JP2778711B2 - 受信装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はマルチパス・フェージング等の複雑な伝送
路特性を持つ伝送路を介してディジタルデータの送受信
を行う時に用いる受信装置に関する。

（従来の技術） 近年のディジタル移動通信に対する社会的要求は拡大
の一途をたどっており、より効果的で、なおかつ高性能
なディジタル移動通信システムの実現が待ち望まれてい
る。そこで用いられる変復調伝送方式として極めて効率
の良い伝送方式が必要とされている。変調方式として
は、定包絡線で周波波利用効率の良い変調方式としてGM
SK等の方式が検討されている。一方、受信方式として
は、対SN特性の良好な最尤復号方式が近年検討され始め
た。

ところで、移動通信用伝送路ではマルチパス・フェー
ジングに起因する伝送路歪みが生じ、そのままでは良好
な通信品質は得られない。すなわち、マルチパスの影響
で、振幅歪みがレイリー分布に従ってランダムに変動す
るようなフェージング（レイリーフェージング）を生じ
たり、また、周波数特性に大きな歪み（周波数選択性フ
ェージング）を生じたりするために送信信号に大きな歪
みや乱れを生じ、誤り率の大幅な劣化となって現れる。
一般にレイリーフェージング伝送路での良好な通信品質
の確保にはダイバーシチ技術や周波数ホッピングとイン
ターリーブと誤り訂正符号の組合わせが有効とされ、ま
た周波数選択性フェージングに対する対向措置として
は、マルチパス等化技術が有効とされている。特に近年
の通信並びにディジタル信号処理技術の進歩の結果とし
て、ヴィタビアルゴリズムを用いた最尤復号・等化方式
（通常ヴィタビイコライザ）の適用が有効とされてい
る。

ところで、以上のように実際の伝送路をレイリーフェ
ージング伝送路あるいは周波数選択性フェージング伝送
路というように単一のモデルで表した場合には、上記し
た各施策を行うことが有効であるが、実際の移動通信用
伝送路はより複雑に変動するものであり、上記の施策を
単独で用いたのでは充分ではなく、それ等を複合して用
いることが要求されている。

実際の移動通信用伝送路ではレイリーフェージングと
周波数選択性フェージングが混合したものとなってい
る。そこでは、（１）マルチパス等化とダイバーシチの
組合わせ、（２）マルチパス等化と周波数ホッピングと
インターリーブと誤り訂正符号の組合わせ、等が検討さ
れている。

ところが、上記した（１）、（２）のような技術には
以下のような欠点があった。すなわち、（２）において
用いる周波数ホッピングとインターリーブの組合わせで
はフェージングによって電界強度が低下した時に生ずる
伝送誤りを軽減する手段はなく、ただ単に誤りをランダ
マイズしているだけで、根本的なフェージングによる誤
りの低減のための施策にはなっていない。したがって、
この方式と、その根本的な誤りを低減させる作用の有る
ダイバーシチ技術と比較するとダイバーシチ技術が勝っ
ていることになる。さらに、その誤りを軽減するために
は誤り訂正符号の付加が必要不可欠であるが、一般に、
誤り訂正符号は周波数帯域を拡大するために、電波通信
のような帯域制限型の伝送路での適用はあまり望ましく
ない。さらに、周波数ホッピングは充分に広い周波数帯
域にわたって成されなくてはならないために、この方式
を用いる移動通信システムはかなり大規模なものに限ら
れてしまう。

一方、（１）の技術はレイリーフェージングに対して
も、また周波数選択性フェージングに対しても極めて有
効に作用する。

第６図は、ダイバーシチとマルチパス等化を組合わせ
た送受信システムを示すものである。

送信部１はアンテナ３を有しており、ダイバーシチ装
置５、等化装置７、アンテナ11、13から受信装置９が構
成される。

ダイバーシチ装置５として第７図に示すような最大比
合成方式を用いることもできる。

このダイバーシチ装置５は複素乗算部15、17および加
算合成部19からなる。

複素乗算部15、17はアンテナ11、13によって受信され
た受信信号にそれぞれの信号電力強度で決まる複素数値
を乗算する。加算合成部19は、複素乗算部15、17の出力
信号を合成する。

最大比合成方式では、複数の伝送路を通ってきた（複
数のアンテナで受信された）信号を最適に合成するた
め、全ての信号成分が有効に用いられる。したがって、
一般に最大比合成方式（自乗合成法）がSN比を最大にす
るため（奥村＆進士監修、移動通信の基礎、電子通信情
報学会、桑原監修、ディジタルマイクロ波通信、（株）
企画センター、参照）少なくともマルチパス遅延のくな
い単純なレイリーフェージング伝送路では、最も優れた
特性を示すダイバーシチ方式であると言われている。

また、等化装置として第８図に示されるようなヴィタ
ビイコライザを用いることもある。

ヴィタビイコライザは、マルチパス検出部21、参照信
号発生部23、畳込み積分部25、ブランチメトリック算出
部27、ヴィタビアルゴリズム演算部29からなる。

ヴィタビイコライザにおいては、直接波ばかりでな
く、反射波や遅延波等のあらゆる信号成分を全て有効に
利用するためには線形等化器やデシジョンフィードバッ
クイコライザ等に比べ最も有効な方式であると言われて
いる（IEEE,Proc,GCOM′87.21.7 PERFORMANCE OF A CEL
LULAR SYSTEM IN SEVERE TIME DISPFRSION 参照）すな
わち、一般にデシジョンフィードバックイコライザが受
信信号から、遅延波をキャンセルしようとする考え方に
基づいた等化方式であるのに対し、最尤復号・等化方式
は遅延波を伴う受信波を、あたかも符号間干渉を伴った
信号か畳込み符号化された信号であるかの如く取扱い、
その遅延波を含め尤度最大となるような受信を行おうと
するもので、受信波に含まれる遅延波・干渉波を全て最
適合成したような効果を持つ。したがって、特に２波レ
イリーモデルで記述されるような伝送路では遅延波の存
在は受信性能を上げる方向で働く。

第９図は、ダイバーシチ装置として最大比合成方式を
用い、等価装置に最尤復号・等化部８を用いた送受信シ
ステムを示す。ところが、第９図に示すような、各々最
適とおもわれるダイバーシチと等化技術を組み合せた受
信器が実は、最適なものとはならない。以下それを説明
する。

今、このような受信装置で、大きな遅延を伴った遅延
波（反射波）が入力信号に混ざっていた場合を考える。

この時、複数の受信信号各々の遅延波と直接波の合成
ヴェクトルそれぞれが同相になり、なおかつ最大比で合
成されるが、直接波と遅延波の位相関係が複数の受信信
号各々独立に決まっているため、直接波に関しても、ま
た遅延波に関しても最適合成されていない。（第10図、
第11図参照） 特にスペースダイバーシチで、複数のアンテナが極端
に離れていない場合（マイクロスコピックダイバーシ
チ）、複数の伝送路の遅延プロファイルの絶対値の平均
は大体同じである。特にこのような場合、たとえ直接波
どうしが同相で最大比合成されたとしても、直接波とそ
れぞれ全く独立な位相で直接波に重畳されて入力する遅
延波どうしはそれぞれ全く独立な位相で合成されるた
め、遅延波に関しては合成されることによる利得は全く
得られない。

すなわち、第９図に示すような最大比合成した後に最
尤複号・等化を行う従来の受信装置では、本来有効に活
用されるべき遅延波成分が場合によってはダイバーシチ
合成時に互いに打消しあってしまい全く活用されない。
複数の受信信号各々の各々の遅延を伴った成分がそれぞ
れ最適でなく合成されたのち最尤複号・等化を行って
も、最適な受信方式となり得ない。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の受信装置では、受信された信号を有
効に活用していないため、良好な伝送品質が得られなか
ったという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、伝送品質の良好な受信装置を提
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） 前記目的を達成するために本発明の受信装置は、相互
にその特性が異なる伝送路を介して同一の送信データが
伝送されることで得られる複数の受信信号をもとに送信
データを推定する受信装置において、前記受信信号につ
いてそれぞれ独立に全ての状態間遷移に対応したブラン
チメトリックを算出するブランチメトリック算出手段
と、前記ブランチメトリック算出手段により同じ状態間
遷移に対応する異なった受信信号に基づいて算出された
複数のブランチメトリックを合成する合成手段と、ヴィ
タビアルゴリズムに基づいて前記合成手段によって合成
されたブランチメトリックから最尤系列推定を行うヴィ
タビアルゴリズム算出手段と、を具備することを特徴と
する。

（作用） ブランチメトリックはある短いタイムスロット内で、
そのブランチメトリックに対応する信号状態間の遷移が
生ずる確率である。すなわち、ブランチメトリック演算
は物理量である入力信号の確率を表す非負のスカラーの
抽象的な値に変換する演算である。この確率量は個々の
受信装置に含まれる直接波ばかりでなく、大きな遅延時
間を併った遅延波の影響をも含めて個々の受信信号の個
々のとり得る状態間の遷移に対して得られたものであ
る。ここでいう確率量とは送信側で送信したデータに対
応する遷移の確率を示す量であって、伝送路にかかわら
ず、送信データに直接かかわる量である。さらに、複数
の受信信号は同じ送信信号に基づいて作られたものであ
り、したがって、一つの受信信号のある時刻の特定の遷
移と他の受信信号の同一の遷移とは同じものであり、合
成手段によりその確率を合成することができる。

ブランチメトリック算出手段により、ブランチメトリ
ックを独立に計算することで、受信された各々の信号に
ついての、直接波、遅延波を有効に利用した上でのメト
リックが算出される。ブランチメトリックをそれぞれの
受信信号で独立に計算した後、合成手段により、それぞ
れの受信波に対する合成ブランチメトリックを計算し、
それ等をヴィタビアルゴリズムACS演算によって、パス
メトリックという形に合成し、最大（信号間ユークリッ
ド距離の自乗をブランチメトリックとした場合は最少）
のものを選べば複数の受信信号全てを考慮した上での最
尤判定が成される。したがって本発明では、ブランチメ
トリックは入力信号の確率を示す非負のスカラー量であ
るので、合成手段によりブランチメトリックが合成され
ても、それらが互いに打ち消しあうということはない。

なお、合成手段による確率の合成にあたり、各々の受
信信号の受信パワーに基づくブランチメトリックの合成
は単純なる加算でもよい。すなわち、一般に信号間ユー
クリッド距離の自乗をブランチメトリックとした場合、
加法的白色ガウス雑音のもとで、ブランチメトリックは
確率そのものの対数値の定数倍であり、加算によって同
時生起確率が表わせ、さらに、複数の伝送路および雑音
はそれぞれ独立であるためである。さらに、ブランチメ
トリックには受信信号のSN比をも含めた確率量であるた
め、上記した条件下であれば、それぞれのブランチメト
リックの単純な加算によってその合成は最適になされう
る。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１図は、本発明の第一の実施例に係る受信装置の構
成を示すブロック図である。

この受信装置は、アンテナ51、53、直交検波部55、5
7、参照信号発生部59、ブランチメトリック算出部61、6
3、加算部65a、65b、65c……、ヴィタビアルゴリズム演
算部67からなる。

本実施例は、マルチパスが既知であるか、もしくは遅
延波の遅延時間が１シンボルの長さに比べてかなり小さ
い場合に用いられる。

直交検波部55、57はアンテナ51、53で受信された受信
信号を直交検波する。参照信号発生部59はブランチメト
リック算出に必要な参照信号を発生する。ブランチメト
リック算出手段としてのブランチメトリック算出部61は
直交検波部55で得られた検波信号を参照信号発生部59か
ら発生される参照信号に基づいてブランチメトリックを
算出する。同様にブランチメトリック算出部63は直交検
波部57で得られる検波信号からブランチメトリックを算
出する。

合成手段としての加算部65a、65b、65c……は、それ
ぞれブランチメトリック算出部61、63から出力される対
応するブランチメトリックの加算を行う。ヴィタビアル
ゴリズム演算手段としてのヴィタビアルゴリズム演算部
67は加算部65a、65b、65cの出力信号からヴィタビアル
ゴリズムの演算を行う。

したがって、本実施例においては、ブランチメトリッ
ク算出部61、63によって受信信号の確率を示す非負のブ
ランチメトリックが算出されたのち、加算部65a、65b、
65cで加算されるので、従来のように遅延波どうしが打
ち消し合うということがなく、伝送品質を良好なものと
することができる。

第２図は、本発明の第二の実施例を示すもので、時間
ダイバーシチ方式に本発明を適用したものである。以下
の実施例において第１図に示す実施例と同一の機能を果
たす要素には同一の番号を付する。

本実施例にはアンテナ51にメモリ69を接続させ、この
メモリ69に直交検波部57を接続させる。メモリ69はアン
テナ51で受信された受信信号を一定時間記憶する。

本実施例では入力信号は２回繰返されて受信されるこ
とになる。すなわち、先に受信された入力信号は一旦メ
モリ69に蓄えられ、直交検波部57に送られる。後で受信
された受信信号はそのまま直交検波部55に送られる。以
下は第一の実施例と同様の処理が行われる。すなわち、
先に入力された信号と後に入力された信号に対してブラ
ンチメトリックが計算された後、合成される。

本実施例においては、マルチパス検出部、畳込み積分
部、ブランチメトリック算出部等を時分割多重計算する
ことにより省略でき、回路規模を大幅に削減することが
できる。

第３図は、本発明の第三の実施例を示すもので、周波
数ダイバーシチ方式に本発明を適用したものである。本
実施例ではフィルタ71、73をアンテナ51に接続させ、フ
ィルタ71、73の出力をそれぞれ直交検波部55、57に出力
するようにしたものである。

フィルタ71、73は同一の信号が送られたそれぞれの帯
域の信号を取出す。以下、取出された信号に対してブラ
ンチメトリックが算出された後、合成される。

第４図は、本発明の第四の実施例を示すもので、本実
施例においては、スペースダイバーシチ受信された信号
について各々独立にマルチパス検出し、その検出したマ
ルチパスを用いて各々独立にブランチメトリックを算出
し、そのブランチメトリックのレベルでダイバーシチ合
成を行い合成されたブランチメトリックをもとにヴィタ
ビアルゴリズムを用いて最尤複号を行っている。

すなわち、本実施例においては、マルチパス検出部7
5、77、畳込み積分部79、81が設けられる。すなわち、
直交検波部55にマルチパス検出部75が接続され、畳込み
積分部79にマルチパス検出部75および参照信号発生部59
の出力信号が入力される。

同様に、マルチパス検出部７は、直交検出部57に接続
され、畳込み積分部81にマルチパス検出部77および参照
信号発生部59の出力信号が入力される。

なお、合成手段として、合成ダイバーシチ算出部83
a、83b、83c……が用いられるが、これらは各信号を所
定の演算（たとえば加算、乗算、加算してその平方根を
とる等）により、合成するものである。

第５図は、第４図が示した実施例の合成ダイバーシチ
算出部として加算部65a、65b、65c……を設けたもので
ある。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように本発明によれば、受信した
信号からブランチメトリックを算出し、それらを合成す
るようにしたので、各信号が打ち消されるということが
なく、第12図に示した理想的合成ダイバーシチとほぼ同
等な伝送品質の良好な受信装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図はそれぞれ本発明の第一実施例から第
５実施例に係る受信装置の構成を示すブロック図、第６
図は従来の送受信システムの概略構成図、第７図はダイ
バーシチ装置の一例の構成を示すブロック図、第８図は
ヴィタビイコライザの構成を示すブロック図、第９図は
最大比合成方式と最尤複号・等化方式を用いた送受信シ
ステムの構成を示すブロック図、第10図は第９図に示す
送受信システムにおける遅延波成合の打消しを示す図、
第11図は従来の最適合成ダイバーシチの説明図、第12図
は理想的な合成ダイバーシチの説明図である。 51、53……アンテナ 55、57……直交検波部 59……参照信号発生部 61、63……ブランチメトリック算出部 65a、65b、65c……加算部 67……ヴィタビアルゴリズム演算部 69……メモリ 71、73……フィルタ 75、77……マルチパス検出部 79、81……畳込み積分部

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04B 7/00 H04B 7/02 - 7/12 H04L 1/02 - 1/06

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相互にその特性が異なる伝送路を介して同
   一の送信データが伝送されることで得られる複数の受信
   信号をもとに送信データを推定する受信装置において、 前記受信信号についてそれぞれ独立に全ての状態間遷移
   に対応したブランチメトリックを算出するブランチメト
   リック算出手段と、 前記ブランチメトリック算出手段により同じ状態間遷移
   に対応する異なった受信信号に基づいて算出された複数
   のブランチメトリックを合成する合成手段と、 ヴィタビアルゴリズムに基づいて前記合成手段によって
   合成されたブランチメトリックから最尤系列推定を行う
   ヴィタビアルゴリズム算出手段と、 を具備することを特徴とする受信装置。
2. 【請求項２】前記送信データはマルチパス検査符号を有
   しており、 前記ブランチメトリック算出手段は、前記受信信号それ
   ぞれの前記マルチパス検査符号を用いて各々の前記受信
   信号に対応する伝送路特性を測定するマルチパス検出手
   段と、前記マルチパス検出手段の出力信号と参照信号の
   畳込み積分を行う畳込み積分手段とを具備し、 前記畳込み積分手段の出力信号と前記受信信号からブラ
   ンチメトリックを算出することを特徴とする請求項第１
   項記載の受信装置。
3. 【請求項３】前記合成手段は加算を行うものである請求
   項第１項または第２項記載の受信装置。