JP2693488B2

JP2693488B2 - ダイバーシチ受信方式

Info

Publication number: JP2693488B2
Application number: JP63142412A
Authority: JP
Inventors: 睦芹澤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-06-09
Filing date: 1988-06-09
Publication date: 1997-12-24
Anticipated expiration: 2012-12-24
Also published as: JPH01311642A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、例えばパケットを送受信するディジタルパ
ケット無線通信等に適用され、複数の受信チャンネルを
介して最良の無線信号を受信するダイバーシチ受信方式
に関する。

（従来の技術）無線通信は、移動無線、放送等の多くの分野で有効に
利用されているが、最近において移動体との間で無線回
線を介してディジタル通信、特にパケット通信を行う需
要が増大している。

ところで、無線回線では、レイリーフェージングがあ
るため、このフェージングによる劣化を防止するため
に、複数のアンテナを設けて無線信号を受信し、そのう
ちの最も強いパワーで受信したアンテナの出力を選択す
るダイバーシチ技術が従来から一般に使用されている。

無線でパケット通信を行う場合には、アロハ方式やス
ロット付アロハ方式等が多くの加入者を収容できるので
有効であるが、これの方式はランダムアクセスであるた
め、複数の信号が衝突することがあり、これにより衝突
した両方のパケットの受信は不能となり、再送すること
が必要となる。しかしながら、無線では、レイリーフェ
ージングの影響によってその受信不能状態は異なり、場
合によっては衝突してもパケットの受信が成功すること
がある。これについては、例えば雑誌IEEE,J−SAC,Vol.
SAC−5,No.2,p261−269,1987年２月、「レイリーフェー
ジング・チャンネルにおけるスロット付アロハ方式の容
量（Capacity of Slotted ALOHA in Rayleigh−Fading
Channels）」に詳しく記載されている。

無線回線において、レイリーフェージングによる劣化
を防止するには、前述したようにダイバーシチ受信方式
を使用することが有効であるが、この場合従来の方法で
は、複数のアンテナを設けて無線信号を受信し、複数の
アンテナのうち最も強いパワーで受信したアンテナの出
力を選択して使用するという方法が取られている。

（発明が解決しようとする課題）上述した従来のダイバーシチ受信方式では、複数のア
ンテナで受信した出力パワーが最も大きい信号を選択し
て受信しているが、２つ以上のパケットが衝突した場合
には、誤選択する可能性があり、従来のダイバーシチ受
信方式を例えばランダムアクセス型パケット通信方式に
適用した場合には必ずしもダイバーシチが通信効率を向
上するように動作せず、スループットが効率良く上がら
ないという問題がある。

具体的に説明すると、例えば２本のアンテナ1,2に２
つのパケットa,bが同一スロットを介して到着した結
果、アンテナ１はパケットａを10mW、パケットｂを10mW
で受信し、合計で20mWとし、またアンテナ２はパケット
ａを1mW、パケットｂを10mWで受信し、合計で11nWとす
ると、従来のダイバーシチ受信方式では受信パワーが大
きいアンテナ１の出力を選択してしまうことになるが、
この場合干渉の影響でいずれのパケットa,bも受信不可
能となってしまうという問題がある。しかしながら、こ
の場合、仮りにアンテナ２の出力を選択したとすると、
アンテナ２で受信したパケットｂのパワーはパケットａ
のパワーに比較してかなり大きいので、パケットｂを極
めて高い確率で受信することができる可能性がある。す
なわち、従来方式では、アンテナ２の出力を選択すれば
よいにも拘わらず、アンテナ１の出力を選択してしまう
ために、システムの効率低下が大きいという問題があっ
た。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、この目的と
するところは、パケットの衝突等があってもダイバーシ
チによる選択を適確に行い、無線通信システムのスルー
プットを大幅に向上し得るダイバーシチ受信方式を提供
することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、第１の発明は、ダイバーシ
チ受信方式において、複数のアンテナと、該各アンテナ
毎に設けられ、各アンテナを介して受信した信号を検波
する複数の検波回路と、該各検波回路に対応して設けら
れ、各検波回路の検波出力信号についてのデータの判読
を行う複数の判読回路と、該各判読回路に対応して設け
られ、前記検波出力信号と前記判読回路の出力信号との
差成分の電力を求める干渉波電力算出回路と、該干渉波
電力算出回路の出力信号が小さいとき大きな尤度を出力
し、大きいとき小さな尤度を出力する変換回路とで構成
された複数の尤度算出回路と、略各尤度算出回路によっ
て出力された各尤度のうち最も大きい尤度に対応する受
信信号を選択する選択回路とを有することを特徴とす
る。

また、第２の発明は、同じくダイバーシチ受信方式に
おいて、誤り訂正符号化されたデジタル変調信号を受信
する複数のアンテナと、該各アンテナ毎に設けられ、各
アンテナを介して受信した信号を検波する複数の検波回
路と、該各検波回路に対応して設けられ、各検波回路の
検波出力信号についてのデータの判読を行い判定データ
を出力する複数の判読回路と、該各判読回路に対応して
設けられ、前記判定データを基に復号して送信データを
得る復号器と、該復号器の出力信号を再符号化する符号
化器と、該符号化器の符号化出力データと前記検波出力
信号との相関により尤度を算出する相関回路とで構成さ
れた複数の尤度算出回路と、該各尤度算出回路に対応し
て設けられ、尤度算出回路によって算出された各尤度の
うち最も大きい尤度に対応する受信信号を選択する選択
回路とを有するとを特徴とする。

（作用）上記のように第１の発明に係るダイバーシチ受信方式
は、尤度算出回路に干渉波電力算出回路と変換回路とを
設け、干渉波電力算出回路の出力が小さいときは大きな
尤度を、また逆に出力が大きいときは小さな尤度を出力
し、選択回路において、最も大きな尤度に対応する受信
信号を選択するので、干渉がより少なく、また誤り率が
小さい出力信号が選択され、通信効率を高めることがで
きる。

また、第２の発明に係るダイバーシチ受信方式も、尤
度算出回路に相関回路を設け、符号化出力データと検波
出力データとの相関により尤度を算出し、選択回路にお
いて、最も大きな尤度に対応する復号データを選択する
ので、干渉がより少なく、また誤り率が小さい出力信号
が選択され、同様に通信効率を高めることができる。

（実施例）以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るダイバーシチ受信方
式のブロック図である。同図に示すダイバーシチ受信方
式は、複数のアンテナ1,2と、これらの各アンテナ１、
２に対応してそれぞれ接続された複数の受信器11,12
と、これらの複数の受信器11,12の出力信号のうちいず
れかの出力信号を選択する選択回路13とから構成されて
いる。

また、各受信器11,12は、同じ構成のものであり、ア
ンテナ1,2で受信した無線信号を検波する検波回路３
と、該検波回路３の出力信号を判定する判読回路を構成
する判定回路５と、該判定回路５の入力信号および出力
信号を入力して尤度を算出する尤度算出回路７とから構
成されている。選択回路13は、受信器11または12のいず
れの出力信号を選択するか切り替え動作を行うスイッチ
15と、受信器11,12の各尤度算出回路７からの各尤度を
比較し、この比較結果に基づいて前記スイッチ15を制御
し、尤度の大きい方の受信器11,12の出力信号を選択す
るための比較回路17とから構成されている。

また、受信器11,12の尤度算出回路７は、第２図に更
に詳しく示すように、判定回路５の入力信号と出力信号
との差信号を算出する減算回路21と、絶対値の自乗、す
なわち電力を算出する電力算出回路23と、累積回路25
と、累積値に基づいて累積値に反比例する尤度を算出す
る変換テーブル27とから構成されている。

次に、第１図および第２図に示すように構成されるダ
イバーシチ受信方式の作用を第３図（ａ），（ｂ）に示
す波形図を参照して説明する。

第３図（ｂ）はアンテナ１で受信した信号に対する各
部の波形を示し、第３図（ｂ）はアンテナ２で受信した
信号に対する各部の波形を示している。なお、同図にお
いては、両アンテナ1,2で受信されたパケットa,bは同相
で重畳されたものとして説明されている。

前述したように、アンテナ１はパケットａを10mW、パ
ケットｂを10mWで受信し、またアンテナ２はパケットａ
を1mW、パケットｂを10mWで受信し、これらの各ベース
バンド受信波形がそれぞれ第３図（ａ），（ｂ）の
（イ），（ロ）に示すものであるとすると、これらの重
畳された波形である和のパケット（ａ＋ｂ）がアンテナ
1,2を介して受信器11,12の検波回路３から第３図
（ａ），（ｂ）の（ハ）に示すような波形の検波出力信
号（ａ＋ｂ）が前記判定回路５および尤度算出回路７に
入力され、判定回路５からは第３図（ａ），（ｂ）の
（ニ）に示すような信号が出力され、尤度算出回路７に入力される。この判定回
路５からの出力信号は第３図（ａ）の（ニ）に示すアンテナ１で受信したも
のの場合にはパケットｂと異なるものであるが、第３図
（ｂ）の（ニ）に示すアンテナ２で受信したものの場合
にはパケットｂとほぼ等しいものとなっている。

尤度算出回路７は、第３図（ａ），（ｂ）の（ハ）
（ニ）にそれぞれ示す検波出力信号（ａ＋ｂ）および判
定回路５の出力信号を入力されるが、これらの信号は尤度算出回路７の減算
回路21によって減算され、第３図（ａ），（ｂ）の
（ホ）に示す差信号がそれぞれ出力される。この両差信号を比較するとわか
るように、アンテナ２からの受信信号を処理した差信号
の方が小さいことがわかる。従って、更に明確にするた
めに、受信器11,12の各減算回路21からの各差信号は電
力算出回路23で電力、すなわち干渉波電力が算出され
る。この干渉波電力は第３図（ａ），（ｂ）の（ヘ）で
示すようになり、この波形からアンテナ２で受信した方
が干渉波電力が小さく、アンテナ１で受信した方が大き
いことがわかる。すなわち、アンテナ１で受信したよう
にパケットa,bを比較的大きな10mWで重畳して受信した
場合に比較して、アンテナ２で受信したようにパケット
ｂのパワー10mWに比較してパケットａのパワーは1mWと
かなり小さいというように全体としては小さな受信電力
であるが、比較的大きな差がある場合には、干渉波電力
は小さくなり、尤度が高いということができるのであ
り、これに対してアンテナ１の方は全体の受信電力は大
きい場合には、干渉波電力も大きくなり、尤度が低くな
るのである。

上記実施例では、パケットa,bの２波が同相で重畳さ
れた場合を例にとって説明したが、本発明はパケットa,
bの２波が同相で重畳されたものでない一般的な場合に
も同様に適用できるものである。

従って、上述したように、干渉波電力を算出した後
は、この電力を累積回路25で累積し、この累積値を求
め、変換テーブル27を使用して、干渉波電力の累積値が
大きい場合には、小さい尤度を出力し、累積値が小さい
場合には、大きな尤度を算出する。この尤度は、各受信
器11,12の尤度算出回路７から前記選択回路13の比較回
路17に供給され比較される。この結果、アンテナ２に関
連する受信器12の尤度算出回路７からの尤度の方が受信
器11の尤度算出回路７からの尤度よりも大きい場合に
は、該比較回路17の出力信号により受信器12の受信出力
を選択するようにスイッチ15が制御され、該スイッチ15
を介して受信器12からの受信信号が出力されるのであ
る。

この結果、上述したアンテナ２の場合のように合計の
電力は小さいが、干渉が少ないため、尤度が高い受信信
号が選択されることにより、従来のように受信パワーで
選択したことをにより受信不能を発生したり、または誤
り率が大きくなるということが防止され、通信効率を向
上することができるのである。

第４図は本発明の他の実施例に係るダイバーシチ受信
方式の要部を示すブロック図である。

同図に示すダイバーシチ受信方式は、送信側で予め誤
り訂正符号化したデータを送信するものであり、受信器
側ではアンテナ31で受信した信号を検波器33で検波し、
この検波信号を判定回路35で判定した後、この判定回路
の出力信号を尤度算出回路37に供給して尤度を算出する
ものである。この尤度算出回路37は復号回路39と尤度演
算回路41とを有し、復号回路39から復号データが出力さ
れ、尤度演算回路41から尤度が出力されている。なお、
誤り訂正符号は例えばたたみ込み符号であり、復号回路
39はViterbi復号であって、尤度算出回路41はViterbi復
号器の複数のACS（Add Compare Select）回路の各々に
蓄積された複数のパスメトリック（path metric）の各
シンボル復号ごとの最大値を積分または低域成分抽出し
たものである。

ところで、前述した第１図の実施例では、判定回路５
の出力に対する尤度を求めたが、第４図に示すように誤り訂正
技術を導入して、送信データｂに対する尤度を算出する
ことにより、更に有効にダイバーシチ選択を行うことが
できるのである。すなわち、この時、送信時に誤り訂正
符号化と、判定値（ａ＋ｂ）を複号して送信データを求め、これを再度復号化してを求めた後、と（ａ＋ｂ）の差電力またはと（ａ＋ｂ）の相関値を求め、これを基に尤度を算出す
ることができるのである。

第５図は本発明の別の実施例を示すブロック図であ
る。同図の実施例は、判定回路として軟判定を行う軟判
定回路43を使用し、これにより尤度を更に正確に算出す
るものである。

なお、軟判定とは、例えば受信信号の1,0等の論理レ
ベルを判定するに当たって、通常の硬判定のように受信
信号を所定のしきい値と比較し、このしきい値より大き
いかまたは小さいかにより受信信号の論理レベルが１で
あるか０であるかを単に判定するのでなく、受信信号と
しきい値との関係から受信信号が例えば確実に論理レベ
ルの１であるか、確実に０であるか、やや１であるか等
のように論理レベルの１または０である「確率」をもっ
て、例えば70％の確率で論理レベルの１であり、また30
％の確率で論理レベルの０であるというように判定する
ものである。また、複数のビットからなる信号の場合に
は、各ビット毎に軟判定した確率から全ビットについて
の総合的確率を算出し、この総合的確率から複数のビッ
トからなる信号を判定するものである。従って、通常の
硬判定に比較して、更に正確な判定を行うことができる
ので、この軟判定された信号を使用することにより尤度
を更に正確に算出することができるものである。

第６図は本発明の更に他の実施例の全体構成図であ
る。同図は、前述したようにアンテナから受信した信号
の尤度を算出する受信器を符号51,53,55,57で示すよう
に複数設け、この複数の受信器51〜57の各々からの各受
信信号および尤度を選択装置59に供給し、この選択装置
59において尤度が最も高い受信信号を選択するように構
成したものであり、論理的に離れた位置にある複数のア
ンテナからの出力を適宜選択するように構成したいわゆ
るマクロスコピックダイバーシチに応用したものである
（IEEE,GCOM（グローバル・コミュニケーション・カン
ファレンス）,1985年,32−７参照）。このような構成の
ものはシャドウイング（Shadowing）等に有効である。

第７図は本発明の更に別の実施例を示す構成図であ
る。同図は送信装置61と受信装置63とを示し、送信装置
61においては送信データ65を誤り訂正符号化器66で予め
誤り訂正符号化し、この符号化された信号は変調器67で
搬送波を変調し、アンテナ68から送信している。また、
受信装置63は、送信装置61からの送信信号を受信する複
数のアンテナ71,72および各アンテナに対応してそれぞ
れ受信器73,74を有し、各受信器73,74で算出した尤度を
受信信号の復号データとともに選択回路75に供給し、尤
度が最も高い受信信号を選択して出力している。なお、
選択回路75は第１図の前記選択回路13と同様にスイッチ
76と比較回路77で構成されている。

各受信器73,74は、アンテナ71,72で受信した信号を検
波回路81で検波し、この検波回路の出力を相関回路85に
供給するとともに、判定回路82に供給し、判定回路82の
出力を復号回路83で復号し、復号回路83の出力を再符号
化回路84で再度符号化して相関回路85に供給し、相関回
路85において検波回路81の出力と再符号化回路84の出力
との相関に基づいて尤度を算出している。

このように各受信器73,74で得られた各尤度および各
復号データが前記選択回路75に供給され、尤度が最も高
い復号データが選択されて出力されるようになってい
る。

なお、上記実施例における相関演算の代わりに、干渉
波電力を算出し、この電力をもとに尤度を求める変換テ
ーブルを使用して構成してもよい。この場合、干渉波電
力が大きいとき尤度が小さくなるような変換テーブルに
設定することが必要なことは勿論である。

第８図は本発明のまた更に他の実施例のシステム構成
図である。同図の実施例は、前述した第１図，第２図，
第４図，第５図，第７図に示すダイバーシチ受信方式を
ランダムアクセス型無線パケットに応用したものであ
り、２つの送信局91,92から受信局99にパケットデータ
を送信するものである。受信局99は送信局91,92からの
送信信号を受信する２つのアンテナ94,95と、各アンテ
ナに対応した受信器96,97と、各受信器96,97で判定した
判定データおよびその尤度を供給され、もっとも高い尤
度の復号データを選択する選択回路98とから構成されて
いる。このように本発明のダイバーシチ受信方式をラン
ダムアクセス型無線パケットに適用することによりパケ
ットが衝突しても誤りが少なく、信頼性が高いパケット
を選択して受信することができる。なお、この場合、受
信局99のアンテナ94および受信器96からは送信局92から
送信されたパケットが高い尤度で得られ、またアンテナ
95および受信器97からは送信局91から送信されたパケッ
トが高い尤度で得られる場合があるが、この場合には両
方のパケットとも受信されたものとして両方を出力して
もよい。

なお、上記実施例では、無線パケットを中心に説明し
たが、一般の回線交換型のものに利用してもよい。この
場合、特に、初期回線接続手続きにおいて有効である。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、複数のアンテ
ナで受信した各受信信号の確からしさを示す尤度をそれ
ぞれ算出し、この複数の尤度のうち最も高い尤度に対応
する受信信号を選択しているので、例えばランダムアク
セス型無線パケット通信方式においてパケットが衝突し
たとしても、信号そのものの確度に直接依存する尤度に
基づいてダイバーシチ選択を適確に行い、該通信システ
ムのスループットを大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るダイバーシチ受信方式
の構成を示すブロック図、第２図は第１図のダイバーシ
チ受信方式に使用される受信器の詳細なブロック図、第
３図（ａ），（ｂ）は第１図のダイバーシチ受信方式の
作用を示す各信号の波形図、第４図は本発明の他の実施
例のブロック図、第５図は本発明の別の実施例のブロッ
ク図、第６図は本発明の更に他の実施例のブロック図、
第７図は本発明の更に別の実施例のブロック図、第８図
は本発明のまた更に他の実施例のブロック図である。 1,2……アンテナ、３……検波回路、５……判定回路、７……尤度算出回路、 11,12……受信器、 13……選択回路、 15……スイッチ、 17……比較回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のアンテナと、該各アンテナ毎に設けられ、各アンテナを介して受信し
た信号を検波する複数の検波回路と、該各検波回路に対応して設けられ、各検波回路の検波出
力信号についてのデータの判読を行う複数の判読回路
と、該各判読回路に対応して設けられ、前記検波出力信号と
前記判読回路の出力信号との差成分の電力を求める干渉
波電力算出回路と、該干渉波電力算出回路の出力信号が
小さいとき大きな尤度を出力し、大きいとき小さな尤度
を出力する変換回路とで構成された複数の尤度算出回路
と、略各尤度算出回路によって出力された各尤度のうち最も
大きい尤度に対応する受信信号を選択する選択回路とを
有することを特徴とするダイバーシチ受信方式。
【請求項２】誤り訂正符号化されたデジタル変調信号を
受信する複数のアンテナと、該各アンテナ毎に設けられ、各アンテナを介して受信し
た信号を検波する複数の検波回路と、該各検波回路に対応して設けられ、各検波回路の検波出
力信号についてのデータの判読を行い判定データを出力
する複数の判読回路と、該各判読回路に対応して設けられ、前記判定データを基
に復号して送信データを得る復号器と、該復号器の出力
信号を再符号化する符号化器と、該符号化器の符号化出
力データと前記検波出力信号との相関により尤度を算出
する相関回路とで構成された複数の尤度算出回路と、該各尤度算出回路に対応して設けられ、尤度算出回路に
よって算出された各尤度のうち最も大きい尤度に対応す
る受信信号を選択する選択回路とを有することを特徴と
するダイバーシチ受信方式。