JP2016111588A - 受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】誤り訂正符号と陪直交変調とを併用する通信システムにおいて、誤り訂正性能を向上して伝送される情報の誤り率を低減することの可能な受信機を得る。【解決手段】送信対象の情報が誤り訂正符号で符号化された符号化情報の系列を陪直交変調で用いられる複数の直交系列のいずれかに割り当てて生成されたシンボルを含む送信信号を受信した信号から得られる入力信号と複数の直交系列のそれぞれとの相関を、受信したシンボル単位に求める相関処理部６０と、相関処理部６０で求められた受信したシンボル単位の相関に基づいて、複数の直交系列のいずれかに割り当てられる複数の符号化情報の系列のそれぞれに対する受信したシンボルの軟判定を行う軟判定部７０と、軟判定部７０による軟判定の結果を用いて、誤り訂正符号と陪直交変調に応じてあらかじめ定められたトレリス線図に基づく復号を行って送信対象の情報を復元する復号部８０と、を備える。【選択図】 図１

Description

この発明は、誤り訂正符号と陪直交変調を連接して用いる通信システムの受信機に関する。

送信するビット列を直交系列に割り当てて伝送を行う直交変調方式は、使用する直交系列の次元が大きい場合に白色ガウス雑音伝送路におけるビット誤りを低く抑えることができ、高い電力効率が求められる通信システムにおいて特に有用な方式である。直交変調方式で用いられる直交系列は、系列同士が互いに直交するようにできれば任意のもので構成することができ、直交行列を用いて直交変調方式の直交系列を定義することが行われる。

また、直交変調方式を拡張した方式として、直交系列を直交行列とその直交行列の各要素を例えば正負反転して生成した行列とを用いて定義する陪直交変調方式（非特許文献１）がある。陪直交変調方式によれば、直交変調方式に比べて送信するビット列を割り当てる直交系列の数を２倍にできるので、１個の変調信号で送信できるビット数を2倍にすることができ、周波数利用効率を向上することが可能である。

一方、通信システムでは、伝送路などにおいて混入する雑音等によって引き起こされるビット誤りを軽減するために、畳み込み符号などの誤り訂正符号を適用することが一般的に行われている。このような誤り訂正符号は直交変調方式に対しても適用することが可能である。特許文献１には、畳み込み符号とウオルシュ直交符号（直交変調）を連接して併用する通信システムにおいて、相関検波では正しい直交符号を推定することができず、軟判定誤り訂正復号の訂正能力を超えてしまう状況においても、畳み込み符号とウオルシュ直交符号を組み合わせたトレリス線図の最尤パスを推定して復調を行うことで誤り訂正性能を向上してビット誤りを低減する受信装置が開示されている。

特開平６−２５２８７９号公報（図５）

Myong C. KIM, and Steven A. TRETTER, "Performance of sequential decoding with biorthogonal modulation and Q-level Quantization," IEEE Transaction on Communication Technology, pp.88-92, February 1971.

しかしながら、特許文献１において開示されている従来のトレリス線図に基づく復号方法は、畳み込み符号で誤り訂正符号化されたデータをウオルシュ直交符号で直交符号化した信号の復号方法であり、陪直交変調方式を用いる通信システムでは用いることはできない。このため、陪直交変調方式の通信システムにおいては、誤り訂正符号と陪直交変調を連接して併用する場合に、誤り訂正性能を向上してビット誤りを低減した良好な通信を実現することができないという問題があった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、誤り訂正符号と陪直交変調とを併用する通信システムにおいて、誤り訂正性能を向上して伝送される情報の誤り率を低減することの可能な受信機を得ることを目的とする。

この発明に係る受信機は、送信対象の情報が誤り訂正符号で符号化された符号化情報の系列を陪直交変調で用いられる複数の直交系列のいずれかに割り当てて生成されたシンボルを含む送信信号を受信した信号から得られる入力信号と複数の直交系列のそれぞれとの相関を、受信したシンボル単位に求める相関処理部と、相関処理部で求められた受信したシンボル単位の相関に基づいて、複数の直交系列のいずれかに割り当てられる複数の符号化情報の系列のそれぞれに対する受信したシンボルの軟判定を行う軟判定部と、軟判定部による軟判定の結果を用いて、誤り訂正符号と陪直交変調に応じてあらかじめ定められたトレリス線図に基づく復号を行って送信対象の情報を復元する復号部と、を備えるものである。

この発明によれば、誤り訂正符号化と陪直交変調を行って送信シンボルを生成して送信する送信機から受信した信号から得られる入力信号について、受信シンボル単位で陪直交変調の直交系列との相関を求め、求めた相関に基づいて受信シンボル単位の軟判定を行って陪直交変調のそれぞれの直交系列に対応する符号化情報の系列に対する軟判定値を求めるようにすることで、求めた軟判定値を用いて、送信機が送信した情報を送信機が行う誤り訂正符号化と陪直交変調に応じてあらかじめ定められたトレリス線図に基づいて復元することが可能となり、誤り訂正性能を向上して伝送される情報の誤り率を低減することができる。

この発明の実施の形態１に係る受信機の機能構成の一例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１の受信機に対向する送信機が送信する情報ビットを誤り訂正符号化する符号化器の一例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１の受信機に対向する送信機における直交系列に対する送信ビット系列の割り当ての一例を示す表である。 この発明の実施の形態１の受信機における基準複素相関値と受信シンボルの複素相関値の複素平面への配置の一例を示す模式図である。 この発明の実施の形態１の受信機の軟判定部が求めた軟判定値の一例を示す表である。 この発明の実施の形態１の受信機の復号部が使用するトレリス図である。 この発明の実施の形態１の受信機の直交系列への送信ビット系列の割り当ての変形例を示す表である。 この発明の実施形態２に係る受信機の直交系列への送信ビット系列の割り当ての一例を示す表である。 この発明の実施の形態２の受信機の軟判定処理を説明する模式図である。 この発明の実施の形態２の受信機の軟判定処理を説明する模式図である。 この発明の実施の形態２の受信機の軟判定部が求めた軟判定値の一例を示す表である。 この発明の実施の形態２の受信機の軟判定処理の変形例を説明する模式図である。 この発明の実施の形態２の受信機の変形例の軟判定部が求めた軟判定値の一例を示す表である。

以下、この発明を実施するための形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で参照する図面においては、同一もしくは相当する部分には同一の符号を付している。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る受信機の機能構成の一例を示すブロック図である。この実施の形態の受信機は、受信アンテナ１０、アナログ処理部２０、アナログデジタル変換（Ａ／Ｄ変換）部３０、同期推定部４０、同期補正部５０、相関処理部６０、軟判定部７０、復号部８０を備えている。

受信アンテナ１０は、対向する送信機が送信対象の情報に誤り訂正符号化と陪直交変調を行って送信した無線信号を受信する。アナログ処理部２０は、受信アンテナ１０において受信された信号に対してアナログ信号処理を行って出力する。Ａ／Ｄ変換部３０はアナログ処理部２０が処理した信号をデジタル信号に変換して出力する。

同期推定部４０は、Ａ／Ｄ変換部３０が出力した信号と同期推定部４０において予め保持しているパイロット信号とを用いて同期推定を行い、同期推定結果を出力する。同期補正部５０は、Ａ／Ｄ変換部３０が出力した信号に対して、同期推定部４０が出力する同期推定結果に基づく同期補正処理を行い、同期補正後の信号を出力する。

相関処理部６０は、同期補正部５０で同期補正された信号が入力され、入力された信号と送信機が行う陪直交変調で用いられる直交系列との相関を求める。軟判定部７０は、相関処理部６０が求めた相関に基づいて軟判定を行う。復号部８０は、軟判定部７０の軟判定結果を用いて誤り訂正復号を実施し、送信機が送信した情報を復元する。

上述のアナログ処理部２０、Ａ／Ｄ変換部３０、同期推定部４０、同期補正部５０、相関処理部６０、軟判定部７０、復号部８０はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアを用いて実現することが可能であるし、また、メモリ等の周辺回路を備えたプロセッサとプロセッサ上で実行されるプログラムとで実現することも可能である。また、ＡＳＩＣ等のハードウェアとプロセッサおよびプログラムとを組み合わせて、一部の機能をＡＳＩＣ等のハードウェアで実現し、一部の機能をソフトウェアで実現することも可能である。

次にこの実施の形態の受信機の動作を説明する。まず、この受信機が対向する送信機から受信する信号について説明する。なお、以下では送信機が送信する情報をビットで表される情報として説明することとし、送信対象の情報を情報ビットと称する。

送信機では送信する情報ビットに所定の誤り訂正符号化を行って符号化ビット（符号化情報）を生成し、符号化ビットの系列（送信ビット系列）に陪直交変調で用いる複数の直交系列のいずれかを割り当て、割り当てた直交系列に基づいて送信するシンボル（送信シンボル）を生成する。生成された送信シンボルは受信機の同期推定部４０において同期推定に用いられるのと同じパイロット信号とともに所定のフォーマットに配置され、送信フレームが生成される。そして生成された送信フレームはデジタル信号からアナログ信号に変換され、さらに高周波数帯域の信号にアップコンバートされて送信信号が生成される。そして生成された送信信号が送信機の送信アンテナから無線で送信される。

図２は誤り訂正符号化を行う符号化器の一例を示すブロック図である。図２は拘束長が３、符号化率が１／２の畳み込み符号化器の構成を示している。この符号化器によれば符号化率が１／２であるので、１ビットの情報ビットが符号化されて２ビットの符号化ビットになる。この実施の形態では、図２の符号化器によって情報ビットが誤り訂正符号化されるものとする。

陪直交変調方式は直交系列を直交行列とその直交行列の各要素の符号を反転した行列とを用いて定義することで直交変調方式を拡張した方式であるが、直交系列のうち直交行列の各要素の符号を反転した行列で定義される部分については、その元になった直交行列で定義された直交系列の信号に対して逆位相を持つ信号、すなわち、位相がπ回転した信号とみなすことができる。さらに、位相回転量をπに限定する必要はないことから、陪直交変調方式は、元となる一つの直交行列とその直交行列をあらかじめ定められた位相回転量で位相回転をした新たな直交行列とから定義される直交系列を用いて送信情報を送信する方式と一般化することができる。

また、一つの直交行列に対して位相回転量の異なる位相回転をした複数の直交行列を作成してさらに多くの直交系列を定義することも可能であり、この場合、直交行列を位相回転する位相回転量の数（種類）に応じて送信情報を割り当て可能な直交系列数が増加する。このように、陪直交変調方式は元となる直交行列の次元とその直交系列を位相回転する位相回転量の数（種類）とに応じて直交系列の数を拡張可能な変調方式である。
以降、この実施の形態では、４次元のアダマール行列に基づいた異なる４つの直交する位相状態（４種類の位相回転量）により定義される直交系列を用いて陪直交変調が行われることとして説明する。

図３はこの実施の形態で行われる陪直交変調の直交系列と送信ビット系列との対応付けの一例を示す表である。なお、図３に示す直交系列と送信ビット系列の対応付けは一例を示したものであり、必ずしもこれに限定されず、他の対応付けとしてもよい。図３に示す直交系列において、番号が１〜４の範囲の直交系列は４次元のアダマール行列で定義される直交系列を示している。また、番号が５〜８の範囲は４次元のアダマール行列を位相回転量πで位相回転した行列で定義される直交系列を示している。同様に、番号が９〜１２の範囲は位相回転量π／２で、番号が１３〜１６の範囲は位相回転量−π／２で４次元のアダマール行列を位相回転した行列で定義される直交系列をそれぞれ示している。図３においてｊは虚数単位である。

図３に示すように、この例では１６個の直交系列を定義することができ、従って、１個の直交行列に基づいて生成された１個の送信シンボルで４ビットを伝送することが可能である。すなわち、送信ビット系列は４ビットの系列となる。

受信アンテナ１０は、対向する送信機から無線で送信された、上述のように生成されたシンボルを含む送信信号を受信すると、受信信号をアナログ処理部２０に出力する。アナログ処理部２０は、受信アンテナ１０が出力した受信信号に対して所定のアナログ信号処理を行う。ここで所定のアナログ信号処理は、高周波数帯の信号を低周波数帯の信号にするダウンコンバート処理など、この実施の形態の受信機を適用する通信システムの無線方式に応じた公知の処理を行えばよい。Ａ／Ｄ変換部３０は、アナログ処理部２０で処理された信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してデジタル信号の複素ベースバンド信号を生成する。ここで複素ベースバンド信号は実軸成分と虚軸成分を有する信号である。なお、Ａ／Ｄ変換部が行うアナログデジタル変換処理は公知の方法で行えばよい。

同期推定部４０はＡ／Ｄ変換部３０が生成した複素ベースバンド信号と同期推定部４０が予め保持しているパイロット信号とを用いて所定の同期推定処理を行い、同期推定結果を同期補正部５０に出力する。ここで、同期推定処理とは周波数同期、シンボルタイミング同期、キャリア位相同期などのＡ／Ｄ変換部３０が生成した複素ベースバンド信号の同期タイミングを推定する処理であり、同期推定結果とは複素ベースバンド信号の周波数、クロックタイミング、キャリア位相などである。なお、同期推定部４０が行う同期推定処理はこの実施の形態の受信機を適用する通信システムに応じた公知の処理を行えばよい。

同期補正部５０は、同期推定部４０から入力される同期推定結果に基づいて複素ベースバンド信号の同期補正処理を行い、同期補正後の複素ベースバンド信号を出力する。ここで同期補正処理とは、周波数やクロックタイミング、キャリア位相等を補正する処理である。なお、同期補正部５０が行う同期補正処理は、この実施の形態の受信機を適用する通信システムに応じた公知の方法で行えばよい。

相関処理部６０は、同期補正部５０で同期補正された複素ベースバンド信号を入力信号とし、入力された同期補正後の複素ベースバンド信号について受信したシンボル（受信シンボル）ごとにそれぞれの直交系列との相関（複素相関値）を求める相関処理を行う。ここで複素相関値は実軸成分と虚軸成分からなる相関値である。なお、相関処理は用いている陪直交変調に応じた公知の相関処理を実施すればよい。なお相関処理は、同期補正された複素ベースバンド信号と位相回転量がゼロの直交行列で定義される直交系列（図３に示す番号１〜４の直交系列）について行えばよい。これは、位相回転量がゼロの直交行列で定義される直交系列との相関処理で得られる複素相関値が、正負および実軸虚軸成分の区別により、図３に示したその他の直交系列との相関を表すことによる。なお、相関処理の対象を位相回転量がゼロの直交行列で定義される直交系列に限定する必要はない。例えば、番号４の直交系列に替えて番号７の直交系列を相関処理の対象にするなど、位相回転の元となる直交行列において行列の要素が互いに異なる１組の直交系列を選択して相関処理を行うようにしてもよい。

図４はこの実施の形態の相関処理部６０で求められる複素相関値について説明する模式図である。図４（ａ）は図３の番号１の直交系列｛１，１，１，１｝との相関処理で得られる複素相関値を表す複素平面を示し、同様に（ｂ）は番号２の直交系列｛１，−１，１，−１｝と、（ｃ）は番号３の直交系列｛１，１，−１，−１｝と、（ｄ）は番号４の直交系列｛１，−１，−１，１｝との相関処理で得られる複素相関値を表す複素平面をそれぞれ示している。なお、図４の実軸および虚軸上に示す白丸（○）は、雑音や信号歪み等が無い条件下で送信ビット系列００００〜１１１１に対応する直交系列のシンボルを受信した場合にそれぞれ求まることが期待される理想的な複素相関値（複素相関値の基準値）を示している。以降、理想的な複素相関値のことを基準複素相関値と称する。

また、図４の黒丸（●）は、雑音等の影響を受けた入力信号（同期補正後の複素ベースバンド信号）を相関処理した場合に実際に得られる複素相関値の例を示している。なお、図４に示すのは直交系列｛１，１，１，１｝（図３の番号１）のシンボルが送信され、当該シンボルを受信機で受信した場合の複素相関値の一例を示すものとする。このとき、雑音等の影響により受信した信号が劣化していなければ得られる複素相関値は図４（ａ）の複素平面において送信ビット系列００００に対応する白丸に一致するはずであるが、ここでは雑音等の影響で複素相関値がずれた位置に観測される様子を示している。

また、雑音等の影響がなければ図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の複素平面における複素相関値はゼロであり、これらの複素平面では観測されないはずであるが、雑音等の影響によりそれぞれの複素平面においても複素相関値が得られることを示している。相関処理部６０が入力信号と相関処理の対象の各直交系列について求めた複素相関値（図４の各複素平面における複素相関値）は軟判定部７０に出力される。

軟判定部７０は、相関処理部６０から複素相関値を受け取ると、受信シンボルを単位として、各複素相関値に基づいた各送信ビット系列に対する入力信号の軟判定を行い、軟判定結果（軟判定値）を復号部８０へ出力する。ここで、軟判定部７０が行う軟判定処理を図４に例示した複素相関値が入力された場合を例にして具体的に説明する。図４の（ａ）〜（ｄ）に黒丸で示した複素相関値をそれぞれｘ０、ｘ１、ｘ２、ｘ３とし、それぞれの複素相関値の実軸成分をＲｅ［・］（例えばＲｅ［ｘ０］）、虚軸成分をＩｍ［・］（例えばＩｍ［ｘ０］）と表すこととする。

軟判定部７０は、あらかじめ図４に示す各送信ビット系列に対応する基準複素相関値を保持している。軟判定部７０は、相関処理部６０から入力される複素相関値とそれぞれの送信ビット系列に対応する基準複素相関値とについて、実軸成分または虚軸成分の符号が一致するか否かを判定する。例えば、送信ビット系列００００との軟判定値を求める場合、ｘ０の実軸成分Ｒｅ［ｘ０］の符号と、送信ビット系列００００に対応する基準複素相関値の実軸成分の符号とが一致するか否かを判定する。また、別な例として、送信ビット系列１００１との軟判定値を求める場合、ｘ１の虚軸成分Ｉｍ［ｘ１］の符号と、送信ビット系列１００１に対応する基準複素相関値の虚軸成分の符号とが一致するか否かを判定する。

そして、符号が一致した場合は符号を判定した当該複素相関値の実軸成分または虚軸成分をそのまま当該送信ビット系列に対する軟判定値として出力し、符号が不一致であった場合は当該複素相関値の実軸成分または虚軸成分の符号を反転した値を軟判定値として出力する。図４（ａ）の複素平面の場合、複素相関値ｘ０は実軸成分、虚軸成分ともに正であるので、図４（ａ）の複素平面に対応する送信ビット系列に対する軟判定値は、図５の表の（ａ）に示すようになる。同様に、図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の複素平面においても、それぞれの送信ビット系列に対する軟判定値は図５の表の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように求まる。

以上のように、軟判定部７０は同期補正後の複素ベースバンド信号から得られた複素相関値に基づいて陪直交変調で用いられる直交系列に対応付けられたそれぞれの送信ビット系列に対する軟判定を行い、軟判定値を求める。この実施の形態の場合、１６通りの送信ビット系列が存在するので，合計１６通りの軟判定をすることになる。

復号部８０は、軟判定部７０で求められた軟判定値を用いて誤り訂正復号を実施し、対向する送信機が送信した符号化ビットの系列（送信ビット系列）に対応する情報ビットを復元する。この実施の形態では、送信機が送信する情報ビットに対して図２に示した拘束長３、符号化率１／２の畳み込み符号を用いて誤り訂正符号化を行った符号化ビットからなる送信ビット系列を送信しているので、復号部８０はこれに対応したビタビ復号により誤り訂正復号を行う。具体的には、畳み込み符号の連続した２回分の状態遷移を１回にまとめたトレリス線図に基づくビタビ復号を行い、４ビットの送信ビット系列に対応する２ビットの情報ビットを復号する。

図６にこの実施の形態の復号部８０が行う誤り訂正復号のトレリス線図の一部を示す。図６に示すのは、この実施の形態のトレリス線図の１回分の状態遷移（畳み込み符号の符号化器の２回分の内部状態の遷移）を抜き出したものである。なお、各ブランチに付したスラッシュ”／”で区切られた２ビットと４ビットのビット値は、それぞれ符号化器に入力される情報ビットと符号化器から出力される符号化ビット（送信ビット系列）の対応を示している。図６のトレリス線図からわかるように、１回の状態遷移あたりのブランチ数は１６であり、各ブランチは１個のシンボルで伝送される送信ビット系列と一対一に対応する。

復号部８０は、軟判定部７０で求められた軟判定値を、図６のトレリス線図の各ブランチに割り当て、ビタビアルゴリズムを用いてもっとも確からしいパスを選択する。受信シンボルの軟判定値とトレリス線図に基づいてビタビアルゴリズムにより最も確からしいパスを選択する処理は公知の技術を用いて行えばよい。そして、復号部８０は最終的に選択された最も確からしいパスに基づいて情報ビットを復元する。

以上のようにこの実施の形態の受信機によれば、送信対象の情報が誤り訂正符号化された符号化情報の系列を陪直交変調で用いられる複数の直交系列のいずれかに割り当てて生成されたシンボルを含む、対向する送信機からの信号を受信した信号から得られた入力信号について、受信したシンボル単位にそれぞれの直交系列との相関を求める相関処理部と、相関処理部で得られた相関に基づいて、直交系列に割り当てられるそれぞれの符号化情報の系列に対する受信したシンボルの軟判定を行う軟判定部と、軟判定部におけるそれぞれの符号化情報の系列に対する軟判定の結果を用いて、送信機が送信した送信対象の情報を送信機で用いられる誤り訂正符号と陪直交変調に応じてあらかじめ定められたトレリス線図に基づいて復元する復号部と、を備えるようにした。

これにより誤り訂正符号化と陪直交変調が行われる場合にも、陪直交変調で用いられる直交系列に対応付けられたそれぞれの符号化情報の系列に対する受信したシンボルの軟判定値を得ることができ、陪直交変調のシンボルを単位としてトレリス線図に基づく復号を行うことが可能となる。これにより、誤り訂正符号と陪直交変調が併用される通信システムにおいて、受信機における誤り訂正性能を向上することができる。

また、相関処理部が行う相関処理は、陪直交変調で用いられる直交系列のうち、位相回転の元となる直交行列において行列の要素が互いに異なる１組の直交系列（上述の例では位相回転量がゼロで、元となるアダマール行列そのものから定義された直交系列とした）についてそれぞれの直交系列と受信したシンボルの複素相関値を求め、軟判定部は、相関処理部が求めたそれぞれの複素相関値の実軸および虚軸の値から陪直交変調で用いられるそれぞれの直交系列に対応する符号化情報の系列に対する受信したシンボルの軟判定値を求めるようにすることで、相関処理量を削減することが可能である。

なお、上述の実施の形態１では、陪直交変調で用いる直交系列をアダマール行列に基づいて構成したが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、直交行列の一種である離散フーリエ変換行列に基づいて構成してもよい。この場合、離散フーリエ変換行列の各行は互いに直交する複素正弦波を要素に持つので、受信機の相関処理部は離散フーリエ変換をおこなうことで複素相関値を求めることができる。

また、実施の形態１では、陪直交変調で用いられる直交系列を４次元の直交行列に基づいて構成するようにしたが、通信システムに対する要求条件に応じて任意の次元の直交行列に基づいて構成するようにしてもよい。例えば、８次元のアダマール行列と異なる４つの位相状態とから構成した直交系列と送信ビット系列との対応付けの一例を図７に示す。

図７に示す直交系列において、番号１〜８は８次元のアダマール行列で定義される直交系列を、番号９〜１６は８次元のアダマール行列を位相回転量πで位相回転した行列で定義される直交系列を、番号１７〜２４は８次元のアダマール行列を位相回転量π／２で位相回転した行列で定義される直交系列を、番号２５〜３２は８次元のアダマール行列を位相回転量−π／２で位相回転した行列で定義される直交系列をそれぞれ示している。この例では、８次元の直交行列を用いるようにして４つの位相状態と組み合わせることで３２個の直交系列を定義することができ、１個の送信シンボルで５ビットを伝送することが可能である。

このような場合でも相関処理部において８次元のアダマール行列を用いて８通りの複素相関値を算出し、軟判定部において基準複素相関値と比較することで、受信シンボル単位に軟判定処理をすることができる。そして復号部では、５ビットの連続した符号化ビットを１個のブランチに割り当てられるように連続する複数の状態遷移を１回にまとめたトレリス線図を用いてビタビ復号をすればよい。なお、符号化率１／２の畳み込み符号では、１回の状態遷移で２ビットの符号化ビットが生成されるので、５ビットの符号化ビットを１個のブランチに割り当てるには、連続する５回分の状態遷移を１回にまとめて１０ビットの符号化ビットが１回の状態遷移で表現されるようにすればよい。このように連続する２シンボル分の軟判定を単位としてトレリス線図のブランチに割り当てることで、ビタビアルゴリズムを用いた誤り訂正復号処理を実現できる。

また、この実施の形態では陪直交変調で用いられる直交系列を直交行列と４種類の位相回転量で構成する場合を説明したが、直交する系列を構成することができれば、位相回転量を４種類に限定するものではない。例えば、２種類の位相回転量を用いるようにして、元となる４次元のアダマール行列と、位相回転量πが与えられた行列とで直交系列を定義した場合、軟判定部は複素平面の実軸上の基準複素相関値に対する軟判定を行えばよいことになる。また、１シンボル当たり３ビットの符号化ビットを伝送可能なため、復号部はそれに対応したトレリス線図に基づいて復号すればよい。

また、この実施の形態では送信機において生成された送信シンボルがパイロット信号と多重されて送信フレームを構成するようにしたが、例えば、あらかじめ定められたパターンで送信シンボルの順序を入れ替えるインタリーバを介した後に、パイロット信号と多重化されて送信フレームを構成するようにしてもよい。この場合、受信機では送信機側で行われた順序入れ替えと逆の順序で受信シンボルを入れ替えてから復号するようにする。これにより、フェージング等で連続的に通信環境が悪くなるような場合における、通信品質劣化を抑圧することができるという効果を享受できる。

なお、本実施の形態では、軟判定部において相関処理部が求めた複素相関値と基準複素相関値とを実軸または虚軸において比較して、符号が一致する場合は当該送信ビット系列に対する軟判定値を複素相関値の実軸または虚軸の値とし、符号が一致しない場合は当該送信ビット系列に対する軟判定値を複素相関値の実軸または虚軸の値に対して符号を逆転させた値としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、複素相関値と基準複素相関値とを実軸および虚軸の双方において比較した際に、符号が一致しない場合は当該送信ビット系列に対する軟判定値をゼロ（無効な値）としてもよい。この場合、復号部の誤り訂正性能は劣化するが、復号処理を簡易化することができる。

実施の形態２．
実施の形態１は陪直交変調で用いられる直交系列を４種類の位相回転量を用いて構成する形態を説明したが、実施の形態２では８種類の位相回転量で直交系列を構成する形態について説明する。この実施の形態の受信機の構成は図１に示した実施の形態１の受信機と同様である。

次に動作を説明する。実施の形態１の受信機は、対向する送信機において図３に示す陪直交変調方式の直交系列に送信ビット系列が割り当てられて生成された送信シンボルを受信したが、この実施の形態の受信機は、図８に例を示す直交系列に送信ビット系列が割り当てられて生成された送信シンボルを受信する。なお、図８に示す直交系列と送信ビット系列の対応付けは一例であり、この発明はこれに限定されるものではなく、他の対応付けとしてもよい。

図８において、番号１〜２の直交系列は２次元のアダマール行列で定義される直交系列を示し、番号３〜４の直交系列は２次元のアダマール行列を位相回転量π／４で位相回転した行列で定義される直交系列を示している。同様に、番号５〜６の直交系列は位相回転量π／２、番号７〜８の直交系列は位相回転量３π／４、番号９〜１０の直交系列は位相回転量π、番号１１〜１２の直交系列は位相回転量−３π／４、番号１３〜１４の直交系列は位相回転量−π／２、番号１５〜１６の直交系列は位相回転量−π／４、で２次元のアダマール行列をそれぞれ位相回転した行列で定義される直交系列を示している。

図８に示すように、この例では１６個の直交系列を定義することができ、従って、１個の直交行列に基づいて生成された１個の送信シンボルで４ビットを伝送することが可能である。すなわち、送信ビット系列は４ビットの系列である。

この実施の形態の受信機の動作は、受信アンテナ１０、アナログ処理部２０、Ａ／Ｄ変換部３０、同期推定部４０、同期補正部５０、相関処理部６０の処理は実施の形態１と同様である。なお、この実施の形態では位相回転量がゼロの直交系列は２個であるので、２個の複素相関値を求めることになる。

この実施の形態の軟判定部７０は、異なる８つの位相回転量に対応する直交系列にそれぞれ割り当てられる送信ビット系列に対する受信シンボルの軟判定を実施する。この実施の形態の軟判定部７０は、図９に示すように基準複素相関値を保持する。図９（ａ）は直交系列｛１，１｝に対応する基準複素相関値を表す複素平面を示し、図９（ｂ）は直交系列｛１，−１｝に対応する基準複素相関値を表す複素平面を示す。図４と同様に白丸（○）で各送信ビット系列の直交系列に対応する基準複素相関値を示している。

また図９には図４と同様に、相関処理部６０で求められた複素相関値の一例を黒丸（●）で示している。なお、ここでは送信シンボルが送信ビット系列００００に対応するシンボルであった場合を仮定しており、図９（ａ）には送信ビット系列００００に対応する基準輻輳相関値に近接した位置に複素相関値が存在し、図９（ｂ）はゼロに近接した位置に複素相関値が存在する。図９（ａ）、（ｂ）において基準複素相関値が実軸上または虚軸上に位置する直交系列のシンボル、すなわち送信ビット系列００００、０１００、１０００、１１００、０００１、０１０１、１００１、１１０１に対応するシンボルの軟判定は、実施の形態１の軟判定部７０の処理と同等の処理で行うことが可能である。

一方、基準複素相関値が実軸上または虚軸上に位置しないシンボル、すなわち、送信ビット系列００１０、０１１０、１０１０、１１１０、００１１、０１１１、１０１１、１１１１に対応するシンボルの軟判定については、軟判定部７０は、相関処理部６０で求められた複素相関値と基準複素相関値に対して−π／４の位相回転を行い、位相回転後の複素相関値と基準複素相関値について軟判定を行う。なお、基準複素相関値については、位相回転後の値を軟判定部７０が保持するようにすることも可能である。図１０（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図９（ａ）、（ｂ）に例示した基準複素相関値と複素相関値に対して−π／４の位相回転を行った位相回転後の基準複素相関値を示す図である。

図９と図１０を比較するとわかるように、図１０では、−π／４の位相回転前では実軸上あるいは虚軸上になかった基準相関値が位相回転後では実軸上あるいは虚軸上に位置することになる。したがって、位相回転後の基準複素相関値と複素相関値を用いることで、実施の形態１と同様の処理により軟判定を行うことが可能になる。図９の（ａ）、（ｂ）に示した複素相関値をそれぞれｙ０、ｙ１とし、図１０（ａ）、（ｂ）に示す−π／４の位相回転後の複素相関値をそれぞれｚ０、ｚ１としたとき、各送信ビット系列に対する受信したシンボルの軟判定結果は図１１に示す通りである。

以降、復号部８０は軟判定部７０で求められた軟判定値に基づいて実施の形態１と同様の復号処理を行って送信機が送信した情報ビットを復元する。

なお、上述の実施の形態２の説明では、軟判定部７０における位相回転の位相回転量を−π／４としたが、これは陪直交変調方式の直交系列を定める際の位相回転量に応じて定まるものである。例えば位相回転量が単位円上でπ／８間隔に１６通りである場合には、軟判定部７０で行う位相回転の位相回転量を−π／８、−π／４、−３π／８の３通りで行うようにすればよい。

また、上述の実施の形態２の説明では、軟判定部７０における位相回転の位相回転量を−π／４というようにマイナス方向に定義したが、必ずしもその必要性は無く、例えば、π／４としてもよい。図９（ａ）、（ｂ）に示した基準複素相関値と複素相関値をπ／４位相回転した場合の複素平面を図１２（ａ）、（ｂ）に示す。このとき、複素相関値ｙ０、ｙ１をπ／４位相回転した値をｗ０、ｗ１とすると、位相回転前では実軸上または虚軸上に存在しない基準複素相関値に対応する直交系列に対する受信したシンボルの軟判定値は図１３に示す通りである。

以上のように、この実施の形態の受信機によれば、誤り訂正符号と陪直交変調を行って生成された送信シンボルを含む、対向する送信機からの信号を受信した信号から得られた入力信号について、受信したシンボル単位にそれぞれの直交系列との相関を求める相関処理部と、相関処理部で求められた相関値と当該相関値を位相回転した相関値に基づいてシンボル単位の軟判定を行って陪直交変調のそれぞれの直交系列に対する軟判定値を求める軟判定部と、軟判定部において求められたそれぞれの直交系列に対する軟判定値に基づいて、送信機で用いられる誤り訂正符号と陪直交変調に応じてあらかじめ定められたトレリス線図の最尤パスを求めることで送信機が送信した情報を復元する復号部と、を備えるようにした。これにより、陪直交変調方式の直交系列を定義する際の位相回転量の粒度がπ／２よりも小さい場合にも、実施の形態１の受信機と同様に受信機における誤り訂正性能を向上することができる。

１０ 受信アンテナ、２０ アナログ処理部、３０ アナログデジタル変換部、４０ 同期推定部、５０ 同期補正部、６０ 相関処理部、７０ 軟判定部、８０ 復号部。

Claims (5)

1. 送信対象の情報が誤り訂正符号で符号化された符号化情報の系列を陪直交変調で用いられる複数の直交系列のいずれかに割り当てて生成されたシンボルを含む送信信号を受信した信号から得られる入力信号と前記複数の直交系列のそれぞれとの相関を、受信したシンボル単位に求める相関処理部と、
   前記相関処理部で求められた受信したシンボル単位の前記相関に基づいて、前記複数の直交系列のいずれかに割り当てられる複数の前記符号化情報の系列のそれぞれに対する前記受信したシンボルの軟判定を行う軟判定部と、
   前記軟判定部による軟判定の結果を用いて、前記誤り訂正符号と前記陪直交変調に応じてあらかじめ定められたトレリス線図に基づく復号を行って前記送信対象の情報を復元する復号部と、
   を備えることを特徴とする受信機。
2. 前記複数の直交系列は直交行列と当該直交行列を位相回転した行列とから定義され、
   前記相関処理部は、前記複数の直交系列のうち、位相回転の元となる前記直交行列において行列の要素が互いに異なる１組の直交系列について前記相関を求め、
   前記軟判定部は、前記相関処理部が求めた前記１組の直交系列についての前記相関の実軸成分および虚軸成分に基づいて、前記複数の符号化情報の系列のそれぞれに対する前記軟判定の結果である軟判定値を求める、
   ことを特徴とする請求項１に記載の受信機。
3. 前記軟判定部は、前記複数の符号化情報の系列のそれぞれに対応する相関の基準値を保持し、
   前記軟判定の対象の前記符号化情報の系列に対応する前記基準値が実軸の値である場合、当該基準値と前記相関処理部で求めた前記相関の実軸成分の正負が一致すれば当該実軸成分を、正負が一致しなければ当該実軸成分の正負を反転した値を、対象の前記基準値に対応する前記符号化情報の系列に対する前記軟判定値とし、
   前記軟判定の対象の前記符号化情報の系列に対応する前記基準値が実軸の値である場合、当該基準値と前記相関処理部で求めた前記相関の虚軸成分の正負が一致すれば当該虚軸成分を、正負が一致しなければ当該虚軸成分の正負を反転した値を、対象の前記基準値に対応する前記符号化情報の系列に対する前記軟判定値とする、
   ことを特徴とする請求項２に記載の受信機。
4. 前記軟判定部は、前記基準値と前記相関処理部で求めた前記相関の実軸成分または虚軸成分の正負が一致しない場合には、当該基準値に対応する前記符号化情報の系列に対する前記軟判定値を無効な値にすることを特徴とする請求項３に記載の受信機。
5. 前記相関処理部は、前記１組の直交系列について求めた前記相関をあらかじめ定められた位相回転量で位相回転し、当該求めた相関が実軸上または虚軸上に表される複素平面において実軸または虚軸のいずれかの軸上以外の位置に表される前記直交系列についての前記相関を、前記位相回転した相関に基づいて求めることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の受信機。

Images