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

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、妨害を受けやすいチャ
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。
【０００２】
【従来の技術】信号の無線伝送中に生じる１つの共通な
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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】フェージングの作用を
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。
【０００４】本発明は、下記請求項に示された特徴を有
することを特徴とする。
【０００５】本発明の模範的な実施例を付図について、
これから一段と詳しく説明する。
【０００６】
【実施例】時分割無線通信用無線伝送システムは第１図
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。
【０００７】前述のように、本実施例による無線伝送シ
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。
【０００８】いわゆるレイリー・フェージングと呼ばれ
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。
【０００９】前述のユニット６は第５図により一段と詳
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。
【００１０】データ・シーケンスＤＯが送信された場
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。
【数１】 Ｓa,r（ΔＴij,ｋ）＝ｈest,r *Ｓ（ΔＴij） ただし、シンボル＊は合成（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）
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。
【００１１】この図はビタビ分析器１２およびメトリッ
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。
【数２】 ｍr（ΔＴij,ｋ）＝｜Ｓin,r（ｋ）−Ｓa,r（ΔＴij,ｋ）｜2． ただし、上述と同様に、参照記号ｋは表示されたサンプ
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。
【数３】 Ｒ Ｍ（ΔＴij,ｋ）＝Ｍ（Ｔj,ｋ−１）＋Σ Ｋr・ｍr（ΔＴij,ｋ）． ｒ＝１ この場合、Ｋrは回路１４内の係数を示しかつ重み付き
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。
【数４】 Ｍ（Ｔj,ｋ）＝Ｍｉｎ ｛Ｍ（ΔＴij,ｋ）｝ ｉ
【００１２】つまりメトリック値Ｍ（Ｔj,ｋ）は示され
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。
【００１３】部分メトリック値に重みをかける係数Ｋr
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。
【数５】Ｋr＝Ｃ・｜Ｓin,r（ｋ）｜2． この場合、Ｃは、前述のように係数Ｋrの合計がＰと等
しくなるように選択される定数を示す。
【００１４】
【発明の効果】本発明は無線通信用時分割システムに関
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】送信機、受信機および中間妨害チャネルを含む
無線伝送システムの概略を示す図。
【図２】時分割伝送システム用タイム・スロット、およ
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。
【図３】伝送シンボルの個々の値を示す図である。
【図４】２つの建造物間の信号干渉パターン内で移動す
る自動車受信機を示す図。
【図５】本発明の方法によって信号を処理する受信機を
示す概略ブロック図である。
【図６】図５の受信機の部分をより詳細に示す概略ブロ
ック図である。
【シンボルの説明】
１ ディジタルシンボル発生ユニット ２ アナログ信号伝送ユニット ３ 受信ユニット ４ アンテナ ５ アナログ／ディジタル変換器 ６ 信号処理ユニット ７，８ 建造物 ９ 自動車受信機（図４） ９ シンボルシーケンス発生器（図５） １０ シンボル化ブロック １１ メトリック計算ユニット １２ ビタビ分析器 １３ 算術回路 １４ 係数回路 １５，１６ 加算器 １７ 推定回路 １８ 制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヤン − エリック スティエルンバー ル スウェーデン国ソレンツナ，ラブ アル ムクビスツ ベーグ 19 (56)参考文献 特開 平２−149023（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−279029（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−10924（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−151032（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−215232（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03M 13/00 - 13/22 H04B 1/76 - 3/44 H04B 3/50 - 3/60 H04B 7/00 - 7/12 H04L 1/02 - 1/06

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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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