/10以下に低減できていることが分かる。この図28Bより、αの値としては0<α<0.6の範囲で改善が得られており、αを0.6より大きくすると逆にBER特性が劣化してしまい、正しい復号結果が得られなくなる。この結果より、この場合のαの最適値は0.2であることが分かる。しかしながら、αの値は前記最適値に限るものではなく、特に受信するユーザの数、干渉を含む伝搬環境、受信するアンテナの数などによって、改善効果を有するαの適正範囲が変更されてもよく、また最適値αの値も他の値を取っても良い。 FIG. 28 shows the BER characteristics of the multi-output turbo receiver shown in FIG. 1 and the multi-input multi-output turbo receiver reflecting the error correction decoding result in b ′ n (k). The latter is shown in white. The circle represents the first repeat, the downward triangle represents the second repeat, the diamond represents the third repeat, the left triangle represents the fourth repeat, and the right triangle represents the fifth repeat. FIG. 28A shows a simulation result of the BER characteristic with respect to Eb / No when α = 0.2, and FIG. 28B shows a simulation result of the BER characteristic with respect to α when Eb / No = 6 dB. Here, α = 0 is equal to b ′ n (k) = 0. From this Figure 28A, b 'in the n multiple-input multiple-output receivers that reflects the error correction decoding result (k), as compared to the multiple input multiple output turbo receiver shown in FIG. 1, the number of repetitions of the third and subsequent In the case, the improvement effect is large with respect to the BER at the time of the previous iterative decoding, and when the number of repetitions is 3 or more, when compared with the required E b / N 0 that achieves each BER in the range of BER> 10 −4 The multi-input multi-output turbo receiver in which the error correction decoding result is reflected in b ′ n (k) has a gain of about 0.5 dB or more compared to the multi-input multi-output turbo receiver shown in FIG. Further, in the fifth repetition of Eb / No = 6 dB, BER = 10 −5 BER was achieved, and it can be seen that the BER could be reduced to 1/10 or less compared to that shown in FIG. From FIG. 28B, improvement is obtained in the range of 0 <α <0.6 as the value of α. On the contrary, when α is larger than 0.6, the BER characteristic deteriorates, and a correct decoding result is obtained. It becomes impossible. From this result, it is understood that the optimum value of α in this case is 0.2. However, the value of α is not limited to the optimum value, and the appropriate range of α having an improvement effect may be changed depending on the number of users to receive, the propagation environment including interference, the number of antennas to receive, and the like. Also, the value of the optimum value α may take other values.
ユーザ(送信機)の数をN、各送信機のマルチパスの数をQ、受信機のアンテナの数をMとし、BPSK変調の場合は、従来のシングルユーザのターボ受信機をそのまま多出力(MIMO)に拡張した場合の等化器における計算量は先に述べたように2N(Q-1)のオーダであるが、第3発明のターボ受信方法によればN(MQ)3 のオーダで済む。例えばN=8、Q=20、M=8とすると2N(Q-1)≒5×1045であるがN(MQ)3 ≒37・107 となり、この第2発明のターボ受信方法によれば計算量を著しく低減することができる。 In the case of BPSK modulation, the number of users (transmitters) is N, the number of multipaths of each transmitter is Q, the number of antennas of the receiver is M, and in the case of BPSK modulation, the conventional single-user turbo receiver has multiple outputs ( The amount of calculation in the equalizer when expanded to (MIMO) is on the order of 2 N (Q-1) as described above, but according to the turbo reception method of the third invention, the order of N (MQ) 3 Just do it. For example, if N = 8, Q = 20, and M = 8, 2 N (Q-1) ≈5 × 10 45 , but N (MQ) 3 ≈37 · 10 7 , which is the turbo receiving method of the second invention. Therefore, the calculation amount can be significantly reduced.
この第2発明のターボ受信方法によれば良好なビット誤り率特性が得られることを以下の条件でシミュレーションを行って確認した。チャネル行列Hは既知とした。
ユーザー数N 4
各ユーザのマルチパス数Q 5
受信アンテナ数M 2本
1フレーム内の情報シンボル数 900ビット
誤り訂正符号 レート1/2、拘束長3畳み込み符号
ドップラー周波数 1000Hz(レイリーフェージング)
変調方式 BPSK
伝送速度 20Mbps
復号器 Log−MAPデコーダ
繰り返し数 6回
チャネル推定は理想
図29にこのBER(ビット誤り率)特性のシミュレーション結果を示す。横軸は平均Eb (ビットエネルギー)/No (雑音電力)であり、fdはドップラー周波数、Tsは送信シンボル周期である。このグラフに示されているMRCはオーダ10(2アンテナ×5パス)ダイバーシチチャネルにおける最大比合成(Maximal Ratio Conbining :MRC)後の信号をビタビ復号した際に得られるBER特性であり、等化器が完全に干渉をキャンセルした際のBER特性に対応する。つまり繰り返し後のBERがMRCカーブにどれだけ近いかで受信器の品質を評価することができる。図27により、この第2発明のターボ受信方法によればEb /No が高くなる程BERが減少し、かつ繰り返し回数を多くすればBER特性はMRCのBER特性に近づき、特に繰り返し回数6ではMRCに非常に近づくことが分かる。つまり、この第3発明のターボ受信方法による多出力ターボ受信機は4ユーザ、各5パス、2受信アンテナという厳しい条件でも適切に動作することが確認された。
According to the turbo receiving method of the second aspect of the present invention, it was confirmed by performing a simulation under the following conditions that a good bit error rate characteristic can be obtained. The channel matrix H is assumed to be known.
Number of
Number of
Number of receiving
Number of information symbols in one frame 900 bits Error
Modulation method BPSK
Transmission speed 20Mbps
Decoder Log-MAP decoder Number of
Claims (8)
復号された硬判定情報シンボルの確からしさを、その軟判定情報シンボルの値から決定し、確からしさが所定値以上の硬判定情報シンボルをも次回のチャネル推定の参照信号に用いることを特徴とするターボ受信方法。 The channel value as the channel characteristic of the received signal is estimated from the received signal and the known signal as the reference signal, the received signal is processed using the estimated channel value, and the processed signal is decoded. In the receiving method of repeatedly performing the process using the estimated channel value and the decoding process for the same received signal,
The certainty of the decoded hard decision information symbol is determined from the value of the soft decision information symbol, and a hard decision information symbol having a certainty or more of a certain value is also used as a reference signal for the next channel estimation. Turbo reception method.
b 1 (k+q)からb N (k+q)を上記既知信号及び上記確からしさが所定値以上の硬判定情報シンボルよりなる参照信号、Trをその参照信号長として、
U^=Σk=0 Tr(y(k)−H^・B(k))・(y(k)−H^・B(k))H
B(k)=[bT (k+Q−1)…bT (k)…bT (k−Q+1)] T
b(k+q)=[b1 (k+q)…bN (k+q)]T (q=−Q+1…Q−1)
を計算することにより推定することを特徴とする請求項1記載のターボ受信方法。 When the processing using the channel values the estimated on the received signal, the covariance matrix U of noise components of the received signal vector in the y (k) as the received signal (the estimated value and U ^.) using the estimated channel matrix H ^ received signal vector y a (k),
b 1 (k + q) to b N (k + q) are the reference signal composed of the known signal and the hard decision information symbol having the certainty of the predetermined value or more, and Tr is the reference signal length
U ^ = Σk = 0 Tr (y (k) -H ^ B (k)) * (y (k) -H ^ B (k)) H
B (k) = [b T (k + Q-1) ... b T (k) ... b T (k-Q + 1)] T
b (k + q) = [b 1 (k + q)... b N (k + q)] T (q = −Q + 1... Q−1)
The turbo reception method according to claim 1, wherein the estimation is performed by calculating.
復号された硬判定情報シンボルの確からしさが所定値以上か否かを、その軟判定情報シンボルの値がしきい値以上か否かにより決定する手段と、その確からしいと決定された硬判定情報シンボルにより記憶内容が更新記憶される前回シンボル記憶部を備え、次回のチャネル推定の参照信号として前回シンボル記憶部の記憶内容が用いられることを特徴とするターボ受信機。 The channel value, which is the channel characteristic of the received signal, is estimated from the received signal and the known signal as the reference signal, the received signal is processed using the estimated channel value, and the processed signal is decoded. In a receiver that repeatedly performs processing using the estimated channel value and decoding processing on the same received signal,
Means for determining whether the probability of the decoded hard decision information symbol is equal to or greater than a predetermined value, based on whether the value of the soft decision information symbol is equal to or greater than a threshold, and hard decision information determined to be probable A turbo receiver comprising: a previous symbol storage unit in which stored content is updated and stored using symbols, wherein the stored content of the previous symbol storage unit is used as a reference signal for the next channel estimation.
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