JP2008154202A - 符号化変調システムおよび受信装置ならびに符号化変調方法および復号方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】瞬時ピーク電力を抑圧するために、波形整形フィルタ出力点における連続的なI信号およびQ信号から部分波形を求める。部分波形は、複数の連続するシンボルを考慮して決定される。部分波形とリミッタしきい値との差分に基づいてメトリック値を付与し、このメトリックを最小とするパスに対応する送信シンボルを決定する。また、トレリスシェイピングをマルコフ過程とみなし、新規なトレリスに基づいて、軟判定復号処理を利用した反復復号方法を提供する。
【選択図】図1
Description
vj-1=xj-1Gs=DxjGs=xj・DGs 式(1)
現時点の出力に加え、複数の過去の出力を同時に保持するためには、Gs を[Gs DGs ・・ DmexGs]によって置き換えればよい。ここで、mex は必要な外部メモリの数を表す。精度の高い部分波形の表現のためには、mex=Ks−1でなければならない。
μ(p)=p−pmax p>pmax 式(2−1)
μ(p)=0 p<pmax 式(2−2)
式2−1は、瞬時電力pがpmaxより大きいときには、リミッタしきい値pmaxと瞬時電力pとの差分をメトリック演算値とすることを意味する。式2−2は、瞬時電力pがpmaxを超えないときは、メトリック演算値は0となる。式2−1、2−2によるメトリック演算値から枝メトリックを最小とするような枝を探索し、この最小の枝メトリックを与えるパスに対応する符号語を選択すれば、瞬時電力pのピークはリミッタしきい値pmaxに近づくことが理解されるだろう。
Gs=[1+D2 1+D+D2] 式(3)
エンコーダの符号化率がrs=1/2であるため、1ビットが入力されると、2ビットを出力する関係にある。
DGs=D[1+D2 1+D+D2]=[D+D3 D+D2+D3] 式(4)
図10は、本発明のトレリスシェイピングにおける例示的なトレリス線図である。図10aは、図9aのシェイピングエンコーダに対応するトレリス線図である。図10bは、図9bのシェイピングエンコーダに対応するトレリス線図である。図10bのトレリス線図は、図10aと比べて拡張されており、Ks=4であるため、4つのビット組が1つの枝に対応する。状態数は、4(図10aの状態数)×23=32となる。
次に、第1の実施形態において述べたリミッタ法によるトレリスシェイピングまたはモーメント法などの他の方法によるトレリスシェイピングシステムに好適な復号方法について、詳細に説明する。一般に、多くのデジタル通信システムでは、情報データは、誤り訂正符号化の後に変調信号に変換される。その際、生成される変調信号のピーク変動を抑えるなどの目的のため、変調信号の送信シンボル系列の出力パターンが拘束されている。リミッタ法またはモーメント法などによるトレリスシェイピングシステムは、送信シンボル系列の出力パターンが拘束されるシステムの代表的なものである。本発明の復号方法は、このような出力パターンが拘束された送信シンボル系列を生成するシステムをマルコフ過程とみなし、受信側でこの性質を利用して復号を行なうところを特徴とする。軟判定復号処理を用いた反復復号法を利用することにより、硬判定復号処理を用いた従来技術と比べて、誤り訂正符号の復号特性を大幅に改善することができる。
S=τ(s) 式(5)
式(5)に対応して、シンボル列Sからビット列sを生成する逆変換τ―1を、次式のように定義する。
s=τ―1(S) 式(6)
以下、本明細書の記載においては、特に断らない限り、ビット列をs(小文字)、シンボル列をS(大文字)で表記することとする。
s[n]=τ-1(S[n−ms],・・S[n]) 式(7)
上式(7)で表される逆変換τ-1は、以下に述べるように、異なる視点から、状態および枝を持つ2種類のトレリス(の組み合わせ)で表現することができる。
[状態]: 過去から現在までに観測されたms個の連続するシンボルの情報を保持し、ある時点においてMms個の状態が存在する。
[枝]: 1つの状態につきM本の枝が存在する。時刻k番目の枝には、その区間kにおいて観測される信号点Sk、0≦k<Mがラベルとして付加される。また各枝は、その枝が起源とする状態に蓄えられたms個のシンボルと、その枝が表している時点での観測シンボルとから得られる逆変換τ-1の結果としてのビット組s[n]も保持している。
s0[n]=z0[n] +z2[n]+z2[n−1] 式(8)
s0[n]=z1[n] +z2[n]+z2[n−2] 式(9)
式(8)および式(9)から、ビット列sとシンボル列Sとの関係は式(7)と同様に、次のように表される。
シンボル列がマルコフ過程に従う点に着目すると、式(7)で表される逆変換τ-1から得られるものとは異なる別のトレリスを構成できる。トレリスシェイピング変調器から実際に出力されたシンボル系列・・・S[n−2],S[n−1],S[n]を観測すれば、トレリスシェイピングシステムは、mm次のマルコフ過程に従うと仮定することができる。つまり、S[n]の生起確率は過去のmm個の出力シンボルS[n−1],S[n−2],S[n−3],S[n−mm]に依存すると仮定れば、この送信シンボル系列は、定常確率Psおよび状態遷移確率Ptが重みとして与えられたトレリスとして表すことができる。このトレリスは、以下のように規定される状態および枝を持つ。
[状態]: 過去に観測されたmm個の連続するシンボルの情報を保持し、ある時点において最大でNs=Mmm個の状態が存在する。定常確率Psが0の状態も存在し得るため、状態数は必ずしもMmmとはならない。
[枝]: 1つの状態につき最大でM本の枝が存在し、各枝には状態遷移確率Ptが重みとして与えられる。遷移確率が0の状態遷移があるため、枝の数は必ずしもM本には達しない。
mt=max[mm,ms] 式(11)
すなわち、合成してできるトレリスの状態は、元の2つのトレリスのうちの状態数の大きいほうの状態に一致させる。さらに、合成トレリスの枝には、マルコフ過程を表す第2のトレリスに由来する状態遷移確率Ptおよび逆変換τ-1を表す第1のトレリスに由来するビット列情報s[n]を保持する。
状態の定常確率Ps(S[n]、S[n−1]・・,S[n−mm+1])が、α、β値の初期値となる。
1a 部分波形演算部
1b メトリック演算部
1c トレースバック部
1d デコーダ
2、52 インバースシンドローム
3、53a、53b、53c、53d マッピング器
4a、4b、4c、4d インパルス応答
54a、54b、54c、56a、56b、56c、57a、57b、57c 遅延素子
80a、80b、80c、80d I信号、Q信号の応答波形
100、112 チャンネル(通信路)符号化部
101 シェイピング変調部
102、119 シェイピング硬判定復号処理部
103 通信路復号器
104、113、133、138、141 インターリーバ
105、114、115 マルコフ過程に従う変調器
106、108、130、132、135、137 SISOデコーダ
107、131、136 デインターリーバ
109、134、139 硬判定器
118 マッパ
120 デマッパ
122 シンドローム行列
123、124、125、127 状態
126 枝
160、161 ビット列ラベル
Claims (19)
- トレリスシェイピングを用い、デジタル変調によってシングルキャリアを変調した送信信号の瞬時ピーク電力を低減する方法であって、
(a) シェイピング符号によって決定されるトレリスにおいて、取り得る枝に対応する符号系列により生成される複数の連続するシンボルの組を求めるステップと、
(b) 1つのシンボル区間について、前記複数の連続するシンボルの組に基づいて生成され、前記送信信号の瞬時ピーク電力を表す部分波形を求めるステップと、
(c) 前記部分波形に対して、前記部分波形の振幅値が所定のリミッタしきい値を越える場合に、前記リミッタしきい値と前記振幅値との差分に対応するメトリックを求めるステップと、
(d) 前記取り得る枝の中から、前記メトリックを最小となる枝を選択するステップと、
(e) 前記選択された枝に対応する符号系列に基づいて、前記1つのシンボル区間に対するシンボルを出力するステップと、
(f) 各シンボル区間に対して、前記(a)ステップから前記(e)ステップを繰り返し、送信信号を出力するステップと
を備えることを特徴とする送信信号の瞬時ピーク電力を低減する方法。 - 前記部分波形は、波形整形フィルタの出力における前記複数の連続するシンボルの各々に対する連続的なI信号波形およびQ信号波形に基づいて決定され、前記連続的なI信号波形およびQ信号波形は、前記1つのシンボル区間において、前記複数の連続するシンボルの各々に対応する離散的なI信号およびQ信号に対する前記波形整形フィルタのインパルス応答畳み込み波形を加算することによってそれぞれ求められることを特徴とする請求項1に記載の送信信号の瞬時ピーク電力を低減する方法。
- 前記1つのシンボル区間において、前記連続的なI信号波形およびQ信号波形に対する所定のオーバサンプリング数のサンプル値をそれぞれ求め、前記I信号波形のサンプル値および前記Q信号波形のサンプル値に基づいて、前記部分波形のサンプル値を求めること特徴とする請求項2に記載の送信信号の瞬時ピーク電力を低減する方法。
- 前記メトリックにおける前記差分は、前記部分波形の前記サンプル値が前記リミッタしきい値を越えるときに、前記部分波形の前記サンプル値の各々と前記リミッタしきい値との差分を合計して求められることを特徴とする請求項3に記載の送信信号の瞬時ピーク電力を低減する方法。
- 前記デジタル変調において取り得る全てのシンボルに対して、所定の複数のシンボル区間に渡って、各シンボル区間に対する前記連続的なI信号波形およびQ信号波形のサンプル値データを予め記憶しておき、前記記憶されたサンプル値データを用いて前記部分波形を求めることを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の送信信号の瞬時ピーク電力を低減する方法。
- 前記デジタル変調は、QAM方式またはPSK変調方式のいずれかであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の送信信号の瞬時ピーク電力を低減する方法。
- トレリスシェイピングを用いてシングルキャリアをデジタル変調するシングルキャリア変調装置であって、
シェイピングを施す符号系列のビットを符号化するインバースシンドロームと、
前記符号化したビットと、シェイピングを施さない符号系列のビットとに基づいて、ビタビアルゴリズムに基づいてメトリックを最小にする符号語を求めるジェネレータと、
前記符号化したビットに前記符号語を加算した情報を複素シンボル点にマッピングするマッピング器とを備え、
前記ジェネレータのシェイピング符号によって決定されるトレリスにおいて、取り得る枝に対応する符号系列により生成される複数の連続するシンボルの組に基づいて、1つのシンボル区間について、前記送信信号の瞬時ピーク電力を表す部分波形を求め、前記部分波形に対して、前記部分波形の振幅値が所定のリミッタしきい値を越える場合に、前記リミッタしきい値と前記振幅値との差分に対応して前記メトリックが決定されることを特徴とするシングルキャリア変調装置。 - 前記ジェネレータは、
波形整形フィルタの出力における前記複数の連続するシンボルの各々に対する連続的なI信号波形およびQ信号波形に基づいて前記部分波形を決定する部分波形演算部であって、前記連続的なI信号波形およびQ信号波形は、前記1つのシンボル区間において、前記複数の連続するシンボルの各々に対応する離散的なI信号およびQ信号に対する前記波形整形フィルタのインパルス応答畳み込み波形を加算することによってそれぞれ求められることと、
前記部分波形に対して、前記部分波形の振幅値が所定のリミッタしきい値を越える場合に、前記リミッタしきい値と前記振幅値との差分に対応する前記メトリックを決定するメトリック演算部と、
前記メトリックを最小とするトレリスの枝を求めるトレースバック部と、
前記求められた枝から符号語を求めるデコーダと
を備えることを特徴とする請求項7に記載のシングルキャリア変調装置。 - 前記1つのシンボル区間において、前記連続的なI信号波形およびQ信号波形に対する所定のオーバサンプリング数のサンプル値をそれぞれ求め、前記I信号波形のサンプル値および前記Q信号波形のサンプル値に基づいて、前記部分波形のサンプル値を求めること特徴とする請求項8に記載のシングルキャリア変調装置。
- 前記メトリックにおける前記差分は、前記部分波形の前記サンプル値が前記リミッタしきい値を越えるときに、前記部分波形の前記サンプル値の各々と前記リミッタしきい値との差分を合計して求められることを特徴とする請求項9に記載のシングルキャリア変調装置。
- 前記デジタル変調において取り得る全てのシンボルに対して、所定の複数シンボル区間に渡って、各シンボル区間に対する前記連続的なI信号波形およびQ信号波形のサンプル値データを予め記憶する記憶手段をさらに備え、前記記憶されたサンプル値データを用いて前記部分波形を求めることを特徴とする請求項8乃至10のいずれかに記載のシングルキャリア変調装置。
- 前記デジタル変調は、QAM方式またはPSK変調方式のいずれかであることを特徴とする請求項7乃至11のいずれかに記載のシングルキャリア変調装置。
- 情報データに誤り訂正符号を付与する通信路符号化部と、前記通信符号化部から出力されたビット列からM個の変調信号点に対応したシンボル列を生成する変換τを行ない、前記シンボルがms個の過去のシンボルから一意に決定される変調部とが連接された送信装置から送信された前記シンボル列を含む変調信号を、復調および復号する受信装置において、
受信された前記シンボル列を復号する第1のSISOデコーダと、
デインターリーバを介して前記第1のデコーダと接続され、前記第1のデコーダと協働して復号ビット列の尤度を出力する第2のSISOデコーダと、
前記第2のデコーダからの前記尤度に基づいて硬判定処理により前記ビット列を復号する硬判定復号処理部とを備え、
前記受信されたシンボル列を過去のmm個シンボルにより生成確率が決定されるマルコフ過程とみなしたときに、mmおよびmsのうちの大きい値mt=max[mm,ms]個の過去のシンボルの情報および定常確率を保持する状態と、
前記状態から次の特定のシンボルへの状態遷移を表し、前記状態に保持された直前のmm個のシンボルに依存した遷移確率ならびに前記状態に保持された直前のms個のシンボルに依存して前記変調器の前記変換τの逆変換τ-1によって決定されたビット列情報が付与された枝と
を含むトレリスに基づいて、前記第1のSISOデコーダおよび前記第2のSISOデコーダが協働して反復復号を行ない、前記マルコフ過程とみなした受信シンボル列に由来する確率情報から前記決定されたビット列の尤度値を生成することを特徴とする受信装置。 - 前記誤り訂正符号は、畳み込み符号、ターボコードまたはLDPCのうちのいずれかであることを特徴とする請求項13に記載の受信装置。
- 前記変調部における前記変換τは、変調信号のピーク電力変動を低減させるトレリスシェイピングであり、前記第1のSISOデコーダは、トレリス復調を実行することを特徴とする請求項13に記載の受信装置。
- 前記逆変換τ-1は、トレリスシェイピングにおけるインバースシンドロームに対応するシンドローム行列によって計算されることを特徴とする請求項13に記載の受信装置。
- 前記送信装置は、請求項7乃至12のいずれかに記載のシングルキャリア変調装置であることを特徴とする請求項13乃至16のいずれかに記載の受信装置。
- 情報データに誤り訂正符号を付与する通信路符号化部と、前記通信符号化部から出力されたビット列からM個の変調信号点に対応したシンボル列を生成する変換τを行ない、前記シンボルがms個の過去のシンボルから一意に決定される変調部とが連接された送信装置から送信された前記シンボル列を含む変調信号を、復調および復号する復号方法において、
前記受信されたシンボル列を過去のmm個シンボルにより生成確率が決定されるマルコフ過程とみなしたときに、mmおよびmsのうちの大きい値mt=max[mm,ms]個の過去のシンボルの情報および定常確率を保持する状態と、
前記状態から次の特定のシンボルへの状態遷移を表し、前記状態に保持された直前のmm個のシンボルに依存した遷移確率ならびに前記状態に保持された直前のms個のシンボルに依存して前記変調器の前記変換τの逆変換τ-1によって決定されたビット列情報が付与された枝と
を含むトレリスに基づいて、デインターリーバを介して接続された第1のSISOデコーダおよび第2のSISOデコーダが協働して反復復号を行ない、前記マルコフ過程とみなした受信シンボル列に由来する確率情報から前記決定されたビット列の尤度値を生成するステップと、
前記第2のデコーダからの前記尤度値に基づいて硬判定復号処理により前記ビット列を復号するステップと
を備えることを特徴とする復号方法。 - 前記反復復号法としてBCJRアルゴリズムを利用することを特徴とする請求項6に記載の復号方法。
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