JP2010056597A - 受信装置および軟判定値訂正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軟判定値を用いて誤り訂正復号する受信装置において、チャネル推定を誤ることによる誤り訂正能力の劣化を抑制すること。
【解決手段】受信装置は、誤り訂正符号化された受信信号の硬判定および軟判定を行う復調手段１０と、伝搬路のチャネル値を推定するチャネル推定手段２０と、推定されたチャネル値を保持するチャネル値保持器３０と、軟判定値を訂正する軟判定値訂正手段４０と、訂正された軟判定値を用いて誤り訂正復号する復号器５０と、を備えている。軟判定値訂正手段４０は、復調手段１０が生成した軟判定値に、チャネル値保持器３０に保持されたチャネル値の中で最も絶対値の小さい最小チャネル値の絶対値の２乗を、軟判定値の生成に用いたチャネル値の絶対値の２乗で割った値、を重みとして乗じることにより軟判定値を訂正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、軟判定による誤り訂正復号を行う受信装置に関するものであり、特に軟判定値を訂正する手段を備えた受信装置に関する。また、軟判定値を訂正する方法に関する。

誤り訂正符号化された信号を復号する場合に、受信信号を軟判定し、軟判定値を用いて誤り訂正復号する方法が知られている。軟判定値により復号すると、硬判定値により復号する場合よりも誤り率特性が優れている。

対数尤度比λは、受信信号がｙであった場合に送信ビットｓが０である確率と、受信信号がｙであった場合に送信ビットｓが１である確率との比について対数をとった値であり、チャネル値に依存した値である。そのため、チャネル値の絶対値が大きいほど尤度の高い軟判定値となる。

特許文献１には、パイロット信号からチャネル値を算出し、それを用いてより正しい軟判定値を出力する方法が記載されている。

また、高速フェージング環境下での通信では、ドップラー周波数によるチャネルの変動が顕著になる。そこで、判定帰還によるチャネル値の追従を行うことで、より正確にチャネル値を推定する方法が知られている。判定帰還では、チャネル推定値を用いて受信信号を硬判定し、その硬判定値と受信信号とから次シンボルの復調に用いるチャネル値を推定する、という動作を繰り返すことで、１シンボル毎にチャネル値の推定を行っている。
特開２００７−７４６１７

しかし、特許文献１の方法はパイロット信号からのみのチャネル値推定であり、高速フェージング環境下におけるチャネル推定の追従の問題を考慮していない。高速フェージング環境下においてフェージングの谷に落ち込むと、チャネル値の推定がその後大幅に劣化してしまう。そして、絶対値の大きい誤ったチャネル値が推定されると、軟判定値はチャネル値に依存していることから、尤度が高い誤った軟判定値を出力してしまい、誤り訂正能力が劣化してしまう。

そこで本発明の目的は、高速フェージング環境下であっても、誤り訂正能力が劣化しないように軟判定値を訂正することができる受信装置を実現することである。

第１の発明は、誤り訂正符号化された受信信号と、受信信号の硬判定値とから伝搬路のチャネル値を推定するチャネル推定手段と、チャネル推定手段により推定されたチャネル値と、受信信号とを用いて、硬判定値と、軟判定値とを生成する復調手段と、軟判定値に、大きさが１よりも小さい重みを乗じることで、軟判定値を訂正する軟判定値訂正手段と、軟判定値訂正手段により訂正された軟判定値を用いて誤り訂正復号する復号手段と、を備えていることを特徴とする受信装置である。

誤り訂正符号には、ＬＤＰＣ符号、畳み込み符号、ターボ符号などを用いることができる。また、変調方式にはＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＱＡＭなどのデジタル変調方式を用いることができる。また、シングルキャリア方式でもよいし、ＯＦＤＭなどのマルチキャリア方式であってもよい。マルチキャリア方式の場合は、各サブキャリアごとにチャネル推定を行えばよい。

また、本発明の受信装置は、送信アンテナと受信アンテナをそれぞれ単数とするＳＩＳＯ方式に用いる受信装置であってもよいし、送信アンテナと受信アンテナの少なくとも一方を複数とする、ＳＩＭＯ、ＭＩＳＯ、ＭＩＭＯに用いる受信装置であってもよい。

第２の発明は、第１の発明において、受信信号はＯＦＤＭ信号であり、復調手段は、ＯＦＤＭ信号を各サブキャリアごとの受信信号に復調して、各サブキャリアごとに硬判定、軟判定を行い、チャネル推定手段は、各サブキャリアごとにチャネル値を推定し、軟判定値訂正手段は、各サブキャリアごとに軟判定値を訂正する、ことを特徴とする受信装置である。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、受信装置は、推定したチャネル値を保持するチャネル値保持手段を有し、軟判定値に乗じる重みは、チャネル値保持手段により保持されたチャネル値の中で最も絶対値の小さいチャネル値である最小チャネル値の絶対値の２乗を、軟判定値の生成に用いたチャネル値の絶対値の２乗で割った値である、ことを特徴とする受信装置である。マルチキャリア方式の場合には、各サブキャリアごとに推定したチャネル値を保持するようにすればよい。

第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、誤り訂正符号は、ＬＤＰＣ符号、ターボ符号、または畳み込み符号であることを特徴とする受信装置である。

第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、受信装置は、複数の受信アンテナを有し、ＭＩＭＯ方式に用いることを特徴とする。

第６の発明は、誤り訂正符号化された受信信号と、受信信号の硬判定値とから伝搬路のチャネル値を推定し、チャネル値と、受信信号とを用いて、軟判定値を生成し、軟判定値に、大きさが１よりも小さい重みを乗じることで、軟判定値を訂正する、ことを特徴とする軟判定値訂正方法である。

第７の発明は、第６の発明において、推定したチャネル値を保持し、軟判定値に乗じる重みは、保持したチャネル値の中で最も絶対値の小さいチャネル値である最小チャネル値の絶対値の２乗を、軟判定値の生成に用いたチャネル値の絶対値の２乗で割った値である、ことを特徴とする軟判定値訂正方法である。

本発明によると、大きさが１よりも小さい重みを乗じて軟判定値を訂正することで、軟判定値の尤度を低く抑えることができる。そのため、判定帰還により随時チャネル値を推定する場合において、フェージングの谷に落ち込むなどしてその後のチャネル推定で絶対値の大きい誤ったチャネル値ｈが推定されたとしても、訂正された軟判定値を用いて誤り訂正復号すれば誤りが訂正されやすくなり、誤り訂正能力の劣化を抑制することができる。

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

実施例１は、誤り訂正符号化された受信信号を軟判定し、軟判定値を訂正することにより、誤り訂正復号での誤り訂正能力の劣化を抑制することができる軟判定値訂正方法である。

まず、軟判定値訂正方法に用いる受信装置の構成について、図１に示すブロック図をもとに説明する。受信装置は、誤り訂正符号化された受信信号の硬判定および軟判定を行う復調手段１０と、伝搬路のチャネル値を推定するチャネル推定手段２０と、チャネル値を保持するチャネル値保持器３０と、軟判定値を訂正する軟判定値訂正手段４０と、訂正された軟判定値を用いて誤り訂正復号する復号器５０と、を備えている。

次に、軟判定値訂正方法について、図２のフローチャートに基づき、受信装置の動作とともに説明する。なお、説明の簡単のため、受信装置はシングルキャリア方式に用いるものとし、受信信号はＢＰＳＫ変調されたものであるとするが、ＱＰＳＫやＱＡＭなどの１シンボルで複数ビット送信する変調方式の場合も、各ビットごとに軟判定値を算出し、各軟判定値ごとに実施例１の軟判定値訂正方法を適用するものとすれば、以下と同様にして説明できる。また、誤り訂正符号はＬＤＰＣ符号とするが、畳み込み符号、ターボ符号などにおいて算出される軟判定に実施例１の軟判定値訂正方法を適用するものとすれば、以下と同様にして説明することができる。

０または１の値をとる誤り訂正符号化されたデータが１シンボルで１ビット送信するＢＰＳＫ変調されて、１または−１の値をとる送信信号ｓが生成され、送信信号ｓが伝搬路を介して送信され、受信装置が受信信号ｙを受信するとする。伝搬路のチャネル値をｈとすれば、ｙ＝ｈｓ＋ｎ、ｎ：雑音、である。

復調手段１０は、チャネル推定手段２０により推定されたチャネル値ｈと、受信信号ｙを用いて硬判定し、硬判定値をチャネル推定手段２０に出力する。

チャネル推定手段２０は、復調手段１０から出力された硬判定値と、受信信号ｙを用いてチャネル値ｈを推定し、復調手段１０および最小チャネル値保持器３０にチャネル値ｈを出力する。

この復調手段１０による硬判定と、チャネル推定手段２０によるチャネル推定を逐次繰り返すことにより、シンボル毎にチャネル推定を行い、高速フェージングへの追従性を高めている。

以下、この判定帰還によるチャネル推定について具体的に説明する。まず、パイロット信号ｓ_p が送信され、受信信号ｙ_p が受信されると、受信装置側で送信信号ｓ_p は既知であるから、ｙ_p ＝ｈ_p ｓ_p 、すなわち、ｈ_p ＝ｙ_p ｓ^* _p ／｜ｓ_p ｜² （ｓ^* _p はｓ_p の複素共役）により、初期チャネル値ｈ_p が求まる。

次に、ｔ＝ｔ_i において、受信信号ｙ_i が受信されると（ステップ１００）、ｈ_i ＝ｈ_i-1 を仮定して、次の漸化式ｙ_i ＝ｈ_i-1 ｓ_i （ｓ_i はｔ＝ｔ_i における送信信号）から、ｓ_i ＝ｈ^* _i-1 ｙ_i ／｜ｈ_i-1 ｜² によりｓ_i を求めて復調する。そして、これにより求めたｓ_i との距離が最小となる信号点ｒ_i （ＢＰＳＫなので、１と−１のうち、距離が小さい方）を決定する。これがいわゆる硬判定である。そして、ｓ_i とｒ_i との誤差ｑ_i を、ｒ_i ＝ｑ_i ｓ_i により決定し、上記ｙ_i を求める漸化式に代入すると、ｙ_i ＝ｈ_i-1 ｑ^* _i ｒ_i ／｜ｑ_i ｜² であり、ｙ_i ＝ｈ_i ｒ_i であるから、ｈ_i ＝ｈ_i-1 ｑ^* _i ／｜ｑ_i ｜² としてｈ_i を求める漸化式が求まる。このｈ_i を求める漸化式を、ｈ_p を初期値として次のパイロット信号が受信されるまで繰り返すことにより、逐次チャネル値ｈ_i が推定される（ステップ２００）。

また、復調手段１０は、ｔ＝ｔ_i において、チャネル推定手段２０により推定された１シンボル前のチャネル値ｈ_i-1 と、受信信号ｙ_i を用いて軟判定値を算出する（ステップ３００）。ＬＤＰＣ符号化における軟判定値は対数尤度比λ_i であり、
λ_i ＝ｌｎ｛Ｐ（ｙ｜ｓ＝−１）／Ｐ（ｙ｜ｓ＝１）｝
である。ここで、Ｐ（ｙ｜ｓ＝−１）は、送信信号ｓ_i が−１である場合に受信信号がｙ_i である確率であり、Ｐ（ｙ｜ｓ＝１）は、送信信号ｓ_i が１である場合に受信信号がｙ_i である確率である。伝搬路において加わる雑音ｎが、分散σ² の白色ガウス雑音であると仮定すると、対数尤度比λ_i は、
λ_i ＝２ｈ^* _i-1 ｙ_i ／σ²
と書ける。ここで、ｈ^* _i-1 はチャネル値ｈ_i-1 の複素共役である。このように、軟判定値λ_i はチャネル値に依存した値であり、チャネル値ｈ_i-1 の絶対値が大きいほど、軟判定値λ_i の絶対値も大きくなる。

チャネル値保持器３０は、チャネル推定手段２０によって推定されたチャネル値ｈ_i-1 までのすべてのチャネル値を保持する。

次に、軟判定値訂正手段４０において、対数尤度比λ_i に重みを乗じることにより軟判定値を訂正する（ステップ４００）。重みは、チャネル値保持器に保持されたチャネル値の中で、最も絶対値が小さい最小チャネル値ｈ_min の絶対値の２乗を、１シンボル前のチャネル値の絶対値の２乗で割った値、｜ｈ_min ｜² ／｜ｈ_i-1 ｜² である。つまり、訂正された軟判定値をλ’_i として、
λ’_i ＝（｜ｈ_min ｜² ／｜ｈ_i-1 ｜² ）＊２ｈ^* _i-1 ｙ_i ／σ²
である。このλ’_i にｙ_i ＝ｈ_i-1 ｓ_i を代入すれば２｜ｈ_min ｜² ｓ_i ／σ² であることからわかるように、λ’_i は、受信信号の雑音を無視した場合における、最小チャネル値ｈ_min での軟判定値と等しい値である。したがって、この訂正によって軟判定値は、最小チャネル値ｈ_min での軟判定値と同程度の尤度に抑えられている。

次に、軟判定値訂正手段４０によって訂正された軟判定値λ’_i が符号長分算出されると（ステップ５００）、この符号長分の軟判定値を用いて、復号器５０において誤り訂正復号する（ステップ６００）。その後、この誤り訂正復号によって得られた値をさらに硬判定することにより（ステップ７００）、送信データが得られる。たとえば、データ長Ｄの情報データが符号化率１／２で符号化されている場合、２Ｄ個の軟判定値λ’を測定した後、軟判定値λ’を用いて誤り訂正復号してＤ個の値が得られ、これを硬判定してデータ長Ｄの情報データが得られる。

以上の軟判定値訂正方法によると、フェージングの谷に落ち込んで絶対値が大きい誤ったチャネル値が推定され、軟判定値の尤度が大きくなってしまったとしても、低く抑えられた値に訂正されるため、その後の誤り訂正復号において誤り訂正能力が劣化せず、良好な誤り率特性を得ることができる。

なお、軟判定値の訂正のために乗じる重みは、実施例１に示した値に限るものではなく、絶対値が１よりも小さい値であれば、訂正により軟判定値の尤度が低く抑えられるため、誤り訂正能力の劣化を抑制することができる。ただし、実施例１のように、軟判定値を最小チャネル値ｈ_min での軟判定値と同程度の尤度に抑えると、より誤り訂正能力の劣化を抑制できることがシミュレーション結果により分かっている。

また、実施例１ではシングルキャリア方式としたが、本発明はＯＦＤＭなどのマルチキャリア方式にも適用することができ、その場合は、各サブキャリアごとに実施例１に示した軟判定値訂正方法を適用すればよい。つまり、復調手段１０においてＯＦＤＭ信号を各サブキャリアごとの受信信号を復調し、各サブキャリアごとに硬判定、軟判定を行い、チャネル推定手段２０において各サブキャリアごとにチャネル推定を行い、チャネル値保持器３０において各サブキャリアごとにチャネル値を保持し、軟判定値訂正手段４０において各サブキャリアごとに軟判定値を訂正すればよい。

また、実施例１は送信アンテナを１本、受信アンテナを１本とするＳＩＳＯ方式の場合であったが、送信アンテナと受信アンテナのうち少なくとも一方を複数とするＳＩＭＯ、ＭＩＳＯ、ＭＩＭＯの各方式においても本発明の軟判定値訂正方法を適用することができる。

次に、実施例１の軟判定値訂正方法を用いた場合と、軟判定値を訂正しない場合（比較例）についてシミュレーションを行い、誤り率特性の比較をした。シミュレーションの条件は以下の通りである。通信方式はＳＩＳＯ−ＯＦＤＭ方式で、サブキャリアは６４本、そのうち４８本をデータ、４本をパイロット、残り１２本をガードバンド等のためのヌルキャリアとし、各サブキャリアはＱＰＳＫ変調とした。誤り訂正符号は、符号長１１５２、情報長５７４のＬＤＰＣ符号とした。また、ＯＦＤＭシンボル長は８．０μｓで、そのうち１．６μｓをガードインターバルとした。パケット構成は、データシンボルにパイロットシンボルが付加された構成であり、データシンボル長は１２、パイロットシンボル長は２とした。また、サンプリング間隔は１００ｎｓ、ドップラー周波数は１ｋＨｚとし、伝搬路モデルとして１サンプリング間隔ごとに１ｄＢ減少する１６パスの指数減衰モデルを仮定した。

上記シミュレーションの結果、図３に示すＢＥＲ特性のグラフを得た。実施例１のように軟判定値を訂正することにより、比較例に対してＢＥＲ特性が改善されていることがわかる。

また、サブキャリアの変調方式を１６ＱＡＭに替えて、パケット構成をデータシンボル長を６、パイロットシンボル長を２とした以外の条件は上記と同一のシミュレーション条件として、実施例１の軟判定値訂正方法を用いた場合と、軟判定値を訂正しない場合（比較例）についてもシミュレーションを行い、誤り率特性の比較をした。さらに、通信方式を送信アンテナを２本、受信アンテナを２本としてＣＤＤ（サイクリック遅延ダイバーシティ）を用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式とし、サブキャリアの変調方式を１６ＱＡＭに替えて、パケット構成をデータシンボル長を６、パイロットシンボル長を２とした以外の条件は上記と同一のシミュレーション条件として、実施例１の軟判定値訂正方法を用いた場合と、軟判定値を訂正しない場合（比較例）についてもシミュレーションを行い、誤り率特性の比較をした。

上記シミュレーションの結果、図４に示すＢＥＲ特性のグラフを得た。通信方式をＭＩＭＯとした場合も、実施例１のように軟判定値を訂正することにより、比較例に対してＢＥＲ特性が改善されていることがわかる。また、サブキャリアの変調方式を１６ＱＡＭとした場合であっても、実施例１のように軟判定値を訂正することにより、比較例に対してＢＥＲ特性が改善されていることがわかる。

また、通信方式を送信アンテナを２本、受信アンテナを２本としてＣＤＤ（サイクリック遅延ダイバーシティ）を用いたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ方式とし、サブキャリアの変調方式を１６ＱＡＭに替えて、パケット構成をデータシンボル長を６、パイロットシンボル長を２とし、誤り訂正符号を、拘束長７、レート１／２の畳み込み符号とし、他のシミュレーション条件は上記と同一として、実施例１の軟判定値訂正方法を用いた場合と、軟判定値を訂正しない場合（比較例）についてもシミュレーションを行い、誤り率特性の比較をした。

シミュレーションの結果、図５に示すＢＥＲ特性のグラフを得た。このように、ＬＤＰＣ符号ではなく畳み込み符号を用いた場合であっても、実施例１のように軟判定値を訂正することにより、比較例に対してＢＥＲ特性が改善されていることがわかる。

本発明は、車車間通信などの高速フェージングの影響を受ける通信に用いることができる。

実施例１の受信装置の構成を示すブロック図。 軟判定値訂正方法の手順を示すフローチャート。 ＢＥＲ特性について示したグラフ。 ＢＥＲ特性について示したグラフ。 ＢＥＲ特性について示したグラフ。

符号の説明

１０：復調手段
２０：チャネル推定手段
３０：チャネル値保持器
４０：軟判定値訂正手段
５０：復号器

Claims (7)

1. 誤り訂正符号化された受信信号と、前記受信信号の硬判定値とから伝搬路のチャネル値を推定するチャネル推定手段と、
   前記チャネル推定手段により推定された前記チャネル値と、前記受信信号とを用いて、硬判定値と、軟判定値とを生成する復調手段と、
   前記軟判定値に、大きさが１よりも小さい重みを乗じることで、前記軟判定値を訂正する軟判定値訂正手段と、
   前記軟判定値訂正手段により訂正された前記軟判定値を用いて誤り訂正復号する復号手段と、
   を備えていることを特徴とする受信装置。
2. 前記受信信号はＯＦＤＭ信号であり、
   前記復調手段は、前記ＯＦＤＭ信号を各サブキャリアごとの受信信号に復調して、各サブキャリアごとに硬判定、軟判定を行い、
   前記チャネル推定手段は、各サブキャリアごとにチャネル値を推定し、
   前記軟判定値訂正手段は、各サブキャリアごとに前記軟判定値を訂正する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 前記受信装置は、推定した前記チャネル値を保持するチャネル値保持手段を有し、
   前記軟判定値に乗じる前記重みは、前記チャネル値保持手段により保持されたチャネル値の中で最も絶対値の小さいチャネル値である最小チャネル値の絶対値の２乗を、前記軟判定値の生成に用いた前記チャネル値の絶対値の２乗で割った値である、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の受信装置。
4. 前記誤り訂正符号は、ＬＤＰＣ符号、ターボ符号、または畳み込み符号であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の受信装置。
5. 前記受信装置は、複数の受信アンテナを有し、ＭＩＭＯ方式に用いることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の受信装置。
6. 誤り訂正符号化された受信信号と、前記受信信号の硬判定値とから伝搬路のチャネル値を推定し、
   前記チャネル値と、前記受信信号とを用いて、軟判定値を生成し、
   前記軟判定値に、大きさが１よりも小さい重みを乗じることで、前記軟判定値を訂正する、
   ことを特徴とする軟判定値訂正方法。
7. 推定した前記チャネル値を保持し、
   前記軟判定値に乗じる前記重みは、保持した前記チャネル値の中で最も絶対値の小さいチャネル値である前記最小チャネル値の絶対値の２乗を、前記軟判定値の生成に用いた前記チャネル値の絶対値の２乗で割った値である、ことを特徴とする請求項６に記載の軟判定値訂正方法。

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