JP3113293B2 - 少なくとも2個のアンテナを有するビタビ受信機のフェージングの影響を減少させる方法 - Google Patents
少なくとも2個のアンテナを有するビタビ受信機のフェージングの影響を減少させる方法Info
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Description
ネルにわたって受信機が無線信号を受信する際、少くと
も2個のアンテナを有するビタビ受信機のフェージング
の影響を減少させる方法であり、受信機が相互に隔置さ
れているアンテナに現われる信号を受信する段階と、ア
ンテナから受信したアンテナ信号まで受信された信号を
サンプルする段階と、チャネル推定、すなわちチャネル
伝達関数の推定を形成する段階と、符号がビタビ・アル
ゴリズムの状態遷移用に予想されるビタビ・アルゴリズ
ムにしたがってビタビ受信機のイコライザにおける信号
処理段階とを含んで成る方法に関するものである。
問題は、信号が妨害、すなわちフェージングの結果とし
て消されることである。この問題は、しばしば生じるフ
ェージングによる妨害のフィールドの中を自動車受信機
が移動する自動車無線伝送において明らかである。フェ
ージング影響を減少させる1つの既知の方法は、2個以
上の相互に隔置されたアンテナを有する受信機、例えば
1989年7月20日発行、エレクトロニクス・レター
第15号、第25巻に記載されたL.B.ロープス
(L.B.Lopes):狭帯TDMA自動車無線シス
テム用空間/時間結合ダイバーシチ技法のような相互に
隔置された2組以上のアンテナを有する受信機を使用す
ることである。伝送ディジタル無線信号は、第1アンテ
ナにより受信されかつ適当な選択された間隔によりやが
て遅延される。無線信号は、信号が遅延信号に加算され
てその加算信号がビタビ・イコライザのようなイコライ
ザで処理される第2アンテナによっても受信される。本
明細書は、遅延の長さによりビット誤りカウントが減少
することを開示している。もう1つの別法は、「自動車
通信設計の基礎」の中で米国インディアナ州ハワード
W.サムズ(HowardW.Sams)株式会社のウ
ィリアムC.Y.リー(William C.Y.Le
e)によって説明されたように数個のアンテナを装備す
る受信機を用いることである。本書の第3.5.1節に
おいて、いくつかの例は別々のアンテナが2個の受信増
幅器からの信号によるフェージング防止のために追加さ
れる方法を示している。フェージングを防止するように
別のアンテナを持つ2個の受信増幅器からの信号をフェ
ージング防止に役立つように、追加できる方法を示して
いる。ディジタル信号伝送の場合は、この追加は信号の
正しい位相加算を必要とすることを困難にする。個々の
アンテナによって受信された信号は、アンテナによって
受信された信号が十分強い強度を有するときでさえ、相
互に妨害して打消し合うことがある。したがって達成困
難な信号を位相ロックすることが特に雑音妨害を受ける
高速フェージングチャネルで必要となる。低速可変位相
ロックはそのような雑音妨害の場合に有利に使用される
が、高速フェージングは高速可変位相ロックを必要とす
る。
減少させるように相互に隔置されたアンテナから得られ
る受信信号の処理に関する前述の問題は、本発明による
下記方法により解決される。各アンテナについて、アン
テナに延びるチャネルについての伝達関数が推定され
る。それぞれのチャネル推定を助力として、ビタビ・ア
ルゴリズムの新旧状態間の各状態遷移について各アンテ
ナ信号に対する部分メトリック値の計算が行われる。個
々のアンテナ信号の部分メトリック値は相互に重みを付
けされて新旧状態間の遷移時のメトリック値を計算する
のに用いられる。
することを特徴とする。
これから一段と詳しく説明する。
に概略的に示されている。送信機は送られた情報信号を
受信し、さらにそれに対応するディジタルシンボルsを
発生するユニット1を有する。周知の技法によって、こ
れらのシンボルはディジタル/アナログ変換および変調
で供給されかつユニット2からアナログ信号Yとして伝
送される。信号Yは、Rの数だけある受信ユニット3を
有する各受信機によって傍受される、各受信ユニット
は、アンテナ4を有しかつそれぞれのアナログ/ディジ
タル変換器5に接続される。これらの変換器は、アンテ
ナ4からの受信信号を受信アンテナ信号Sin,r(k)に
変換する。参照記号kは数字kによってサンプリング時
点を識別する一方、参照記号rは、信号が1以上R以下
であるr番目のアンテナから到達することを示す。受信
アンテナ信号Sin,r(k)は、本発明の方法によって信
号が処理されるユニット6に送られる。ユニット6は、
ビタビ・アルゴリズムを実行する装置およびチャネル伝
達関数を推定する装置を含む。ユニットは、ディジタル
シンボルsに対応する推定シンボルs(バー)を作る。
送信信号Yは、伝送中に、推定シンボルs(バー)が受
信機内で減少される場合の妨害の影響、とりわけフェー
ジングによって妨害される。以下で詳細に説明されるよ
うに、これは、アンテナ4が少なくとも2個、つまりR
が2以上であるという点により、かつ受信アンテナ信号
Sin,r(k)がユニット6内で、本発明の方法によって
処理されるという点により達成される。
ステムは、第2図によるtが時間を表わす1とNとの分
離タイム・スロットで時分割される。各時間スロットf
は、同期シーケンスSOおよび伝送すべき情報を含むデ
ータ・シーケンスDOを含んだ信号シーケンスSSを伝
送することができる。信号シーケンスSSは2進情報を
含むが、前述のシンボルは、第3図に示されるように、
例えば直角変調によって変調することができる。Iおよ
びQで表わされる軸による複素数の平面において、変調
されたシンボルの4つの可能値は2進数00、01、1
0または11で各々直角にマークされる。そのように変
調されたシンボルの伝送所要時間はシンボル時間TSで
示される。
る前述信号フェージングは次のように生じる。第4図は
送信信号Yを反射する2つの建造物7および8を示す。
移送の結果として、反射された信号は建造物間で相互に
妨害し合い、その結果さらに信号長さのふくらみおよび
節点を交互させて規則正しい干渉パターンを生じること
がある。干渉パターンを通して移動する自動車受信機9
は、信号長さが極めて低い節点を繰り返し通過する。信
号フェージングのより詳しい説明は、ウィリアムC.
Y.リー(William C.Y.Lee)による前
記参考文「自動車通信設計の基礎」の第1章に示されて
いる。
細に示されており、単純化するためにアンテナ数Rを3
に限定している。本図は、ディジタル信号sに影響を及
ぼす実際の伝送チャネル用伝達関数hをシンボル化する
ブロック10をも示す。伝達関数hは送信ユニット2、
信号Yの無線伝送、受信ユニット3およびアナログ/デ
ィジタル変換器5を含む。ユニット6はシンボルシーケ
ンス発生器9、各アンテナ4のためのチャネル推定回路
17、メトリック計算ユニット11およびビタビ・アル
ゴリズムによって信号処理を行う分析器12を含む。部
分チャネル推定hest,rは、各チャネル推定回路17内
で計算される。各部分チャネル推定は周知の方法で、す
なわちシンボルシーケンス発生器9で発生された同期シ
ーケンスSOと送信された同期シーケンスSO用の受信
されたアンテナ信号Sin,r(k)を比較することによっ
て計算される。部分チャネル推定hest,rは同期シーケ
ンスSOの助力で各信号シーケンスSSで1度計算さ
れ、かつデータシーケンスDOの間中一定期間持続され
ることが本実施例で予想される。しかし、周知の方法、
例えば「情報論のIEEE会報」の中で1973年1
月、エフ.アール.マギー.ジュニア(F.R.Mag
ee Jr.)およびジェイ.ジー.プローキス(J.
G.ProaKis)著「シンボル間干渉がある場合の
ディジタル信号化の適合した最大可能なシーケンス推
定」で説明された方法で、部分チャネル推定hest,rを
適合させることができる。
合、受信されたアンテナ信号Sin,r(k)は、伝送情報
として得られる。多数のM=VD-1の状態を有するこれ
らの信号は、前述のビタビ・アルゴリズムによって分析
される。Vは、シンボルが予想することができる多数の
値であることを示し、例えば第3図に示されるシンボル
の場合はこの値がV=4であることを示す。Dは、シン
ボル時間TSにおいて伝送チャネルに対する時間分散を
示しかつ示された実施例ではD=2であると予想され
る。これは、ビタビ・アルゴリズムが、受信アンテナ信
号Sin,r(k)の所望された処理を実行することができ
るM=4の状態を有することを意味する。ビタビ・アル
ゴリズムのより詳細な説明は、例えば「IEEEの手続
き」の1973年3月第3号、第61巻のジー.ディ
ー.フォーネイ.ジュニア(G.D.Founey.J
r)著「ビタビ・アルゴリズム」より得られる。シンボ
ルシーケンス発生器9は、古い状態Tjから新しい状態
Tiへのビタビ・アルゴリズムにおける状態遷移ΔTij
に対するシンボルS(ΔTij)のシーケンスを予想す
る。チャネル推定hest ,rの助力で予想された入力信号
は下記方程式によって計算される。
を示す。第6図に関してこれから説明されるように、状
態遷移ΔTijの今後の選択のための部分メトリック値m
r(ΔTij,k)は、予想入力信号Sa,r(ΔTij,k)お
よび受信アンテナ信号Sin,r(k)の助力で計算され
る。
ク計算ユニット11を表わす。このユニットは各部分チ
ャネル推定hest,rのための算術回路13および係数回
路14を含む。算術回路13は下記方程式によって部分
メトリック値を計算するために働く。
リング時間、指数rはどのアンテナであるかを示し、ま
たΔTijはビタビ・アルゴリズムによる状態遷移のどれ
であるかをそれぞれ示す、示された実施例の場合、図示
されるように、このアルゴリズムは、各新しい状態に4
つの遷移を有する2進数00、01、10、11で示さ
れたM=4の状態を持ち、つまり合計16の状態遷移を
持つ。メトリック値はそれら各々の状態遷移を下記方程
式によって計算される。
加算はすべてのアンテナR用加算器15内で実行され
る。ビタビ・アルゴリズムによって、M(Tj,k−1)
の大きさは、示されたサンプリング点kより1つのシン
ボル時間TSだけ先行するサンプリング点k−1におけ
る古い状態Tjに対する選択メトリック値に関係する。
古いメトリック値は加算器16において各部分メトリッ
ク値の重み付き合計により増大される。この場合、重み
付き合計の出力と加算される。ビタビ・アルゴリズムに
よる新しい状態Tiへの遷移における最小メトリック値
は下記方程式で選択される。
たサンプリング時点kにおける新しい状態に対する選択
値で, ある。推定シンボルs(バー)を定めるために、
メトリック値M(Tj,k)はビタビ・アルゴリズムによ
って使用される。メトリック値はまた、次のサンプリン
グ時点k+1におけるメトリック値の計算を続行するた
めに記憶される。
は多様な方法で選択される。もう1つの簡単な別法によ
ると、すべての係数は一定でありかつ相互に等しくつま
り第6図に示された例をとると、Pが任意の値で一定で
あれば、R=3の場合KrはPの1/3に等しい。この
方法は、信号の強さが良好な場合に、十分に発達したフ
ェージングに伴う1本のアンテナ4の無線信号は1本の
アンテナの信号としてメトリック計算において同じ重み
を有する。さらに複雑な別法によると、Sin,r(k)に
よる受信アンテナ信号の強さは制御回路18で測定され
かつ係数Krの値はこの信号の強さに依存して制御回路
により予想される。もう1つの便利な実施例によると、
Krは、下記方程式によるようにそれぞれ受信アンテナ
信号内のエネルギーに比例する。
しくなるように選択される定数を示す。
して説明された。しかし、本発明は、例えば周波数分割
無線通信用システムのような他のシステムに適用するこ
とも可能である。そのようなシステムにおいては、メッ
セージ開始時において1度ずつチャネル推定を形成する
のに使用される同期シーケンスを伝送するには十分であ
る。チャネル推定は、この時間内に中断されない送信信
号の助力で、その後メッセージ全体に適合される。シス
テムの速度要求が限られる場合、例えば1980年11
月第11号、第COM−28巻の「通信のIEEE会
報」のディー.エヌ.ゴダード(D.N.Godar
d)著「2次元データ通信システム内の自己回復平等化
およびキャリア・トラッキング」で述べられた方法で、
同期シーケンスが十分でなくてもチャネル推定を形成す
ることも可能である。
無線伝送システムの概略を示す図。
び信号シーケンスのタイム・スロット信号シーケンスを
示す図。
る自動車受信機を示す図。
示す概略ブロック図である。
ック図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 受信機が妨害を受けやすいチャネルで無
線信号を受信する前記受信機の少くとも2個のアンテナ
を有するビタビ受信機のフェージングの影響を減少させ
る方法であって、 相互に空間に隔置されているアンテナに現われる信号を
受信する段階と、 アンテナから受信した信号を受信アンテナ信号にサンプ
ルする段階と、 チャネル推定、すなわちチャネル伝達関数の推定を形成
する段階と、 ビタビ・アルゴリズムの状態遷移用のシンボルが予想さ
れるビタビ・アルゴリズムにしたがってビタビ受信機の
イコライザーにおいて信号を処理する段階とを含む方法
であり、 チャネル推定は個別のアンテナ(4)に属する少なくと
も2つ(R)の部分チャネル推定(hest ,r)を含むこ
とを特徴とし、示されたサンプリング時点(k)におけ
る前記方法は更に、 部分チャネル推定(hest,r)の助力で予想されたシン
ボル(S(ΔTij))から予想された入力信号(Sa,r
(ΔTij,k))を形成し、この場合個々の部分チャネ
ル推定(hest,r)のための予想された入力信号(Sa,r
(ΔTij,k))はビタビ・アルゴリズムの各状態遷移
(ΔTij)に対して形成される段階と、 部分チャネル推定および対応する予想された入力信号
(Sa,r(ΔTij,k))に属する受信アンテナ信号(S
in,r(k))に依存して個々の部分チャネル推定(h
est,r)のための部分メトリック値(ma(ΔT
ij,k))を形成する段階と、 ビタビ・アルゴリズムにおける古い状態(Tj)と新し
い状態(Ti)との間の示された状態遷移(ΔTij)に
対して、個々の部分チャネル推定(hest,r)に属する
部分メトリック値(mr(ΔTij,k))の重み(Kr)
付けされた和で増大され、示されたサンプリング時点
(k)に先行するサンプリング時点(k−1)で古い状
態(Tj)に対するビタビ・アルゴリズムにしたがって
選ばれたメトリック値(M(Tj,k−1))のようなメ
トリック値(M(ΔTij,k))を形成する段階と、 示された状態遷移(ΔTij)に対するメトリック値(M
(ΔTij ,k))に対応し、新しい状態(Ti)への全
ての状態遷移(ΔTij)に対するメトリック値を形成
し、新しい状態(Ti)に対する遷移でこれらのメトリ
ック値(M(ΔTij ,k))の内の最小値(M(T
j,k))をビタビ・アルゴリズムに従って選択する段階
とをさらに含む、ことを特徴とするビタビ受信機のフェ
ージングの影響を減少させる方法。 - 【請求項2】 受信アンテナ信号(Sin,r(k))と対
応する予想された入力信号(Sa,r(ΔTij,k))との
差の絶対値に依存して個々の部分メトリック値(m
r(ΔTij,k))を形成する段階を有することを特徴と
する請求項1記載による方法。 - 【請求項3】 部分メトリック値(mr(ΔTij,k))
の重み付けのための係数(Kr )のすべてが互いに同
じ値(Kr=P/R)を有することを特徴とする請求項
1または2記載による方法。 - 【請求項4】 対応する受信アンテナ信号(S
in,r(k))の振幅に依存して部分メトリック値(mr
(ΔTij,k))の重み付けのための係数(Kr)を選ぶ
段階を有することを特徴とする請求項1または2記載に
よる方法。 - 【請求項5】 部分メトリック値(mr(ΔTij,k))
の重み付けのための係数(Kr )は受信アンテナ信号
(Sin,r(k))のエネルギーに比例する(C)ことを
特徴とする請求項4記載による方法。
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