JP2002507081A - 畳み込み符号化された通信チャンネル向け受信信号品質判定方法ならびにシステム - Google Patents

畳み込み符号化された通信チャンネル向け受信信号品質判定方法ならびにシステム

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Abstract

(57)【要約】 通信チャンネルに対する受信信号品質(ビット誤り率)推定値が受信装置により提供され、これは通信チャンネルに接続されていて送信されたデータ・フレームの推定値と関連する最終判定距離を提供するための畳み込み復号器を含む。ビット誤り率推定値はビット誤り率推定回路で生成され、これは最終判定距離を対応するビット誤り率推定値にマッピングするための値を内蔵するメモリを含む。ビット誤り率推定値は通信チャンネルの制御ノードに提供され、これは提供された推定値を用い、そのビット誤り率に基づいて異なる通信チャンネルへのハンドオーバを開始するか否かの決定をするといった訂正動作を行うことが可能である。通信チャンネルは移動端末受信装置をセルラ・ネットワークの基地局である制御ノードでサービスしているセルラ無線通信ネットワークの1つの割り当てられたチャンネルである。畳み込み復号器はビタビ復号器が考えられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (技術分野) 本発明は通信システムに係わり更に詳細にはその様なシステム内で受信された
信号品質を測定するための方法ならびにシステムに関する。
【0002】 (背景技術) 通信システムは典型的に少なくとも1つの送信機局(ノード)と1つの受信機
局(ノード)とを含む。有線または無線システムのいずれにおいても、送信機か
ら受信機に送られた信号は十分な大きさ(または強さ)および品質で、その信号
内に含まれる情報がこのシステムの通信チャンネル上に一般的に存在する雑音か
ら識別できるようにしなければならない。これは無線システムでは非常な問題で
あり、無線システムは典型的に種々の干渉源からの雑音を受けやすいからである
。無線システムの1つの例はセルラ・ネットワークの様な無線ネットワークであ
り、一般的に地理的な領域をカバーしている固定基地局とそのカバーされた領域
内に存在するセルラ端末(または電話機)の様な移動機器との間で音声そして/
またはデータ通信を行うために使用されている。
【0003】 例えば無線ネットワーク内で見られるような、誤りを被りやすい通信チャンネ
ル上でデータ伝送を行う場合、誤り検出コーディングそして/または誤り訂正コ ーディングを採用してデータ伝送内の誤りを削減している。伝送されるデータは
しばしばディジタル情報であり、これはバイナリ・ビットの情報で構成されたメ
ッセージを含み、ここで各々のビットは「1」または「0」のいずれかの値を有
することができる。従って任意の指定されたメッセージは中に複数の「0」がば
らまかれた複数の「1」を含む数列である。理解されるようにLビットの数列は
L個のユニークなメッセージを表現できる。このメッセージはディジタル化さ れた音声情報または何らかのその他の形式の情報を表わしている。
【0004】 誤り検出コーディングおよび誤り訂正コーディングは共に通信システム内で使
用される。一般的な誤り検出技術、冗長度符号チェック(CRC)技術は、デー
タ・メッセージのビットから計算される「チェック」ビットを生成してメッセー
ジに付加する。チェック・ビットは「チェック・ワード」を構成し、これは指定
されたメッセージに特定のものである。このチェック・ワードはメッセージに付
加されて、共に同一の符号化器を通って処理され、共に一緒に通信チャンネルを
通して送信され、そして共に受信機内で同一の復号器を通して処理されるように
している。
【0005】 既知の誤り訂正技術の1つは畳み込みコーディングである。畳み込み符号はブ
ロック符号とは異なっており、メッセージ・ビットは送信されるビットの中に明
示的に含まれていない。畳み込みコーディングでは、各々のメッセージ・ビット
は1つのシンボルに変換される。結果として出来たシンボルは「n」生成多項式
に基づく「n」ビットを含み、ここで各々の多項式は今回並びに前回メッセージ
・ビットのいくつかのプール数組み合わせを定義する。ここではメッセージ・ビ
ットはLビットと仮定されており、またN=n*Lビットが全てのL個のメッセ
ージ・ビットに対して送信される。Nビットは典型的に1つの単一フレーム(ま
たはパケット)として送信されるように構成されている。これらのフレームは予
め定められた固定長(ビットの数)であっても、または可変長の何れでも構わな
い。ここではメッセージという用語がフレーム(またはパケット)と互換性を持
って使用されているが、ネットワーク高位層「メッセージ」は複数のフレームに
渡って拡張可能であるし、または単一フレームの中に含まれることも可能である
ことを理解されたい。
【0006】 畳み込み復号に関する既知の方法は、閾値復号、逐次最尤逐次推定(SMLSE: S
equential Maximum Likelihood Sequence Estimation)、並びにスタック・アル
ゴリズムを含む。SMLSE技術は一般的にビタビ・アルゴリズムとして知られてお り、これはD.Forney著、「ビタビ・アルゴリズム」、IEEE会報、第61巻、
268−278ページ(1973年3月)を含む文献に記載されている。
【0007】 SMLSEアルゴリズムは経路距離(path metric)を生成し、これは仮定さ れたビット列と実際の(例えば受信された)ビット列との間の相関の程度を表す
信頼係数(confidence factor)と考えることが出来る。仮定されたものおよび 実際のビット列が一致する程度に応じて、経路距離はその仮定されたビット列に
関する信頼度を反映するように変化する。「仮定されたビット列」または単に「
仮定」とは、一般的に対象としている実際のビット列である何らかの可能性を有
する全ての考えられるビット列を指すことを理解されたい。
【0008】 SMLSEアルゴリズムの1つの変形では、受信された符号化されたビットが
それらのビット極性のみで特性付けられるのではなく、「1らしさ」または「0
らしさ」を表す、強度または品質測度で特性付けられている。「強い」受信シン
ボルがローカルに予測されたシンボルに一致するとき、経路に対する信頼係数は
大きく増加し、一方「弱い」受信シンボルの信頼係数の増加程度は小さい。ロー
カルに予測されたシンボルと一致しない受信シンボルはその対応する経路の信頼
係数を、不一致の受信シンボルの「強さ」で決定される量だけ減少させる。これ
は典型的に「ハード」復号に対して「ソフト」復号と呼ばれる。
【0009】 SMLSEビタビ復号器は受信された信号に最も一致すると考えられる送信デ
ータ・ビットの列を決定する。ビタビ・アルゴリズムは最適列を連続的に決定出
来るので、2のL乗個の考えられる全ての列を検査する必要が回避される。連続
的な決定を行うための開始点を確立するために、符号化器は典型的にデータ・ビ
ットを供給する前に既知の開始状態に初期化される。この場合、その符号化器に
対して許される初期状態は唯1つのみ存在する。続いてビタビ状態の数は各々の
後続のステップで2倍されて、最大2の(符号制約長−1)乗個となる。この時
点の後、1/n符号に対して考えられる経路の数は新たな未知のビットが仮定さ
れる毎に2倍されるが、以前に仮定されたビットが次に2つの特定の値(この比
率は更に一般的なk/n符号の場合には変わるはずである)の内の1つに決定さ
れるので、直ちに再び半分にされる。従って状態の数は最後の未知のデータ・ビ
ットが仮定されるまで一定に保たれる。続いて典型的に既知のビットが符号化器
の中に最終データ・ビットまで一括して供給される。受信機復号器はこの端末状
態がどうあるべきかを先験的に知っており、更なる未決定データ・ビットが符号
化器から押し出される各時点で、可能な残りの有効状態の数はそれが単一状態に
なるまで二分の一にされる。畳み込みブロック符号化器を単一終了状態へ先細り
になるように終了させるこの方法は「末尾ビット使用」と呼ばれる。
【0010】 誤り検出および誤り訂正コーディング技術に加えて、例えばセルラ無線通信ネ
ットワークのような或る型式の通信ネットワークでは、十分な通信チャンネルを
確保するために通信用に割り当てられたチャンネルを変更する場合がある。この
変更は異なる基地局へのハンドオーバに備えるためであったり、または異なる基
地局へのハンドオーバを伴わないチャンネル内での変更(例えば、異なる周波数
)であったりする。この様なシステムでのチャンネル決定を支援するために、受
信信号品質測度(典型的にビット誤り率として品質化されている)を用いてネッ
トワーク上の通信チャンネル性能が特性化されている。
【0011】 受信信号品質測度を計算するための種々の方法が提案されている。1つの共通
の方法は受信信号強度(「RSS:Received Signal Strength」)の測定に基づ
くものである。セルラ電話機は典型的に無線受信機を含み、これは信号を受信す
るための1本のアンテナと、受信された信号の強度の測定値を生成するための増
幅器/検出器を含む。GSMとして知られる欧州セルラ標準、またはそれぞれD
−AMPSまたはPCS1900として知られる米国TDMA標準に適合する時
分割多元接続(「TDMA」)手法を使用するセルラ電話機は、送信と受信タイ
ムスロットの間の予備時間を使用して周波数を変更したり、他の基地局の信号強
度を監視したりしている。RSSのいくつかの測定値は同一基地局に関して典型
的に平均される。この平均値は現在サービスを行っている基地局に報告され、そ
こでより強い基地局に対してハンドオーバを行うべきかが判定される。平均RS
Sの決定は一連の測定を実施することを含むことが可能であり、これらはトラヒ
ック・シンボルを復調する際に使用されるアナログ/ディジタル変換器のサンプ
リング速度でディジタル化される、すなわちサンプリング速度はトラヒック・シ
ンボル速度と同じかその数倍である。測定値は好適にTDMAタイムスロットま
たはその他の測定区間に渡って平均化されてフェージングおよび雑音の影響を低
減している。
【0012】 しかしながら、受信信号品質を特性付けるためのこの方法は複数の送信が行わ
れる環境では不正確な結果を生成する場合がある。特にRSSは希望する信号、
隣接チャンネル干渉信号、隣接するセルからの同一チャンネル干渉信号および雑
音を含む。望ましくない干渉は実際のビット誤り率が高い条件下で高いRSS読
みを引き起こす場合がある。
【0013】 通信チャンネル上で使用するための2つの別の技術が示唆されており、これら
は送信された信号のビット誤り訂正用の機構として畳み込みコーディングを使用
している。その様な装置内でビット誤り率計算を行う1つの既知の方法は、訂正
された受信信号を再符号化し、再符号化された信号と未訂正信号とを比較して再
符号化されたものと受信ビット・パターンとの間の差に基づいてビット誤り率を
計算するものである。その様なビット誤り率を計算するための再符号化手法の1
例が英国特許第2305083に記述されている。この方法は典型的に復号器が
全ての受信ビットの復号に成功する限り、すなわちビット誤り率が十分に小さく
て誤り訂正符号が全ての誤りを訂正できる時に最善の働きをする。
【0014】 これに代わる方法で、ビット誤り率を生成するために受信信号の再符号化を必
要としないものが国際公開番号WO96/26583に開示されている。この明
細書はビタビ復号器トレリス内の各ステップ毎にソフト判定距離を保持し、これ
らの個別の判定距離を整数形式から浮動小数点形式に変換し、それらをメモリ装
置の中に格納することを示唆している。続いて後方追尾ステップが実施されてト
レリス図の中の状態遷移が逆順に追跡される。正しい経路内に格納されたソフト
判定変数の絶対値の合計と、対応する経路内の判定変数の絶対値の最小値とが計
算される。正しい経路内の判定変数の合計が測定期間に渡って平均され、設定さ
れた閾値と比較されてビット誤り率が決定される。この方法は再符号化の問題を
回避するが、トレリス図内での各判定ステップに対する距離値を格納する必要が
あり、平均判定値を生成するための計算の複雑さが増すという欠点がある。
【0015】 (発明の要約) 従って、改善された通信システムと受信信号品質の測度を提供する方法とを提
供することが本発明の1つの目的である。
【0016】 ビット誤り訂正に畳み込みコーディングを使用した通信チャンネルのビット誤
り率測度を提供することは本発明の更に別の目的である。
【0017】 その様なシステムと少ない計算負荷(computational load)でビット誤り率の
改善された推定値を提供し、その様な推定値を誤り率の広い範囲に対して提供す
る方法を提供することは本発明の更に別の目的である。
【0018】 本発明の通信システム並びに方法は、受信機局の畳み込み復号器から畳み込み
的に符号化されたビットの送信フレーム(またはパケット)に対する最終判定距
離(final decision metric)を使用する。この選択された経路に対する最終判 定距離は、復号器で使用されることに加えて、本発明のビット誤り推定回路に通
され、此処でビット誤り率推定値を提供するためにマッピングされる。このマッ
ピングは好適に対照表(look-up table)によって行われ、この対照表は受信機 局内に格納されている予め定められた値を含み、これは通信ネットワークの指定
された要求に対応する種々の信号対雑音比で模擬された試験パターンに基づいて
いる。本発明の種々の実施例によれば、復号器からの最終判定距離が測定区間の
大きさに渡ってマッピングの前に平均化されるか、または代わって各々の距離が
ビット誤り率推定値にマッピングされこれらの推定値が、ネットワーク上の制御
ノードへ送信するための平均ビット誤り率推定に達するまで選択されたサンプリ
ング区間の間で平均化される。
【0019】 本発明の1つの実施例において、通信チャンネルに対する受信信号品質を推定
するための方法並びに装置が提供されている。データ・フレームは畳み込み的に
符号化されている。符号化されたデータ・フレームは次に端末(またはノード)
により通信チャンネル上を送信される。送信されたデータ・フレームは受信機局
で受信される。受信機局は受信されたデータ・フレームを復号して、送信された
データ・フレームの推定値および関連する距離を提供する。最後にこの距離がマ
ッピングされて受信信号品質推定値を提供し、これはビット誤り率推定値となる
【0020】 本発明の別の実施例では、ビット誤り率推定値が通信チャンネルに関連する制
御ノードに提供される。この制御ノードはそのビット誤り率推定値に基づいて後
続の送信データ・フレームに対して異なる通信チャンネルを使用すべきか否かを
決定する。これに代わって制御ノードが、例えばその送信機を制御して送信信号
の電力を調整したりまたは前方誤り訂正(FEC:Forward Error Correction)
の強さを調整するような別の訂正動作を行う場合もある。
【0021】 本発明の更に別の実施例では、復号操作が複数の受信データ・フレームに対し
て繰り返されて、複数の関連する距離が提供される。この複数の関連する距離が
平均されてこの平均された複数の関連する距離が、例えば対照表を通してマッピ
ングされ、ビット誤り率推定値が提供される。これに代わってこの平均化を複数
のデータ・フレームから複数のビット誤り率推定値を平均化して平均化されたビ
ット誤り率推定値を得ることも可能である。平均化されたビット誤り率推定値は
続いて通信チャンネルに関連する制御ノードに提供される。
【0022】 本発明の方法並びに装置は、通信チャンネルが無線通信チャンネルで制御ノー
ドが陸上(基地)または衛星局である場合に有効に使用できるはずである。
【0023】 本発明の更に別の特徴として受信機装置が具備されている。この装置は通信チ
ャンネルに接続された受信機を含む。畳み込み復号器がこの受信機に結合されて
いる。畳み込み復号器は受信データ・フレームから送信データの推定値と送信デ
ータの推定値に対する関連する距離を提供する。復号器に接続された推定装置は
関連する距離に基づいてビット誤り率の推定値を提供する。1つの実施例の中で
畳み込み復号器はビタビ復号器である。格納装置が推定装置用に具備されており
、これは関連する距離を通信チャンネルに対する対応するビット誤り率推定値に
変換するための基準値を格納する。制御装置が具備されており、これは関連する
距離を格納されている基準値にマッピングしたり関連する距離またはビット誤り
率推定値を平均化するためのものである。基準値は予め定義され、不揮発メモリ
装置である格納装置の中に格納されている。
【0024】 従って、本発明はビット誤り率の推定値を決定するためのシステム並びに方法
を提供し、これは受信機局ビット誤り訂正復号手法に関連して必然的に生成され
る計算値を使用する。従ってビット誤り率推定値が計算および回路の複雑さを簡
略化し、メモリ必要量を削減し、そして受信機局の負荷を低減して提供されてい
る。これは特に移動型受信機局、例えば移動体端末に有益であり、これはしばし
ば電池電力で長い期間動作しなければならずまた搭載しているメモリにも制限が
ある。
【0025】 (発明の詳細な説明) 次に本発明を、発明の好適な実施例が示されている添付図を参照して以下に更
に詳細に説明する。しかしながらこの発明は多くの異なる形式で実現することが
可能であり、此処に提示された実施例に限定されることを意図するものではない
;むしろこれらの実施例はこの開示が徹底的でかつ完全なものとなり、また当業
者には発明の範囲を完全に伝えるものとなるように提供されている。
【0026】 本発明を説明する目的で、以下の説明は無線通信ネットワーク、特に例えばセ
ルラ電話ネットワークの様な陸上セルラ・ネットワークに限られている。しかし
ながら、理解されるように本発明は送信情報の畳み込みコーディングを使用して
いるような衛星方式無線ネットワークまたは有線ネットワークでもまた使用でき
る。図1は本発明のビット誤り率判定システムと方法を実現している陸上無線通
信ネットワーク20を図示する。ネットワーク20は種々の異なる通信用プロト
コル、例えばD−AMPSまたはGSMを実施することが可能である。しかしな
がら、本発明の教えるところによれば、ネットワーク20用のプロトコルは送信
用データの畳み込み誤り訂正コーディングを含む。無線システムは1つまたは複
数の移動端末22を含み、これは基地局26でサービスされている複数のセル2
4および移動電話交換局(MTSO)28と通信する。図1にはたった3つのセ
ル24しか示されていないが、典型的なセルラ無線電話ネットワークは数百のセ
ルで構成され、複数のMTSO28を含みまた数千の無線移動端末22をサービ
スしている。
【0027】 セル24は一般的に通信ネットワーク20内で個別の地理的領域のサービスを
行い、そこからリンク(またはトラヒック・チャンネル)が無線移動端末22と
MTSO28との間に、そのセル24をサービスしている基地局26を経由して
確立される。各々のセル24には1つまたは複数の専用制御チャンネルと1つま
たは複数のトラヒック・チャンネルとが割り当てられている。制御チャンネルは
セル識別とページング情報を送信するために使用される専用チャンネルである。
トラヒック・チャンネルは音声そして/またはデータ情報を搬送する。通信ネッ
トワーク20を通して、二重無線通信リンク(チャンネル)30が2つの無線移
動端末22の間、または無線移動端末22と陸上線電話使用者32との間で公衆
電話交換網(PSTN)34を経由して確立されている。基地局26の機能は一
般的にセル24と無線移動端末22との間の無線通信を処理することである。こ
の能力の内で基地局26は主としてデータおよび音声信号の中継局として機能す
る。
【0028】 これもまた図1に図示されているように、移動端末22はいずれか1つの基地
局26を回送する通信チャンネルを確立し、各々の基地局は通信ネットワーク2
0上の1つのノードを定めている。本発明の教えるところによれば、移動端末2
2は周期的にビット誤り率推定値を基地局26に対して、それが移動端末と現在
通信を行っていようがいまいが提供する。基地局26は続いてこの情報を移動電
話交換局28に通す。MTSO28は次にこの実行中の通信をネットワーク20
内の異なる基地局にハンドオーバするか、または別の訂正動作を行うかの判断を
行う。その様な別の訂正動作にはその送信機を制御して送信信号の電力を調整し
たり、または前方誤り訂正(FEC)の強度を調整することが含まれる。これに
代わってこの決定を基地局26または移動端末22で実行することも可能であり
、これは特定のネットワーク20で提供されるその様な訂正動作の機構に依存す
る。本発明に基づく訂正動作を決定する際に使用されるビット誤り率決定の特色
を次に残りの図を参照して更に説明する。
【0029】 次に図2を参照すると、本発明に基づくシステムの1つの実施例を図示する図
式的ブロック図が示されている。図2に示すようにディジタル化されたビットの
データ/音声/メッセージ情報40が畳み込み符号化器42に提供される。図2
に図示されるように、畳み込み符号化器42は基地局26内に含まれることが出
来る。しかしながら、理解されるように双方向通信のために、図2に示される様
に送信および受信機能は共に移動端末22と基地局26の両方に具備されており
、本発明に基づく受信信号品質推定を提供するための操作はいずれか1つまたは
両方の型式の装置の中で実施される。更に理解されるように、基地局26及び移
動端末22は信号を処理しその様な信号を通信チャンネル30上で送信するため
の追加の回路、例えば受信機および送信機(アンテナを含む)並びに変調器と復
調器を含むが、それらの全ては通常の技術を有する当業者には知られているので
此処では更に説明はしない。畳み込み符号化器42からの符号化されたビットは
変調器43に供給されて、図2に示されるように基地局26によりネットワーク
30上で送信される。ネットワーク・チャンネル30は、図2の加算ノードへの
雑音入力として図式的に図示されているようにチャンネル劣化に曝される。
【0030】 ネットワーク・チャンネル30からの信号は移動端末22で受信され、ここで
復調器44により復調される。復調されたビットは次に畳み込み復号器46に供
給され、誤り訂正復号が行われる。移動端末22の信号処理回路に更に具備され
ている、復号(および誤り訂正された)データ・ビット・ストリーム48を出力
することに加えて、畳み込み復号器46は各々の受信フレームに対する最終判定
距離をビット誤り率判定回路50に提供する。ビット誤り率判定回路50は最終
判定距離をマッピングし推定されたビット誤り率52を出力する。
【0031】 図2に図示されるように、ビット誤り率推定回路50は不揮発メモリ49また
はその他の格納装置と制御装置51を含む。最終判定距離をビット誤り率推定値
に変換するためのマッピング値はメモリ49内に含まれている。これらの値は実
験室環境で生成された試験パターンに基づいて決定される。例えば、既知のビッ
トパターンを制御された環境の中で繰り返し処理することが可能であり、そこで
は異なる信号対雑音比を図3に図示するような試験構成を用いて選択的に挿入す
ることが可能である。種々の信号対雑音比は引き続いて典型的に特定のビット誤
り率値に対応する。特定のハードウェア構成に対し、実験室条件で決定されたビ
ット誤り率対最終判定距離のグラフが図4に示されている。更に、制御された実
験室環境を使用して復号されていない(すなわち、誤り訂正操作が実施されてい
ない)ビット・パターンを、雑音が誘導されているネットワーク上で送信された
既知のデータパターンと比較することが可能であり、直接計数値比較を選択され
た時間間隔の間行って誤り訂正復号前の誤りの実際の計数値を得ることが可能で
ある。この固定誤り計数値は畳み込み復号回路からの出力最終距離と相関を取り
、対照表を生成してメモり49の中に格納する。
【0032】 再び図2を参照すると、制御装置51は距離を畳み込み復号器46から受信す
るための装置を具備し、受信された距離を使用してメモリ49にアクセスしてビ
ット誤り率推定値を生成する。これに代わって、メモリ49から対照表を使用す
るのではなくむしろ、制御装置51が畳み込み復号器46からの距離を計算用関
数の入力として使用し、ビット誤り率推定値を出力することも可能である。例え
ば、低次多項式を制御装置51で評価して推定値に達することが可能である。多
項式表現の係数は図4に図示されるような実験室データに基づき最少二乗法を用
いて事前に決定することが出来る。制御装置51は更に複数の入力距離または複
数の出力ビット誤り率推定値を平均するための装置を具備し、本発明の種々の実
施例で使用する、これらのパラメータの各々の平均値を提供する。
【0033】 次に図5Aと5Bを参照すると、本発明に基づくシステムの別の実施例を図示
する図式ブロック図が示されており、これは衛星空気インタフェース仕様(SA
IS:Satellite Air Interface Specification)に基づく通信システム内のも のである。図5Aは送信側でのシステム構成部品を図示し、図示された実施例で
は120ビットを生成し、これらは図5Bに図示されるように本発明に基づき受
信されて処理される。以下に示す図5A−5Bの説明から明らかなように、本発
明の動作並びに特長は、最終判定距離を生成する畳み込みコーディング手法が具
備されている限り、種々の符号化手法で実現できる。次に図5Aを参照すると、
これは音声情報を送信するデータ通信システム内の1つの実施例を表しており、
この中で72ビットが音声フレームを表現するために使用され、パーサー53は
72ビットを12個のクラスI(最重要)、33個のクラスIIそして27個のク
ラスIII(最も重要でない)ビットに分割する。12個のクラスIビットはCR C計算符号化器55でCRC符号化され、その結果12個のクラスIビットに対
するCRC符号を表す6個の追加ビットが作られる。このクラスIビットに基づ
くこの18ビットは33個のクラスIIビットに結合器57で付加されて51ビッ
トが生成される。結合器57からの51ビットは符号化器59で畳み込み符号化
されて、送信される前に93個の符号化されたビットを生成する。図5Aに図示
されているように、畳み込み符号は率1/2符号(rate 1/2 code)であって、 これは率51/93に作用するように間引きされている(punctured)。図5A の実施例内の27個のクラスIIIビットは符号化されていない。符号化器59か らの93ビットは続いて結合器61の中で27個のクラスIIIビットと組み合わ され、通信チャンネル上で送信するための120ビットを生成する。
【0034】 受信端では、図5Bに図示されるように120ビットがパーサー(parser)6
3で分割されて、93個の保護ビットが27個の保護されていないクラスIIIビ ットから分離される。この93個の保護ビットは次に畳み込み復号器65に通さ
れて復号される。図2の先に説明した実施例とは異なり、多重経路距離が保持さ
れ、図5Bの実施例の中でビット誤り率推定値を生成するための候補距離として
考慮される。この追加された機能は、例えば不正CRCが検出された場合に音声
を再生しない様なシステムでは有効である。その様なシステムでは、不正CRC
が復号器からの第1選択ビット経路で検出された場合、そのフレームには不正の
マークが付けられて音声復号器には送られない。
【0035】 図5Bの実施例に図示されているように、本発明はまた畳み込み復号器からの
第1選択ビット経路内でのCRC異常に基づいて音声フレームが廃棄されること
はない通信システムでも使用することが可能である。図5Bに示されるように、
畳み込み復号器65は出力最適経路およびその関連する距離また同様に最適経路
に続く順位のいくつかの追加の経路も提供する。例えば、最終判定距離が最も高
い距離値と一番近い相関を示す場合、畳み込み復号器からの考えられる経路は、
第1に最も高い距離、続いて二番目に高い距離等々と第N番目に高い距離までが
提示されてCRCチェック回路67に出力される。代替最適経路判定の最大値は
値Nに対応し、ここでNは復号器内の状態の個数に相当する。CRCチェック回
路67で有効と判定されたCRCを有する最適ビット経路が続いて回路69で選
択される。本発明の図示された実施例によれば、その様なシステムでは回路69
で選択された経路の最終判定距離が次に、ビット誤り率判定回路50への入力と
して使用される。図5Aおよび5Bの図示された実施例は、ビタビ復号器を既知
の終了状態とするための後尾ビットを必要としない、既知のフレーム長を備えた
システムで特に有用である。
【0036】 図5A−Bの図示された実施例を説明するために、音声フレームのみが説明さ
れたが、種々の通信ネットワークにおいて音声フレームと高速関連制御チャンネ
ル(FACCH)フレームの様な制御フレームが共に同一物理チャンネル上を送
信されることを理解されたい。従って受信されたトラヒックフレームは音声また
はFACCHのいずれかであり、両方に対して好適にチェックされなければなれ
ない。従って、各々のフレームはそれがあたかもFACCHの様に畳み込み的に
復号され、続いてあたかも音声であるように畳み込み的に復号される(音声およ
びFACCHは既知のシステムの中では典型的に異なる畳み込み符号を有する)
。受信信号品質を本発明の方法に基づいて推定する際に、音声チャンネル復号ま
たはFACCHチャンネル復号のいずれかからのビタビ最終判定距離がマッピン
グ用に選択される。ほとんどのフレームが典型的に音声であるので、本発明の1
つの実施例によれば、全てのフレームが音声として取り扱われ、音声チャンネル
復号距離が受信信号品質推定値を生成するために使用される。これに代わる実施
例において、音声およびFACCH復号距離の両方が評価されて比較され、より
良い距離が受信信号品質推定値を生成するために選択される。
【0037】 当業者には理解されるように、図2,3,5Aおよび5Bの本発明の先に説明
された特徴はハードウェア、ソフトウェアまたは上記の組み合わせで実現できる
。図では本発明の装置の種々の構成部品が個別の要素として部分的に図示されて
いるが、それらは実際には入力および出力ポートと実行ソフトウェア・コードを
含むマイクロ制御装置、カスタムまたはハイブリッド・チップ、個別構成部品ま
たはそれらの組み合わせで実現できる。実際にはメモリ49と制御装置51は、
それぞれ端末22の既存メモリの1セグメントとして、また既存制御装置上で実
行される付加コードとして実現できる。
【0038】 次に図6を参照すると、本発明の教えに基づいてビット誤り率推定値を提供す
るように変換される最終判定距離を生成するための操作が簡単な4状態畳み込み
復号トレリス図を参照して図示されている。図6に示されるように、トレリス内
の各々の行は次段ビット仮定にシフトされる前のビット状態を表しており、各々
の行は順に状態00,01,10および11を表している。図6内のトレリスの
各々の列は復号トレリスの経路に沿った個別のビットノードを表している。理解
されるように、トレリスの終端部において、判定が行われて単一経路を選択し、
選択された経路を逆にトレリスを通って追跡して、送信されたビットの最尤推定
値であるフレーム内のビット列を提供する。
【0039】 各々の列からトレリスを通って前方への遷移は、それぞれ0および1の次ビッ
ト仮定を表す各々の状態ノードからの実線および点線で示されている。例えば、
左側最上位のノードから始めると、00から次のシフトビットを0と仮定すると
、トレリスの第2列内の00状態ノードに真横に横切る実線で図示されている。
同様に次ビットを1と仮定した場合は状態00から状態10へ遷移する点線で示
され、仮定された1ビットがシフトされて入力された後に0ビットが右にシフト
して出される。
【0040】 各々のノードにおいて、単一の受容された経路が存在し、これは第1列でそれ
ぞれAM1,AM2,AM3およびAM4と図示されている集積された距離を有
する経路を有するノードに続いている。次列へのそれぞれの仮定ビット変化の各
々は、図示されるように第2列内の状態00に続いている2つの考えられる経路
への個別の距離を有している。これらの個別の距離は00から00状態への経路
はM1として示され、01から00状態への経路はM2で示されている。背景の
章で説明したように、ビタビ・トレリス図の中で経路復号の各々のステップ(す
なわち図6の各列)で半分の状態は廃棄される。従ってAM1にM1を加えたも
のは、AM2にM2を加えたものと比較され、2つの選択可能な経路に対する累
積距離が判定される。次によりもらしい正しい経路が選択され、もう一方の経路
が廃棄される。使用されるアルゴリズムに応じて、より大きいまたはより小さい
距離のいずれかがもっともらしいまたは正しい経路を表す。図6の第2列内の各
ノードがそのノードに対する単一の累積された距離で終了し、8つの考えられる
経路の内の4つが廃棄される。
【0041】 この処理工程がビット判定毎にそれ自身で繰り返され、復号されるべきフレー
ムの最終ビットが復号器で処理されるまで行われる(これは図6内の最も右側の
列に対応する。)図6の図示された実施例に対して、畳み込み復号器はこの時点
で可能な4つ残りの経路選択に対応して4つの取り得る距離を有している。残り
の4つの累積された距離に基づいて、1つの距離が最終判定距離として選択され
、これは最も正しいと思われる経路である4つの残りの経路の1つに相当する。
これが本発明の教えに基づいて畳み込み復号器46からビット誤り率判定回路5
0に提供される最終判定距離である。
【0042】 次に図7の流れ図を参照すると、本発明に基づく操作が説明されている。ブロ
ック100において、データ・フレームまたはパケットが移動端末22で受信さ
れる。本発明の目的に対して、1つのフレームまたはパケットは復号されるべき
ビットの単一ブロックである。先の背景の章で説明されたように、フレーム長は
SMLSE復号器のパラメータNに対応し、これは固定または可変値である。ブ
ロック102において、受信されたデータ・フレームが復号器46で復号される
。本発明の種々の実施例において、複数のデータ・フレームが復号されて復号器
46の各々のフレーム出力から選択されたビット・パターンに関連する複数の最
終判定距離が提供される。ブロック104において、最終距離(または複数の復
号されたフレームからの平均距離)がビット誤り率判定回路50に提供される。
最終判定距離またはビット誤り率推定値のいずれかの平均化が移動平均ルーチン
、自己回帰ルーチンまたは組み合わせ自己回帰移動平均ルーチンまたは平均を計
算するためのその他の既知のルーチンを用いて行われる。
【0043】 ブロック106において、ビット誤り率推定値が最終距離から、その距離値を
対応するビット誤り率値にマッピングして生成される。このマッピング操作はビ
ット誤り率と復号器からの最終判定距離の間の関係の非線形性に適合している。
先に説明したように、このマッピングは表を対照する事により行われ、これは最
終距離を入力値として使用しメモリ内の表から値を読み取りそのビット誤り率推
定値に対応する値を出力して行われる。マッピング操作はベクトルまたは行列マ
ッピングであり、此処で更に別のマッピング対照(mapping look-up)に影響を 与える要因は受信信号強度の様な付加パラメータである。距離をビット誤り率に
マッピングするための対照表内の値は、先に説明したように種々の信号対雑音比
で異なる環境条件でのシミュレーションを通して好適に生成される。
【0044】 ブロック108において、ビット誤り率推定値がネットワーク20に提供され
る。これに代わって、複数のビット誤り率推定値を生成し、これらの推定値を続
いて平均化してその平均ビット率推定値をブロック108でネットワークに提供
することも可能である。ブロック110において、ネットワーク20は、例えば
MSTO28を通して移動端末22と基地局26の間の接続に対して異なる基地
局へのハンドオーバを開始するか、またはその他の訂正動作を取るべきかを、そ
のビット誤り率推定値がネットワーク基準を超えた場合に判断する。
【0045】 本発明は高および低誤り率条件の両方に対してビット誤り率の推定値を提供す
る。本発明は更に種々の時間間隔に対してまたトラヒックまたは制御フレームに
基づいてビット誤り率推定値を平均化するという柔軟性も提供する。最後に、本
発明は既に移動端末の復号回路の中に既に見られるハードウェア/符号を組み込
んでいるので、端末の複雑さの増加は僅かである。その結果、低価格と省電力が
実現できる。
【0046】 以上、本発明を図7の本発明の動作を図示する流れ図を参照して説明してきた
。図示された流れ図の各々のブロック、および図示された流れ図内のブロックの
組み合わせを計算機プログラム命令で実現できることは理解されよう。これらの
プログラム命令がプロセッサに供給されて、プロセッサ上で実行するこれらの命
令が、1つまたは複数の流れ図ブロック内で指定された機能を実行するための装
置を生成するような1つの機械を作り出すことが可能である。この計算機プログ
ラム命令はプロセッサで実行されて、プロセッサで実行されるべき一連の操作ス
テップを引き起こし、計算機で実施される処理手順を生成して、プロセッサ上で
実行す命令が1つまたは複数の流れ図ブロック内で指定された機能を実行するた
めのステップを提供する。
【0047】 従って、図示された流れ図の複数のブロックは指定された機能を実施するため
の装置の組み合わせ、指定された機能を実施するためのステップの組み合わせお
よび指定された機能を実施するためのプログラム命令装置をサポートしている。
理解されるであろうが、図示された流れ図の各々のブロック、および図示された
流れ図の複数のブロックの組み合わせを、特定機能またはステップ、または特定
目的ハードウェアおよび計算機命令の組み合わせを実行する、特定目的ハードウ
ェアに基づくシステムで実現することが可能である。
【0048】 図面および仕様の中で本発明の典型的な好適な実施例を開示し、特定の用語を
採用してきたが、それらは一般的な記述的な感覚でのみ使用されたものであって
、制限を目的としたものでは無く、本発明の範囲は添付の特許請求の項に記載さ
れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明に基づく陸上セルラ無線通信ネットワークを図式的に図示する。
【図2】 図2は本発明の1つの実施例に基づくビット誤り率推定能力を含む通信システ
ムを図示するブロック図である。
【図3】 図3は本発明の1つの実施例に基づき使用されるマッピング表を開発するため
の訓練システムを図示するブロック図である。
【図4】 図4は本発明の1つの実施例でのビット誤り率対距離のグラフである。
【図5A】 図5Aは本発明の1つの実施例に基づく通信システム用の受信機を図示するブ
ロック図である。
【図5B】 図5Bは図5Aの通信システム用の送信機を図示するブロック図である。
【図6】 図6は本発明の教えに基づいて使用されるのに適した最終判定距離を生成する
畳み込み復号器アルゴリズムの動作をグラフ的に図示する。
【図7】 図7は本発明の1つの実施例に基づく通信チャンネル上で通信を行う端末の動
作を図示する流れ図である。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年3月13日(2000.3.13)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】 これに代わる方法で、ビット誤り率を生成するために受信信号の再符号化を必
要としないものが国際公開番号WO96/26583に開示されている。この明
細書はビタビ復号器トレリス内の各ステップ毎にソフト判定距離を保持し、これ
らの個別の判定距離を整数形式から浮動小数点形式に変換し、それらをメモリ装
置の中に格納することを示唆している。続いて後方追尾ステップが実施されてト
レリス図の中の状態遷移が逆順に追跡される。正しい経路内に格納されたソフト
判定変数の絶対値の合計と、対応する経路内の判定変数の絶対値の最小値とが計
算される。正しい経路内の判定変数の合計が測定期間に渡って平均され、設定さ
れた閾値と比較されてビット誤り率が決定される。この方法は再符号化の問題を
回避するが、トレリス図内での各判定ステップに対する距離値を格納する必要が
あり、平均判定値を生成するための計算の複雑さが増すという欠点がある。 欧州特許明細書EP−A−0388163はディジタル移動通信システム内で
使用される干渉検出装置を記述しており、この中で受信信号の各々のデータ・シ
ンボルに対する経路距離差から選択された最少経路距離差が、干渉を検出する中
で使用されている。英国特許明細書GB−A−2232854はデータ・チャン
ネルの品質を、ソフト判定復調情報に基づいて査定するための方法を説明してい
る。このソフト判定情報は、復調器からのどの程度「1」または「0」と進呈で
きるかの信頼度レベルを反映している強度帯域により与えられる。このソフト判
定情報は復号器からの出力ではなく、直接復調器から提供される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GE,GH,GM,HR ,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG, KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,L U,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO ,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG, SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,U G,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 ジョンソン、フィリップ、マーク アメリカ合衆国 ノース カロライナ、ロ ーリー、 クレストシーン トレイル 2830 Fターム(参考) 5J065 AC02 AD10 AG05 AH07 AH12 5K014 AA01 BA10 EA00 GA02 HA00 HA05

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 通信チャンネルに関する受信信号品質を推定するための方法
    であって: データ・フレームを畳み込み符号化し; 符号化されたデータ・フレームを通信チャンネル上で送信し; 送信されたデータ・フレームを受信し; 送信データ・フレームの推定値と関連する最終判定距離を提供するために受信
    データ・フレームを復号し; 受信信号品質推定値を提供するために最終判定距離をマッピングする、以上の
    ステップを含む前記方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の方法において、受信信号品質推定値が1つの
    ビット誤り率推定値である、前記方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の方法が更に、前記マッピングステップに続い
    てビット誤り率推定値を通信チャンネルに関連する制御ノードに提供するステッ
    プを含む、前記方法。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の方法が更に、前記提供するステップに続いて
    、後続の送信データ・フレームを送信する前に訂正動作が取られるべきか否かを
    判断するステップを含む、前記方法。
  5. 【請求項5】 請求項2記載の方法が更に、複数の受信データ・フレームの
    前記復号ステップを繰り返して複数の関連する最終判定距離を提供するステップ
    を含み、ここで前記マッピング・ステップが複数の関連する最終判定距離を平均
    化し、平均化された複数の最終判定距離をマッピングしてビット誤り率推定値を
    提供するステップを含む、前記方法。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の方法において、前記平均化ステップが複数の
    関連する最終判定距離を、移動平均ルーチン、自己回帰ルーチンまたは自己回帰
    移動平均ルーチンの組み合わせの少なくとも1つを用いて平均化するステップを
    含む、前記方法。
  7. 【請求項7】 請求項2記載の方法が前記マッピング・ステップに続いて: 平均化されたビット誤り推定値を提供するために、複数のビット誤り推定値を
    複数のデータ・フレームから平均化し; 平均化されたビット誤り推定値を通信チャンネルに関連する制御ノードに提供
    する、以上のステップを含む前記方法。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の方法において、前記平均化ステップが複数の
    ビット誤り推定値を、移動平均ルーチン、自己回帰ルーチンまたは自己回帰移動
    平均ルーチンの組み合わせの少なくとも1つを用いて平均化するステップを含む
    、前記方法。
  9. 【請求項9】 請求項2記載の方法において、通信チャンネルが無線通信チ
    ャンネルであり、制御ノードが陸上基地局である、前記方法。
  10. 【請求項10】 請求項2記載の方法において、通信チャンネルが無線通信
    チャンネルであり、制御ノードが端末である、前記方法。
  11. 【請求項11】 請求項2記載の方法において、通信チャンネルが無線通信
    チャンネルであり、制御ノードが衛星基地局である、前記方法。
  12. 【請求項12】 請求項2記載の方法において、データ・フレームが音声フ
    レームであり、更に: 制御フレームを畳み込み符号化し; 符号化された制御フレームを通信チャンネル上で送信し; 送信された制御フレームを受信し; 送信制御フレームの推定値と第2の関連する最終判定距離を提供するために受
    信制御フレームを復号し; ここで前記マッピング・ステップが、音声フレームに関連する前記最終判定距
    離と前記第2最終判定距離のいずれがより良い整合を示すかを判定し、ビット誤
    り率推定値を提供するためにより良い整合最終判定距離を使用するステップを含
    む、前記方法。
  13. 【請求項13】 受信装置であって: データ・フレームを通信チャンネル上で受信する受信機と; 前記受信機に結合され、受信されたデータ・フレームから送信データの推定値
    と、送信データの推定値用の関連する最終判定距離を提供するための畳み込み復
    号器と; 復号器に結合され最終判定距離に基づいてビット誤り率の推定値を提供するた
    めの装置とを含む、前記受信装置。
  14. 【請求項14】 請求項13記載の受信装置において、畳み込み復号器がビ
    タビ復号器である、前記受信装置。
  15. 【請求項15】 請求項14記載の受信装置において、ビット誤り率の推定
    値を提供するための装置が、更に最終判定距離が誤りの指示を含む送信データの
    推定値に関連するか否かの判定を行うための装置と、ビット誤り率の推定値を誤
    りの指示を有さない送信データの推定値に関連する最終判定距離に基づかせるた
    めの装置を含む、前記受信装置。
  16. 【請求項16】 請求項15記載の受信装置において、畳み込み復号器が複
    数の関連する最終判定距離を提供するために複数の経路を考慮する装置を含み、
    ビット誤り率の推定値を誤りの指示を有さない送信データの推定値に関連する最
    終判定距離に基づかせるための前記装置が、前記複数の関連する最終判定距離の
    1つを、その上にビット誤り率の推定値が基づいている最終判定距離として選択
    するための装置を含む、前記受信装置。
  17. 【請求項17】 請求項13記載の受信装置において、ビット誤り率の推定
    値を提供するための装置が: 関連する最終判定距離を通信チャンネル用の対応するビット誤り率推定値に変
    換するための基準値を格納するためのメモリと; 関連する最終判定距離を格納されている基準値にマッピングしてビット誤り率
    の推定値を提供する制御装置とを含む、前記受信装置。
  18. 【請求項18】 請求項17記載の受信装置において、基準値が予め定義さ
    れて記憶装置の中に格納されており、その記憶装置が不揮発メモリである前記受
    信装置。
  19. 【請求項19】 請求項13記載の受信装置において、ビット誤り率の推定
    値を提供するための装置が、関連する最終判定距離を入力として有する予め定め
    られた関数を評価することにより、ビット誤り推定値を計算するための装置を含
    む、前記受信装置。
  20. 【請求項20】 請求項13記載の受信装置において、通信チャンネルが無
    線通信チャンネルである、前記受信装置。
  21. 【請求項21】 通信チャンネル上で通信するための端末であって: データ・フレームを畳み込み符号化するための装置と; 符号化されたデータ・フレームを通信チャンネル上で送信するための装置と; 送信されたデータ・フレームを受信するための装置と; 送信されたデータ・フレームの推定値と関連する最終判定距離を提供するため
    に受信データ・フレームを復号するための装置と; 受信信号品質推定値を提供するために最終判定距離をマッピングするための装
    置とを含む、前記端末。
  22. 【請求項22】 請求項21記載の端末において、受信信号品質推定値がビ
    ット誤り率推定値である、前記端末。
  23. 【請求項23】 請求項22記載の端末が更に、ビット誤り率推定値を関連
    する制御ノードに通信チャンネル上で提供するための装置を含む、前記端末。
  24. 【請求項24】 請求項23記載の端末が更に、後続の送信され符号化され
    たデータ・フレームを送信する前に訂正動作を取るべきか否かの決定を行うため
    の装置を含む、前記端末。
  25. 【請求項25】 請求項21記載の端末が更に、複数の関連する最終判定距
    離を格納するための装置を含み、前記マッピングするための装置が複数の関連す
    る最終判定距離を平均化し、平均化された複数の関連する最終判定距離をマッピ
    ングしてビット誤り率推定値を提供するための装置を含む、前記端末。
  26. 【請求項26】 請求項21記載の端末が更に: 複数のビット誤り率推定値を複数のデータ・フレームから平均化して、平均化
    されたビット誤り率推定値を提供するための装置と; 平均化されたビット誤り率推定値を通信チャンネルに関連する制御ノードに提
    供するための装置を含む、前記端末。
  27. 【請求項27】 請求項21記載の端末において、通信チャンネルが無線通
    信チャンネルで制御ノードが基地局である、前記端末。
  28. 【請求項28】 請求項21記載の端末において、通信チャンネルが無線通
    信チャンネルで制御ノードが衛星局である、前記端末。
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