JP2007174286A - 受信装置および受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伝搬路推定値を精度良く算出することで高品質な通信を実現する。
【解決手段】復号器１０５ｂ（復号器１０５ａ）で得られた事後値を伝搬路推定器１０２ａ（伝搬路推定器１０２ｂ）にフィードバックさせて伝搬路推定値を順次更新していくループを設け、各復号器によって復号された受信信号に関する仮判定値の確率情報を伝搬路推定値の計算に反映させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、誤り訂正符号を用いたデジタル通信における受信装置および受信方法に関する。

現在、携帯電話の通信方式の一つとして符号分割多元接続（Code Division Multiple Access）方式が用いられている。同方式に基づくＷ−ＣＤＭＡやｃｄｍａ２０００のセルラーシステムでは、誤り訂正符号にターボ符号を利用しており、このターボ符号によってＳｈａｎｎｏｎ限界に近い伝送特性が現実的な処理で実現されている（例えば、非特許文献１および２参照）。
ここで図５と図６を用い、ターボ符号を使ったデータ通信の仕組みを簡単に説明する。図５はターボ符号器３０、図６はターボ復号器１５のブロック図である。

図５において、送信される情報ビット系列は、要素符号器３１とターボインタリーバ３３にそれぞれ入力される。要素符号器３１は、パリティビット系列ｐ１を作成して出力する。またターボインタリーバ３３は、入力データの順序を並べ替えてもう一つの要素符号器３２へ出力し、要素符号器３２はパリティビット系列ｐ２を作成して出力する。２つのパリティビット系列ｐ１、ｐ２は、所望の符号化率に応じて、単純に多重化、若しくは間引きしてから多重化され、さらに元の情報ビット系列と多重化されて、通信路に送出される。
なおここで、２つの要素符号器３１、３２の構成は同じでも異なっていてもよいものとする。

次に図６において、ターボ復号器１５は２つの要素復号器１０５ａ・１０５ｂと、２つのターボインタリーバ１０６ａ・１０６ｂと、１つのターボデインタリーバ１０７ａとから構成される。
要素復号器１０５ａは、通信路値演算器１０４ａからの出力である受信ビット系列α１を受け取って復号化し、α１に含まれる各情報シンボルの信頼度情報を外部値として出力する。この外部値は、ターボインタリーバ１０６ａによって順序を並べ替えられ、事前値ｔ２として要素復号器１０５ｂへ入力される。一方、要素復号器１０５ｂには、ターボインタリーバ１０６ｂによって順序を並べ替えられた受信ビット系列α２が入力される。要素復号器１０５ｂは、この受信ビット系列α２を復号化するが、この復号化処理において、復号対象である（α２に含まれる）情報シンボルの信頼度情報として上記の事前値ｔ２を利用する。そして復号化の結果である外部値が出力される。

要素復号器１０５ｂで得られた外部値は、ターボデインタリーバ１０７ａによって順序を元に戻されてから、要素復号器１０５ａへ事前値ｔ１として入力される。要素復号器１０５ａは、受信ビット系列α１の２回目以降の復号化処理において、この事前値ｔ１をα１に対する信頼度情報として利用する。
ターボ復号器１５は以上の処理を十分に繰り返し実行した後、要素復号器１０５ｂから最終的な復号結果である事後値を出力する。そしてこの事後値が硬判定され、送信された情報ビット系列に対応する受信情報ビットが得られる。

このようにターボ復号器１５は、２つの要素復号器でそれぞれ各ビットの信頼度情報を更新し、それをもう一方の要素復号器にフィードバックさせるループ（確率伝搬用のフィードバックループと呼ばれる）を備えている。ターボ符号による通信では、これによって効率的なＭＡＰ（Maximum A posteriori Probability）復号が実現される。

非特許文献１および２ではまた、ターボ符号の訂正能力を改善する復調方法として、ツインターボ復調が提案されている。図７にツインターボ復調器２０のブロック図を示す。
ツインターボ復調器２０は、ターボ復号器１５と同じ確率伝搬用のフィードバックループに加えて、確率結合用のフィードバックループを備えている。ここで、確率結合用のフィードバックループとは、要素復号器１０５ａ（および要素復号器１０５ｂ）で得られた仮判定値の確からしさを通信路値演算器１０４ｂ（および通信路値演算器１０４ａ）にフィードバック入力して通信路値を更新し、その更新された通信路値をもう一方の要素復号器１０５ｂ（および要素復号器１０５ａ）に入力して復号化処理を行うループのことである。ツインターボ復調では、この確率結合用のフィードバックループを用いて、変調シンボルに含まれる各ビットの尤度の結合確率を計算し、この結合確率（受信信号点の出現確率）に従って受信信号点に対応する変調シンボルを判定する。
特開２００４−２６０４２３号公報 特開２００４−１５９０８４号公報 特開２００４−０８０３６０号公報 特開２００４−０７２４６９号公報 特開２０００−０８２９７８号公報 特開平１１−３５５８４９号公報 3GPP TSG RAN WG1#42 bis, R1-051261, "Enhancement of Distributed Mode for Maximizing Frequency Diversity", Oct. 2005 T. Suzuki, N. Miyazaki, Y. Hatakawa, "A Proposal of Twin Turbo Detector and Its Evaluation for M-QAM OFDM", 信学ソ, B-5-6, Sep. 2005

しかしながら、上述した従来のターボ符号やツインターボ復調を利用した通信方式においては、誤り訂正ブロックと伝搬路推定ブロックとは機能が独立であるため、いくら誤り訂正能力を向上させても受信性能は伝搬路推定の精度に左右されてしまう、という問題があった。
ここで、伝搬路推定について簡単に説明する。一般に送信信号は、無線伝搬路を伝搬することによって振幅変動と位相回転の影響を受けるため、受信装置において正しく復調、復号を行うためにはこれらの変動の影響を正しく推定し、受信信号に補正をかける必要がある。この、送信信号が伝搬路から受ける影響を推定する処理が、伝搬路推定である。

伝搬路推定の方法としては、データシンボルと共に既知のパイロットシンボルを送信して、パイロットシンボルの振幅変動と位相回転を測定し、その結果から伝搬路の影響を推定するという方法が一般的に行われる。図８は、データシンボルの間に埋め込まれたパイロットシンボルを模式的に表した図である。同図において、時間方向（同図（ａ））と周波数方向（同図（ｂ））のそれぞれについてパイロットシンボルの測定結果を補間することにより、データシンボルに対する伝搬路の影響の推定が行われる。ただし、伝送スループットの低下を避けるため、パイロットシンボルの割合は一定の範囲に抑える必要がある。

さて、伝搬路推定とターボ符号による誤り訂正を相補的に行うことによって、受信機の受信特性を改善させることが可能である。そこで、上記の特許文献１〜６には、データシンボルの仮判定値をフィードバックさせて伝搬路推定を行うことでその精度を向上させるという手法が提案されている。具体的には、仮判定値として、特許文献１、２、および４では復号器から出力された後の硬判定値を、また特許文献３、５、および６では通信路値演算器から出力された復号化処理前の軟判定値を、それぞれ利用している。
しかし、例えば硬判定値を利用する手法では、データシンボルを“０”か“１”のいずれか一方であるとして扱い、確率的な情報を用いていないため、伝搬路推定の処理結果が発散する場合がある等の点が問題となっていた。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、伝搬路推定値を精度良く算出することで高品質な通信を実現することが可能な受信装置および受信方法を提供することにある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、請求項１に記載の発明は、確率伝搬用のフィードバックループを有する復号器を具備した受信装置であって、受信信号に対する伝搬路推定値を算出する伝搬路推定手段と、受信信号を前記復号器において復号する過程で得られる仮判定値およびその確からしさを前記伝搬路推定手段にフィードバックする手段と、を備え、前記伝搬路推定手段は、入力された前記仮判定値およびその確からしさに基づいて補正された伝搬路推定値を算出することを特徴とする受信装置である。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の受信装置において、受信信号点の出現確率としてフィードバックされた前記仮判定値の確からしさを利用することによって、前記伝搬路推定値を基に受信信号の復調を行って該受信信号の通信路値を演算する通信路値演算手段をさらに備えている。

また、請求項３に記載の発明は、受信信号を復号する過程で得られた仮判定値およびその確からしさを利用して該受信信号に対する伝搬路推定値を算出し、前記伝搬路推定値を基に受信信号を復調し、前記復調によって得られた通信路値に対し、復号されたビットの信頼度を事前値として利用することによって該ビットを復号することを特徴とする受信方法である。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の受信方法において、前記受信信号の復調において、前記仮判定値の確からしさを受信信号点の出現確率として利用し通信路値を演算することを特徴とする。

本発明によれば、受信信号を復号する過程で得られた仮判定値およびその確からしさを利用して伝搬路推定値を逐次補正しているので、精度良く伝搬路推定値を算出することが可能である。これにより、受信機の受信特性が改善して、高品質な通信を実現することができる。
また、パイロットシンボル数を増大させることなく伝搬路推定値が高精度に求められるため、伝送スループットを向上させることが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
≪第１の実施形態≫
図１は、本発明の第１の実施形態による受信装置１０ａの構成図である。この受信装置１０ａは、ターボ復号器１５により得られた受信信号の仮判定値とその確からしさとを伝搬路推定器１２にフィードバックするループを備えたものである。

受信装置１０ａにおいて行われる復調および復号化の処理について説明する。
まず、受信された変調シンボルが受信信号点検出部１１へ送られ、当該シンボルの振幅情報と位相情報とからＩＱ平面上の受信信号点が検出される。検出された受信信号点は、通信路値演算器１４へ入力される。

一方、参照用のパイロットシンボルが受信されると、同シンボルは伝搬路推定器１２へ送られる。伝搬路推定器１２は、実際に伝搬路を通って伝送されてきた当該パイロットシンボルと、既知である元のパイロットシンボルとの差分を求めることによって、伝送信号の振幅と位相に伝搬路が与える変動の度合いを表す伝搬路推定値を計算する。さらに伝搬路推定器１２は、パイロットシンボルに対して求められた伝搬路推定値を補間することによって、時間方向と周波数方向それぞれについて全ての変調シンボルに対する伝搬路推定値を計算する。このようにして得られた伝搬路推定値は、基準信号点作成部１３に入力され、送信装置（図示しない）が送信する変調シンボルに対応する受信信号点の候補（基準信号点）が作成される。作成された基準信号点は通信路値演算器１４へ送られる。

通信路値演算器１４は、入力された受信信号点と基準信号点とから、当該受信信号点に対応する最も確からしい変調シンボルを判定し、その変調シンボルに含まれる各ビットの軟判定値を計算して軟判定データ（通信路値）としてターボ復号器１５へ出力する。この通信路値のビット系列はターボ復号器１５によって復号化され、それにより求められた各情報ビットが「０」であるか「１」であるかの確からしさが事後値として出力される。

この事後値は、伝搬路推定器１２へフィードバックされて、伝搬路推定値を再計算するために利用される。具体的には、伝搬路推定器１２は、まず各変調シンボルについて、各ビットのフィードバック情報に従って変調シンボルを構成している全ビットの結合確率を計算し、最も確からしい変調シンボルを仮判定する。例えばＱＰＳＫ変調の場合、変調シンボルは２ビットで構成されるので、最初のビットが０である確率が８０％、２番目のビットが１である確率が９０％とすると、その変調シンボルが「０１」である結合確率は７２％と計算される。この結合確率がその変調シンボルの確からしさである。
そして仮判定した変調シンボルを擬似的なパイロットシンボルと見做して実際に受信した信号との差分を求めることにより、新たな伝搬路推定値を得る。但しこの時、仮判定値から求められた値と、伝搬路推定値の初回計算時にパイロットシンボルのみを用いた補間処理により得られている値とを、仮判定値の確からしさで重み付けし、この重み付けによって得られる値を新たな伝搬路推定値とするものとする。また、２回目以降のフィードバック時には、前回のフィードバック時に更新された伝搬路推定値と、仮判定値から求められた値とを、同様に重み付けして伝搬路推定値を更新する。

こうして更新された伝搬路推定値は、ターボ復号器１５によって復号された受信信号に関する仮判定値の確率情報を反映しているため、最初の値よりも更新後の値の方がより精度が高くなっていることが期待される。よって、伝搬路推定値を基にして得られる通信路値に対して復号化処理を行い、その結果を用いて伝搬路推定値を更新するというフィードバックループの処理を十分に繰り返すことで、正しい復号結果が得られる可能性が大きくなる。

次に、上述した受信装置１０ａにおけるターボ復号器１５の構成と動作をより詳しく説明する。図２は、ターボ復号器１５の構成を示すブロック図である。
同図において、受信信号点と、伝搬路推定器１０２ａの出力値を基に基準信号点作成部１０３ａで作成された基準信号点とが通信路値演算器１０４ａに入力されて、ビット毎に通信路値が出力される。復号器１０５ａには、この通信路値と、もう一方の復号器１０５ｂから出力された外部値の順序をターボデインタリーバ１０７ａで並べ替えて得られる事前値とが入力される。復号器１０５ａは、この事前値を利用して、入力された通信路値のビット系列を復号化し、復号された各シンボルの信頼度情報である外部値と、同シンボルに含まれる各ビットの事後値を出力する。

出力された外部値は、ターボインタリーバ１０６ａによって順序を並べ替えられてから事前値として復号器１０５ｂに入力される。復号器１０５ｂは、通信路値演算器１０４ｂからターボインタリーバ１０６ｂを介して入力されるビット系列に対し、復号器１０５ａと同様の処理を行って外部値と事後値を出力する。この外部値はターボデインタリーバ１０７ａを介して復号器１０５ａへフィードバックされる。この、２つの復号器１０５ａ、１０５ｂと、ターボインタリーバ１０６ａ、ターボデインタリーバ１０７ａによって形成されるループは、図６における従来のターボ復号器１５が有するものと同じ構成（確率伝搬用のフィードバックループ）であり、この部分で行われる復号化の処理についても従来と同様である。

一方、復号器１０５ａから出力された事後値は、復号器１０５ｂの前段に置かれたもう一つの伝搬路推定器１０２ｂに入力（フィードバック）される。伝搬路推定器１０２ｂは、伝搬路推定値の計算においてこの事後値を利用し、その推定精度を向上させている。通信路値演算器１０４ｂは、この伝搬路推定値から作成された基準信号点を使い、前述の通信路値演算器１０４ａと同様の処理を行って通信路値を出力する。この通信路値はターボインタリーバ１０６ｂを介して復号器１０５ｂへ入力される。

復号器１０５ｂにおける復号化により得られる事後値は、ターボデインタリーバ１０７ｂへ送られて順序が並べ替えられ、伝搬路推定器１０２ａにフィードバックされる。伝搬路推定器１０２ａは、前述の伝搬路推定器１０２ｂと同じく、この事後値を利用して伝搬路推定値を精度よく推定する。

このようにターボ復号器１５は、復号器１０５ｂ（復号器１０５ａ）で得られた事後値を伝搬路推定器１０２ａ（伝搬路推定器１０２ｂ）にフィードバックさせて伝搬路推定値を順次更新していく新たなループを備えており、各復号器によって復号された受信信号に関する仮判定値の確率情報を伝搬路推定値の計算に反映させることで、その推定精度の向上を図っている。そしてその結果、受信機の受信特性が改善して、高品質な通信が実現することになる。

≪第２の実施形態≫
次に、他の実施形態について説明する。図３は、本発明の第２の実施形態による受信装置１０ｂの構成図である。
この受信装置１０ｂは、ツインターボ復調器２０（復号により得られた仮判定値の確からしさを受信信号点の出現確率として通信路値演算器１４へフィードバックするループを有する）を備えた受信装置に、ターボ復号器１５により得られた受信信号の仮判定値とその確からしさとを伝搬路推定器１２にフィードバックするループを設けている。

すなわち、図３において、ターボ復号器１５で得られた仮判定値の確からしさを通信路値演算器１４へ戻すループが通常のツインターボ復調のフィードバックループ、同仮判定値を伝搬路推定器１２へ戻すループが本発明により新しく作られたフィードバックループとなっている。
したがって、受信装置１０ｂでは、復号処理した変調シンボル内の各ビットの尤度に基づいて求められた受信信号点の出現確率を通信路値の計算に利用すると共に、同じく復号処理した変調シンボルに関する仮判定値の確率情報を事後値として伝搬路推定値の計算に利用することによって、受信機の性能をより一層向上させることが図られている。

図４は、受信装置１０ｂにおけるツインターボ復調器２０の詳細な内部構成を示すブロック図である。同図において、復号器１０５ａ→ターボインタリーバ１０６ａ→復号器１０５ｂ→ターボデインタリーバ１０７ａ→復号器１０５ａと流れるループはターボ復号を行う確率伝搬用のフィードバックループであり、通信路値演算器１０４ａ→復号器１０５ａ→通信路値演算器１０４ｂ→ターボインタリーバ１０６ｂ→復号器１０５ｂ→ターボデインタリーバ１０７ｂ→通信路値演算器１０４ａと流れるループはツインターボ復調を行う確率結合用のフィードバックループである。これら２つのフィードバックループは、図７における従来のツインターボ復調器２０が有するものと同一の構成であり、その動作も同じである。

ここで、ツインターボ復調器２０には、伝搬路推定器１０２ａ→基準信号点作成部１０３ａ→通信路値演算器１０４ａ→復号器１０５ａ→伝搬路推定器１０２ｂ→基準信号点作成部１０３ｂ→通信路値演算器１０４ｂ→ターボインタリーバ１０６ｂ→復号器１０５ｂ→ターボデインタリーバ１０７ｂ→伝搬路推定器１０２ａと流れる新たなフィードバックループが形成されている。この構成により、復号器１０５ｂ（復号器１０５ａ）で得られた事後値が伝搬路推定器１０２ａ（伝搬路推定器１０２ｂ）へ戻されて、伝搬路推定値が更新されていく。

このように本実施形態においても、各復号器によって復号された受信信号に関する仮判定値の確率情報を伝搬路推定値の計算に反映させ、その推定精度の向上を図っている。その結果、受信機の受信特性が改善し、高品質な通信が実現する。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、伝搬路推定器１０２ａ・１０２ｂにおいて仮判定値とその確からしさを利用して伝搬路推定値を再計算する際に、仮判定値の確からしさが予め定めたある閾値を超えた場合にのみ、仮判定値から求めた値を伝搬路推定値の更新に取り入れるようにしてもよいものとする。

第１の実施形態による受信装置の構成図である。 ターボ復号器の構成を示すブロック図である。 第２の実施形態による受信装置の構成図である。 ツインターボ復調器の内部構成を示すブロック図である。 従来のターボ符号器のブロック図である。 従来のターボ復号器のブロック図である。 従来のツインターボ復調器のブロック図である。 パイロットシンボルを用いた伝搬路推定値の補間方法を示した図である。

符号の説明

１０ａ、１０ｂ…受信装置 １１…受信信号点検出部 １２…伝搬路推定器 １３…基準信号点作成部 １４…通信路値演算器 １５…ターボ復号器 ２０…ツインターボ復調器 ３０…ターボ符号器 ３１、３２…要素符号器 ３３…ターボインタリーバ １０２ａ、１０２ｂ…伝搬路推定器 １０３ａ、１０３ｂ…基準信号点作成部 １０４ａ、１０４ｂ…通信路値演算器 １０５ａ、１０５ｂ…復号器 １０６ａ、１０６ｂ…ターボインタリーバ １０７ａ、１０７ｂ…ターボデインタリーバ

Claims (4)

1. 確率伝搬用のフィードバックループを有する復号器を具備した受信装置であって、
   受信信号に対する伝搬路推定値を算出する伝搬路推定手段と、
   受信信号を前記復号器において復号する過程で得られる仮判定値およびその確からしさを前記伝搬路推定手段にフィードバックする手段と、
   を備え、
   前記伝搬路推定手段は、入力された前記仮判定値およびその確からしさに基づいて補正された伝搬路推定値を算出する
   ことを特徴とする受信装置。
2. 受信信号点の出現確率としてフィードバックされた前記仮判定値の確からしさを利用することによって、前記伝搬路推定値を基に受信信号の復調を行って該受信信号の通信路値を演算する通信路値演算手段
   をさらに備えた請求項１に記載の受信装置。
3. 受信信号を復号する過程で得られた仮判定値およびその確からしさを利用して該受信信号に対する伝搬路推定値を算出し、
   前記伝搬路推定値を基に受信信号を復調し、
   前記復調によって得られた通信路値に対し、復号されたビットの信頼度を事前値として利用することによって該ビットを復号する
   ことを特徴とする受信方法。
4. 前記受信信号の復調において、前記仮判定値の確からしさを受信信号点の出現確率として利用し通信路値を演算する
   ことを特徴とする請求項３に記載の受信方法。
   
   

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