JP4190646B2

JP4190646B2 - 信号変調プロセス

Info

Publication number: JP4190646B2
Application number: JP06669499A
Authority: JP
Inventors: ニコラ・ボワイエ; 英志村井
Original assignee: Mitsubishi Electric R&D Centre Europe BV Netherlands
Current assignee: Mitsubishi Electric R&D Centre Europe BV Netherlands
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2019-03-12
Also published as: DE69907058D1; US6434111B1; FR2776146A1; EP0942542A1; FR2776146B1; EP0942542B1; JPH11313010A; DE69907058T2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信システム、例えば、直交または二重直交変調を利用する広帯域通信の方式等において発したシーケンスを表す信号を復調するプロセスに関する。かかる通信システムは、例えば、ワイヤレス電話方式または衛星中継タイプの通信システム等の多重アクセス通信システムである。例えば、本発明は、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Acces：符号分割多重アクセス）方式を使用する通信システムに応用できる。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に係るプロセスを適用する広帯域通信システムは、周知であり、例えば、米国特許第５，６０２，８３３号公報に記載のタイプがある。図１に示すように、かかるシステムは、送信側において、本質的に、エンコーダ１０、変調器２０、チャネル４０上で送信する送信器３０で構成されている。受信側において、受信器５０、変調器２０に対応する復調器６０、エンコーダ１０に対応するデコーダ７０で構成されている。また一般的に、かかるシステムは、エンコーダ１０と変調器２０の間に設けられたインタリーブ装置１５に加えて、インタリーブ装置１５に対応し、復調器６０とデコーダ７０の間に設けられたデインタリーブ装置６５を含む。
【０００３】
エンコーダ１０およびインタリーブ装置１５は、当該技術において周知であり、音声信号、データ信号または他の信号、例えば、まず増幅され、濾波され、さらにディジタル化された信号を表す到来ビット列を反復かつインタリーブしながら符号化するために設けられる。この符号化は、エラー検出および補正機能を実行することが可能なタイプのものである。インタリーブ式処理方式においては、この符号化により、当該システムは低ノイズ／信号比かつ低干渉信号比で動作することもできる。符号化およびインタリーブ式処理の結果生じる信号は、一般に１と−１（または０と１）とされるｋ個の要素からなるｋ領域のワードまたはシンボルのシーケンスである。
【０００４】
このシンボルのシーケンスは、変調器２０において直交変調または二重直交変調と呼ばれる変調プロセスを施される。
【０００５】
直交変調の場合、変調器２０は、直交ワードの生成器２１を含む。かかるワードは、シーケンスまたは関数ともいわれる。以下の説明では、これらを「関数」という語で表す。
【０００６】
これらの関数は、ウォルシュマトリクスに基づいて導出される、アダマール（Hadamard）マトリクスの名で知られるウォルシュ関数であってもよい。アダマールマトリクスは、回帰的に導出されるマトリクスであって、ｎ次関数のマトリクスは以下のように記すことができることが惹起される。
【０００７】
【数２】

【０００８】
（Ｗは、マトリクスＷの論理補数を表す。さらに、１次元のマトリクスＷ（１）は１である。）
【０００９】
ｎ次のマトリクスＷ（ｎ）の各行または列は、ウォルシュ関数と呼ばれ、Ｓ_p（ｎ）と表記される（ｐは、目下の関数の行または列の数であり、ｎは、関数の次元である）。また、より簡単にＳ_pとも表記できる。
【００１０】
例えば、８次元のウォルシュマトリクスは以下のように記す。
【００１１】
【数３】

【００１２】
また、例として、シーケンスＳ₄は｛１，−１，−１，１，１，−１，−１，１｝と記される。
【００１３】
なお、要素は、１と−１を用いてきたが、要素０と１をそれぞれ用いてもよい。
【００１４】
ディジタル変調は、インタリーブ装置１５から派生する可能な各シンボルｐに被送信シーケンスＳＥ_pを割り当てる工程からなる。直交変調の場合、この割り当てられたシーケンスＳＥ_pは、ウォルシュ関数Ｓ_p（ｎ）に対応する。このように、３ビットのシンボルを８次元のウォルシュ関数によって変調することができる。また、一般に、ｋビットのシンボルは、ｎ次元（＝２^k）のＮ（＝２^k）シーケンスＳＥ_pによって変調される。
【００１５】
例えば、２ビットの到来シンボルについては、変調器２０によって送信され属性とされる対応ＳＥ_pシーケンスのリストを以下の表１に示す。
【００１６】
【表１】

【００１７】
二重直交変調は、対応シーケンスＳＥ_p、すなわち、例えば、最後の要素（ｋ番目の要素）が第１位（first state）にあるとき、ｎ＝２^k-1次元のウォルシュ関数Ｓ_q等の直交関数、あるいは最後の要素（ｋ番目の要素）が第２位にあるとき、同じｎ次元の該関数Ｓ_qの論理補数のいずれかを到来シンボルｐの属性とする工程からなる。一般に、ｋビットのシンボルは、ｎ（＝２^k-1）長のＮ（＝２^k）シーケンスＳＥ_pによって変調される。二重直交変調は、例えば、欧州特許出願公開第ＥＰ−Ａ−８０９３６４号公報に記載されている。
【００１８】
例えば、２ビットの到来シンボルについては、変調器２０によって属性とされる対応シーケンスのリストを以下の表２に示す。
【００１９】
【表２】

【００２０】
直交または二重直交変調中に属性とされたシーケンスＳＥ_pは、送信器３０によって処理され送信される。これらは、送信器３０と変調器２０にそれぞれ対応する受信器５０および復調器６０にチャネル４０を介して送信される。
【００２１】
復調器６０において実行される復調プロセスは、受信器５０が送信する信号において、変調中に用いられるシーケンスＳＥ_pを再生（recover）し、次いでこのシーケンスに基づいて変調信号ｐを再生する工程からなる。
【００２２】
いくつかの処理を実行することができる。
【００２３】
第一は、受信器５０が送信する信号と最強の対応関数との相関値のシーケンスを選択する工程からなる。したがって、すでに送信してしまった確率が最も大きなシーケンスＳＥ_pを選択する工程からなる。シーケンスＳＥ_pを選択してしまうと、このシーケンスに関連するシンボルｐを再生し、デインタリーブ装置６５、次いでデコーダ７０に送出する。
【００２４】
デコーダ７０は、例えば、確率が最大のタイプのデコーダ、例えば、「通信システムにおける旋回符号およびその性能(Convolutional codes and their performance in communication systems)」と題するA.J. Viterbiによる１９７１年１０月のIEEE Transactions on Communications Technologyに発表された論文に記載されたものがある。
【００２５】
この方法は、当該技術分野においてハード決定方法（Hard Decision Method）と呼ばれる。
【００２６】
ソフト決定方法（Soft Decision Method）と呼ばれる別の方法は、受信器５０が送信する信号と変調プロセス中であれば使用している可能性のある関数の各々との相関プロセスによって得られる相関値に基づいて、前記関数の各々と関連する各シーケンスＳＥ₁〜ＳＥ_Nの信頼値を決定する工程からなる。また、復調シンボルｐの各要素の属性とされるソフト決定値をこの信頼値の群から推定する工程からもなる。これらの決定値の各々からこのようにして形成された復調シンボルは、上述のように、デインタリーブ装置６５に、さらにデコーダ７０に送出される。
【００２７】
確率が最大である基準にしたがってとられたこのソフト決定値の群の理論的な公式化は、次式によって一般に求められると指摘できる。
【００２８】
【数４】

【００２９】
（Ｐ（ｘ｜ｙ）は、信号をすでに受信したことを認識した場合のシーケンスＳＥ_xがすでに発行されたことを決定する確率を表し、ｕ_iは、目下のシーケンスＳＥ_xに対応するシンボルｘのｉ次要素である。）
【００３０】
この公式化に続いて施される復調プロセスには、その計算において比較的長い数学的演算を何度も実行する必要があるという欠点がある。さらに、最適なソフト決定値が従来の送信チャネルの、例えば信号／ノイズ比、またはこの割合の統計的挙動（ガウスの法則、ライスの法則、レーリーの法則等）という先行の知識が求められることは明らかである。
【００３１】
米国特許第５，４４２，６２７号公報には、これらの課題を解決することを目的とした復調器が記載されている。図２には、かかる変調器が表されている。
【００３２】
本質的に、該復調器は、受信器５０から発行されるデータサンプル形式の信号を受信する相関手段６１からなる。これらの相関手段６１は、例えば、高速アダマール変換（Fast Hadamard Transform）すなわちＦ．Ｈ．Ｔ．の算出手段、または相関関係の算出手段からなる。これらの手段は、変調プロセス中に使用できるウォルシュ関数Ｓ₁〜Ｓ_N各々に現行の信号との相関関係を表す相関値α₁〜α_nを与える。
【００３３】
これらの手段６１は、手段６２に続き、すでに送信している可能性のある各シーケンスＳＥ₁〜ＳＥ_Nに関連する受信信号のエネルギー部ｗ₁〜ｗ_Nに対応する信頼値を決定できる。関数Ｓ_pに等しい各シーケンスＳＥ_pは、一般的に手段６２において前記関数との相関値α_pの二乗となるよう前記シーケンスと関連するエネルギー部ｗ_pを算出する（ｗ_p＝α_p ²）。
【００３４】
次に、復調器は、相関手段６２によって与えられたｗ₁〜ｗ_Nまでの値すべてに基づいてＣ₁〜Ｃ_kまでのソフト決定値すべてを決定し、次いでこれらを変調シンボルの要素ｕ₁〜ｕ_kのそれぞれ属性とする計測算出手段６３からなる。
【００３５】
したがって、各ソフト決定値は、次式に従って求められる。
【００３６】
【数５】

【００３７】
（第１最大関数は、対応する変調シンボルｐが＋１に等しい要素ｕ_iを有するシーケンスＳＥ_pのエネルギー部ｗ_pのうち最も高次（highest）なものに相当し、第２最大関数は、対応する変調シンボルｐ’が−１に等しい要素ｕ_iを有するシーケンスＳＥ_p'のエネルギー部ｗ_p'のうち最も高次のものに相当する。）
【００３８】
【発明が解決しようとする課題】
このような方法の欠点の一つは、二重直交変調に直接適用できないことに起因する。実際、直交変調の場合、手段６１（Ｆ．Ｈ．Ｔ．高速アダマール変換または受信器５０の出力側に存在する信号と各ウォルシュシーケンスの間の相関関係を算出する手段）を上述のように適用することができない。
【００３９】
したがって本発明の目的は、相対的に上述したものと同じくらい実行の複雑性が低く、一方では復調シンボルの要素すべてを考慮しながら、他方では直交変調に加えて二重直交変調にも同等に適用可能な信号変調プロセスを提供することである。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明による復調プロセスは以下、すなわち、変調プロセス中に使用された可能性がある各直交値と、復調される信号との間の相関値を決定する工程と、送信された可能性がある各シーケンスに属性のある信頼値を、前記相関値から推定する工程からなることを特徴とし、前記信頼値は以下のように計算される。
【００４１】
この発明に係る信号変調プロセスは、シンボル（ｐ）に、シンボル（ｐ）の最後の要素（Ｕ_k）が第１位にある場合に直交関数（Ｓ₁〜Ｓ_n）か、あるいはシンボル（ｐ）の最後の要素（ｕ_k）が第２位にある場合に直交関数（Ｓ₁〜Ｓ_n）の論理補数の何れかを関連させる二重直交変調の結果である送信可能な各シーケンス（ＳＥ₁〜ＳＥ_N）であり、通信システムにおいて送信されるシーケンス（ＳＥ₁〜ＳＥ_N）を表す信号の復調プロセスであって、最大確率タイプの連続復号に鑑みてソフト決定値（Ｃ₁〜Ｃ_k）の各々を復調シンボルの各要素の属性とするように決定するために提供され、変調プロセス中に使用していた可能性のある各直交関数（Ｓ₁〜Ｓ_n）と復調されるべき信号との相関値（α₁〜α_n）を決定する工程と、シーケンス（ＳＥ_p）と関連するシンボル（ｐ）の最後の要素（ｕ_k）が第１位にある場合に、値（ｗ_p）が、復調されるべき信号とシーケンス（ＳＥ_p）に使用される関数（Ｓ_q）との相関値（α_q）が正である場合に相関値（α_q）の二乗に等しいか、または相関値（α_q）が負である場合にゼロであって、シーケンス（ＳＥ_p）と関連するシンボル（ｐ）の最後の要素（ｕ_k）が第２位にある場合に、値（ｗ_p）は、復調されるべき信号とシーケンス（ＳＥ_p）のために使用される関数（Ｓ_q）との相関値（α_q）が正である場合にゼロか、または相関値（α_q）が負である場合に相関値（α_q）の二乗に等しくなるように、計算された信頼値（ｗ₁〜ｗ_n）において、送信された可能性のある各シーケンス（ＳＥ₁〜ＳＥ_N）の属性とした信頼値（ｗ₁〜ｗ_n）を相関値（α₁〜α_n）から推定する工程と、復調シンボルの各要素の属性とすべきソフト決定値（Ｃ₁〜Ｃ_k）を信頼値（ｗ₁〜ｗ_N）から推定する工程とを有する。
【００４２】
また、復調シンボルの要素（ｕ_i）の属性とすべき決定値（Ｃ₁）は、シンボル（ｐ）と関連するシーケンス（ＳＥ_j）の属性とされる信頼値すべての和に等しいものとして計算され、その第１値に要素（ｕ_i）が等しく、要素（ｕ_i）が第２値に等しいシンボル（ｐ’）に対応するシーケンス（ＳＥ_j）と関連する信頼値（ｗ_j）すべての和を上述の和から求める。
【００４３】
また、プロセスは、決定値の計算に先立って、各信頼値（ｗ₁〜ｗ_N）を相関値（α₁〜α_n）の全数の関数である重み付け係数（ｍ）で乗算する工程からなる。
【００４４】
さらに、重み付け係数値は、次式によって得られる。
【００４５】
【数６】

【００４６】
（α_jは、直交関数Ｓ_jと関連する相関値を表す）
【００４７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
上述の発明の特徴およびその他については、実施形態および添付図面に関する以下の説明を解することでより明らかとなろう。
【００４８】
本発明に係る復調プロセスを利用する復調器は、本質的に、図２に表す従来技術の状態のように、受信器５０から派生する信号を受信するとともに、変調中に使用している可能性のあるｎ個の直交関数（例えば、ウォルシュ関数）Ｓ₁〜Ｓ_nの上記の到来信号の相関値α₁〜α_nとを送出する相関手段６１からなる。これらの相関値は、手段６２に送信され、ＳＥ₁〜ＳＥ_Nの範囲ですでに送信している可能性のある各シーケンスとそれぞれ関連する信頼値ｗ₁〜ｗ_Nを計測算出手段６３に送出する。信頼値ｗ₁〜ｗ_Nは、各シーケンスＳＥ₁〜ＳＥ_Nと関連するエネルギーの部分を表している。
【００４９】
送信側において変調を二重直交変調によってすでに実行している場合に本発明に係る復調器を機能できるようにするためには、送信されている可能性のある各シーケンスＳＥ_pと関連するエネルギー部ｗ_pを計算する手段６２において実行する処理によって本質的に当該技術において周知のものと異なる。このプロセスについて次に説明する。
【００５０】
シンボルｐは、ｉが１〜ｋまで可変であるｋ個の要素ｕ_iを含むと想定する。このシンボルに対応する被送信シーケンスは、ＳＥ_pと称されるシーケンスである。このシンボルを二重直交変調によってすでに変調している場合、２通りのシナリオが呈される。第１の場合には、その最後の要素（ｋ番目の要素）（これをｕ_kとする）が第１位（例えば＋１）にあり、被送信シーケンスＳＥ_pは、ウォルシュ関数（これをＳ_qとする）に対応する。
【００５１】
第２の場合には、そのｋ番目の要素が第２位（例えば−１）にあり、送信されたシーケンスＳＥ_pは、同じウォルシュ関数Ｓ_qの論理成分Ｓ_qに対応する。
【００５２】
第１の場合には、本発明によると、シーケンスＳＥ_pに関連する信頼値、すなわちエネルギー部ｗ_pは、相関値α_pが正である場合には、到来信号と、このシーケンスＳＥ_pに対応するウォルシュ関数Ｓ_qとの相関値α_pの二乗である（ｗ_p＝α_p ²）か、あるいは相関値α_pが負である場合にはゼロである（ｗ_p＝０）。
【００５３】
第２の場合には、該シーケンスと関連する信頼値ｗ_pは、相関値α_pが負である場合には、到来信号と、このシーケンスＳＥ_pに対応するウォルシュ関数Ｓ_qとの相関値α_pの二乗である（ｗ_p＝α_p ²）か、あるいは相関値α_pが正である場合にはゼロである（ｗ_p＝０）。
【００５４】
例えば、上記の表２に係る二重直交変調を想定してみると、２個の相関値α₁およびα₂がそれぞれあることになる。以下の表３には、これら２個の値α₁およびα₂が正であるとき、こららの値α₁およびα₂に対応するエネルギー部分の値ｗ₁〜ｗ₄が与えられる。
【００５５】
【表３】

【００５６】
以下の表４に関する限り、例として、第１は正、第２は負であるこれら２個の値α₁およびα₂に対応するエネルギー部の値ｗ₁〜ｗ₄が与えられる。
【００５７】
【表４】

【００５８】
本発明の別の特徴によると、シーケンスＳＥ_pと関連する信頼値ｗ_pを上述したように計算するが、相関値α₁〜α_nの全数の関数である係数（ｍとする）によってこれに重み付けをする。都合よく、重み付け係数ｍの値は次式によって求められる。
【００５９】
【数７】

【００６０】
復調シンボルの各要素と関連するソフト決定値Ｃ₁〜Ｃ_kにｋ＝Ｌｏｇ₂（Ｎ）を供するために与えられる計測手段６３は、前述したタイプのものであってもよい。したがって、復調シンボルの要素ｕ_iと関連するソフト決定値Ｃ_iは、このように次式で求められることが惹起されるはずである。
【００６１】
【数８】

【００６２】
例えば、上記の表３で説明した場合であって、α₁の絶対値がα₂の絶対値を上回る場合、以下が導出される。
【００６３】
【数９】

【００６４】
同様に、上記の表４で説明した場合であって、α₁の絶対値がα₂の絶対値を上回る場合、以下が導出される。
【００６５】
【数１０】

【００６６】
しかしながら、すでに上述したように、この計測算出は、選択を行う必要があることから、復調シンボルの要素ｕ_iすべては考慮していない。
【００６７】
このため、シンボルすべてを考慮できるようにするためには、本発明の一実施形態によると、計測手段６３は、復調シンボルのｉ番目の要素ｕ_iと関連する計算された決定値Ｃ_iが、すでに送信している可能性のあるシーケンスと関連するエネルギー部ｗ_iの和に等しく、この第１値（例えば＋１）は対応するシンボルのｉ番目の要素ｕ_iと等しく、ここから、すでに送信している可能性のあるシーケンスと関連するエネルギー部ｗ_i和を求め、この第２値（例えば−１）は対応するシンボルの前記ｉ番目の要素ｕ_iが等しい。
【００６８】
数学的な意味において、この定義は、以下のように書き表すことができる。
【００６９】
【数１１】

【００７０】
この計測算出は、最強値の選定よりもむしろ信頼値の重み付けされた和に基づく。
【００７１】
例えば、上記の表３で説明した場合において、以下が得られる。
【００７２】
【数１２】

【００７３】
同様に、上記の表４で説明した場合において、以下が得られる。
【００７４】
【数１３】

【００７５】
なお、直交変調の場合では、先に説明したものなどの手段６３を用いることが可能である。エネルギー部の値ｗ_pは、α_p ²と等しくなり、これにより復調シンボルの各要素ｕ_iについて次式で書き表される決定値Ｃ_iが得られる。
【００７６】
【数１４】

【００７７】
【発明の効果】
したがって、本発明の信号変調プロセスによれば、上述の工程を有するので、従来のものと同じくらい実行の複雑性が低く、一方では復調シンボルの要素すべてを考慮しながら、他方では直交変調に加えて二重直交変調にも同等に適用可能な信号変調プロセスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する通信システムの概略図である。
【図２】本発明に係る復調プロセスを実行するための復調器の概略図である。
【符号の説明】
６１相関手段、６２決定手段、６３計測算出手段。

Claims

シンボル（ｐ）に、前記シンボル（ｐ）の最後の要素（Ｕ_k）が第１位にある場合に直交関数（Ｓ₁〜Ｓ_n）か、あるいは前記シンボル（ｐ）の最後の要素（ｕ_k）が第２位にある場合に前記直交関数（Ｓ₁〜Ｓ_n）の論理補数の何れかを関連させる二重直交変調の結果である送信可能な各シーケンス（ＳＥ₁〜ＳＥ_N）であり、通信システムにおいて送信されるシーケンス（ＳＥ₁〜ＳＥ_N）を表す信号の復調プロセスであって、最大確率タイプの連続復号に鑑みてソフト決定値（Ｃ₁〜Ｃ_k）の各々を前記復調シンボルの各要素の属性とするように決定するために提供され、
変調プロセス中に使用していた可能性のある各直交関数（Ｓ₁〜Ｓ_n）と復調されるべき信号との相関値（α₁〜α_n）を決定する工程と、
前記シーケンス（ＳＥ_p）と関連するシンボル（ｐ）の最後の要素（ｕ_k）が第１位にある場合に、値（ｗ_p）が、復調されるべき信号と前記シーケンス（ＳＥ_p）に使用される関数（Ｓ_q）との相関値（α_q）が正である場合に前記相関値（α_q）の二乗に等しいか、または前記相関値（α_q）が負である場合にゼロであって、前記シーケンス（ＳＥ_p）と関連するシンボル（ｐ）の最後の要素（ｕ_k）が第２位にある場合に、前記値（ｗ_p）は、復調されるべき信号と前記シーケンス（ＳＥ_p）のために使用される関数（Ｓ_q）との相関値（α_q）が正である場合にゼロか、または前記相関値（α_q）が負である場合に前記相関値（α_q）の二乗に等しくなるように、計算された信頼値（ｗ₁〜ｗ_n）において、送信された可能性のある各シーケンス（ＳＥ₁〜ＳＥ_N）の属性とした信頼値（ｗ₁〜ｗ_n）を前記相関値（α₁〜α_n）から推定する工程と、
復調シンボルの各要素の属性とすべき前記ソフト決定値（Ｃ₁〜Ｃ_k）を前記信頼値（ｗ₁〜ｗ_N）から推定する工程と
を有することを特徴とする信号変調プロセス。
前記復調シンボルの要素（ｕ_i）の属性とすべき前記決定値（Ｃ₁）は、前記シンボル（ｐ）と関連するシーケンス（ＳＥ_j）の属性とされる信頼値すべての和に等しいものとして計算され、その第１値に前記要素（ｕ_i）が等しく、前記要素（ｕ_i）が第２値に等しいシンボル（ｐ’）に対応する前記シーケンス（ＳＥ_j）と関連する信頼値（ｗ_j）すべての和を前記和から求めることを特徴とする請求項１記載の信号変調プロセス。
前記プロセスは、前記決定値の計算に先立って、各信頼値（ｗ₁〜ｗ_N）を前記相関値（α₁〜α_n）の全数の関数である重み付け係数（ｍ）で乗算する工程からなることを特徴とする請求項２記載の信号変調プロセス。
前記重み付け係数値は、次式によって得られる

（α_jは、直交関数Ｓ_jと関連する相関値を表す）
ことを特徴とする請求項３記載の信号変調プロセス。