JP2001094444A - 部分並列トレリス・デコーダ装置および方法 - Google Patents

部分並列トレリス・デコーダ装置および方法

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JP2001094444A
JP2001094444A JP2000253430A JP2000253430A JP2001094444A JP 2001094444 A JP2001094444 A JP 2001094444A JP 2000253430 A JP2000253430 A JP 2000253430A JP 2000253430 A JP2000253430 A JP 2000253430A JP 2001094444 A JP2001094444 A JP 2001094444A
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channel estimate
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trellis decoder
trellis
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JP2000253430A
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William Russo David
デビット・ウィリアム・ルッソ
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/03Shaping networks in transmitter or receiver, e.g. adaptive shaping networks
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
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    • H04L25/03006Arrangements for removing intersymbol interference
    • H04L25/03178Arrangements involving sequence estimation techniques
    • H04L25/03248Arrangements for operating in conjunction with other apparatus
    • H04L25/03292Arrangements for operating in conjunction with other apparatus with channel estimation circuitry

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • Signal Processing (AREA)
  • Error Detection And Correction (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のチャネル推定器377,379を利用
するが、各状態について一つより少ないの独立したチャ
ネル推定器を利用する、等化器付きの部分並列トレリス
・デコーダ360を提供する。 【解決手段】 前回の時間期間中に算出された最良な状
態メトリックを有する状態からの状態情報セットは、主
チャネル推定器377を更新するために用いられ、二番
目に最良な状態メトリックを有する状態からの状態情報
セットは、副チャネル推定器379を更新するために用
いられる。各更新済みチャネル推定器377,379
は、対応する状態情報セットを処理して、可能な送信シ
ンボルおよびその関連状態メトリックを算出する。状態
よりも少ないチャネル推定器しかないので、未割当の状
態は主チャネル推定器377を利用して処理されるが、
主チャネル推定器377を更新しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、一般的なフェ
ージング・チャネル状態において最尤シーケンス推定
(MLSE: maximum likelihood sequence estimatio
n)、すなわちトレリス・デコーダ(trellis decoder)を
利用して受信デジタル信号をデコードする方法および装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】ビタビ・アルゴリズム(Viterbi algorit
hm)は、通信チャネル上で受信された信号から被送信デ
ジタル・シーケンスを推定するために利用できる周知の
種類のMLSE復号方法である。ビタビ・デコーダによ
って復号される初期データ(トレーニング・シンボル)
は、初期チャネル推定値を構築するために用いられ、次
にこの初期チャネル推定値は、受信信号の本体(body)を
デコードするために用いられる。トレリスを構築するた
めに受信信号が用いられる際に、トレリス内の時間t=
(n−1)Tから連続した時間t=nTまでの各状態遷
移の状態遷移メトリック(state transition metric)
は、最小二乗平均誤差(minimum mean-squarederror)条
件などの条件に従って無効として破棄されるか、あるい
は更なる状態遷移計算のためにチャネル推定値を修正す
べく利用される。受信信号の最後で、トレリスは逆トレ
ース(back-trace)され、被推定送信デジタル・シーケン
スを得る。
【0003】チャネル推定値が通信チャネルの状態変化
またはその他の理由により、最初に、あるいは復号プロ
セスの後半部分で正確でない場合、受信デジタル信号の
本体の復号は次第に誤りが多くなる。初期チャネル推定
値の誤差により、ビタビ・デコーダは、動的な通信チャ
ネル状態を適切に追跡しない方向で、チャネル推定器(c
hannel estimator)を修正することがある。さらに、動
的なチャネル推定における以降に発生する誤差により、
実際の動的な通信チャネル状態の複製(replication)か
ら回復不可能に逸脱することがある。
【0004】上記の従来のビタビ・デコーダの変形例で
は、ビタビ・デコーダ全体について一つのチャネル推定
値ではなく、トレリス・デコーダ内の各状態について個
別の独立したチャネル推定値を利用する。ビタビ復号プ
ロセス中にトレリスを横断(traverse)する際に、各状態
のチャネル推定値は時間t=(n−1)Tから時間t=
nTまで計算される。受信デジタル信号が終了すると、
最良な累積チャネル推定値は、トレリスを逆トレースす
ることによって被推定送信デジタル・シーケンスを判定
するために用いられる。従って、初期チャネル推定値は
複数の方向で修正でき、これにより不正確な初期チャネ
ル推定値が次第に悪化するチャネル推定値をさらに生じ
させる可能性を低減する。1995年7月11日にPoly
dorosらに発行された米国特許第5,432,821号
は、このような全並列(full-parallel)ビタビ手法を提
唱し、従来のビタビ・デコーダと対比している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】全並列ビタビ処理は、
各状態について通信チャネルの独立した推定値を生成
し、各チャネル推定値は各状態遷移中に更新(updating)
および追跡(tracking)を必要とするので、全並列ビタビ
処理は受信信号をデコードするために必要な演算能力を
大幅に増加する。従って、従来のビタビ復号に比べて、
改善された受信信号のMLSE復号であって、全並列ビ
タビ処理に比べて演算複雑度が低減されたMLSE復号
が必要とされる。
【0006】
【実施例】図1は、4時間期間Tにおける、4状態ビタ
ビ・デコーダなどの4状態最尤シーケンス推定(MLS
E)トレリス・デコーダの状態遷移マトリクス100を
示す。マトリクス100において、時間t=(n−2)
Tにおける4つの状態s1,s2,s3,s4のそれぞれ
は、時間t=(n−1)Tにおける4つの状態s1
2,s3,s4のぞれぞれに対する経路を有する。同様
に、時間t=(n−1)Tにおける4つの状態のそれぞ
れは、時間t=nTにおける4つの状態s1,s2
3,s4のぞれぞれに対する経路を有し、時間t=nT
における4つの状態のそれぞれは、時間t=(n+1)
Tにおける4つの状態s1,s23,s4のそれぞれに対
する経路を有し、時間t=(n+1)Tにおける4つの
状態のそれぞれは、時間t=(n+2)Tにおける4つ
の状態s1,s2,s3,s4のそれぞれに対する経路を有
する。ここで、完全な状態遷移マトリクスの複雑さに留
意されたい。
【0007】このような状態遷移マトリクスを利用する
場合、ある状態から連続した状態までの各経路について
状態遷移メトリック加重(state transition metric wei
ghting)によってトレリスは構築される。受信信号の最
後で、トレリスが完了すると、デコーダはこのトレリス
を逆トレースして、最良な累積状態遷移メトリックを有
するトレリスを介する経路を選択する。この選択された
経路における状態は、送信シーケンスの最尤シーケンス
推定を提供する。
【0008】図2は、4状態期間Tにおけるフェージン
グ・チャネル中の4状態トレリス・デコーダの典型的な
状態遷移経路200を示す。フェージング通信チャネル
では、ほとんどの復号誤差は、フェージング中のグルー
プにおいて生じる。このため、トレリス・デコーダ内の
ある時間期間から連続した時間期間までの経路のほとん
どは、一つの状態から開始し、残りの3つの状態は、最
小二乗平均誤差条件を利用する残存毎処理(per-surviva
l processing)あるいは他の排除方法によって排除され
る。時間t=(n−2)Tにおいて、一つの状態s3
みが時間t=(n−1)Tにおける4つの状態のそれぞ
れに対する有効な経路を有する。時間t=(n−1)T
において、2つの状態は時間t=nTにおける状態に対
する有効な経路を有し、時間t=(n−1)Tにおける
状態s2は、時間t=nTにおける3つの状態s1
3,s4に対する経路を有する。時間n=nTにおい
て、一つの状態s4のみが時間t=(n+1)Tにおけ
る4つの状態のそれぞれに対する有効な経路を有し、時
間t(n+1)Tにおいて,一つの状態s1のみが時間
t=(n+2)Tにおける4つの状態それぞれに対する
有効な経路を有する。
【0009】伝送経路200は、時間t=(n−1)T
と時間t=nTとの間の通信チャネルにおけるフェージ
ングを示し、図示の他の時間では深フェージング(deep
fade)は発生しないことを示す。非フェージング状態で
は、一つの状態のみが連続した状態に続く有効な経路を
有する場合が多い。しかし、フェージング中に、2つ以
上の状態が連続した時間期間内である状態に続く有効な
経路を有する場合が多い。フェージングおよび非フェー
ジング両方のほとんどの場合、全て4つの状態s1
2,s3,s4より少ない状態が、連続した時間期間内
である状態に続く有効な経路を有する。
【0010】デコーダ全体について一つのチャネル推定
器、あるいはデコーダの各状態について独立したチャネ
ル推定器を利用する代わりに、部分並列トレリス・デコ
ーダ(partially-parallel trellis decoder)は、複数の
チャネル推定器であるが、各状態について一つより少な
い独立したチャネル推定器を伴う手法を利用する。前回
の時間期間中に算出された最良状態メトリックを有する
状態からの状態情報セットは、主チャネル推定器(prima
ry channel estimator)を更新するために用いられ、前
回の時間期間中に算出された2番目の最良状態メトリッ
クを有する状態からの状態情報セットは、第1副チャネ
ル推定器(first secondary channel estimator)を更新
するために用いられ、前回の時間期間中に算出された3
番目の最良状態メトリックを有する状態からの状態情報
セットは、第2副チャネル推定器を更新するために用い
られ、以下、各追加チャネル推定器について同様であ
る。状態情報セットは、トレリスを現在横断中の遷移を
定めるために必要な状態に関するデータを有し、状態メ
トリックは、最終的には最も尤度の高い送信シーケンス
に相当する最も尤度の高い状態を決定するために利用で
きる任意のメトリックである。状態メトリックは、状態
遷移メトリック,瞬時シンボル誤差(instantaneous sym
bol errors)または他のアルゴリズムを含んでもよい。
【0011】状態情報セットを利用してチャネル推定器
を更新すると、更新されたチャネル推定器はこの状態情
報セットを処理して、可能な送信シンボルおよびその関
連状態メトリックを算出する。状態よりもチャネル推定
器のほうが少ないので、未割当の状態は主チャネル推定
器を利用して処理されるが、この主チャネル推定器を更
新しない。部分並列トレリス・デコーダは、従来のビタ
ビ・デコーダよりも性能がよく、全並列ビタビ処理より
も少ない演算能力しか使用しない。
【0012】図3は、無線電話300において実施され
る好適な実施例のブロック図を示す。好適な実施例は、
残存毎処理(per-survival processing)のための最小二
乗平均誤差条件を有する4状態ビタビ・デコーダ370
を利用する。ただし、用途に応じて、異なる状態数を有
する他の種類のMLSEデコーダを4状態ビタビ・デコ
ーダ370の代わりに利用してもよい。無線電話300
は、デジタル・プロセッサ305に結合されたマイクロ
フォン301または他の入力デバイスを有し、このデジ
タル・プロセッサ305は、マイクロフォン301から
受信した音声信号を処理する。処理された信号は、符号
化および変調のために送信機307に送られ、またアン
テナ310を介して通信チャネル上で送信するためにデ
ュプレクサ309に送られる。
【0013】アンテナ310を介して通信チャネルから
受信された符号化変調信号は、デュプレクサ309によ
って処理され、受信機320に送られる。受信機320
では、無線周波数フロントエンド330は、受信した符
号化信号をベースバンド周波数に復調する。次に、ベー
スバンド信号はデジタル・デコーダ340に送られる。
デジタル・デコーダ340は、アナログ/デジタル・コ
ンバータ350を含み、このアナログ/デジタル・コン
バータ350は、好適な実施例を実施する等化器付きデ
コーダ360に、受信したデジタル符号化信号を送出す
る。
【0014】等化器付きの部分並列トレリス・デコーダ
360において、受信したデジタル符号化信号は、主適
応型チャネル推定器377,副適応型チャネル推定器3
79および4状態ビタビ・デコーダ370に送られる。
望ましければ、一つまたはそれ以上の適応型チャネル推
定器は、トレーニング・シーケンスを利用して初期化で
きる。このようなトレーニングは、受信信号をデコード
するのに必要ないが、ある条件下では精度を向上させる
ことがある。適応型チャネル推定器377,379に対
するトレーニング入力376は、既知のトレーニング・
シーケンスを受信し、この既知のトレーニング・シーケ
ンスを表す受信デジタル信号がアナログ/デジタル・コ
ンバータ350からチャネル推定器377,379に送
出されているときを示す。アナログ/デジタル・コンバ
ータ350からの受信デジタル・シーケンスは既知であ
るので、適応型チャネル推定器377,379内で通信
チャネルの正確な初期推定値を確立できる。これは、チ
ャネル推定の以降の適応のための出発点となる。
【0015】信号の本体が復号される際に、ビタビ・デ
コーダ370は、アナログ/デジタル・コンバータ35
0からの受信デジタル信号を処理して、トレリスを開始
する。4状態ビタビ・デコーダ370は、時間t=(n
−1)Tにおける4つの過去の状態から、時間t=nT
における4つの現在の状態までの経路を算出する。これ
らの経路は、状態情報セットおよび状態メトリックを含
む。マルチプレクサ378は、マルチプレクサ入力37
1によって受信した状態情報セットを、ビタビ・デコー
ダ370から適切な適応型チャネル推定器377,37
9に渡す。最良な状態メトリックを有する状態からの状
態情報セットは、マルチプレクサ出力372を介して主
適応型チャネル推定器377に送られる。次に最良な状
態メトリックを有する状態からの状態情報セットは、別
のマルチプレクサ出力375を介して副適応型チャネル
推定器379に送られる。
【0016】主適応型チャネル推定器377は、ビタビ
・デコーダ370からの時間t=nTにおける受信デジ
タル信号と、時間t=(n−1)Tにおける受信第1状
態情報セットとを利用して、現在のチャネル推定値を更
新し、主更新済みチャネル推定値を生成する。次に、適
応型チャネル推定器377は、この主更新済みチャネル
推定値を利用して第1状態情報セットを処理して、可能
な送信シンボルおよびその関連状態メトリックを算出す
る。同様に、副適応型チャネル推定器379は、ビタビ
・デコーダ370からの時間t=nTにおける受信デジ
タル信号と、時間t=(n−1)Tにおける次の最良状
態メトリックを有する状態によって与えられた第2状態
情報セットとを利用して、現在のチャネル推定値を更新
し、副更新済みチャネル推定値を利用して第2状態情報
セットを処理して、可能な送信シンボルおよびその関連
状態遷移メトリックを算出する。
【0017】第3および第4の最良状態メトリックを有
する残りの2つの状態は、マルチプレクサ出力373,
374を介して送出され、主適応型チャネル推定器37
7を介して処理されるが、適応型チャネル推定器377
を更新しない。好適な実施例では、適応型チャネル推定
器377,379は、任意のチャネル予測器(channelpr
edictors)387,389を含み、このチャネル予測器
387,389は、更新済みチャネル推定値を濾波し
て、通信チャネルが経時的に変化しても通信チャネルの
より滑らかな予測を行う。チャネル予測器387,38
9は、部分並列トレリス・デコーダでは必要ないが、多
くのシステムでは、チャネル予測器387,389は結
果を改善する。
【0018】適応型チャネル予測器377,379から
の可能な送信シンボルおよびその関連状態メトリック
は、4状態ビタビ・デコーダ370に送られ、トレリス
の構築を支援する。ビタビ・デコーダ370がトレリス
の構築を完了すると、トレリスを逆トレースして、最良
な累積状態メトリックを有する経路を見つける。最良な
累積状態メトリックを有する経路は、最尤シーケンス推
定であり、被推定送信デジタル・シーケンス(estimated
transmitted digital sequence)ともいう。この被推定
送信デジタル・シーケンスは、デジタル・プロセッサ3
05に転送され、最終的に処理されて、音声スピーカ3
95または他の出力デバイスを介して最終的に出力され
る。
【0019】従って、4状態ビタビ・デコーダ370で
は、受信デジタル符号化信号をデコードするために、4
つ未満の適応型チャネル推定器が用いられる。好適な実
施例の変形例は、当業者により容易に採用できる。例え
ば、部分並列4状態ビタビ・デコーダは、図3に示す一
つの副適応型チャネル推定器の代わりに、2つ以上の副
適応型チャネル推定器を利用できる。このような変形例
では、最良な状態メトリックを有する状態からの状態情
報セットは、主適応型チャネル推定器を更新し、主適応
型チャネル推定器によって処理され、二番目に最良な状
態メトリックを有する状態からの状態情報セットは、第
1副適応型チャネル推定器を更新し、第1副適応型チャ
ネル推定器によって処理され、三番目に最良な状態メト
リックを有する状態から状態情報セットは、第2副適応
型チャネル推定器を更新し、第2副適応型チャネル推定
器によって処理され、また四番目に最良な、すなわち、
最悪な状態メトリックを有する状態からの状態情報セッ
トは、主適応型チャネル推定器によって処理されるだけ
である。
【0020】別の実施例では、副適応型チャネル推定器
の数は、非フェージング期間中に低減される。例えば、
ある期間中に信号対雑音比が許容可能である場合、一つ
またはそれ以上の副適応型チャネル等化器を非アクティ
ブにでき、そのためこの期間中の処理条件を低減でき
る。フェージングが発生し、信号対雑音比が特定の閾値
より低くなると、一つまたはそれ以上の副適応型チャネ
ル等化器を再度アクティブにして、チャネル状態の劣化
を補償できる。
【0021】副適応型チャネル推定器は、主適応型チャ
ネル推定器によって正確に追跡されない方向で通信チャ
ネルがフェージングする場合に、等化器付きデコーダに
対して復元機構(recovery mechanism)を提供する。ビタ
ビ・デコーダにおける各チャネルに対して一つより少な
いチャネル推定器は、等化器付きの部分並列デコーダの
複雑さを緩和する。
【0022】従って、部分並列トレリス・デコーダは、
従来のビタビ・デコーダよりも精度が高く、しかも全並
列ビタビ処理よりも演算集約的でないデコーダを提供す
る。部分並列トレリス・デコーダの特定の構成要素およ
び機能について説明したが、当業者であれば、本発明の
精神および範囲内で、より少ないあるいは追加の機能を
採用できる。本発明は、特許請求の範囲によってのみ制
限されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図1】4時間期間における4状態トレリス・デコーダ
の状態遷移マトリクスを示す図である。
【図2】4時間期間におけるフェージング・チャネル中
の4状態トレリス・デコーダの典型的な状態遷移経路を
示す図である。
【図3】無線電話として実施される好適な実施例によ
る、部分並列トレリス・デコーダを示す図である。
【符号の説明】
100 状態遷移マトリクス 200 状態遷移経路 300 無線電話 301 マイクロフォン 305 デジタル・プロセッサ 307 送信機 309 デュプレクサ 310 アンテナ 320 受信機 330 無線周波数フロントエンド 340 デジタル・デコーダ 350 アナログ/デジタル・コンバータ 360 等化器付きデコーダ 370 4状態ビタビ・デコーダ 371 マルチプレクサ入力 372373,374,375 マルチプレクサ出力 376 トレーニング入力 377 主適応型チャネル推定器 378 マルチプレクサ 379 副適応型チャネル推定器 387,389 チャネル予測器 395 音声スピーカ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受信デジタル信号をデコードする部分並
    列トレリス・デコーダ(360)であって:前記受信デ
    ジタル信号を受信し、時間t=(n−1)Tから時間t
    =nTまでの状態遷移について状態情報セットおよび状
    態メトリックを算出するs状態トレリス・デコーダ(3
    70)であって、sは3以上の整数であるところのs状
    態トレリス・デコーダ;前記s状態トレリス・デコーダ
    (370)に結合され、第1状態情報セットおよび前記
    受信デジタル信号を利用して主チャネル推定値を更新
    し、かつ前記主チャネル推定値に従って前記第1状態情
    報セットを処理する主適応型チャネル推定器(37
    7);および前記s状態トレリス・デコーダ(370)
    に結合され、第2状態情報セットおよび前記受信デジタ
    ル信号を利用して副チャネル推定値を更新し、かつ前記
    副チャネル推定値に従って前記第2状態情報セットを処
    理する副適応型チャネル推定器(379);を備え、残
    余の状態情報セットは、前記主チャネル推定値に従って
    前記主適応型チャネル推定器(377)によって処理さ
    れることを特徴とする部分並列トレリス・デコーダ(3
    60)。
  2. 【請求項2】 前記主適応型チャネル推定器(377)
    は、前記主チャネル推定値を濾波する第1チャネル予測
    器(387)を含むことを特徴とする請求項1記載の部
    分並列トレリス・デコーダ(360)。
  3. 【請求項3】 前記s状態トレリス・デコーダ(37
    0)は、尤度の最も高い送信シーケンスに相当する状態
    メトリックから前記第1状態情報セットを判定すること
    を特徴とする請求項1記載の部分並列トレリス・デコー
    ダ(360)。
  4. 【請求項4】 前記状態メトリックは、状態遷移メトリ
    ックを含むことを特徴とする請求項3記載の部分並列ト
    レリス・デコーダ(360)。
  5. 【請求項5】 前記s状態トレリス・デコーダ(37
    0)は、二番目に尤度の高い送信シーケンスに相当する
    状態メトリックから前記第2状態情報セットを判定する
    ことを特徴とする請求項3記載の部分並列トレリス・デ
    コーダ(360)。
  6. 【請求項6】 前記s状態トレリス・デコーダ(37
    0)は、残存毎処理のために最小二乗平均誤差条件を利
    用することを特徴とする請求項1記載の部分並列トレリ
    ス・デコーダ(360)。
  7. 【請求項7】 通信チャネル上で受信される符号化信号
    をデコードする方法であって:前記符号化信号から最尤
    シーケンス推定トレリスを構築する段階;少なくとも、
    第1状態メトリックに相当する第1状態情報セットと、
    第2状態メトリックに相当する第2状態情報セットと、
    第3状態メトリックに相当する第3状態情報セットと
    を、前記符号化信号から判定する段階;前記第1状態情
    報セットおよび前記符号化信号を利用して、主通信チャ
    ネル推定値を更新する段階;前記主通信チャネル推定値
    を利用して前記第1状態情報セットを処理し、前記トレ
    リスを修正する段階;前記第2状態情報セットおよび前
    記符号化信号を利用して、副通信チャネル推定値を更新
    する段階;前記第2通信チャネル推定値を利用して前記
    第2状態情報セットを処理し、前記トレリスを修正する
    段階;前記主通信チャネル推定値を利用して前記第3状
    態情報セットを処理し、前記トレリスを修正する段階;
    および前記トレリスを逆トレースして、最尤推定シーケ
    ンスを構築する段階;によって構成されることを特徴と
    する方法。
  8. 【請求項8】 前記判定する段階の前に、既知のトレー
    ニング・シーケンスを利用して前記主チャネル通信推定
    値を初期化する段階;をさらに含んで構成されることを
    特徴とする請求項7記載の受信符号化信号をデコードす
    る方法。
  9. 【請求項9】 主通信チャネル推定値を更新する前記段
    階の後に、前記主通信チャネル推定値を濾波する段階;
    をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項7記
    載の受信符号化信号をデコードする方法。
  10. 【請求項10】 副通信チャネル推定値を更新する前記
    段階の後に、前記副通信チャネル推定値を濾波する段
    階;をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項
    9記載の受信符号化信号をデコードする方法。
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