JP3665315B2 - 変調タイプのブラインド検出方法およびそのシステム - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、通信システムの受信機側で送信前に送信機側がシンボル変調のために使用する変調方式についての認識がなくても変調シンボルを復調する方法に関する。また、本発明はそのような復調方式を実行する通信システムの受信機に関する。
【０００２】
２．従来技術の説明
通信システムでは高速データ送信を実現するため、情報の高変調度送信が必要である。しかし、変調度が高くなればなるほど復調後一定の数のビットを正しく復号できない確率が高くなる。したがって、変調度をチャネルの品質に応じて適合させることが望ましい場合がある。これは、適合化の理由がチャネル条件、雑音／干渉限界、スケジューリング要件または無線資源の可用性のいずれか１つであるような無線通信システムにとって特に重要である。特定の基準がすべてを網羅するものではないことは当業者にとって明らかである。通常、適応変調は送信エラーに対する堅牢性を犠牲にして送信データ量を増加することができる多数の変調度を要する。
【０００３】
通信システムの受信機は受信信号の変調ができなければならない。適応変調送信に対応する既知の技術として、いわゆる「ブラインド変調」がある。ここで、送信機側が使用する変調方式は受信機側には知られていない。したがって、受信機は異なる変調コンステレーションに応じて受信信号を変調しなければならない。どの変調方式を使用するかを決定するためにはある種の誤り検出方式が必要であり、推定したある変調度に対してその誤り検出方式で誤りが検出されない場合、この変調度を復調に選択する。
【０００４】
しかし、特に干渉やチャネル条件が頻繁に変化する無線通信システムにおいては、低いチャネル品質に起因する誤りと、受信機側で推定した変調度が送信機側で使用する変調方式と一致しないことに起因する誤りとを区別することは困難である。したがって、「ブラインド変調」はデータ送信が誤りに対してきわめて強いという条件下でのみ機能する。
【０００５】
「ブラインド変調」の一例は２０００年１１月１２日から１５日、タイのバンコクで開催された第３回無線パーソナル・マルチメディア通信に関する国際シンポジウム（ＷＰＭＣ）で紹介された「変調情報送信を使用しない適応変調システム用階層復調方式」に開示されている。
【０００６】
その他の既知適応変調方法は、使用する変調方式またはコンステレーションの知識を必要とする。したがって、変調シンボルに加えて、送信前に送信機でどの変調方式を使用してシンボルを変調したかを受信機に告げる情報を送信することが技術的に知られている。この知識を用いて受信機は正しい復調を適用することができる。当技術において知られている別の方法は、将来のシンボルに送信機がどの変調方式を使用すべきかを受信機に決定させるものである。あるアルゴリズム（例えばチャネル条件に依存するアルゴリズム）によれば、受信機は所望の変調方式に関する情報について決定しフィードバック・チャネルを通じて送信機にその情報を送信する。
【０００７】
上記の２つの方法の難点は、追加の信号送信を必要とすること、すなわち、選択した変調または復調を促進するための他のオーバヘッドを表示する通信リソースの一部を占有することである。このことはユーザが所望の情報を送信するために利用できる通信リソースが少なくなることを意味している。最後に、従来技術の変調方法では受信機のハードウェアの煩雑さが増す。
【０００８】
発明の概要
本発明の目的は、変調動作のためにオーバヘッド信号を送信することなく、また受信機の煩雑さを増すことなく、未知の変調方式で変調されたシンボルを正しく復調できる通信システムにおける復調方法および受信機を提供することである。
【０００９】
この目的は請求項１に記載の方法のステップに定義された復調方法に従い、また請求項１０の機能を持つ受信機によってそれぞれ達成される。
【００１０】
本発明の方法および受信機によれば、変調シンボルは階層的変調コンステレーションのグループの１つのシンボルとして解釈され、推定したコンステレーションに従って復調される。その後、復調されたシンボルはＦＥＣ技術を用いて復号された後、その正確さをチェックされる。
【００１１】
したがって、送信機は復調動作のためにオーバヘッド信号を送る必要はなく、受信機はＦＥＣ技術を導入することによる「試行錯誤」の原則に従って信号を復調し、劣悪なチャネル状態を補うために復号動作における送信誤りが確実に訂正されるようにする。正しい変調コンステレーションが見つかるまでに何度か試行錯誤を繰り返す必要があるが、そのような復調方式はきわめて単純で信号処理回路でかなり容易に実施できる。したがって、本発明の該当する復調受信機の構造もかなり単純化することができる。
【００１２】
さらに、本発明は、ほとんどの通信システム、特に無線通信システムにおいて復調したシンボルの正確さの確認は、無線リンクの品質などの他の基準を評価する標準手順としてすでに実行ずみである、ということを利用する。
【００１３】
別の方法の実施の形態によれば、復号結果、すなわち変調シンボルが正しいかどうかを判断するためにＦＥＣ技術を使用する。本実施の形態によれば、復調シンボルの正確さを別途検証する必要性を回避するので、本方法はさらに単純化される。
【００１４】
本方法の１つの変形例によれば、復調シンボルの正確さの確認ステップは、復調シンボルを高速かつ信頼性の高い方法で検出する独立した巡回冗長検査（ＣＲＣ）誤り検出装置で実行する。
【００１５】
さらに本方法の別の実施の形態によれば、変調シンボルはＭビット列構造によって構成される。したがって、変調コンステレーションは、複数の２^M変調シンボルによって形成される。定義された変調シンボルの構造は、シンボル・ビットをビットごとに決定境界によって決められた複数の領域を含む信号コンステレーション図にマッピングするのに有用である。
【００１６】
本方法のさらに別の実施の形態によれば、解釈および復調ステップが連続して繰り返され、繰り返しの度に変調シンボルは可能な複数の変調コンステレーションの別の一つのシンボルとして解釈される。したがって、本方法は正しい復調シンボルが得られるまで解釈と復調のステップを繰り返す。これに該当する本発明の受信機の実施の形態は、解釈装置に正確性チェックの結果に関して通知するフィードバック・ループを含む。
【００１７】
本発明の方法の変形例によれば、解釈と復調のステップは複数の異なる変調コンステレーションに対して同時に実行される。さらに、復調シンボルは正確性チェックの結果に応じて選択される。これに該当する受信機の実施の形態において、解釈と復調の手段は、同時処理を可能にするために並列分岐される。本実施の形態によれば、ハードウェアの煩雑さは増加するが正しい復調シンボルが非常に迅速に得られる点で有利である。
【００１８】
本方法の別の有利な実施の形態によれば、変調コンステレーションは変調度によって異なり、解釈と復調のステップの繰り返しは変調度の高い順番に実行される。また、繰り返しは正しい復調シンボルを提供した直前の成功した変調コンステレーションに基づいて実行することができる。
【００１９】
好ましい実施例の詳細な説明
以下、本発明をより良く理解するために、実施の形態について以下の添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１乃至図４と関連して、階層変調コンステレーションのグループの概念を説明する。各図において、ビット値Ｓ_xは複素信号平面の領域にマップされる。一般にシンボルＳはＭ組の符号ビットの構造Ｓ₀…Ｓ_M-1から構成される。したがって、２^M個の変調シンボルが可能であり、その全体が変調コンステレーションまたはシンボル・アルファベットを形成する。通信システムにおいて、いくつかの変調コンステレーションが一般に可能であるが、変調コンステレーションは変調度を定義するのに使用するビット数で区別される。
【００２１】
信号コンステレーション図の領域は、シンボルＳ内のビット位置および“＋１”か“−１”のいずれかであるそのビット値Ｓ_xに依存する。“^*"はそのビットに対する領域に影響しないビット値を意味する。図１のようなコンステレーションは、ビットＳ₀が２つの異なる領域、すなわち“−１”のビット値を持つ左側または“＋１”のビット値を持つ網掛けした右側にマップされる。第２、第３、第４位置のビットに対応する同様のコンステレーションを図２乃至図４にそれぞれ示す。したがって、これらの図は図５に示す１６−ＱＡＭシンボルを形成する全部で４ビットに対応する領域を示す。説明を簡単にするために、図５において各ビットはその符号“＋”または“−”のみで表す。変調度が増加する場合、このプロセスは理論的には無限に継続する。
【００２２】
それぞれのビットＳ_x（ｘ＝０…Ｍ−１）に該当するＭ個の領域を重ねると、復調器が通常シンボルＳ＝（Ｓ₀…Ｓ_M-1）に対する決定境界を定義する領域が得られる。ここでＳ₀は「トップ・ビット」として指定され、Ｓ_M-1は「ボトム・ビット」と指定される。通信システムで送信される特定シンボルは通常そのような決定領域の中央に位置する。
【００２３】
信号コンステレーション図におけるデジタル復調の詳細に関しては、例えばＰＲＯＡＫＩＳの「デジタル通信、第３版」（１９９５年、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、ＩＳＢＮ ０−０７−０５１７２６−６、頁１７３ｆｆ）を参照のこと。
【００２４】
図６は本発明の方法を適用した典型的な送信機１０を示す。情報ビット源１１から情報ワードを構成する長さＩの情報ビット・シーケンスがＣＲＣ符号器１２に入力される。符号器において、情報ワードには長さＣの誤り検出チェックサム（例えばＣＲＣ）が追加される。その結果長さＩ＋ＣのシーケンスがＦＥＣ符号器１３で処理され、受信機で誤り修正に使用する冗長性を追加する。ＦＥＣ符号器の出力は長さＮの符号語を構成する符号ビットのシーケンスで、変調器１４に入力され、そこでシンボルＳが符号語から構成される。上述のように、シンボルＳは一般にビットＳ₀…Ｓ_M-1のＭビット列の構造を持つ。最後に、シンボルは通信システムの物理通信チャネル１５にマップされ、例えば無線通信システムに適したＴＤＭＡ、ＣＤＭＡまたはＦＤＭＡ多重方式などの既知送信方法によって送信される。通信チャネル用の特定要件に応じて他の変調方式も同様に適用できることは当業者には明白である。
【００２５】
図７は、本発明による受信機の第１の実施の形態を示す。通信チャネル１５を通じてシンボルＳを受信すると、復調器２１は送信システムで発生する最高の変調度を推定してシンボルの復調を開始する。したがって、発生する最高の変調順位のシンボルを構成するＭビット列の値は解釈装置２２のバッファに格納される。
【００２６】
解釈装置２２は復調器２１から受信した復調情報の一部のみを利用して、コンステレーション点が少ない、すなわち、変調度の低い他の変調コンステレーションから発生したかのように変調シンボルを扱う。例えば、復調器を１６−ＱＡＭ用に構成した場合、解釈装置２２は２つの最上位ビットのみをその出力に送信することによってその入力を解釈する。復調器２１と解釈装置２２を併せた機能は、このようにＱＰＳＫ用復調器の機能と同一である。しかし、この効果は使用した変調コンステレーションの構造が図１乃至図４に関して上記のように階層的であることを前提とする。
【００２７】
その後、解釈装置のバッファは、受信シンボルの誤りを修正するためにＦＥＣ復号器２３に情報ビット数を提供する。復号後、ＣＲＣ検出器２４は復号した情報ビットに対して誤り検出チェックを実行して符号語の復号が正しく実行されたかどうかを判断する。
【００２８】
ＦＥＣおよびＣＲＣ符号化技術の詳細は、Ｓａｍｐｅｉ，Ｓｅｉｉｃｈｉの「デジタル無線技術のグローバル無線通信への応用」（Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ、１９９７年、ＩＳＢＮ ０−１３−２１４２７２−４、第６章）から得られる。
【００２９】
結果に誤りが含まれない場合、符合語が情報ビットのシーケンスとして出力される。誤り検出で復調シンボルが正しくないことが発見された場合、フィードバック・ループ２５が解釈および復調動作を繰り返すよう、解釈装置２２に命令コマンドを与える。
【００３０】
２回目の反復において、直前の変調コンステレーションが不正であると推定し、したがって異なる変調コンステレーションを試みる。例えば、修正のため下位の変調コンステレーションが正しいと推定し、この変調コンステレーションの該当するビット数を解釈装置２２のバッファに入力する。復号および誤り検出後、結果に誤りがないかどうかを改めて判断する。
【００３１】
このプロセスは、可能な変調度数に到達するか誤り検出が正しい受信を表示するまで継続する。階層変調に対する上記の方法の効果は、解釈装置の後、ＦＥＣ復号器に対する入力値が復調器がちょうど下位の変調のため動作している場合と同じであることである。
【００３２】
以下、可能な変調度の例を示す。
６４−ＱＡＭ：１シンボル＝６ビット、Ｍ_１＝６
１６−ＱＡＭ：１シンボル＝４ビット、Ｍ_２＝４
ＱＰＳＫ：１シンボル＝２ビット、Ｍ _３ ＝２
一般に、反復ｓごとに、各シンボルの上位Ｍ_ｍａｘ−ｋ_ｓビットの値はｋ_１＝０で始まって解釈装置のバッファからＦＥＣ復号器に適用される。各シンボルＳの下位Ｋ_ｓ＝Ｍ_ｍａｘ−Ｍ_ｓの値はＦＥＣ復号器には送信されない。各変調コンステレーションが２^Ｍ個のコンステレーション点から構成され、すべての反復ｓに対してＭ_ｓ＞Ｍ１の場合、ｋ_ｓ＝Ｍ_１−Ｍ_ｓ（Ｍ_１はＭ_ｍａｘに等しい）である。
【００３３】
この例において、可能な変調度数、つまり反復数は３である。連続した反復において、各シンボルの上位Ｍ_ｍａｘ−ｋ_ｓビットの値は解釈装置のバッファ２２に入力される。最初の反復において、すべての６値は復号器に送信される。したがって、ｋ_１＝０である。ＣＲＣ検出器２４からの誤り出力の場合、復調および復号動作が反復される。２回目の反復ｋ_２＝２の場合、各シンボルの上位４値のみが復号器に送信される。これは１６−ＱＡＭ変調方式に従って受信信号を復調するのと等価である。最後に３番目と最後の反復でｋ_ｓ＝４であり、上位２値のみ復号器に送られるが、これはＱＰＳＫ変調と等価である。その結果、受信機に必要なのは１台の復号器のみであるが、出力はあたかも複数の復号器が存在するかのように解釈される。
【００３４】
上記の実施の形態において、値ｋ_sはインクリメントされている。インクリメント値は使用する変調コンステレーションのタイプに依存する。２のインクリメント値は、６４−ＱＡＭを利用可能な最上位の変調コンステレーションであると仮定した場合、受信シンボルを６４−ＱＡＭ→１６−ＱＡＭ→ＱＰＳＫシンボルのような解釈の連鎖を生成することになるので、ＱＡＭ信号コンステレーションに適用可能である。しかし、インクリメント値は一定である必要はなく、システムが使用する変調コンステレーションによって変わる。例えば、インクリメント値は１６−ＰＳＫ→８−ＰＳＫ→２−ＰＳＫのように変化し、ｋ₁＝０、ｋ₂＝１、ｋ₃＝３の値をとることができる。
【００３５】
復調はまず最上位の変調コンステレーションに対して試みるべきであることを前に述べたが、そのような試みは上位から下位に順番に実行できることは当業者にとっては明白なことである。また、最後に正しく検出した変調コンステレーションは、もっとも確率の高い変調コンステレーションが以前の変調で使用した変調コンステレーションであるという推論に基づいてまず試みることができる。
【００３６】
正しい復号が不可能である場合、復号ループのどれが最小のビット誤り数となったかを示す方法がないので（誤って）復号した情報ワードのいずれも出力として選択できる。したがって、いずれの出力も最終的決定として採用することができる。再び、システムによっては先回の復調時に成功した変調出力を選択することが有効である場合がある。
【００３７】
図８を参照して本発明による受信機の別の実施の形態を説明する。この実施の形態は、フィードバック・ループ２５の代わりにそれぞれ解釈装置２２−１、２２−２、…、２２−ｎ、ＦＥＣ復号器２３−１、２３−２、…、２３−ｎおよびＣＲＣ検出器２４−１、２４−２、…、２４−ｎを具備する複数の並列分岐を用いる点で図７の実施の形態と異なる。各分岐の要素は本質的に図７の実施の形態で点線で囲んだ要素に該当する。各分岐において、解釈装置は異なるｋ値を使用してｋがとりうるすべての値に対応する復調器２１からの受信シンボルを同時に復調する。したがって、シンボルは可能なすべての復調コンステレーションに対して同時に復調される。その後、セレクター２６はすべての分岐から復調の結果誤りが発生しなかったことを示す分岐を選択し、最後の判断のためのアクティブ分岐として選択する。
【００３８】
図７および図８の実施の形態の別の変形例として、ＣＲＣ検出器をＦＥＣ復号動作が正しいかどうかを判定できるＦＥＣ復号器で置き換えることができる。ＦＥＣ復号器の出力が正しいかどうかをチェックする別の形態も誤り検出器２４に代わるものとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 複素信号面におけるＱＡＭ信号コンステレーション図の例を示す図
【図２】 複素信号面におけるＱＡＭ信号コンステレーション図の例を示す図
【図３】 複素信号面におけるＱＡＭ信号コンステレーション図の例を示す図
【図４】 複素信号面におけるＱＡＭ信号コンステレーション図の例を示す図
【図５】 複素信号面における１６ＱＡＭ信号コンステレーション図の例を示す図
【図６】 本発明の方法を適用した通信システムの送信機を示す図
【図７】 本発明の受信機の第１の実施の形態を示す図
【図８】 本発明の受信機の第２の実施の形態を示す図

Claims (15)

1. 推定した変調コンステレーションに従ってシンボルを復調し、
   階層的変調コンステレーションのグループの１つのシンボルとして変調シンボルを解釈し、
   誤り訂正復号（ＦＥＣ）技術を用いて復調したシンボルを復号し、
   復号シンボルの正確性チェックを行うステップからなり、
   前記解釈ステップ時に、Ｍ _ｍａｘ を最上位の変調コンステレーションのシンボル・ビット数、Ｍ _ｓ をそれぞれの推定変調コンステレーションのシンボル・ビット数、ｋ _ｓ をｋ _ｓ ＝Ｍ _ｍａｘ −Ｍ _ｓ に従って推定した変調コンステレーションごとに変化する値とした場合、Ｍ _ｍａｘ −ｋ _ｓ 個のシンボル・ビットがＦＥＣ復号器に適用される、
   通信システムの受信機側で送信前に送信機側がシンボル変調のために使用する変調コンステレーションについての認識がなくても変調シンボルを復調する方法。
2. 復号シンボルの正確性チェックを行うステップはＦＥＣ技術によって実行すること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 復号シンボルの正確性チェックを行うステップはＣＲＣ検出装置によって実行すること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 変調シンボルはＭ組のシンボル・ビットの構造Ｓ_０…Ｓ_Ｍ−１から構成され、２^Ｍ個の複数の変調シンボルが特定変調度の変調コンステレーションを形成すること、を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 解釈ステップおよび復調ステップは連続的に繰り返され、反復の度に変調シンボルは可能な複数の変調コンステレーションの異なる１つのシンボルとして解釈されること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 繰り返される解釈および復調ステップは降順の変調の変調コンステレーションに対して、および／または正しい復調シンボルが得られた以前の成功した変調コンステレーションに基づいて実行されること、を特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 解釈ステップは可能な複数の異なる変調コンステレーションに対して同時に実行され、正確性チェックの結果に応じて復調シンボルを選択するステップをさらに含むこと、を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
8. 解釈ステップ時、Ｍ_ｍａｘ−ｋ_ｓ個のシンボル・ビットがＦＥＣ復号器に適用される前にバッファに格納されること、を特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
9. 復調ステップはまずシンボル・ビット数Ｍ _ｍａｘ の最上位の変調コンステレーションに対して試みること、を特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
10. 推定した変調コンステレーションに従ってシンボルを復調する復調器、
    階層的変調コンステレーションのグループの１つのシンボルとして変調シンボルを解釈する解釈装置、
    Ｍ _ｍａｘ を最上位の変調コンステレーションのシンボル・ビット数、Ｍ _ｓ をそれぞれの推定変調コンステレーションのシンボル・ビット数、ｋ _ｓ をｋ _ｓ ＝Ｍ _ｍａｘ −Ｍ _ｓ に従って推定した変調コンステレーションごとに変化する値とした場合、復調したＭ _ｍａｘ −ｋ _ｓ 個のシンボル・ビットを復号する誤り訂正復号器、および
    復調シンボルの正確性チェックを行う手段を具備する、送信前に送信機側がシンボル変調のために使用する変調コンステレーションについての認識がなくても、変調シンボルを復調する通信システムの受信機。
11. ＦＥＣ復号器は復号シンボルの正確性チェックを行うように構成されること、を特徴とする請求項１０に記載の受信機。
12. 復調シンボルの正確性チェックを行うＣＲＣ検出装置をさらに具備する、請求項１０に記載の受信機。
13. 正確性チェックの結果について解釈装置に通知するためのフィードバック・ループをさらに具備する、請求項１０乃至１２のいずれかに記載の受信機。
14. 可能な複数の異なる変調コンステレーションに対して同時にシンボルを復調するため平行分岐状に配列して復調シンボルの正確性チェックを行う複数の解釈装置、ＦＥＣ復号器および手段をさらに具備する、請求項１０乃至１２のいずれかに記載の受信機。
15. 解釈装置は、Ｍ_ｍａｘ−ｋ_ｓ個のシンボル・ビットを格納するバッファを具備すること、を特徴とする請求項１０乃至１４のいずれかに記載の受信機。

Images