JP2007013871A - 無線通信システムおよびこの無線通信システムに用いられる復号装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高速な受信処理を行うことなく、マルチパスなどによる受信特性の劣化を抑制した無線通信システムおよび復号装置を提供する。
【解決手段】受信信号は、情報115a、115b、115cと、これらに基づくパリティビット列が多重化された信号である。受信信号は、逆多重化処理器111で符号化ビット列毎に分離され、復調器112a〜112dで復調され、メトリック生成器113a〜113dでメトリック値が生成される。復号器114a〜114dは、上記メトリック値に基づいて復号を行い、復号器114eは、復号器114a〜114dの復号結果に基づいて、上記パリティビット列に基づいて情報を復号する。以後、復号器114a〜114dと復号器114eの復号を反復して、情報115a、115b、115cを得るようにしたものである。
【選択図】 図12
【解決手段】受信信号は、情報115a、115b、115cと、これらに基づくパリティビット列が多重化された信号である。受信信号は、逆多重化処理器111で符号化ビット列毎に分離され、復調器112a〜112dで復調され、メトリック生成器113a〜113dでメトリック値が生成される。復号器114a〜114dは、上記メトリック値に基づいて復号を行い、復号器114eは、復号器114a〜114dの復号結果に基づいて、上記パリティビット列に基づいて情報を復号する。以後、復号器114a〜114dと復号器114eの復号を反復して、情報115a、115b、115cを得るようにしたものである。
【選択図】 図12
Description
この発明は、例えば符号分割多重(CDM)型放送システムのような無線通信システムの誤り訂正符号化方法に関し、特に誤り訂正符号化ビットを多重化する方法とその復号に関する。
ITU−T(International Telecommunication Union-Radio Communication Sector:国際電気通信連合 無線通信部門)の勧告BO.1130-4、Digital System Eで標準規格化されている符号分割多重(CDM:Code Division Multiplexing)型放送システムを、市街地など多くのマルチパスが存在する伝搬路環境で利用した場合、マルチパスによる遅延波の影響により多重化された信号が互いに干渉し、多重化されているデータの直交性が崩れるため、著しく受信特性が劣化する問題がある。
上述のようなCDM方式を用いた通信システムでは、マルチパスによる受信特性の劣化を抑えるために、RAKE受信方式を用いてマルチパスによって遅延した信号を有効に利用し、ダイバーシティ利得を得る方法がある(例えば特許文献1参照)。また、マルチパスによる干渉の影響を取り除くために、受信したCDM信号に対して多重化されたデータの復調結果を利用して、受信信号から干渉となる信号を取り除くキャンセリング処理などを用いる方法がある。
特開2004−80360公報
しかしながら従来のRAKE受信方式やキャンセリング処理は、受信した信号そのものに適用する必要があるため、高い精度と高速な処理を受信側で行う必要があり、受信側の消費電力の低減を難しくしている。
特に上述のCDM方式に適用した場合、データを符号分割によって多重化するための周波数拡散処理は、送信されるデータの伝送速度に対して非常に高速な処理を必要とし、受信器においてもデータの伝送速度と比較して高速な処理をする必要があるため非効率的であると言える。すなわち、CDMによりデータレートに対して高速なチップを用いる必要があるため、特に携帯端末での受信に適用した場合は処理速度の観点から効率的でない。
そこで本発明では、CDM方式やOFDM方式などの方式を用いてデータを多重化して送受信する際に、データレート相応の処理速度で受信処理を行うことができ、かつマルチパスによる受信特性の劣化を抑えることが可能な無線通信システムを提供することを目的とする。
本願では上述の課題に対して、多重化される各データが通信路上で互いに相関を持つように新たな符号化処理を加えることによって、受信時のマルチパス干渉の影響を抑圧する方法を提案する。
CDM方式やOFDM方式などを用いてデータを多重化するシステムにおいて、マルチパス干渉による受信特性の劣化が起こる原因のひとつとして、多重化されるデータがそれぞれ独立した符号化および復号処理を行なっていることがあげられる。
従来方式では、多重化されるデータに対して独立した符号化処理が行われているためマルチパス干渉によって生じた、データ間の相関を互いの復号時に利用することができないため、干渉成分が雑音となり受信特性が劣化する。
そこで本提案では、マルチパス干渉によって生じた多重化されたデータ間の相関を有効に利用可能となるような符号化処理を新たに設けることにより、復号時にマルチパスにより生じたデータ間の相関を、新たに設けた符号化処理に対応する復号で利用することにより、干渉による受信特性の劣化を抑制する。
上記の目的を達成するために、この発明は、送信局が複数の異なるデータを多重化して、受信局に送信する無線通信システムにおいて、送信局は、多重化される複数のデータを用いてパリティ情報を生成する第1符号化手段と、パリティ情報および複数の異なるデータをそれぞれ符号化する第2符号化手段と、この第2符号化手段にて符号化されたデータを、それぞれ変調する変調手段と、この変調手段の出力を多重化して送信する送信手段とを備え、受信局は、送信局から送信された信号を、送信局における多重化前の信号にそれぞれ分離する分離手段と、この分離手段で分離された信号をそれぞれ復調する復調手段と、この復調手段の出力に対して第2符号化手段の符号化に対応する復号を行う第2復号化手段と、この第2復号化手段の復号結果に第1符号化手段の符号化に対応する復号を行って、複数の異なるデータを得る第1復号化手段とを具備して構成するようにした。
この発明によれば、データレート相応の処理速度で受信処理を行うことができ、マルチパスによる受信特性の劣化を抑制可能な無線通信システムを提供できる。
以下、図面を参照しながら、この発明の実施形態について詳細に説明する。
図1のように構成される送信局を用いる通信システムについて考える。この送信局は、異なった複数の情報11a、11b、11cの各情報ビット列を、それぞれ対応する符号化器12a、12b、12cで符号化する。これによって得られた符号化ビット列を用いて、それぞれ対応する変調器13a、13b、13cで搬送波を変調する。これらの変調結果を多重化処理器14で多重化して送信する。
図1のように構成される送信局を用いる通信システムについて考える。この送信局は、異なった複数の情報11a、11b、11cの各情報ビット列を、それぞれ対応する符号化器12a、12b、12cで符号化する。これによって得られた符号化ビット列を用いて、それぞれ対応する変調器13a、13b、13cで搬送波を変調する。これらの変調結果を多重化処理器14で多重化して送信する。
このような送信局を用いる通信システムでは、受信局は図2のように構成される。この受信局は、上記多重化処理器14によって多重化されている受信信号を、逆多重化処理器21により、上記符号化ビット列毎に分離する。このようにして分離された複数の受信信号は、それぞれ対応する復調器22a、22b、22cで検波処理を施す。
そして、メトリック生成器23a、23b、23cが、それぞれ対応する検波結果に基づいて、メトリック値を生成する。このようにして生成された複数のメトリック値は、それぞれ対応する復号器24a、24b、24cで復号処理が施され、所望の情報ビット列25a、25b、25cが得られる。
上述したような符号化処理が送信局で施された場合、受信局では、送信局の各符号化器12a、12b、12cに対する復号処理は、復号器24a、24b、24cにより独立に行なうことが可能である。しかし、その復号処理による受信特性は、各符号化ビット列で用いられている符号化処理にのみ依存している。
一般的に、図1に示すような送信局で多重化処理を行う場合、複数の符号化ビット列にそれぞれ対応する送信信号は、互いに直交化されたのち多重化される。このため、多重化された送信信号は、通信路上で直交性が崩れなければ、受信局において、それぞれ干渉することなしに分離することが可能である。
しかし、通信路上で直交性が崩れた場合は、多重化されている符号化ビット列に対する送信信号は、干渉することなしに受信局で分離することが不可能となり、互いの送信信号が干渉となり受信特性が劣化することとなる。
このように送信側で多重化する送信信号を直交化させる方法としてCDMA(Code Division Multiple Access)やOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)などある。
ここで、CDM方式を用いた通信システムについて説明する。図3は、上記通信システムの送信局の構成を示すものである。この送信局は、異なった複数の情報31a、31b、31cの各情報ビット列を、それぞれ対応する符号化器32a、32b、32cで符号化する。
これによって得られた符号化ビット列は、それぞれ対応する拡散符号系列33a、33b、33cと乗算器34a、34b、34cで乗算され、周波数拡散される。なお、拡散符号系列33a、33b、33cは、互いに直交したものである。
これによって得られる複数の乗算結果は、それぞれ対応する変調器35a、35b、35cで、搬送波の変調に用いられる。これらの変調結果は、多重化処理器36で多重化され、送信される。このようにして周波数拡散された送信信号は、図4に示すようにエネルギーが重なった状態で送信される。
このような送信局を用いる通信システムでは、受信局は図5のように構成される。この受信局は、受信信号に逆拡散器51a、51b、51cがそれぞれ対応する拡散符号系列52a、52b、52cを乗算して、情報31a、31b、31cの各情報ビット列に対応するもの毎に分離する。
このようにして分離された複数の受信信号は、それぞれ対応する復調器53a、53b、53cで検波処理が施される。そして、メトリック生成器54a、54b、54cが、それぞれ対応する検波結果に基づいて、メトリック値を生成する。このようにして生成された複数のメトリック値は、それぞれ対応する復号器55a、55b、55cで復号処理が施され、所望の情報ビット列56a、56b、56cが得られる。
しかしながら、マルチパスや、多重化される送信信号間で同期されないなどの理由で、多重化された送信信号の直交性が保たれない場合、多重化されている信号が互いに干渉となり、理想的に分離できないため受信特性が劣化する。
次に、OFDM方式を用いた通信システムについて説明する。図6は、上記通信システムの送信局の構成を示すものである。この送信局は、異なった複数の情報61a、61b、61cの各情報ビット列を、それぞれ対応する符号化器62a、62b、62cで符号化する。
これによって得られた符号化ビット列は、それぞれ対応する変調器63a、63b、63cで、搬送波の変調に用いられる。これらの変調結果は、逆フーリエ変換器64にて逆フーリエ変換が施され、周波数軸上の信号から時間軸波形の信号に変換され多重化される。このようにして、OFDM方式によって多重化されたデータは、図7のように周波数軸上で直交性を保っている。
このような送信局を用いる通信システムでは、受信局は図8のように構成される。この受信局は、フーリエ変換器81にて、受信信号にフーリエ変換を施して、図7に示した各周波数軸上の送信信号を分離して、所望の受信信号を得る。
このようにして分離された複数の受信信号は、それぞれ対応する復調器82a、82b、82cで検波処理が施される。そして、メトリック生成器83a、83b、83cが、それぞれ対応する検波結果に基づいて、メトリック値を生成する。このようにして生成された複数のメトリック値は、それぞれ対応する復号器84a、84b、84cで復号処理が施され、所望の情報ビット列85a、85b、85cが得られる。
このような通信システムの場合も、通信路上でマルチパスなどの影響により受信側で直交性を保てないと、多重化された互いの送信信号がそれぞれ干渉となり、受信特性が劣化する。
以上のように、上述したいずれの通信システムにおいても、多重化されたデータに対して、それぞれ独立した多重化処理および符号化処理が行なわれており、多重化されることによる通信路上での相関情報を利用できないため、最適な受信処理をしているとはいえない。
また、送信側および受信側で多重化されるデータに対して、それぞれ符号化および復号処理を行なうコストが必要となっているにも係わらず、多重化されたデータの通信路上での相関情報を利用していないため、受信側で得ることができる受信特性の改善効果もそれぞれ独立した符号化処理による改善効果しか得られない。送受信処理の効率の観点から見れば、データが多重化される通信システムにおいては、多重化されるデータは、そのデータ処理量に見合った受信特性が得られることが望ましい。
本発明では、多重化されたデータの通信路上での相関情報を有効に利用して最適な受信処理が可能となる無線通信システムを提供するものである。受信側でデータの伝送速度に対して高速な処理を必要としないで受信特性を改善させるためには、伝搬路の影響によって発生するデータ誤りに対して、マルチパスによる干渉の影響を軽減することが可能な誤り訂正方式を適用することで、受信側での特性改善を見込める。特に誤り訂正に対する復号処理は、データの伝送速度に比例した処理速度で行なうことが可能であるため、不必要に高速な処理を必要とせず効率的に受信特性の改善を狙うことが可能となる。
そこで、この発明では、多重化される符号化系列に基づく符号化処理を、別途加えることで、マルチパスなどによって互いに干渉した多重化データを最適に受信可能となる手法を提案する。ここで提案する方式は、多重化されたすべてのデータに対し、その処理量に見合った受信特性が得られるため、効率的に受信特性の改善が図れるものである。
図9は、この発明の一実施形態に係わる無線通信システムの送信局の構成を示すものである。この送信局は、複数の情報91a、91b、91cの各情報ビット列を、それぞれ対応する符号化器92a、92b、92cで符号化する。
またこれに併せて、情報91a、91b、91cの各情報ビット列を用いて、符号化器90が符号化を行う。すなわち、符号化器92a、92b、92cがそれぞれ対応する情報91a、91b、91cの各情報ビット列を符号化するのに対して、符号化器90は、これらの情報ビット列を用いて符号化を行う。
符号化器90で行われる符号化は、例えば図10に示すように、情報91a、91b、91cの各情報ビット列を用いてパリティビット列を生成する。そして、符号化器92dは、符号化器90が生成したパリティビット列に対して、符号化器92a、92b、92cと同様の符号化処理を施し、符号化ビット列を得る。
変調器93a、93b、93c、93dは、それぞれ対応する符号化器92a、92b、92c、92dによって得られた符号化ビット列を用いて搬送波を変調する。これらの変調結果は、多重化処理器94によって多重化され、送信される。
このような送信局を用いる通信システムでは、受信局は図11のように構成される。この受信局は、上記多重化処理器94によって多重化されている受信信号を、逆多重化処理器111により、上記符号化ビット列毎に分離する。このようにして分離された複数の受信信号は、それぞれ対応する復調器112a、112b、112c、112dで検波処理が施される。
そして、メトリック生成器113a、113b、113c、113dが、それぞれ対応する検波結果に基づいて、メトリック値を生成する。なお、メトリック生成器113a、113b、113cは、それぞれ符号化器92a、92b、92cに対応し、メトリック生成器113dは、符号化器92dおよび符号化器90に対応するものである。
このため、メトリック生成器113a、113b、113cにより、それぞれ情報91a、91b、91cの各情報ビット列に対応するメトリック値が得られる。またメトリック生成器113dにより、符号化器90が出力するパリティビット列に対応するメトリック値が得られる。
反復復号処理器114は、メトリック生成器113a、113b、113c、113dによりそれぞれ求められた複数のメトリック値に対して、それぞれ符号化器92a、92b、92c、92dでの符号化に対応する復号処理を実施する。そして、反復復号処理器114は、符号化器92a、92b、92c、92dでの符号化に対応する復号処理の結果に対して、符号化器90での符号化に対応する復号処理を実施する。そして、反復復号処理器114は、これらの復号処理の結果を用いた反復復号を行って、所望の情報115a、115b、115cを得る。
図12に、反復復号処理器114の構成例を詳細に示した受信局を示す。この図に示す反復復号処理器114は、メトリック生成器113a、113b、113c、113dによりそれぞれ求められた複数のメトリック値に対して、それぞれ対応する復号器114a、114b、114c、114dが、符号化器92a、92b、92c、92dでの符号化に対応する復号処理を実施する。
そして、復号器114eが、復号器114a、114b、114c、114dの復号処理の結果に対して、符号化器90での符号化に対応する復号処理を実施して、91a、91b、91cに対応するビット列を得る。そして、復号器114eは、上記符号化器90に対応する復号に基づいて、復号器114a、114b、114c、114dの復号結果をさらに復号し、この復号結果をそれぞれ対応する復号器114a、114b、114c、114dに出力する。これに対して復号器114a、114b、114c、114dは、114eの復号結果に基づいて、再び復号処理を実施する。
以後、復号器114a、114b、114c、114dの復号処理と、復号器114eの復号処理が繰り返し実施されて、やがて誤りが所定レベル以下になることで、所望の情報115a、115b、115cを取り出す。
ここで、復号器114a、114b、114c、114dによって得られる復号処理の結果と、復号器114eによって得られる復号処理の結果の導出方法について詳細に述べる。
ここでbit1,bit2,bit3は、多重化されるそれぞれの情報ビット表し、parityは、図9の符号化器90によって生成されるパリティビットとする。このようにして符号化された場合bit1,bit2,bit3については、符号化器90によるパリティ生成とは独立して、符号化器92a、92b、92cによっても符号化処理がなされているため、受信側では特にパリティビットを利用することなしに、復号器114a、114b、114cによって復号することが可能である。
ここで、復号器114a、114b、114c、114dと、復号器114eの繰り返し復号処理について述べる。図12のような受信局において、上述のように多重化されるデータに対して、符号化器90にて生成されるパリティビット列を多重化した場合、パリティビットは多重化されるデータに依存して定義される。
受信局では、はじめに符号化器92a、92b、92c、92dに対する復号を、復号器114a、114b、114c、114dにて行い、それぞれ多重化された情報ビット列と、符号化器90にて生成されたパリティビット列について、軟判定事後確率値をMAP(Maximum A-posteriori Probability)復号によって求める。
ここでMAP復号を行なうためのアルゴリズムとして、BCJR(Bahl Cocke Jelinek Raviv)アルゴリズムやmin−sumアルゴリズム、SOVA(Soft Output Viterbi Algorithm)などが考えられる。
ここで、rは、多重化された受信信号を分離して得られた各受信信号に対するメトリック値である。p(r|bit=a)は、符号化器92a、92b、92c、92dによって生成される符号化ビットの元となる情報ビットが、aであった時の受信信号の確率密度関数である。Pr[bit=a]は、符号化器92a、92b、92c、92dに入力された情報ビットが、aである発生確率である。Pr[bit=a|r]は、rを受信した下で、情報ビットbit=aが送信された事後確率である。
ここで得られた符号化器92a、92b、92c、92dに対する復号結果である事後確率値Pr[bit=a|r]を、復号器114eでの復号でメトリック値として用い、再度MAP復号を行う。符号化器90の符号化によって得られたパリティビット列に対する事後確率値をそれぞれ求めると、下式のように求められる。
ここで、Pr[bit’=a|r]は、受信信号rを受信した下で、符号化器90に入力された情報ビットがbit’=aである事後確率である。Pr[bit’=a]は、符号化器90に入力された情報ビットが、aである発生確率である。
符号化器92a、92b、92cによって符号化される情報ビット列のデータは、符号化器92a、92b、92cとは独立した、異なる符号化器90でも符号化されるので、2通りの符号化が行われることになる。
この場合、所望の情報ビットaに対しては、符号化器92a、92b、92cによる利得Pr[bit=a]と、符号化器90に関する利得Pr[bit’=a]を同時に得ることができるため信頼度はより高いものとなる。
さらに復号器114a、114b、114c、114dにおける事前情報Pr[bit=a]と復号器114eにおける事前情報Pr[bit’=a]は、互いに独立して求めることができるため、復号器114a、114b、114c、114dで用いる事前情報として復号器114eで求められる利得Pr[bit’=a]を用い、同様に復号器114eで用いる事前情報として復号器114a、114b、114c、114dで求められる利得Pr[bit=a]を用いることにより、復号器114a、114b、114c、114dと復号器114eを図12の復号器構成で復号を繰り返し行なうことで、より信頼度を高めることが可能となる。
なお、一回目の復号の際には、符号化ビット列に対する発生確率Pr[bit=a]は、バイナリシンボルの場合、Pr[bit=0]=0.5およびPr[bit=1]=0.5として、上述の復号を繰り返しを行なう。
以上のように、上記構成の通信システムでは、送信局において、情報91a、91b、91cの各情報ビット列を用いてパリティビット列を生成し、これと上記情報ビット列に基づく変調結果を多重化して送信し、受信局では、上記パリティビット列に対する復号し、これを用いて上記情報ビット列を復号するようにしている。
したがって、上記構成の通信システムによれば、多重化された複数の情報ビット列が通信路上で直交性を維持できなくなった場合でも、受信特性の劣化を抑制することができる。送信局にて多重化されたデータは、受信局にて、複数の情報ビット列に対する復号器114a、114b、114c、114dでの復号による利得と、パリティデータに対する復号器114eによる復号処理による利得を得ることができ、図2での受信処理と比較して受信特性が改善される。
またこのような効果を得るために必要な処理は、データ復号の段階での処理となるため、従来のようにデータが多重化されている状態で干渉の影響を除去するような高速な受信処理は必要とせず、データの伝送レートに比例した処理速度で実現でき、非常に効率が高い。
また図12に示した受信局は、復号器114a、114b、114c、114dの復号処理と、復号器114eの復号処理とが反復されるので、多重化されたデータの通信路上での相関とマルチパスなどによる干渉の影響を、すべての多重化されたデータの復号で利用することができるため、受信品質が向上する。
さらに、図9に示した送信局より送信される信号は、情報ビット列とパリティビット列とが多重化されたものであるが、これらのビット列は互いに完全に独立している。このため、図2に示したような受信局であっても、パリティビット列の受信を行わないだけで、図1に示した送信局からの送信信号を受信する場合と同様にして受信が行え、その受信品質も、図1に示した送信局からの送信信号を受信する場合と同等である。
このため、通信システムに、受信局として、図2に示した受信局と図9に示した受信局とが混在する環境に適用することが可能である。なお、上記構成の通信システムは、CDM方式やOFDM方式、その他の多重化方法に対しても有効である。
ところで、上記構成の通信システムでは、パリティビット列の生成は、図10に示すようなパリティビットの付加パターンとして説明した。このようなパリティビット列では、あるパリティビットに関係している多重化されるデータが、多重化されて送信されるシンボルにおいても同一時刻となってしまう。このため、通信路においてフェージングなどによってそのシンボルの受信時の信頼度が著しく低くなった場合、そのシンボルに割り当てられたすべてのデータに対する復号結果も信頼度の低いものとなってしまう。
そこで、パリティビット列の生成のために、用いるデータの各ビットを図13のように、情報ビット列間で時差を設けるようにしてもよい。このようにしてパリティビット列を生成する場合、多重化されて同時に送信されるシンボルに含まれるデータの各ビットは、送信されるシンボルにおいて、それぞれ異なった時刻のシンボルに割り当てられることになる。このため、ある多重化された送信信号の1シンボルの信頼度が低くなったとしても、パリティビット列に対する復号処理に用いられる信号は、それぞれ異なるシンボルに割り当てられているため信頼度の低下の影響を分散することが可能である。
また、図13のように、画一的にパリティビット列の生成パターンを定義しなくても、図14に示すような多重化されるデータからランダムな時刻のビットを選ぶように、パリティビット列を定義するようにしてもよい。
図14に示すように、パリティビット列を生成する場合、パリティビット列に対する復号で用いられるビットが、それぞれ時刻の異なった多重化シンボルに割り当てられることにある。このため、フェージングなどによる同一時刻に多重化されたデータの信頼度の低下の影響を、さらに分散させることができ、いっそう受信特性を改善することができる。
さらに、図15に示すように、パリティビット列の生成を異なる複数の符号化処理によって生成するようにしてもよい。このようにしてパリティビット列を生成する場合は、送信局では、図16に示すような構成で符号化処理が行なわれ、一方、受信局では、図17に示すような構成で復号処理が行なわれる。
図16に示す送信局は、異なった複数の情報161a、161b、161cの各情報ビット列を、それぞれ対応する符号化器162a、162b、162cで符号化する。
またこれに併せて、情報161a、161b、161cの各情報ビット列を用いて、符号化器160Aが符号化を行い、さらに、この符号化結果と、情報161a、161b、161cの各情報ビット列を用いて、符号化器160Bが符号化を行う。例えば図15に示したように、符号化器160Aで行われる符号化は、情報161a、161b、161cの各情報ビット列を用いたパリティビット列生成であり、一方、符号化器160Bで行われる符号化は、符号化器160Aの符号化結果と、情報161a、161b、161cの各情報ビット列を用いたパリティビット列生成である。
そして、符号化器162dは、符号化器160Aが生成したパリティビット列に対して、符号化器162a、162b、162cと同様の符号化処理を施し、符号化ビット列を得る。同様にして、符号化器162eは、符号化器160Bが生成したパリティビット列に対して、符号化器162a、162b、162cと同様の符号化処理を施し、符号化ビット列を得る。
変調器163a、163b、163c、163d、163eは、それぞれ対応する符号化器162a、162b、162c、162d、162eによって得られた符号化ビット列を用いて搬送波を変調する。これらの変調結果は、多重化処理器164によって多重化され、送信される。
一方、図17に示す受信局は、上記多重化処理器164によって多重化されている受信信号を、逆多重化処理器171により、上記符号化ビット列毎に分離する。このようにして分離された複数の受信信号は、それぞれ対応する復調器172a、172b、172c、172d、172eで検波処理が施される。
そして、メトリック生成器173a、173b、173c、173d、173eが、それぞれ対応する復調器172a、172b、172c、172d、172eの検波結果に基づいて、メトリック値を生成する。なお、メトリック生成器173a、173b、173cは、それぞれ符号化器162a、162b、162cに対応する。また、メトリック生成器173dは、符号化器162dおよび符号化器160Aに対応し、メトリック生成器173eは、符号化器162eおよび符号化器160Bに対応するものである。
このため、メトリック生成器173a、173b、173cにより、それぞれ情報161a、161b、161cの各情報ビット列に対応するメトリック値が得られる。またメトリック生成器173dにより、符号化器160Aが出力するパリティビット列に対応するメトリック値が得られ、メトリック生成器173eにより、符号化器160Bが出力するパリティビット列に対応するメトリック値が得られる。
反復復号処理器174は、メトリック生成器173a、173b、173c、173d、173eによりそれぞれ求められた複数のメトリック値に対して、それぞれ対応する復号器174a、174b、174c、174d、174eが、符号化器162a、162b、162c、162d、162eでの符号化に対応する復号処理を実施する。
そして、復号器174fが、復号器174a、174b、174c、174dの復号処理の結果に対して、符号化器160Aでの符号化に対応する復号処理を実施し、復号器174gが、復号器174a、174b、174c、174d、174eの復号処理の結果に対して、符号化器160Bでの符号化に対応する復号処理を実施する。
そして、復号器174fは、符号器160Aに対応するパリティビット列に基づいて、復号器174a、174b、174c、174dの復号し、復号結果をそれぞれ対応する復号器174a、174b、174c、174dに出力する。これに対して復号器174a、174b、174c、174dは、訂正された復号結果に基づいて、再び復号処理を実施する。
同様に、復号器174gは、符号器160Bに対応するパリティビット列に基づいて、復号器174a、174b、174c、174d、174eの復号し、この復号結果をそれぞれ対応する復号器174a、174b、174c、174d、174eに出力する。これに対して復号器174a、174b、174c、174d、174eは、復号結果に基づいて、再び復号処理を実施する。
以後、復号器174a、174b、174c、174dおよび復号器174eの復号処理と、復号器174gおよび174fの誤り訂正処理が繰り返し実施されて、やがて誤りが所定レベル以下になることで、所望の情報175a、175b、175cを取り出す。
以上のような構成の通信システムによっても、図9および図11に示した通信システムと同様に、多重化された複数の情報ビット列が通信路上で直交性を維持できなくなった場合でも、受信特性の劣化を抑制することができる。
また、送信局にて多重化されたデータは、受信局にて複数の情報ビット列に対する復号器174a、174b、174c、174d、174eでの復号による利得と、パリティデータに対する復号器174fと174gによる復号処理による利得を得ることができ、図2での受信処理と比較して受信特性が改善される。
また、異なる情報ビット列を用いたパリティビット列生成を、多重に行うようにしているため、例えば図16中の符号化器160Aに関する復号結果がフェージングなどの影響により信頼度の低いものであったとしても、符号化器160Bに関する復号結果がフェージングなどの影響が小さいものであれば、信頼度の改善を有効に行うことができる。このため、より通信路上での信頼度の低下の影響を分散させることができ、受信特性の改善が可能となる。
また、図9に示した送信局では、符号化器90で生成したパリティビット列に対して、さらに符号化器92dで符号化を行うようにしたが、図18に示す送信局のように、図9に示した受信局から、符号化器92dを省略するようにしてもよい。このような送信局を用いる場合、受信局は、図19に示すように構成する。すなわち、図12に示した受信局から、上記符号化器92dに対応する復号器114dを省略する。
このような構成の通信システムによれば、送信局における符号化処理の負荷と、受信局における復号処理の負荷が軽減できる。このような通信システムでは、図9および図12に示した通信システムに比べて、信頼度は低下するものの、多重化されたデータの通信路上での相関情報については同様に利用しているため、受信特性を改善させることができる。
そしてまた、通信路上での連続的なフェージングなどによる受信シンボルの信頼度の低下を分散させるために、符号化されたデータに対してインターリーブ処理を行うことも有効である。インターリーブ処理を行う送信局の構成を図20に示す。
すなわち、図20に示す送信局は、図9に示した送信局にインターリーバ20a、20b、20c、20dを付加したものである。インターリーバ20a、20b、20c、20dは、それぞれ対応する符号化器92a、92b、92c、92dの符号化結果にインターリーブ処理を施す。変調器93a、93b、93c、93dは、それぞれ対応するインターリーバ20a、20b、20c、20dの処理結果を用いて、搬送波の変調を行う。
このような構成の送信局に対して、受信局は図21に示すように構成する。すなわち、図21に示す受信局は、図11に示した受信局にデインターリーバ21a、21b、21c、21dを付加したものである。
デインターリーバ21a、21b、21c、21dは、それぞれ対応するメトリック生成器113a、113b、113c、113dで求めたメトリック値にデインターリーブ処理を施す。そして、反復復号処理器114は、デインターリーバ21a、21b、21c、21dの処理で得られた複数のメトリック値に対して、それぞれ符号化器92a、92b、92c、92dおよび符号化器90での符号化に対応する復号処理を実施する。
このような構成の通信システムによれば、フェージングなどで連続的に信頼度の低下した同一多重化シンボルに割り当てられたデータのメトリック値を分散することができるので、連続的な信頼度低下の影響を分散でき、受信特性の劣化を抑えることが可能となる。
以上、述べたような方式をITU−Rの勧告BO.1130-4、Digital System Eで標準規格化されている符号分割多重型放送システムへ適用する場合について述べる。図22に上記システムの送信局の構成を示し、図23に受信局の構成を示す。
図9の構成例では、情報源からの情報として情報91a、91b、91cの3つが入力される場合を例示したが、上記符号分割型放送システムでは、図22のように、パイロット信号221、番組情報221a、スクランブル解除情報221b、加入者制御情報221cとともに、各放送チャネルのデータ221d(1)〜221d(n)がCDM方式によって多重化されて送信される。
番組情報221a、スクランブル解除情報221b、加入者制御情報221cとともに、各放送チャネルのデータ221d(1)〜221d(n)の各情報ビット列を、それぞれ対応する符号化器222a、222b、222c、222d(1)〜222d(n)で符号化し、符号化ビット列を得る。
インターリーバ223a、223b、223c、223d(1)〜223d(n)は、それぞれ対応する符号化器222a、222b、222c、222d(1)〜222d(n)で得た符号化ビット列にインターリーブ処理を施す。周波数拡散器224、224a、224b、224c、224d(1)〜224d(n)は、それぞれ対応するパイロット信号や、インターリーバ223a、223b、223c、223d(1)〜223d(n)の処理結果を用いて搬送波の周波数拡散を行う。
変調器225、225a、225b、225c、225d(1)〜225d(n)は、それぞれ対応する周波数拡散器224、224a、224b、224c、224d(1)〜224d(n)の拡散結果を用いて変調を行う。これらの変調結果は、多重化処理器226によって多重化され、送信される。
ここですべての放送チャネルのデータ221d(1)〜221d(n)は、受信局が視聴しているチャネルによらず、すべての放送チャネルのデータ221d(1)〜221d(n)のデータが常時送信されている。
このような構成の送信局に対して、図21に示す受信局は、逆拡散器231、231a、231b、231c、231dが、受信チャネル制御器230から与えられる逆拡散コードを用いて、フレーム同期情報に基づくタイミングでそれぞれ受信信号を逆拡散する。なお、逆拡散器231は、パイロット信号221を含む信号を受信し、逆拡散器231aは、番組情報221aを含む信号を受信し、逆拡散器231bは、スクランブル解除情報221bを含む信号を受信し、逆拡散器231cは、加入者制御情報221cを含む信号を受信し、逆拡散器231dは、放送チャネルのデータ221d(1)〜221d(n)のうち、ユーザが選択したチャネルのデータを含む信号を受信するものである。
復調器232、232a、232b、232c、232dは、受信チャネル制御器230から与えられ伝搬路情報に基づいて、対応する逆拡散器231、231a、231b、231c、231dの逆拡散結果を復調する。この復調により、復調器232にてパイロット信号221が復調される。
フレーム同期伝搬路推定器233は、復調器232の復調結果、すなわちパイロット信号に基づいて、フレーム同期情報を検出するとともに、伝搬路を推定した伝搬路情報を求め、これらを逆拡散器231、231a、231b、231c、231dや復調器232、232a、232b、232c、232dに与える。
メトリック生成器233a、233b、233c、233dは、それぞれ対応する復調器232a、232b、232c、232dの復調結果に基づいて、メトリック値を生成する。
デインターリーバ234a、234b、234c、234dは、それぞれ対応するメトリック生成器233a、233b、233c、233dで求めたメトリック値にデインターリーブ処理を施す。そして、復号器235a、235b、235c、235dは、それぞれ対応するデインターリーバ234a、234b、234c、234dの処理結果を復号する。
復号器235a、235b、235cは、それぞれ符号化器222a、222b、222cに対応した復号を行う。また復号器235dは、222d(1)〜222d(n)のいずれかに対応した復号を選択的に行う。これにより、上記復号の結果として、番組情報236a、スクランブル解除情報236b、加入者制御情報236cとともに、視聴する放送チャネルのデータ236dを得る。
以上の構成では、受信局は、すべての放送チャネルのデータが多重化された送信信号から、視聴者が選択した放送チャネルのデータを分離するために、受信チャネル制御器230がユーザより指定される放送チャネルに対応する拡散符号を逆拡散器231dに出力する。これにより逆拡散器231dは、上記拡散符号を受信信号に乗算して受信を行なう。
このため、受信局では、CDM信号を受信するために必要なフレーム同期情報や伝送路情報の推定のためのパイロット信号221、番組情報221a、放送データのスクランブル解除情報221bおよび加入者制御情報221cは、常時受信している。また、視聴する放送データは、ユーザが選択した1チャネル分の復号処理を行なうのみである。したがって、受信局は、送信側で多重化されている全データのうち、5多重分のデータについて常時受信処理することになる。
上述したような符号分割多重型の放送システムに、本発明を適用した場合について説明する。図24に送信局の構成を示し、図25に受信局の構成を示す。
図24に示す送信局は、図22に示した送信局に、符号化器240、符号化器242、インターリーバ243、周波数拡散器244および変調器245を付加したものである。以下の説明では、図22に示した送信局と、異なる構成についてのみ説明する。
図24に示す送信局は、図22に示した送信局に、符号化器240、符号化器242、インターリーバ243、周波数拡散器244および変調器245を付加したものである。以下の説明では、図22に示した送信局と、異なる構成についてのみ説明する。
符号化器240は、符号化器222a、222b、222c、222d(1)〜222d(n)の符号化に合わせて、番組情報221a、スクランブル解除情報221b、加入者制御情報221c、放送チャネルのデータ221d(1)〜221d(n)の各情報ビット列を用いて符号化を行う。符号化器240で行われる符号化は、例えば図10、図13や図14に示すように、上記各情報ビット列を用いてパリティビット列を生成する。
符号化器242は、符号化器240が生成したパリティビット列に対して、符号化器222a、222b、222c、222d(1)〜222d(n)と同様の符号化処理を施し、符号化ビット列を得る。
インターリーバ243は、符号化器242で得た符号化ビット列にインターリーブ処理を施す。周波数拡散器244は、インターリーバ243の処理結果を用いて搬送波の周波数拡散を行う。変調器245は、周波数拡散器244の拡散結果を用いて変調を行う。この変調結果は、変調器225、225a、225b、225c、225d(1)〜225d(n)の変調結果と、多重化処理器226によって多重化され、送信される。
図25に示す受信局は、図23に示した受信局に、逆拡散器251、復調器252、メトリック生成器253、デインターリーバ254を付加するとともに、復号器235a、235b、235c、235dに代わって、反復復号処理器255を備えるものである。以下では、図23に示した受信局と、異なる構成についてのみ説明する。
逆拡散器251は、受信チャネル制御器230から与えられる逆拡散コードを用いて、フレーム同期情報に基づくタイミングで受信信号を逆拡散する。これにより、上記パリティビット列を含む信号を受信する。復調器252は、受信チャネル制御器230から与えられ伝搬路情報に基づいて、逆拡散器251の逆拡散結果を復調する。
メトリック生成器253は、復調器252の復調結果に基づいて、メトリック値を生成する。デインターリーバ254は、メトリック生成器253で求めたメトリック値にデインターリーブ処理を施す。
反復復号処理器255は、復号器255a、255b、255c、255d、255eおよび復号器255fを備える。復号器255a、255b、255c、255d、255eは、それぞれ対応するデインターリーバ234a、234b、234c、234d、254の処理結果を復号する。
復号器255a、255b、255cは、それぞれ符号化器222a、222b、222cに対応した復号を行う。また復号器255dは、222d(1)〜222d(n)のいずれかに対応した復号を選択的に行う。そして復号器255eは、242に対応した復号を行う。
そして、復号器255fが、復号器255a、255b、255c、255d、255eの復号処理の結果に対して、符号化器240での符号化に対応する復号処理を実施して、パリティビット列を得る。そして、復号器255fは、符号器240に対応するパリティビット列に基づいて、復号器255a、255b、255c、255d、255eの復号し、この復号結果をそれぞれ対応する復号器255a、255b、255c、255d、255eに出力する。これに対して復号器255a、255b、255c、255d、255eは、訂正された復号結果に基づいて、再び復号処理を実施する。
以後、復号器255a、255b、255c、255d、255eおよび復号器255fの復号処理と、復号器255fの誤り訂正処理が繰り返し実施されて、やがて誤りが所定レベル以下になることで、番組情報236a、スクランブル解除情報236b、加入者制御情報236c、視聴する放送チャネルのデータ236dを得る。
以上のように、上記構成の放送システムでは、送信局において、番組情報236a、スクランブル解除情報236b、加入者制御情報236c、放送チャネルのデータ221d(1)〜221d(n)の各情報ビット列を用いてパリティビット列を生成し、これと上記の情報ビット列に基づく変調結果を多重化して送信し、受信局では、上記パリティビット列を復号し、これを用いて上記情報ビット列を復号するようにしている。したがって、上記構成の通信システムによれば、多重化された複数の情報ビット列が通信路上で直交性を維持できなくなった場合でも、受信特性の劣化を抑制することができる。
例えば、図22および図23で示した放送システム(1)において、多重化されるデータ数が制御情報も含めて30チャネルあったとする。また図24および図25で示した放送システム(2)において、多重化されるデータ数が制御情報も含めて30チャネルあり、パリティビット列を含めて、31チャネルを多重化したとする。この場合の両放送システムの受信ビット誤り率特性を図26に示す。
この特性を得るための条件として、通信路は、3GPP(the 3rd Generation Partnership Project)でモデル化されている市街地におけるマルチパス環境であるIMT2000(International Mobile Telecommunication 2000)モデルを想定している。
この場合、放送システム(2)では、多重化されているデータチャネルが1つ多いため、マルチパスによるデータ間の干渉量が、放送システム(1)と比較して大きいものとなる。しかしながら、放送システム(2)では、受信局で放送システム(1)の復号と、新たなパリティビット列に対する復号を繰り返し行うようにしているので、図26に示すように受信ビット誤り率特性の改善効果が現れる。
このような特性の改善効果は、多重化されるデータ間の通信路上での相関情報を、符号化器240に対応する復号器255fでの復号時に、多重化されたデータ間で理想的に利用できるため、多重化された受信信号に対して最適に受信動作が行なわれることを示している。
放送システム(2)は、新たに付加された符号化器240によって生成されたパリティビット列が、通常の他のデータと同様に多重化されている。このため、図23で示される受信局においても、送信局が図22に示される構成の場合と、同様に受信動作が可能である。
放送システム(2)は、図24に示した送信局のチャネル多重数より、図25に示した受信局が受信するチャネル数の方が少なく、上記受信局では、符号化器240で利用するすべてのチャネルを利用していない。このような放送システム(2)の場合、受信局では、当該受信局で受信していないチャネルのデータについては、パンクチャされているものと見なして、復号器255fは、上記チャネルのデータは用いずに、復号処理を行うようにしてもよい。
ところで、上述のITU−Rで標準化されている符号分割多重型放送システムは、放送衛星を利用した放送データの配信と、地上中継局を用いた放送データの配信を同時に行うシステムで構成されている。
図24に示した送信局は、図27(a)に示すように、地上放送局271に適用したり、図27(b)に示すように、衛星中継局272に適用したり、あるいは図27(c)に示すように、地上中継局273に適用することができ、いずれの構成であっても、受信特性の改善効果が得られる。なお、図27において、受信端末274は、図25に示した受信局に相当する。
また、図27(a)に示すように、地上放送局に上記送信局を適用した場合には、既存の衛星中継局および地上中継局を変更なしに利用することができる。
本発明の応用システムは放送システムに限定されない。例えば、加入者電話における中継基地局間回線での多重化を用いた大容量中継通信にも応用可能である。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。
90…符号化器、91a〜91c…情報、92a〜92d…符号化器、93a〜93d…変調器、94…多重化処理器、111…逆多重化処理器、112a〜112d…復調器、113a〜113d…メトリック生成器、114…反復復号処理器、114a〜114e…復号器、115a〜115c…情報、160A,160B…符号化器、161a〜161c…情報、162a〜162d…符号化器、163a〜163e…変調器、164…多重化処理器、171…逆多重化処理器、172a〜172e…復調器、173a〜173e…メトリック生成器、174…反復復号処理器、174a〜174g…復号器、175a〜175c…情報、20a〜20d…インターリーバ、21a〜21d…デインターリーバ、221…パイロット信号、221a…番組情報、221b…スクランブル解除情報、221c…加入者制御情報、221d(1)〜221d(n)…放送チャネルデータ、222a〜222c,222d(1)〜222d(n),240,242…符号化器、223a〜223c,223d(1)〜223d(n)…インターリーバ、224,224a〜224c,224d(1)〜224d(n)…周波数拡散器、225,225a〜225c,225d(1)〜225d(n)…変調器、226…多重化処理器、230…受信チャネル制御器、231,231a〜231d…逆拡散器、232,232a〜232d…復調器、233…フレーム同期伝搬路推定器、233a〜233d,253…メトリック生成器、234a〜234d,254…デインターリーバ、235a〜235d…復号器、236a…番組情報、236b…スクランブル解除情報、236c…加入者制御情報、236d…視聴放送データ、243…インターリーバ、244…周波数拡散器、245…変調器、251…逆拡散器、252…復調器、253…メトリック生成器、254…デインターリーバ、255…反復復号処理器、255a〜255f…復号器、271…地上放送局、272…衛星中継局、273…地上中継局、274…受信端末。
Claims (10)
- 送信局が複数の異なるデータを多重化して、受信局に送信する無線通信システムにおいて、
前記送信局は、
多重化される前記複数のデータを用いてパリティ情報を生成する第1符号化手段と、
前記パリティ情報および前記複数の異なるデータをそれぞれ符号化する第2符号化手段と、
この第2符号化手段にて符号化されたデータを、それぞれ変調する変調手段と、
この変調手段の出力を多重化して送信する送信手段とを備え、
前記受信局は、
前記送信局から送信された信号を、前記送信局における多重化前の信号にそれぞれ分離する分離手段と、
この分離手段で分離された信号をそれぞれ復調する復調手段と、
この復調手段の出力に対して前記第2符号化手段の符号化に対応する復号を行う第2復号化手段と、
この第2復号化手段の復号結果に前記第1符号化手段の符号化に対応する復号を行って、前記複数の異なるデータを得る第1復号化手段とを具備することを特徴とする無線通信システム。 - 送信局が複数の異なるデータを多重化して、受信局に送信する無線通信システムにおいて、
前記送信局は、
多重化される前記複数のデータを用いてパリティ情報を生成する第1符号化手段と、
前記複数の異なるデータをそれぞれ符号化する第2符号化手段と、
前記パリティ情報および前記第2符号化手段の出力をそれぞれ変調する変調手段と、
この変調手段の出力を多重化して送信する送信手段とを備え、
前記受信局は、
前記送信局から送信された信号を、送信局における多重化前の信号にそれぞれ分離する分離手段と、
この分離手段で分離された信号をそれぞれ復調する復調手段と、
この復調手段の出力に対して、前記第2符号化手段の符号化に対応する復号を行う第2復号化手段と、
この第2復号化手段の出力と前記パリティ情報に対応する復調手段の出力とに基づいて、前記第1符号化手段に対応する復号を行う第1復号化手段とを具備することを特徴とする無線通信システム。 - 前記第1符号化手段は、前記複数の異なるデータを構成するビット列のうち、同一タイミングで送信されるビットを抽出して、前記パリティ情報を生成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の無線通信システム。
- 前記第1符号化手段は、前記複数の異なるデータを構成するビット列のうち、一定のタイミングだけ異なって送信されるビットを抽出して、前記パリティ情報を生成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の無線通信システム。
- 前記第1符号化手段は、前記複数の異なるデータを構成するビット列からランダムにビットを抽出して、前記パリティ情報を生成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の無線通信システム。
- 前記送信局は、前記第2符号化手段にて符号化されたデータを、それぞれインターリーブするインターリーブ手段をさらに備え、前記変調手段は、このインターリーブ手段にてインターリーブされたデータを変調し、
前記受信局は、
前記復調手段の復調結果をデインターリーブするデインターリーブ手段をさらに備え、前記第2復号化手段は、このデインターリーブ手段の出力に対して前記第2符号化手段の符号化に対応する復号を行うことを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。 - 前記送信局は、
多重化される複数のデータを用いて第1パリティ情報を生成する第1符号化手段に加え、
前記複数の異なるデータと前記第1パリティ情報とを用いて第2パリティ情報を生成する第2符号化手段と、前記第1パリティ情報、前記第2パリティ情報および前記複数の異なるデータをそれぞれ符号化する第3符号化手段とを備え、
前記変調手段は、この第3符号化手段にて符号化されたデータをそれぞれ変調し、
前記受信局は、
前記第3符号化手段に対応する復号を行なう第3復号化手段、この復号結果に対してさらに前記第2パリティ情報に対応する前記第2符号化手段の符号化に対応する復号を行う第2復号化手段、さらにこの復号結果に前記第1符号化手段の符号化に対応する復号を行う第1復号化手段を備え、この復号結果に基づいて前記複数の異なるデータを得ることを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。 - 前記無線通信システムのうち、前記送信局は、放送用の地上局であることを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。
- 前記無線通信システムのうち、前記送信局は、放送用の地上局から送信された信号を、他の中継局もしくは放送を受信する受信端末に中継する中継局であることを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。
- 複数の異なるデータを用いてパリティ情報を生成する第1符号化手段と、前記パリティ情報および前記複数の異なるデータをそれぞれ符号化する第2符号化手段と、この第2符号化手段にて符号化されたデータを、それぞれ変調する変調手段と、この変調手段の出力を多重化して送信する送信手段とを備えた送信局より送信される信号を受信し、前記データを取得する無線通信システムにおける復号装置において、
前記送信局から送信された信号を、前記送信局における多重化前の信号にそれぞれ分離する分離手段と、
この分離手段で分離された信号をそれぞれ復調する復調手段と、
この復調手段の出力に対して前記第2符号化手段の符号化に対応する復号を行う第2復号化手段と、
この第2復号化手段の復号結果に前記第1符号化手段の符号化に対応する復号を行って、前記複数の異なるデータを得る第1復号化手段とを具備することを特徴とする無線通信システムにおける復号装置。
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