JP4883582B2 - Coded modulation system, receiving apparatus, coded modulation method and decoding method - Google Patents

Coded modulation system, receiving apparatus, coded modulation method and decoding method Download PDF

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Description

本発明は、トレリスシェイピングを使用したシングルキャリア変調に関する。より詳細には、シングルキャリア変調における瞬時ピーク電力の低減方法およびシングルキャリア変調装置ならびにこれらに好適な受信装置および復号方法に関する。   The present invention relates to single carrier modulation using trellis shaping. More specifically, the present invention relates to a method for reducing instantaneous peak power in single carrier modulation, a single carrier modulation device, and a reception device and decoding method suitable for them.

現在標準規格の決定が進められている第4世代移動通信システム(4G)においては、変調方式として、周波数選択フェージング特性に優れた耐性を持つOFDMの採用が有力となっている。OFDMは、周波数利用効率や周波数選択フェージング特性におけるメリットがある反面、PAR(Peak-to-Average Ratio)特性が非常に悪いという欠点を持っている。すなわち、平均電力に対して瞬時ピーク電力の変動幅が大きいという欠点がある。   In the 4th generation mobile communication system (4G) for which the standard is currently being determined, the use of OFDM having excellent resistance to frequency selective fading as a modulation method is prominent. While OFDM has advantages in frequency utilization efficiency and frequency selective fading characteristics, it has a drawback that PAR (Peak-to-Average Ratio) characteristics are very poor. That is, there is a drawback that the fluctuation range of the instantaneous peak power is large with respect to the average power.

PAR特性の悪い送信信号は、一般に広いダイナミックレンジを持つ信号である。つまり、電力増幅器で増幅される変調送信信号の包絡線変動が大きいことを意味している。第2世代移動通信システム(2G)では、包絡線変動の少ない線形変調方式であるπ/4シフトQPSK変調または定包絡線変調方式であるGMSK変調が採用されていた。包絡線変動が少ないかまたは包絡線が一定の変調信号を増幅する場合に、電力付加効率の高いB級増幅器やC級増幅器を使用することもできるからである。   A transmission signal having poor PAR characteristics is generally a signal having a wide dynamic range. That is, it means that the envelope fluctuation of the modulated transmission signal amplified by the power amplifier is large. In the second generation mobile communication system (2G), π / 4 shift QPSK modulation, which is a linear modulation method with little envelope fluctuation, or GMSK modulation, which is a constant envelope modulation method, is employed. This is because a class B amplifier or class C amplifier with high power added efficiency can be used when the modulation signal with a small envelope variation or a constant envelope is amplified.

一方、OFDMにおいては、平均電力と瞬時ピーク電力との比であるPAR値は、10dBにも達する。これは、π/4シフトQPSK変調のPAR値が約3dB程度であるのと比較して、非常に大きい値である。このOFDM特有のPAR特性は、送信機の最終段において使用される電力増幅器(PA)に非常に高い線形性を要求することになる。電力増幅器の線形性が十分でない場合、すなわち電力増幅器に非線形性がある場合には、送信信号のひずみの発生や帯域外の不要輻射電力を増大といった問題が生じてくる。   On the other hand, in OFDM, the PAR value, which is the ratio of average power to instantaneous peak power, reaches 10 dB. This is a very large value compared with the PAR value of π / 4 shift QPSK modulation being about 3 dB. This OFDM-specific PAR characteristic requires very high linearity in the power amplifier (PA) used in the final stage of the transmitter. When the linearity of the power amplifier is not sufficient, that is, when the power amplifier has non-linearity, problems such as generation of distortion of the transmission signal and increase of unnecessary radiation power outside the band arise.

電力増幅器における非線形ひずみの発生を抑えるためには、線形領域において電力増幅器を動作させることが必要である。すなわち、電力増幅時に瞬時ピーク電力に対応する包絡線を保存するため、電力増幅器には大きな出力バックオフ(OBO:Output Back-Off)が必要となる。一般的に言えば、PAR値以上のバックオフ領域において電力増幅器を動作させる必要がある。例えば、非特許文献2には、出力バックオフと非線形増幅によるひずみ発生量との関係が開示されている。   In order to suppress the occurrence of nonlinear distortion in the power amplifier, it is necessary to operate the power amplifier in the linear region. That is, in order to preserve the envelope corresponding to the instantaneous peak power during power amplification, the power amplifier needs a large output back-off (OBO). Generally speaking, it is necessary to operate the power amplifier in a back-off region equal to or higher than the PAR value. For example, Non-Patent Document 2 discloses the relationship between output back-off and distortion generation due to nonlinear amplification.

一般に、出力バックオフを大きく確保すると、電力増幅器の電力付加効率が悪化する。バッテリ駆動する携帯端末においては、省電力が求められている。したがって、電力増幅器の電力付加効率の低下は重大な問題である。また、平均電力レベルを基準に考えると、出力バックオフの確保のためには、最大出力電力レベルの大きい電力増幅器を使用すること必要となる。最大出力電力レベルの大きい電力増幅器は一般に高価であり、一般の携帯端末にこれを搭載するのは、コストの点からも難しい。   In general, if a large output back-off is ensured, the power added efficiency of the power amplifier deteriorates. In portable terminals driven by a battery, power saving is required. Therefore, a reduction in power added efficiency of the power amplifier is a serious problem. Considering the average power level as a reference, it is necessary to use a power amplifier having a large maximum output power level in order to ensure output back-off. A power amplifier having a large maximum output power level is generally expensive, and it is difficult to mount it in a general portable terminal from the viewpoint of cost.

このような理由から、第4世代移動通信システム(4G)において、上り回線にOFDMを使用するのは困難であり、その代わりに、シングルキャリア方式を採用することが検討されている。   For these reasons, it is difficult to use OFDM in the uplink in the fourth generation mobile communication system (4G), and instead, it is considered to adopt a single carrier scheme.

第4世代移動通信システム(4G)では、静止時で1[Gbps]、移動時でも100[Mbps]という高速通信が目標として掲げられている。周波数資源の枯渇を考慮すると、変調において高い周波数利用効率が求められる。例えば、1[Hz]あたり4〜10[bit/sec]が周波数利用効率の目標とされている。このような高い周波数利用効率を持つ変調を実現するためには、QAMなどの多値変調を用いる必要がある。しかし、シングルキャリア方式においても、QAM変調を用いる場合にはOFDMほどではないがPAR特性が劣化するという問題がある。大容量伝送のためにQAM変調を用いると、大きな瞬時ピーク電力が生じる。このため、電力増幅器の動作点を下げて、電力増幅器の出力バックオフを大きく確保する必要が生じる。結果として、電力増幅器の電力付加効率は低下する。   In the fourth generation mobile communication system (4G), the goal is high speed communication of 1 [Gbps] when stationary and 100 [Mbps] even when moving. Considering the depletion of frequency resources, high frequency utilization efficiency is required for modulation. For example, a frequency utilization efficiency target of 4 to 10 [bit / sec] per 1 [Hz] is set. In order to realize such modulation with high frequency utilization efficiency, it is necessary to use multilevel modulation such as QAM. However, even in the single carrier system, when QAM modulation is used, there is a problem that the PAR characteristics are deteriorated although not as high as OFDM. When QAM modulation is used for large capacity transmission, a large instantaneous peak power is generated. For this reason, it is necessary to lower the operating point of the power amplifier to ensure a large output back-off of the power amplifier. As a result, the power added efficiency of the power amplifier is reduced.

一般に、シングルキャリア方式を用いた線形変調においては、波形整形フィルタからの出力信号には振幅変動が生じ、特にロールオフ率αが小さくなるとダイナミックレンジも大きくなる。ロールオフ係数が小さければ、周波数軸上において変調信号のスペクトル拡がりを抑えることができるので、周波数利用効率を向上させることができる。しかし、変調信号のダイナミックレンジは大きくなるため、瞬時ピーク電力が増大し、電力増幅器の付加効率の要請と相容れない。   In general, in the linear modulation using the single carrier method, amplitude fluctuation occurs in the output signal from the waveform shaping filter, and the dynamic range increases especially when the roll-off rate α decreases. If the roll-off coefficient is small, the spectrum spread of the modulation signal can be suppressed on the frequency axis, and therefore the frequency utilization efficiency can be improved. However, since the dynamic range of the modulation signal becomes large, the instantaneous peak power increases, which is incompatible with the demand for additional efficiency of the power amplifier.

上述のような瞬時ピーク電力の問題を背景に、送信電力を低減する技術としてシェイピングが知られている。このシェイピングは、変調後のシンボルの分布を正規分布に近づけ、平均電力を低減して、通信路容量に近づけることを指す。一般には、正規分布に近づけることに限らず、通信路の特性に対応して、シンボルの分布が好ましくなるように、入力ビット系列を符号化している。シェイピング技術としては、トレリスシェイピングがよく知られている(非特許文献4を参照のこと)。トレリスシェイピングでは、ビタビアルゴリズムにおける符号語検索メトリックを適切に定義することによって、任意のシェイピングが可能となる。トレリスシェイピングによって、平均電力の低減だけでなく、送信信号のダイナミックレンジを低減することが検討されている。トレリスシェイピングは、π/4シフトQPSK変調の考え方を発展させたものである。すなわち、送信シンボル系列に対し、連続する2シンボル間における信号点の遷移角度の合計が最小になるように送信系列を符号化するというものである(非特許文献3を参照)。   With the background of the problem of instantaneous peak power as described above, shaping is known as a technique for reducing transmission power. This shaping means that the distribution of symbols after modulation is made close to a normal distribution, average power is reduced, and it is made close to the channel capacity. In general, the input bit sequence is encoded so that the symbol distribution is preferable in accordance with the characteristics of the communication channel, not limited to the normal distribution. Trellis shaping is well known as a shaping technique (see Non-Patent Document 4). In trellis shaping, arbitrary shaping is possible by appropriately defining a code word search metric in the Viterbi algorithm. It has been studied to reduce not only the average power but also the dynamic range of the transmission signal by trellis shaping. Trellis shaping is an evolution of the idea of π / 4 shift QPSK modulation. That is, the transmission sequence is encoded so that the total transition angle of signal points between two consecutive symbols is minimized with respect to the transmission symbol sequence (see Non-Patent Document 3).

棚橋、落合,「シングルキャリアQAMにおけるトレリスシェイピングを用いたピーク電力制御」、電子情報通信学会技術研究報告、無線通信システムRCS2006-35-58, Vol.106, No.119Tanahashi, Ochiai, “Peak power control using trellis shaping in single carrier QAM”, IEICE technical report, RCS2006-35-58, Vol.106, No.119 H. Ochiai, “Power efficiency comparison of OFDM and single-carrier signals,” in Proc. 2002 IEEE Fall Vehicular Technology Conf., pp. 899-903, 2002.H. Ochiai, “Power efficiency comparison of OFDM and single-carrier signals,” in Proc. 2002 IEEE Fall Vehicular Technology Conf., Pp. 899-903, 2002. I.S.Morrison: “Trellis shaping applied to reducing the envelope fluctuations of MQAM and band-limited MPSK”, Proc.Int/Conf. on Digital Satellite Commum. (ICDSC'92), pp.143-149 1992I.S. Morrison: “Trellis shaping applied to reducing the envelope fluctuations of MQAM and band-limited MPSK”, Proc. Int / Conf. On Digital Satellite Commum. (ICDSC'92), pp.143-149 1992 G. D. Forney, Jr., “Trellis shaping,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 38, pp. 281-300, Mar. 1992.G. D. Forney, Jr., “Trellis shaping,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 38, pp. 281-300, Mar. 1992. L. Bahl, J. Cocke, F. Jelinek, and J. Raviv, “Optimum decoding of linear codes for minimizing symbol error rate,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-20, pp. 284287, Mar. 1974.L. Bahl, J. Cocke, F. Jelinek, and J. Raviv, “Optimum decoding of linear codes for minimizing symbol error rate,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-20, pp. 284287, Mar. 1974 . S. Benedetto, D. Divsalar, G. Montorsi, and F. Pollara, “Serial concatenation of interleaved codes: Performance analysis, design, and iterative decoding,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 44, pp. 909926, May 1998.S. Benedetto, D. Divsalar, G. Montorsi, and F. Pollara, “Serial concatenation of interleaved codes: Performance analysis, design, and iterative decoding,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 44, pp. 909926, May 1998.

しかしながら、従来のトレリスシェイピング技術は、ピーク電力を抑える点では十分なものとはいえなかった。本来、トレリスシェイピングは、QAMコンスタレーション上において、できるだけ内側の信号点に対応するシンボルを選択するようにして平均電力を下げることを特徴としている。非特許文献3においては、QAMを対象として、送信信号のダイナミックレンジを低減させるためにトレリスシェイピングが適用されている。   However, conventional trellis shaping techniques have not been sufficient in terms of suppressing peak power. Originally, trellis shaping is characterized in that the average power is reduced by selecting a symbol corresponding to an inner signal point as much as possible on the QAM constellation. In Non-Patent Document 3, trellis shaping is applied to reduce the dynamic range of a transmission signal for QAM.

また、トレリスシェイピングにおいては、符号語検索メトリックの定義が重要な役割を果たす。非特許文献3においては、シングルキャリア方式に対しては、主にPSK変調を対象としている。この場合は、シンボル遷移に対応する2つの信号点の位相差が小さいほどピーク電力の発生する確率が小さいことに着目し、連続する2シンボルに対応する信号点間の位相差を符号語検索メトリックとしている。   In trellis shaping, the definition of codeword search metrics plays an important role. In Non-Patent Document 3, PSK modulation is mainly targeted for the single carrier system. In this case, paying attention to the fact that the smaller the phase difference between the two signal points corresponding to the symbol transition, the smaller the probability of occurrence of peak power, and the code word search metric represents the phase difference between the signal points corresponding to two consecutive symbols It is said.

しかし、QAMの場合では、PSK変調と異なり、シンボル遷移の位相差が小さいほどピーク電力の発生する確率が小さいという関係は成り立たない。このため、適切な符号語検索メトリックは、未だ提案されておらず、主に経験則に基づいて設定されていた。非特許文献3においても、ビタビアルゴリズムにおけるメトリックは経験則に基づいたものであるため、トレリスシェイピングの性能が十分に発揮されるものとはなっていない。   However, in the case of QAM, unlike PSK modulation, the relationship that the probability that peak power is generated is smaller as the phase difference between symbol transitions is smaller. For this reason, an appropriate codeword search metric has not yet been proposed, and has been set mainly based on empirical rules. Also in Non-Patent Document 3, the metric in the Viterbi algorithm is based on an empirical rule, so that the performance of trellis shaping is not sufficiently exhibited.

したがって、従来技術においては、トレリスシェイピングによりシングルキャリアをQAM変調するシングルキャリア変調において、多値QAMにおける瞬時ピーク電力を低減させる良好な技術は提案されていなかった。本発明の発明者は、上述の従来の問題点を解決し、シングルキャリアに対してQAM変調を適用するシングルキャリア変調において適切なメトリックを定めることを目的として、非特許文献1に開示された発明を行った。非特許文献1においては、特に、瞬時ピーク電力の低減に適した符号語メトリックを定めるために、参照電力との統計的モーメントを使用したメトリックに基づいたシングルキャリア変調方法が開示されている。すなわち、瞬時ピーク電力の分散値をメトリックとするものである。非特許文献1においては、リミッタモデルを使用したメトリックについてもその概念を示唆していた。しかしながら、具体的なその実装方法についてはなんら開示されていなかった。   Therefore, in the prior art, a good technique for reducing the instantaneous peak power in multilevel QAM has not been proposed in single carrier modulation in which a single carrier is QAM modulated by trellis shaping. The inventor of the present invention is an invention disclosed in Non-Patent Document 1 for the purpose of solving the above-described conventional problems and determining an appropriate metric in single carrier modulation in which QAM modulation is applied to a single carrier. Went. Non-Patent Document 1 discloses a single carrier modulation method based on a metric using a statistical moment with a reference power, in particular, in order to define a codeword metric suitable for reducing instantaneous peak power. That is, the variance of instantaneous peak power is used as a metric. Non-Patent Document 1 suggests the concept of a metric using a limiter model. However, no specific implementation method has been disclosed.

また、トレリスシェイピングされた変調信号に対応した復調方法としては、硬判定復号処理によるものが一般的であった。   Further, as a demodulation method corresponding to a trellis-shaped modulated signal, a method using a hard decision decoding process is generally used.

図17は、トレリスシェイピングを適用した送受信システムを示す概念図である。送信系においては、情報データは、通信路符号化部100により誤り訂正符号等による符号化処理がなされ、シェイピング変調部101によって瞬時ピークの低減がなされた後に、出力信号として送信装置から通信路へ出力される。通信路を経て対向する受信系では、出力信号は受信装置のシェイピング復調部102において、シェイピングビットの硬判定復号処理が行なわれる。その後、通信路復号部103において、シェイピングを復号された信号は軟判定または硬判定復号処理に基づき、情報データが再生されていた(例えば、非特許文献4)。このようなシステムにおいては、シェイピングビットの硬判定復号処理を行なう際に、シェイピングにおける符号化アルゴリズムの特有の性質を何ら利用しておらず、誤り訂正符号の復号特性に優れた有効な復号方法は提案されていなかった。   FIG. 17 is a conceptual diagram illustrating a transmission / reception system to which trellis shaping is applied. In the transmission system, the information data is encoded by an error correction code or the like by the communication channel encoding unit 100, and after instantaneous peaks are reduced by the shaping modulation unit 101, the information data is output from the transmission device to the communication channel. Is output. In the receiving system that is opposed via the communication path, the shaping signal of the output signal is subjected to a hard decision decoding process of the shaping bit in the shaping demodulator 102 of the receiving apparatus. Thereafter, in the channel decoding unit 103, information data is reproduced from the signal subjected to shaping decoding based on soft decision or hard decision decoding (for example, Non-Patent Document 4). In such a system, when performing hard-decision decoding processing of the shaping bit, an effective decoding method that does not use any characteristic property of the encoding algorithm in shaping and has excellent decoding characteristics of the error correction code is It was not proposed.

本発明は、このリミッタ法の概念に基づいて波形整形フィルタ以降の出力信号波形の瞬時ピークが一定包絡線に近づくような符号語を選択可能なメトリックを提案することを目的とする。さらに、このメトリックを用いて瞬時ピーク電力を低減させたシングルキャリア変調方法および変調装置を提供することを目的とする。ピーク電力に関連する問題は、第4世代移動通信システム(4G)等の高速通信においては、ますます重要な課題である。本発明は、瞬時ピーク電力の数学的な表現に基づいて、新たなトレリスシェイピングを用いる瞬時ピーク電力低減方法を実現する。QAMに限らず、PSK変調に対して効果的な瞬時ピーク電力低減方法を提供する。   An object of the present invention is to propose a metric capable of selecting a code word such that an instantaneous peak of an output signal waveform after a waveform shaping filter approaches a constant envelope based on the concept of the limiter method. It is another object of the present invention to provide a single carrier modulation method and modulation apparatus that reduce instantaneous peak power using this metric. The problem related to peak power is an increasingly important issue in high-speed communication such as the fourth generation mobile communication system (4G). The present invention realizes an instantaneous peak power reduction method using new trellis shaping based on a mathematical expression of instantaneous peak power. Provided is an instantaneous peak power reduction method effective for PSK modulation as well as QAM.

本発明は、提案する瞬時ピークを低減させたトレリスシェイピング方法に対応した、誤り訂正符号の復号特性を大幅に改善した受信装置および復号方法も提供する。   The present invention also provides a receiving apparatus and a decoding method that greatly improve the decoding characteristics of error correction codes, corresponding to the proposed trellis shaping method with reduced instantaneous peaks.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、トレリスシェイピングを用い、QAM方式またはPSK変調方式のいずれかを含むデジタル変調によってシングルキャリアを変調した送信信号の瞬時ピーク電力を低減する方法であって、(a) シェイピング符号によって決定されるトレリスにおいて、取り得る枝に対応する符号系列により生成される複数の連続するシンボルの組を求めるステップと、(b) 1つのシンボル区間について、前記複数の連続するシンボルの組に基づいて生成され、前記送信信号の瞬時ピーク電力を表す部分波形を求めるステップであって、前記部分波形は、波形整形フィルタの出力における前記複数の連続するシンボルの各々に対する連続的なI信号波形およびQ信号波形に基づいて決定され、前記連続的なI信号波形およびQ信号波形は、前記1つのシンボル区間において、前記複数の連続するシンボルの各々に対応する離散的なI信号およびQ信号に対する前記波形整形フィルタのインパルス応答畳み込み波形を加算することによってそれぞれ求められるステップと、(c) 前記部分波形に対して、前記部分波形の振幅値が所定のリミッタしきい値を越える場合に、前記リミッタしきい値と前記振幅値との差分に対応するメトリックを求めるステップであって、前記リミッタしきい値を越えない場合はメトリック演算値を0とするステップと、(d) 前記取り得る枝の中から、前記メトリック最小となる枝を選択するステップと、(e) 前記選択された枝に対応する符号系列に基づいて、前記1つのシンボル区間に対するシンボルを出力するステップと、(f) 各シンボル区間に対して、前記(a)ステップから前記(e)ステップを繰り返し、送信信号を出力するステップとを備え、前記デジタル変調において取り得る全てのシンボルに対して、所定の複数のシンボル区間に渡って、各シンボル区間に対する前記連続的なI信号波形およびQ信号波形のサンプル値データを予め記憶しておき、前記記憶されたサンプル値データを用いて前記部分波形を求めることを特徴とする。 In order to achieve such an object, the present invention according to claim 1 is directed to a transmission signal obtained by modulating a single carrier by digital modulation including either QAM or PSK modulation using trellis shaping. A method for reducing instantaneous peak power, comprising: (a) obtaining a set of a plurality of consecutive symbols generated by a code sequence corresponding to possible branches in a trellis determined by a shaping code; (b) A step of obtaining a partial waveform that is generated based on the set of a plurality of consecutive symbols for one symbol interval and that represents an instantaneous peak power of the transmission signal , wherein the partial waveform is the output of a waveform shaping filter. Based on continuous I and Q signal waveforms for each of a plurality of consecutive symbols The continuous I signal waveform and the Q signal waveform are impulse responses of the waveform shaping filter to discrete I signals and Q signals corresponding to each of the plurality of consecutive symbols in the one symbol period. (C) a step obtained by adding convolution waveforms, and (c) when the amplitude value of the partial waveform exceeds a predetermined limiter threshold value with respect to the partial waveform, the limiter threshold value and the amplitude value A metric corresponding to a difference between the metric calculation value and the metric calculation value is set to 0 when the limiter threshold value is not exceeded , and (d) the metric is the smallest among the possible branches. (E) on the basis of the code sequence corresponding to the selected branch, And outputting symbols, (f) for each symbol interval, the (a) the steps repeated (e) step, and a step of outputting a transmission signal, all that may be taken in the digital modulation For a symbol, sample value data of the continuous I signal waveform and Q signal waveform for each symbol period is stored in advance over a plurality of predetermined symbol periods, and the stored sample value data is used. Then, the partial waveform is obtained.

請求項に記載の発明は、請求項に記載の送信信号の瞬時ピーク電力を低減する方法であって、前記部分波形は、波形整形フィルタの出力における前記複数の連続するシンボルの各々に対する連続的なI信号波形およびQ信号波形に基づいて決定され、前記連続的なI信号波形およびQ信号波形は、前記1つのシンボル区間において、前記複数の連続するシンボルの各々に対応する離散的なI信号およびQ信号に対する前記波形整形フィルタのインパルス応答畳み込み波形を加算することによってそれぞれ求められることを特徴とする。 Invention of claim 2 is a method for reducing the instantaneous peak power of the transmission signal according to claim 1, wherein the partial waveform is continuous with respect to each of said plurality of consecutive symbols in the output of the waveform shaping filter The continuous I signal waveform and the Q signal waveform are determined based on a typical I signal waveform and a Q signal waveform, and the continuous I signal waveform and the Q signal waveform are discrete I corresponding to each of the plurality of consecutive symbols in the one symbol interval. It is respectively obtained by adding the impulse response convolution waveform of the waveform shaping filter to the signal and the Q signal.

請求項に記載の発明は、請求項に記載の送信信号の瞬時ピーク電力を低減する方法であって、前記メトリックにおける前記差分は、前記部分波形の前記サンプル値が前記リミッタしきい値を越えるときに、前記部分波形の前記サンプル値の各々と前記リミッタしきい値との差分を合計して求められることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is a method for reducing the instantaneous peak power of the transmission signal according to claim 2 , wherein the difference in the metric is determined by the sample value of the partial waveform being equal to the limiter threshold value. When exceeding, the difference between each of the sample values of the partial waveform and the limiter threshold value is obtained in total.

請求項4に記載の発明は、 トレリスシェイピングを用いてシングルキャリアを、QAM方式またはPSK変調方式のいずれかを含む方式でデジタル変調するシングルキャリア変調装置において、シェイピングを施す符号系列のビットを符号化するインバースシンドロームと、前記符号化したビットと、シェイピングを施さない符号系列のビットとに基づいて、ビタビアルゴリズムに基づいてメトリックを最小にする符号語を求めるジェネレータであって、波形整形フィルタの出力における前記複数の連続するシンボルの各々に対する連続的なI信号波形およびQ信号波形に基づいて前記部分波形を決定する部分波形演算部であって、前記連続的なI信号波形およびQ信号波形は、前記1つのシンボル区間において、前記複数の連続するシンボルの各々に対応する離散的なI信号およびQ信号に対する前記波形整形フィルタのインパルス応答畳み込み波形を加算することによってそれぞれ求められる部分波形演算部と、前記部分波形に対して、前記部分波形の振幅値が所定のリミッタしきい値を越える場合に、前記リミッタしきい値と前記振幅値との差分に対応する前記メトリックを決定するメトリック演算部であって、前記リミッタしきい値を越えない場合はメトリック演算値を0とするメトリック演算部と、前記メトリックを最小とするトレリスの枝を求めるトレースバック部と、前記求められた枝から符号語を求めるデコーダと
を含むジェネレータと、前記符号化したビットに前記符号語を加算した情報を複素シンボル点にマッピングするマッピング器とを備え、前記ジェネレータのシェイピング符号によって決定されるトレリスにおいて、取り得る枝に対応する符号系列により生成される複数の連続するシンボルの組に基づいて、1つのシンボル区間について、前記送信信号の瞬時ピーク電力を表す部分波形を求め、前記部分波形に対して、前記部分波形の振幅値が所定のリミッタしきい値を越える場合に、前記リミッタしきい値と前記振幅値との差分に対応して前記メトリックが決定され、前記デジタル変調において取り得る全てのシンボルに対して、所定の複数シンボル区間に渡って、各シンボル区間に対する前記連続的なI信号波形およびQ信号波形のサンプル値データを予め記憶する記憶手段をさらに備え、前記記憶されたサンプル値データを用いて前記部分波形を求めることを特徴とする。
Invention according to claim 4, a single carrier using trellis shaping, in the single-carrier modulation apparatus for digital modulation in a manner containing either QAM method or PSK modulation scheme, coding bit code sequence subjected to shaping A generator that obtains a codeword that minimizes a metric based on a Viterbi algorithm based on an inverse syndrome to be performed, the encoded bit, and a bit of a code sequence that is not subjected to shaping . A partial waveform calculator that determines the partial waveform based on a continuous I signal waveform and a Q signal waveform for each of the plurality of consecutive symbols, wherein the continuous I signal waveform and the Q signal waveform are The plurality of consecutive symbol symbols in one symbol interval A partial waveform calculation unit obtained by adding the impulse response convolution waveform of the waveform shaping filter to the discrete I signal and Q signal corresponding to each of the signals, and the amplitude of the partial waveform with respect to the partial waveform A metric calculation unit for determining the metric corresponding to a difference between the limiter threshold value and the amplitude value when the value exceeds a predetermined limiter threshold value; A metric calculation unit that sets a metric calculation value to 0, a traceback unit that calculates a trellis branch that minimizes the metric, and a decoder that calculates a codeword from the determined branch
Comprising a generator comprising, a mapper for mapping the complex symbol point information obtained by adding the code word bits that the encoding in the trellis which is determined by shaping the sign of the generator, a code corresponding to the branch to be taken Based on a set of a plurality of consecutive symbols generated by the sequence, a partial waveform representing the instantaneous peak power of the transmission signal is obtained for one symbol period, and the amplitude value of the partial waveform is obtained with respect to the partial waveform. When a predetermined limiter threshold is exceeded, the metric is determined corresponding to the difference between the limiter threshold and the amplitude value, and for all symbols that can be taken in the digital modulation, a predetermined number of symbols Samples of the continuous I signal waveform and Q signal waveform for each symbol period over a period Further comprising a storage means for storing the value data in advance, and obtains the partial waveform using the stored sampled data.

請求項に記載の発明は、請求項に記載のシングルキャリア変調装置であって、前記1つのシンボル区間において、前記連続的なI信号波形およびQ信号波形に対する所定のオーバサンプリング数のサンプル値をそれぞれ求め、前記I信号波形のサンプル値および前記Q信号波形のサンプル値に基づいて、前記部分波形のサンプル値を求めること特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is the single carrier modulation apparatus according to the fourth aspect, wherein a sample value of a predetermined oversampling number for the continuous I signal waveform and Q signal waveform in the one symbol period. And the sample value of the partial waveform is obtained based on the sample value of the I signal waveform and the sample value of the Q signal waveform.

請求項に記載の発明は、請求項に記載のシングルキャリア変調装置であって、前記メトリックにおける前記差分は、前記部分波形の前記サンプル値が前記リミッタしきい値を越えるときに、前記部分波形の前記サンプル値の各々と前記リミッタしきい値との差分を合計して求められることを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the single carrier modulation device according to claim 5 , wherein the difference in the metric is determined when the sample value of the partial waveform exceeds the limiter threshold. The difference between each of the sample values of the waveform and the limiter threshold value is calculated to be obtained.

以上説明したように、本発明の瞬時ピーク電力低減方法によれば、波形整形フィルタのロールオフ率を小さくしても送信信号のダイナミックレンジを小さく抑えることが可能である。したがって、周波数利用効率および電力付加効率が共に優れたシングルキャリア変調システムの実装が可能である。また受信動作において、復調時のシンボル判定タイミングに同期ずれがある場合でも、シンボル間干渉の影響を小さく抑えることができる。また、送信信号のダイナミックレンジが抑えられることによって、送信信号を生成する際の量子化誤差に起因する受信シンボル誤り率の悪化を緩和することができる。   As described above, according to the instantaneous peak power reduction method of the present invention, the dynamic range of a transmission signal can be suppressed even if the roll-off rate of the waveform shaping filter is reduced. Therefore, it is possible to implement a single carrier modulation system that is excellent in both frequency utilization efficiency and power added efficiency. Further, in the reception operation, even when there is a synchronization shift in the symbol determination timing at the time of demodulation, the influence of intersymbol interference can be reduced. In addition, since the dynamic range of the transmission signal is suppressed, it is possible to mitigate the deterioration of the received symbol error rate due to the quantization error when generating the transmission signal.

また、本発明の復号方法によれば、誤り訂正符号の復号特性を大幅に改善することができる。シェイピングビットの付加により符号化率の低下が生じても、これを相殺してシェイピングなしの場合と同等以上の誤り訂正符号の復号特性を実現する。   Also, according to the decoding method of the present invention, the decoding characteristics of error correction codes can be greatly improved. Even if the coding rate is reduced due to the addition of the shaping bits, this is offset and the decoding characteristics of the error correction code equal to or higher than those without the shaping are realized.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1の実施形態: 以下、図面を参照しながら本発明の第1の実施形態について詳細に説明する。本発明の瞬時ピーク電力低減方法は、トレリスシェイピングにおける枝メトリックに波形整形フィルタ出力点以降の連続的な部分波形を関連付ける。この部分波形の瞬時ピーク振幅を、所定のリミッタしきい値にできる限り近づけるメトリックを定義する。ビタビアルゴリズムに基づいて、このメトリックを最小化する符号系列から出力シンボルを決定する。複数の連続するシンボルを考慮して部分波形を計算するために、複数の遅延素子を利用する。部分波形の計算量が増大する場合には、使用する変調方法において取り得るシンボルに対して、シンボル区間ごとに部分波形データをあらかじめ記憶しておき、この記憶されたデータを利用して、部分波形を求めてメトリック演算を行なう。符号探索時に、逐次計算を行なわずに計算量を削減して演算を高速化する。   First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The instantaneous peak power reduction method of the present invention associates a continuous partial waveform after the waveform shaping filter output point with a branch metric in trellis shaping. A metric is defined that brings the instantaneous peak amplitude of this partial waveform as close as possible to a predetermined limiter threshold. Based on the Viterbi algorithm, an output symbol is determined from a code sequence that minimizes this metric. In order to calculate a partial waveform in consideration of a plurality of consecutive symbols, a plurality of delay elements are used. If the amount of calculation of the partial waveform increases, partial waveform data is stored in advance for each symbol section for symbols that can be used in the modulation method to be used, and the partial waveform is used by using the stored data. To calculate the metric. At the time of code search, the calculation speed is reduced by reducing the calculation amount without performing sequential calculation.

本発明の瞬時ピーク電力低減方法は、トレリスシェイピングの際の符号語の選択段階において、変調後の変調信号波形の瞬時ピーク電力を所定のリミッタしきい値にできる限り近づけるように、この符号語選択(探索)を行うところに特徴がある。あたかも等価的に変調信号がリミッタに入力されたかのように動作するため、リミッタ法と呼ぶ。このリミッタ法の考え方に基き、瞬時ピーク電力を低減させる符号語を選択するのに適した、具体的なメトリックを提案する。   The instantaneous peak power reduction method of the present invention selects the code word so that the instantaneous peak power of the modulated signal waveform after modulation is as close as possible to a predetermined limiter threshold in the code word selection stage during trellis shaping. There is a feature in performing (search). This is called a limiter method because it operates as if the modulation signal is equivalently input to the limiter. Based on the idea of the limiter method, a specific metric suitable for selecting a codeword that reduces the instantaneous peak power is proposed.

本発明にしたがってトレリスシェイピングされた変調信号は、瞬時ピーク電力が十分に低減されている。したがって、物理的なリミッタを経由させることなしに、出力バックオフの小さい状態で電力増幅器を動作させることができる。電力増幅器の最大出力電力レベルは小さくて済むため、電力増幅器の小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。さらに、出力バックオフの小さい状態で電力増幅器を動作させるため、電力付加効率が高い状態で電力増幅器を動作させることができる。これにより、さらに携帯端末全体の低消費電力と小型化に寄与することができる。以下、本発明の特徴である部分波形を生成するためのシステム構成ならびにリミッタ法に基づく符号化探索メトリックを中心に詳細に説明する。   The trellis-shaped modulated signal according to the present invention has a sufficiently reduced instantaneous peak power. Therefore, the power amplifier can be operated with a small output back-off without going through a physical limiter. Since the maximum output power level of the power amplifier is small, the power amplifier can be reduced in size, weight, and cost. Furthermore, since the power amplifier is operated with a small output back-off, the power amplifier can be operated with high power added efficiency. This can further contribute to low power consumption and downsizing of the entire mobile terminal. Hereinafter, a system configuration for generating a partial waveform and a coding search metric based on a limiter method, which are features of the present invention, will be described in detail.

図1は、本発明の瞬時ピーク電力低減方法を実施するシングルキャリア変調動作の概略を示すブロック図である。全体の構成は、一般的なトレリスシェイピングの構成である。図1のブロック図によるシングルキャリア変調の構成および動作については、非特許文献1に開示された内容と基本的に同一である。トレリスシェイピング技術自身は、非特許文献3、非特許文献4などに開示されており、ここでは詳しくは述べない。   FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a single carrier modulation operation for implementing the instantaneous peak power reduction method of the present invention. The overall configuration is a general trellis shaping configuration. The configuration and operation of single carrier modulation according to the block diagram of FIG. 1 are basically the same as the contents disclosed in Non-Patent Document 1. The trellis shaping technique itself is disclosed in Non-Patent Document 3, Non-Patent Document 4, and the like, and will not be described in detail here.

送信情報系列は、シェイピングを施されるビット系列sと、シェイピングされずにそのままマッピングされるビット系列uとに分けらる。これら2つのビット系列に基づいて、符号生成器1において符号語vが生成される。ビット系列sは、インバースシンドローム2において符号化され、1ビットの冗長度が付加されてビット列s*が出力される。符号語vとシェイピングされたビット列s*により、実際に送信される送信信号Aがマッピング器において生成される。 The transmission information sequence is divided into a bit sequence s that is subjected to shaping and a bit sequence u that is mapped without being shaped. Based on these two bit sequences, the code generator 1 generates a code word v. The bit sequence s is encoded in inverse syndrome 2, and 1-bit redundancy is added to output a bit string s * . A transmission signal A to be actually transmitted is generated in the mapper by the code word v and the shaped bit string s * .

図1には示していないが、マッピング器3からの出力信号Aは、信号空間上において、マッピングされたシンボルに対応する信号点を表すI信号およびQ信号として出力される。送信機のアンテナから出力される無線信号のスペクトラムを一定の周波数帯域幅に制限するために、I信号およびQ信号は波形整形フィルタに入力され、それぞれ連続的なアナログ信号に変換される。その後、これらのアナログ信号は直交変調器に入力されて、送信状系列を振幅と位相によって表現した変調信号が生成される。この変調信号は、さらに電力増幅器に入力される。後述するように、本発明では、波形整形フィルタから出力される連続的なアナログ信号または、変調信号の包絡線に基づいて、メトリックが定義されることに留意されたい。   Although not shown in FIG. 1, the output signal A from the mapper 3 is output as an I signal and a Q signal representing signal points corresponding to mapped symbols in the signal space. In order to limit the spectrum of the radio signal output from the antenna of the transmitter to a certain frequency bandwidth, the I signal and the Q signal are input to the waveform shaping filter and converted into continuous analog signals, respectively. After that, these analog signals are input to the quadrature modulator, and a modulated signal in which a transmission-like sequence is expressed by amplitude and phase is generated. This modulated signal is further input to a power amplifier. As will be described later, it should be noted that in the present invention, the metric is defined based on the continuous analog signal output from the waveform shaping filter or the envelope of the modulation signal.

本発明は、符号生成器1における符号語vの選択方法に大きな特徴があり、特にメトリック演算部1bにおける演算動作によって本発明特有のリミッタ法による符号語選択が実行される。部分波形演算部で1aは、後に詳しく説明するようにメトリック枝と関連付ける部分波形を計算する。メトリック演算部1bは、計算された部分波形に基づいてメトリックを計算する。トレースバック部1cは、計算されたメトリックに基づいてメトリックが最小となるトレリスを選択する。デコーダ1dは、選択されたトレリスに対応する符号語vを求める。ここで、送信信号を生成するために符号語vを選択するにもかかわらず、符号生成器1内においてデコーダ1bと呼んでいることに注目されたい。これは、符号語vの選択のために、通常は受信機の復調動作のために使用されるビタビアルゴリズムを利用するためであることに留意されたい。詳細は、非特許文献3、非特許文献4などに開示されたトレリスシェイピング技術を参照されたい。   The present invention has a great feature in the selection method of the code word v in the code generator 1, and in particular, the code word selection by the limiter method unique to the present invention is executed by the calculation operation in the metric calculation unit 1b. The partial waveform calculator 1a calculates a partial waveform associated with a metric branch as will be described in detail later. The metric calculation unit 1b calculates a metric based on the calculated partial waveform. The traceback unit 1c selects a trellis with the smallest metric based on the calculated metric. The decoder 1d obtains a code word v corresponding to the selected trellis. Here, it should be noted that the code generator 1 calls the decoder 1b in spite of selecting the codeword v to generate the transmission signal. Note that this is to utilize the Viterbi algorithm, usually used for the demodulation operation of the receiver, for the selection of the codeword v. For details, refer to the trellis shaping technique disclosed in Non-Patent Document 3, Non-Patent Document 4, and the like.

また、図1に示した各ブロックは機能的、概念的な機能を含むものであり、実体的な信号が矢印の向きに生成され処理されるものではないことにも留意されたい。本発明において、符号生成器1において符号語vを選択するにあたっては、所定のシェイピング符号にしたがって取り得る複数シンボルの組から決定される全ての部分波形を求める。その後、これら全ての部分波形に対して、順次メトリックを求めるステップを含んでいる。したがって、本発明の方法は、計算機を用いた繰り返し演算処理によって実装されるのに適したものである。より具体的には、例えば本発明の方法の各ステップを実行するソフトウエアプログラムに基づいて計算処理を行なうDSP(デジタルシグナルプロセッサ)などにより実装することができる。次に、本発明における符号語選択のためのトレリスについて説明する。   It should also be noted that each block shown in FIG. 1 includes functional and conceptual functions, and a substantial signal is not generated and processed in the direction of the arrow. In the present invention, when the code generator 1 selects the code word v, all partial waveforms determined from a set of a plurality of symbols that can be taken according to a predetermined shaping code are obtained. Thereafter, a step of sequentially obtaining metrics for all of these partial waveforms is included. Therefore, the method of the present invention is suitable for being implemented by repetitive arithmetic processing using a computer. More specifically, it can be implemented by, for example, a DSP (digital signal processor) that performs calculation processing based on a software program that executes each step of the method of the present invention. Next, a trellis for codeword selection in the present invention will be described.

図2は、従来技術による平均電力を低減させる場合のトレリスとシンボル点の関係を説明する図である。図2aは、例示的なトレリス線図を示す。各状態間の1つのトレリスの1本の枝に対して、図2bの各シンボル点が対応している。従来技術においては、平均電力自身を低減することを目標としていたため、図2bにおける離散的なシンボル点の振幅(具体的には、例えば、原点からのシンボル点までの距離の2乗)を符号選択のメトリック(基準)に利用していた。したがって、例えばQAMの複素信号点空間(コンスタレーション図)において、トレリスの1本の枝は離散的な各シンボル点と対応している。これに対し、本発明の瞬時ピーク電力低減方法では、波形整形フィルタの出力における連続的な信号波形を符号選択のメトリック(基準)に利用する。   FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between a trellis and a symbol point when the average power is reduced according to the conventional technique. FIG. 2a shows an exemplary trellis diagram. Each symbol point in FIG. 2b corresponds to one branch of one trellis between states. Since the prior art has aimed to reduce the average power itself, the amplitude of the discrete symbol point in FIG. 2b (specifically, for example, the square of the distance from the origin to the symbol point) is encoded. Used as a metric for selection. Accordingly, for example, in a QAM complex signal point space (constellation diagram), one trellis branch corresponds to each discrete symbol point. On the other hand, in the instantaneous peak power reduction method of the present invention, a continuous signal waveform at the output of the waveform shaping filter is used as a metric (reference) for code selection.

図3は、瞬時ピーク電力を低減させる場合のトレリスと部分波形との関係を説明する図である。本発明の瞬時ピーク電力低減方法においては、複数のシンボルを考慮した部分波形を符号選択のメトリックに利用する。図3aは、時系列上の部分波形の概念を示している。詳細は後述するが、例えば、部分波形は、波形整形フィルタ出力点におけるI信号およびQ信号に基づいて求められる瞬時電力波形とすることができる。図3bにおけるトレリスの1本の枝は、この部分波形と関連付けられる。部分波形は、図3cに示すように、複素信号空間においてシンボル点が遷移するときの、シンボル点の遷移軌跡(部分波形)と対応付けることができる。   FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the trellis and the partial waveform when the instantaneous peak power is reduced. In the instantaneous peak power reduction method of the present invention, a partial waveform considering a plurality of symbols is used as a metric for code selection. FIG. 3a shows the concept of partial waveforms in time series. Although details will be described later, for example, the partial waveform may be an instantaneous power waveform obtained based on the I signal and the Q signal at the waveform shaping filter output point. One branch of the trellis in FIG. 3b is associated with this partial waveform. As shown in FIG. 3c, the partial waveform can be associated with the transition locus (partial waveform) of the symbol point when the symbol point transitions in the complex signal space.

従来技術においては、離散的なシンボル点自身をトレリスの枝と関連付けていたのに対して、本発明においては、シンボル点の遷移軌跡に対応する連続的な瞬時電力波形を関連付ける点に特徴がある。本発明においては、変調信号のPARを低減させること、すなわち瞬時ピーク電力を低減することを目的とする。瞬時ピーク電力に直接的に対応する連続的な瞬時電力波形をメトリック計算に使用する。離散的なシンボル点ではなく、連続的な信号波形に対してメトリック計算を行うために、後述する方法によって連続的な部分波形が求められる。   In the prior art, discrete symbol points themselves are associated with trellis branches, whereas the present invention is characterized in that a continuous instantaneous power waveform corresponding to a transition locus of symbol points is associated. . An object of the present invention is to reduce the PAR of a modulation signal, that is, to reduce the instantaneous peak power. A continuous instantaneous power waveform that directly corresponds to the instantaneous peak power is used for the metric calculation. In order to perform metric calculation on a continuous signal waveform instead of discrete symbol points, a continuous partial waveform is obtained by a method described later.

図4は、部分波形の概念を説明するための図である。図4aは、2つのシンボルから部分波形を生成する場合を概念的に示している。この場合、トレリスの1つの枝における一時点前の出力をなんらかの方法によって保持しておく。この一時点前の出力に基づいて、一時点前のシンボルと現時点のシンボルの2つに対しそれぞれインパルス応答の畳み込み演算を行い加算することによって、1つのシンボル区間について、連続的な信号波形が得られる。この信号波形を、メトリックによって最適なシンボルを決定しようとしている1つのシンボル区間についての、部分的な波形(部分波形)と呼ぶ。図4aは、このときの2つのシンボルに対応するインパルス応答4a、4b並びにこれらのインパルス応答4a、4bから得られる部分波形例を示している。   FIG. 4 is a diagram for explaining the concept of the partial waveform. FIG. 4a conceptually shows the case where a partial waveform is generated from two symbols. In this case, the output before the temporary point in one branch of the trellis is held by some method. Based on the output before the temporary point, the convolution calculation of the impulse response is performed and added to both the symbol before the temporary point and the current symbol, and a continuous signal waveform is obtained for one symbol period. It is done. This signal waveform is referred to as a partial waveform (partial waveform) for one symbol period in which an optimum symbol is determined by a metric. FIG. 4a shows impulse responses 4a and 4b corresponding to the two symbols at this time and partial waveform examples obtained from these impulse responses 4a and 4b.

実際の変調信号は、すべてのシンボルに対して波形整形フィルタのインパルス応答を畳み込んで加算したものであり、図4aの場合のように2つのシンボルだけから求めた部分波形には不正確さが含まれる。そこで、畳み込み演算を行なうシンボル数を増やすことで求める部分波形の精度を高めることができる。例えば、図4bに示すように、1つのシンボル区間について、4つの連続するシンボルに対するインパルス応答4a、4b、4c、4dから部分波形を求めることによって、より精度の高い部分波形が得られる。   The actual modulation signal is obtained by convolving and adding the impulse response of the waveform shaping filter to all symbols, and the partial waveform obtained from only two symbols as shown in FIG. included. Therefore, the accuracy of the partial waveform to be obtained can be increased by increasing the number of symbols for performing the convolution operation. For example, as shown in FIG. 4b, a partial waveform with higher accuracy can be obtained by obtaining partial waveforms from impulse responses 4a, 4b, 4c, and 4d for four consecutive symbols in one symbol period.

より詳細には、本発明においては、過去Ks個のシンボルの波形整形フィルタのインパルス応答を考慮する。すなわち、シンボル時間をTsとすれば、Ks・Tsの有効区間(時間)のインパルス応答波形を考慮する。この有効区間のインパルス応答畳み込み波形を基に、最適なシンボルを求めようとするシンボル区間内の部分波形を計算する。実際の計算においては、1シンボル時間Ts内をオーバサンプリングして(例えば、4倍、8倍など)、連続的なアナログ信号波形の複数のサンプル近似値に基づいて、後述するメトリックを計算する。ここで、図4aおよび図4bにおけるインパルス応答畳み込み波形は、I信号およびQ信号それぞれについて求めることができ、正および負の極性を取り得るものであることに留意されたい。図4aおよび図4bにおいては、簡単のため、正極性のインパルス応答畳み込み波形のみを概念的に示したものである。さらに、実際のインパルス応答畳み込み波形は、より複雑な形状であることにも留意されたい。後述するように、実際には、I信号波形およびQ信号波形から正規化した瞬時電力波形に変換して、この瞬時電力波形に対してメトリックを計算する。   More specifically, in the present invention, the impulse response of the waveform shaping filter of the past Ks symbols is considered. That is, if the symbol time is Ts, the impulse response waveform in the effective section (time) of Ks · Ts is considered. Based on the impulse response convolution waveform in the effective interval, a partial waveform in the symbol interval for which an optimum symbol is to be obtained is calculated. In actual calculation, oversampling is performed within one symbol time Ts (for example, 4 times, 8 times, etc.), and a metric described later is calculated based on a plurality of sample approximate values of a continuous analog signal waveform. Here, it should be noted that the impulse response convolution waveforms in FIGS. 4a and 4b can be obtained for the I and Q signals, respectively, and can have positive and negative polarities. In FIG. 4a and FIG. 4b, for the sake of simplicity, only the positive impulse response convolution waveform is conceptually shown. It should also be noted that the actual impulse response convolution waveform is a more complex shape. As will be described later, actually, the I signal waveform and the Q signal waveform are converted into normalized instantaneous power waveforms, and a metric is calculated for the instantaneous power waveforms.

図5は、本発明における部分波形演算のためのシンボル生成部の概念的な構成図である。すなわち、図1における部分波形演算部1aの機能の一部を示したものであり、外部メモリDを追加してMex個のシンボル点を出力する構成を概念的に示したものである。構成上は、図1に示したトレリスシェイピング変調の基本構成において、インバースシンドロームの出力Sjに複数の遅延素子54a、54b、54cを、シェイピングされない系列ujに複数の遅延素子56a、56b、56cを、並びに符号生成器Gs51aに複数の遅延素子57a、57b、57cをそれぞれ付加したものとなっている。符号生成器Gs51aおよび複数の遅延素子57a、57b、57cは、拡張されたエンコーダ51を構成する。それぞれの遅延素子Dからの出力および拡張されたエンコーダ51からの出力に基づいて、Mex個のマッピング器53a、53b、53c、53dから現在のシンボル、1時点前のシンボル、2時点前のシンボル、Mex時点前のシンボルが得られる。   FIG. 5 is a conceptual configuration diagram of a symbol generation unit for partial waveform calculation in the present invention. 1 shows a part of the function of the partial waveform calculation unit 1a in FIG. 1, and conceptually shows a configuration in which the external memory D is added and Mex symbol points are output. In terms of the configuration, in the basic configuration of the trellis shaping modulation shown in FIG. A plurality of delay elements 57a, 57b, and 57c are added to the code generator Gs51a. The code generator Gs51a and the plurality of delay elements 57a, 57b, and 57c constitute an expanded encoder 51. Based on the output from each delay element D and the output from the expanded encoder 51, the Mex number of mappers 53a, 53b, 53c, 53d, the current symbol, the symbol before the time point, the symbol before the time point, The symbol before Mex time is obtained.

複数のシンボルを1つのトレリスの枝に関連づけるため、非特許文献1において提案されたようにエンコーダGsに外部的なメモリを付加する方法を用いる。具体的には、ビット列x ={x1,......xj、...}に対し、Gs によって符号化したj 番目の出力は,vj=xjGs となる。したがって、遅延素子Dを用いることによって、式(1)のように過去の出力を表すことができる。
j-1=xj-1Gs=DxjGs=xj・DGs 式(1)
現時点の出力に加え、複数の過去の出力を同時に保持するためには、Gs を[Gs DGs ・・ DmexGs]によって置き換えればよい。ここで、mex は必要な外部メモリの数を表す。精度の高い部分波形の表現のためには、mex=Ks−1でなければならない。
In order to associate a plurality of symbols with one trellis branch, a method of adding an external memory to the encoder Gs as proposed in Non-Patent Document 1 is used. Specifically, the bit string x = {x 1 ,. . . . . . x j,. . . }, The j th output encoded by Gs is v j = x j Gs. Therefore, by using the delay element D, the past output can be expressed as shown in Expression (1).
v j-1 = x j-1 Gs = Dx j Gs = x j · DGs Equation (1)
In order to simultaneously hold a plurality of past outputs in addition to the current output, Gs may be replaced by [Gs DGs .. Dm ex Gs]. Here, m ex represents the number of necessary external memories. In order to express a partial waveform with high accuracy, m ex = Ks−1.

考慮するシンボルの数を増やすことによって部分波形を計算する精度が高まり、より精度の高いメトリックを求めることが可能となる。非特許文献1におけるモーメント法によるメトリック計算では、2つの連続するシンボルを考慮するのに止まっていた。本発明のリミッタ法においては、例えば、4つの連続するシンボルを考慮して部分波形を求めることによって、より精度の高いシェイピングを実行できる。エンコーダにおけるメモリ数が増えたことにより、トレリスの状態数も増加するため、計算量は増大する。   By increasing the number of symbols to be considered, the accuracy of calculating the partial waveform is increased, and a metric with higher accuracy can be obtained. In the metric calculation by the moment method in Non-Patent Document 1, two consecutive symbols are considered. In the limiter method of the present invention, for example, shaping can be performed with higher accuracy by obtaining a partial waveform in consideration of four consecutive symbols. As the number of memories in the encoder increases, the number of trellis states also increases, so the amount of calculation increases.

図1の一般的なトレリスシェイピングの構成と図5のシンボル生成部の構成とは非常に類似しているが、本発明においてはまったく別の過程を説明していることに留意されたい。図5に示されたシンボル生成部は、符号生成器Gsのシェイピング符号で決定されるトレリスによって一意に決定される全てパスに対応する符号系列パターンを順次生成するものであることに留意されたい。すなわち、図5のシンボル生成部では、符号生成器Gs51aによって生成されるトレリスにしたがって一意に決定される全ての符号系列パターンに対応して、複数の連続するシンボルの組が、順次決定される。
It should be noted that although the general trellis shaping configuration of FIG. 1 and the symbol generation unit configuration of FIG. 5 are very similar, the present invention describes a completely different process. Symbol generator shown in Figure 5, it should be noted that as to sequentially generate a code sequence pattern corresponding to all of the paths that are uniquely determined by the trellis which is determined by the shaping code of the code generator Gs . That is, in the symbol generation unit in FIG. 5, a set of a plurality of consecutive symbols is sequentially determined corresponding to all the code sequence patterns that are uniquely determined according to the trellis generated by the code generator Gs51a.

一方、図1の構成のトレリスシェイピングエンコーダは、図5に示されたシンボル生成部によって計算された複数の連続するシンボルの組の中から、最終的に最適なものとして選択されたシンボルの組から決定される符号語vに基づいて、実際に送信機から送信される送信信号Aを出力する。図5のシンボル生成部は、概念的には、図1における部分波形演算部1aの一部を構成することになる。部分波形に対して、図1におけるメトリック演算部1bにおいて各信号系列に対する枝メトリックが計算される。その後、トレースバック部1cにより最小メトリックを与える符号系列が選択される。最小メトリックを与える符号系列は、瞬時ピーク電力を最も低減させる符号系列である。この符号系列がデコーダ1dにより選択されて、最終的にトレリスシェイピングエンコーダから出力されるシンボルが決定され、トレリスシェイピングによる変調が実行される。   On the other hand, the trellis shaping encoder having the configuration shown in FIG. 1 uses a symbol set finally selected as an optimum one from a plurality of consecutive symbol sets calculated by the symbol generation unit shown in FIG. Based on the determined codeword v, a transmission signal A actually transmitted from the transmitter is output. 5 conceptually constitutes a part of the partial waveform calculation unit 1a in FIG. A branch metric for each signal sequence is calculated for the partial waveform in the metric calculation unit 1b in FIG. Thereafter, a code sequence giving the minimum metric is selected by the traceback unit 1c. The code sequence that gives the minimum metric is the code sequence that reduces the instantaneous peak power the most. This code sequence is selected by the decoder 1d, a symbol finally output from the trellis shaping encoder is determined, and modulation by trellis shaping is executed.

次に、本発明特有のリミッタ法に基づくメトリックについて詳細に説明する。メトリックは、所望の特性を実現する符号を探し出して決定するために使用され、その決定の基準となるものである。符号化探索メトリックと呼ぶことができる。本発明では、瞬時ピーク電力を低減するために、先に説明した部分波形の振幅値が所定のリミッタしきい値を越える部分を、このリミッタしきい値にできる限り近づけることができるメトリックを用いる。以下、図6に示すメトリック演算概念の説明図および図7に示すメトリック演算のフロー図を参照しながら説明する。   Next, a metric based on the limiter method unique to the present invention will be described in detail. The metric is used to find and determine a code that realizes a desired characteristic, and serves as a basis for the determination. It can be called an encoded search metric. In the present invention, in order to reduce the instantaneous peak power, a metric that can make the portion where the amplitude value of the partial waveform described above exceeds a predetermined limiter threshold as close as possible to the limiter threshold is used. Hereinafter, the metric calculation concept shown in FIG. 6 and the metric calculation flowchart shown in FIG. 7 will be described.

図6aは、リミッタ法の基本的概念を説明する図である。所定の符号器により生成されるトレリスにしたがって、取り得る全ての符号系列にそれぞれ対応する複数のシンボルが求められる。これら複数のシンボルを考慮して、符号語を選択しようとしているシンボルに対応した1つのシンボル区間の部分波形(I信号およびQ信号)が得られる(図6a左図)。後述するように、I信号の部分波形およびQ信号の部分波形から、さらに瞬時ピーク電力を直接的に表す瞬時電力pが求められる。この瞬時電力pが、所定のリミッタしきい値pmaxをできる限り超えないような符号系列を、取り得る全ての符号系列の中から選択する(図1のトレースバック部1cにより実行される)。この結果、選択された符号系列に基づいたシンボルを出力して、瞬時ピーク電力が低減されることになる。図6a中央図のように、これはあたかも変調信号がリミッタしきい値pmaxを持つリミッタに入力されたかのように作用する。すなわち、本リミッタ法に基づくメトリックを用いて符号選択をすることにより、リミッタしきい値pmaxを超える瞬時ピーク電力を低減させるように作用する(図6aの右図)。   FIG. 6a is a diagram for explaining the basic concept of the limiter method. A plurality of symbols respectively corresponding to all possible code sequences are obtained according to a trellis generated by a predetermined encoder. In consideration of the plurality of symbols, a partial waveform (I signal and Q signal) of one symbol section corresponding to the symbol for which a code word is to be selected is obtained (the left diagram in FIG. 6a). As will be described later, an instantaneous power p that directly represents the instantaneous peak power is obtained from the partial waveform of the I signal and the partial waveform of the Q signal. A code sequence in which the instantaneous power p does not exceed the predetermined limiter threshold value pmax as much as possible is selected from all possible code sequences (executed by the traceback unit 1c in FIG. 1). As a result, symbols based on the selected code sequence are output, and instantaneous peak power is reduced. As shown in the middle diagram of FIG. 6a, this acts as if the modulation signal was input to a limiter having a limiter threshold pmax. That is, by selecting a code using a metric based on this limiter method, the instantaneous peak power exceeding the limiter threshold value pmax is reduced (right diagram in FIG. 6a).

したがって、枝メトリックとしては、複数の連続するシンボルを考慮しながら、符号語を選択しようとしている1つのシンボル区間に対応する瞬時電力pに対して、次式のメトリック変換演算μ(p)を求めればよい。
μ(p)=p−pmax p>pmax 式(2−1)
μ(p)=0 p<pmax 式(2−2)
式2−1は、瞬時電力pがpmaxより大きいときには、リミッタしきい値pmaxと瞬時電力pとの差分をメトリック演算値とすることを意味する。式2−2は、瞬時電力pがpmaxを超えないときは、メトリック演算値は0となる。式2−1、2−2によるメトリック演算値から枝メトリックを最小とするような枝を探索し、この最小の枝メトリックを与えるパスに対応する符号語を選択すれば、瞬時電力pのピークはリミッタしきい値pmaxに近づくことが理解されるだろう。
Therefore, as a branch metric, a metric conversion operation μ (p) of the following equation can be obtained with respect to the instantaneous power p corresponding to one symbol section for which a code word is to be selected while considering a plurality of consecutive symbols. That's fine.
μ (p) = p−p max p> p max Formula (2-1)
μ (p) = 0 p <p max formula (2-2)
Equation 2-1 means that when the instantaneous power p is larger than pmax, the difference between the limiter threshold pmax and the instantaneous power p is used as the metric calculation value. In Expression 2-2, when the instantaneous power p does not exceed pmax, the metric calculation value is 0. If a branch that minimizes the branch metric is searched from the metric calculation values according to Equations 2-1 and 2-2, and a code word corresponding to a path that gives this minimum branch metric is selected, the peak of the instantaneous power p is It will be appreciated that the limiter threshold pmax is approached.

より具体的には、部分波形を求めるために、1つのシンボル区間において4倍のオーバサンプリングを行なう場合には、4つのサンプル点におけるμ(p)の累計を求め、これをメトリックとすることになる。   More specifically, in order to obtain a partial waveform, when oversampling is performed four times in one symbol section, the sum of μ (p) at four sample points is obtained and used as a metric. Become.

図6bは、4つのシンボルを考慮してI信号の部分波形およびQ信号の部分波形を求める過程を説明する図である。簡単のため、図5において、各信号系列sj、ujおよび拡張されたエンコーダ51に対して、それぞれ3つの遅延素子Dを配置した場合を考えている。この時、現時点のシンボルから3時点前のシンボルまで、4つの連続するシンボルがそれぞれ求められる。各々のシンボルに対応するI信号とQ信号は、それぞれ波形整形フィルタに入力され、I信号およびQ信号とインパルス応答の畳み込み波形が得られる。4つの組の畳み込み波形は加算され、4つの連続するシンボル点を考慮したI信号の部分波形およびQ信号の部分波形がそれぞれ求められる。I信号の部分波形とQ信号の部分波形から、図3cで示した複素信号空間における信号点軌跡が決定されることに留意されたい。この信号点軌跡から、瞬時ピーク電力を直接的に表現する瞬時電力pを得ることができる。具体的には、I信号とQ信号に基づいて、信号振幅の2乗を計算することで瞬時電力pを得ることができる。上述のメトリック変換演算μ(p)は、この瞬時電力pの波形に対して行なわれる。   FIG. 6B is a diagram illustrating a process of obtaining a partial waveform of the I signal and a partial waveform of the Q signal in consideration of four symbols. For simplicity, in FIG. 5, a case is considered in which three delay elements D are arranged for each of the signal sequences sj, uj and the extended encoder 51. At this time, four consecutive symbols are obtained from the current symbol to the symbol three points before. The I signal and Q signal corresponding to each symbol are respectively input to the waveform shaping filter, and a convolution waveform of the I signal, the Q signal, and the impulse response is obtained. The four sets of convolution waveforms are added to obtain a partial waveform of the I signal and a partial waveform of the Q signal in consideration of four consecutive symbol points. It should be noted that the signal point locus in the complex signal space shown in FIG. 3c is determined from the partial waveform of the I signal and the partial waveform of the Q signal. From this signal point locus, the instantaneous power p that directly represents the instantaneous peak power can be obtained. Specifically, the instantaneous power p can be obtained by calculating the square of the signal amplitude based on the I signal and the Q signal. The metric conversion calculation μ (p) described above is performed on the waveform of the instantaneous power p.

図6cの左図は、符号語を選択しようとするシンボルに対応するシンボル区間における、4倍オーバサンプリング時の瞬時電力pの波形を示している。1シンボル区間内に瞬時電力pの4つのサンプル点がある。図6cの場合では、瞬時電力pは、サンプル点1、2、4においてリミッタしきい値pmaxを超えている。したがって、メトリック値は、pmaxを越えた部分の矢印で表された線分の長さを累計したものに対応する。より具体的に、サンプル点1、2、3、4における瞬時電力pがそれぞれ10、8、4、6であって、pmax=5の場合を考える。各サンプル点のメトリック演算値は、式2−1および式2−2を適用して、それぞれ、10−5=5、8−5=3、0、6−5=1となる。したがって、これらの4つのメトリック演算値を加算して、5+3+0+1=9のメトリック値が求められる。   The left diagram in FIG. 6c shows the waveform of the instantaneous power p at the time of four-times oversampling in the symbol period corresponding to the symbol for which the code word is to be selected. There are four sample points of instantaneous power p in one symbol interval. In the case of FIG. 6c, the instantaneous power p exceeds the limiter threshold pmax at the sample points 1, 2, and 4. Therefore, the metric value corresponds to the sum of the lengths of the line segments represented by the arrows that exceed pmax. More specifically, consider the case where the instantaneous power p at sample points 1, 2, 3, and 4 is 10, 8, 4, and 6, respectively, and pmax = 5. The metric calculation values at the respective sample points are 10-5 = 5, 8-5 = 3, 0, and 6-5 = 1 by applying Expression 2-1 and Expression 2-2, respectively. Accordingly, these four metric calculation values are added to obtain a metric value of 5 + 3 + 0 + 1 = 9.

ここで、式2−1、式2−2のメトリック変換演算μ(p)は一例であり、なんらこれらに限定されない。すなわち、部分波形の振幅値が所定のリミッタしきい値を越える場合に、その越えた分、すなわち振幅値とリミッタしきい値の差分と比例関係にある値を出力をするメトリック変換演算であれば、式2−1のような一次関数に限らなれない。メトリックが最小となる枝を選択することにより、上述のリミッタ法として動作をするからである。また、サンプル点の数も4に限定されない。   Here, the metric conversion operations μ (p) in Expression 2-1 and Expression 2-2 are examples, and are not limited to these. In other words, if the amplitude value of the partial waveform exceeds a predetermined limiter threshold value, the metric conversion operation that outputs a value proportional to the excess, that is, the difference between the amplitude value and the limiter threshold value The linear function is not limited to the equation 2-1 below. This is because the above limiter method is operated by selecting the branch having the smallest metric. Also, the number of sample points is not limited to four.

図7は、リミッタ法に基づくメトリック演算を実行するフロー図である。図7は、瞬時ピーク電力を低減するために最適なシンボルを1つ決定するためのフロー図である。1つのシンボルを決定するために、ステップ7aからステップ7gまでが実行される。ステップ7aからステップ7gが繰り返され、順次決定されたシンボルから、送信信号Aが送出される。まず、ステップ7aにおいて、トレリスの全てのパスについて枝メトリックが計算される。具体的にはステップ7aを実行するために、ステップ7bからステップ7eまでが繰り返される。図7においては、説明を簡単にするため、部分波形を求めるために考慮するシンボルが4つの場合(追加メモリの数Mex=3)を例示的に示したものであり、これに限定されないのは言うまでもない。   FIG. 7 is a flowchart for executing a metric calculation based on the limiter method. FIG. 7 is a flowchart for determining one optimum symbol for reducing the instantaneous peak power. Steps 7a to 7g are performed to determine one symbol. Steps 7a to 7g are repeated, and the transmission signal A is transmitted from the sequentially determined symbols. First, in step 7a, branch metrics are calculated for all paths in the trellis. Specifically, step 7b to step 7e are repeated to execute step 7a. In FIG. 7, for simplicity of explanation, the case where four symbols are considered for obtaining a partial waveform (the number of additional memories Mex = 3) is exemplarily shown, and the present invention is not limited to this. Needless to say.

まず、ステップ7bにおいて、4つの連続するシンボルを決定する。これらのシンボルは、使用する畳み込み符号の符号語が与えられれば、その符号語で決定されるトレリス構造により一意に決定されるものであり、有限の数の符号系列が決定される。ステップ7bでは、これらの符号系列に基づいて、図5に示したシンボル生成部により4つの連続するシンボルが決定される。   First, in step 7b, four consecutive symbols are determined. If the code word of the convolutional code to be used is given, these symbols are uniquely determined by the trellis structure determined by the code word, and a finite number of code sequences are determined. In step 7b, based on these code sequences, four consecutive symbols are determined by the symbol generator shown in FIG.

次に、ステップ7cにおいて、ステップ7bで決定された4つの連続するシンボルに基づいて、波形整形フィルタ通過後のI信号の部分波形およびQ信号の部分波形を求める。符号語を決定しようとするシンボルに対応するシンボル区間に対して部分波形を求めるため、図6bで説明された過程が実行される。   Next, in step 7c, the partial waveform of the I signal and the partial waveform of the Q signal after passing through the waveform shaping filter are obtained based on the four consecutive symbols determined in step 7b. In order to obtain a partial waveform for a symbol section corresponding to a symbol for which a code word is to be determined, the process described in FIG. 6b is performed.

次に、ステップ7dにおいて、I信号の部分波形およびQ信号の部分波形から瞬時電力波形を求める。具体的には、I信号の部分波形のサンプル値およびQ信号の部分波形のサンプル値をそれぞれ2乗して、瞬時電力波形のサンプル値を求める。1つのシンボル区間におけるサンプル値の数は、オーバサンプリング数Nsによって決定される。オーバサンプリング数が大きければ、瞬時電力波形をより精度良く表現できるため、メトリック値の精度が向上し、符号語決定の判断がより正確となる。   Next, in step 7d, an instantaneous power waveform is obtained from the partial waveform of the I signal and the partial waveform of the Q signal. Specifically, the sample value of the partial waveform of the I signal and the sample value of the partial waveform of the Q signal are respectively squared to obtain the sample value of the instantaneous power waveform. The number of sample values in one symbol interval is determined by the oversampling number Ns. If the oversampling number is large, the instantaneous power waveform can be expressed with higher accuracy, so that the accuracy of the metric value is improved and the determination of the code word determination becomes more accurate.

さらに、ステップ7eにおいて、リミッタしきい値pmaxを越える瞬時電力波形サンプルについて、リミッタしきい値と瞬時電力の振幅値との差分に相当する線分長さをそれぞれ加算して、メトリック値が求められる。ステップ7eでは、図6cで説明した過程が実行される。トレリスの取り得る全てのパスに対して枝メトリックを計算し終えるまで、ステップ7bからステップ7eまでが繰り返し実行される。   Further, in step 7e, for the instantaneous power waveform sample exceeding the limiter threshold value pmax, the line segment length corresponding to the difference between the limiter threshold value and the amplitude value of the instantaneous power is added to obtain the metric value. . In step 7e, the process described in FIG. 6c is executed. Steps 7b to 7e are repeatedly executed until the branch metrics have been calculated for all possible paths of the trellis.

次に、ステップ7fにおいて、枝メトリックが最小となるパスが決定される。ステップ7fは、図1におけるトレースバック部1cにおける動作に対応する。   Next, in step 7f, the path with the smallest branch metric is determined. Step 7f corresponds to the operation in the traceback unit 1c in FIG.

最後に、ステップ7gにおいて、決定したパスに対応する符号語vが出力されて、実際に変調信号として送信するためのシンボルをマッピング部3から出力する。その後、次に送信するシンボルを決定するために、次のシンボル区間に対するメトリック演算を実行する。したがって、図7の各ステップ全体が繰り返される。   Finally, in step 7g, the codeword v corresponding to the determined path is output, and a symbol to be actually transmitted as a modulation signal is output from the mapping unit 3. Thereafter, in order to determine a symbol to be transmitted next, a metric calculation is performed for the next symbol interval. Accordingly, the entire steps of FIG. 7 are repeated.

次に、本リミッタ法にもとづく瞬時ピーク電力を低減方法を実装するより具体的な構成例を説明する。図9は、具体的なシェイピングエンコーダの構成を示す図である。図9aは、8PSK変調に対し、符号化率rs=1/2 のシェイピング符号を実装する符号器Gsを示している。符号器Gsは、次式(3)によって表される。
Gs=[1+D2 1+D+D2] 式(3)
エンコーダの符号化率がrs=1/2であるため、1ビットが入力されると、2ビットを出力する関係にある。
Next, a more specific configuration example that implements a method for reducing instantaneous peak power based on the limiter method will be described. FIG. 9 is a diagram illustrating a specific configuration of the shaping encoder. FIG. 9a shows an encoder Gs that implements a shaping code of coding rate rs = 1/2 for 8PSK modulation. The encoder Gs is represented by the following equation (3).
Gs = [1 + D 2 1 + D + D 2 ] Formula (3)
Since the encoding rate of the encoder is r s = 1/2, when 1 bit is input, 2 bits are output.

インパルス応答を考慮するシンボル数をKs=4とすると、Mex=3の外部メモリがこのエンコーダに付加され、図9bに示すようなエンコーダが得られる。すなわち、図9aの構成のエンコーダに対して、遅延素子Dにより構成される外部メモリ92および複数の加算器が追加されており、1シンボル時間づつ遅延した各出力Gs93a、DGs93b、D2Gs93c、D3Gs93dが得られる。例えば、1シンボル時点前のシンボルGDsは、次式(4)で表される。
DGs=D[1+D2 1+D+D2]=[D+D3 D+D2+D3] 式(4)
図10は、本発明のトレリスシェイピングにおける例示的なトレリス線図である。図10aは、図9aのシェイピングエンコーダに対応するトレリス線図である。図10bは、図9bのシェイピングエンコーダに対応するトレリス線図である。図10bのトレリス線図は、図10aと比べて拡張されており、Ks=4であるため、4つのビット組が1つの枝に対応する。状態数は、4(図10aの状態数)×23=32となる。
If the number of symbols considering the impulse response is Ks = 4, an external memory of Mex = 3 is added to this encoder, and an encoder as shown in FIG. 9b is obtained. That is, an external memory 92 constituted by a delay element D and a plurality of adders are added to the encoder having the configuration shown in FIG. 9a, and the outputs Gs93a, DGs93b, D 2 Gs93c, D delayed by one symbol time. 3 Gs93d is obtained. For example, the symbol GDs one symbol before is represented by the following equation (4).
DGs = D [1 + D 2 1 + D + D 2 ] = [D + D 3 D + D 2 + D 3 ] Formula (4)
FIG. 10 is an exemplary trellis diagram for trellis shaping according to the present invention. FIG. 10a is a trellis diagram corresponding to the shaping encoder of FIG. 9a. FIG. 10b is a trellis diagram corresponding to the shaping encoder of FIG. 9b. The trellis diagram of FIG. 10b is expanded compared to FIG. 10a, and since Ks = 4, four bit sets correspond to one branch. The number of states is 4 (number of states in FIG. 10a) × 2 3 = 32.

次に、本発明のリミッタ法に基づく瞬時ピーク電力低減方法を適用した場合のピーク電力低減効果について説明する。本発明特有のメトリックを使用してトレリスシェイピングを行なうことによって、瞬時ピーク電力を低減して良好なPAR特性を持つシングルキャリア変調が実現されることを説明する。以下、図11から図16に示された各特性は、計算機を使用したシミュレーション結果に基づくものである。   Next, the peak power reduction effect when the instantaneous peak power reduction method based on the limiter method of the present invention is applied will be described. It will be described that the single carrier modulation having a good PAR characteristic is realized by reducing the instantaneous peak power by performing the trellis shaping using the metric unique to the present invention. Hereinafter, each characteristic shown in FIGS. 11 to 16 is based on a simulation result using a computer.

図11は、本発明の瞬時ピーク電力低減方法によるトレリスシェイピングを用いた場合の、ADPRと電力増幅器の出力バックオフとの関係を示す図である。ここで、ADPR(Average Distortion Power Ratio)とは、非線形性によって生じるひずみ成分の平均電力を表す評価指標の1つであり、本特許出願の発明者によって提案されているものである。詳細については、非特許文献2を参照されたい。ADPR値が小さいほど、電力増幅器において発生するひずみが少ないことを意味する。出力バックオフは、一般に良く知られているように、ひずみの発生を抑えて電力増幅をするために、飽和出力電力レベルからどれだけ平均動作点を下げて電力増幅器を使用するかを表している。出力バックオフを大きくすることは、電力増幅器の平均動作点を飽和出力電力レベルから大きく下げる(バックオフする)ことを意味しており、この結果、ひずみの発生が抑えられる。しかし、飽和出力点から平均動作点を下げるにしたがって、電力増幅器の電力付加効率は一般に低下する。したがって、一般にADPR(ひずみ発生量)と出力バックオフは両立することが困難であり、両者は反比例する関係にある。   FIG. 11 is a diagram showing the relationship between ADPR and the output back-off of the power amplifier when trellis shaping by the instantaneous peak power reduction method of the present invention is used. Here, ADPR (Average Distortion Power Ratio) is one of evaluation indexes representing the average power of distortion components caused by nonlinearity, and is proposed by the inventors of the present patent application. See Non-Patent Document 2 for details. It means that the smaller the ADPR value is, the less distortion occurs in the power amplifier. The output back-off, as is generally well known, represents how much the average operating point is lowered from the saturated output power level to use the power amplifier to suppress distortion and amplify the power. . Increasing the output back-off means that the average operating point of the power amplifier is greatly lowered (backed off) from the saturated output power level, and as a result, the occurrence of distortion can be suppressed. However, the power added efficiency of the power amplifier generally decreases as the average operating point is lowered from the saturated output point. Therefore, it is generally difficult to achieve both ADPR (distortion generation amount) and output back-off, and both are in an inversely proportional relationship.

図11は、出力バックオフ(OBO)とADPRとの関係を示す図である。本発明の瞬時ピーク電力低減方法によるトレリスシェイピングがある場合とない場合とを比較するとともに、従来技術のπ/4シフトQPSK変調の場合も示す。シェイピングが適用される場合は、メトリック演算に使用するリミッタしきい値pmaxをパラメータとしている。波形整形フィルタとして、ロールオフ係数α=0.1または0.4のルートコサインロールオフフィルタを用いている。考慮するシンボル数はKs=12であり、8PSK変調信号に対してシェイピングを行なったものである。シンボル区間内のオーバーサンプリング数は、Ns=8とした。図11aは、α=0.4、図11bは、α=0.1の場合である。ロールオフ係数αがいずれの値においても、本発明のトレリスシェイピングを適用することにより、出力バックオフが小さいにもかかわらず、ひずみの発生量は十分に低減されることがわかる。π/4シフトQPSK変調の場合と比較しても、必要な出力バックオフを小さくする効果は顕著である。   FIG. 11 is a diagram illustrating the relationship between output back-off (OBO) and ADPR. The present invention compares the case with and without trellis shaping by the instantaneous peak power reduction method of the present invention, and also shows the case of the conventional π / 4 shift QPSK modulation. When shaping is applied, the limiter threshold pmax used for the metric calculation is used as a parameter. As a waveform shaping filter, a root cosine roll-off filter having a roll-off coefficient α = 0.1 or 0.4 is used. The number of symbols to be considered is Ks = 12, and the 8PSK modulated signal is shaped. The number of oversampling in the symbol interval is Ns = 8. FIG. 11a shows the case where α = 0.4, and FIG. 11b shows the case where α = 0.1. It can be seen that by applying the trellis shaping of the present invention at any value of the roll-off coefficient α, the amount of distortion generated can be sufficiently reduced despite the small output back-off. Even when compared with the case of π / 4 shift QPSK modulation, the effect of reducing the required output back-off is remarkable.

例えば、本来ならば振幅変動が大きくなるα=0.1の場合においても、ADPR=−50dBを実現するのに必要な出力バックオフは、シェイピングがない場合と比較して4〜4.6dBも改善されていることがわかる。本発明特有のメトリックを使用してトレリスシェイピングを行なうため、瞬時ピーク電力が大幅に低減されてることを意味している。また、メトリック演算に使用するリミッタしきい値pmaxを1.13〜1.33と変化させることによって、ひずみ発生量を制御することができる。例えば、pmaxを大きくするほど、ADPR=−50dBを実現するのに必要な出力バックオフは小さくて済む。したがって、システムに許容されるひずみ発生量および利用可能な電力増幅器の出力バックオフに応じて、最適なpmaxの値を選択することができる。   For example, even in the case of α = 0.1 where the amplitude fluctuation is originally large, the output back-off necessary to realize ADPR = −50 dB is 4 to 4.6 dB as compared with the case without shaping. You can see that it has improved. Since trellis shaping is performed using a metric specific to the present invention, it means that the instantaneous peak power is greatly reduced. Further, the amount of strain generation can be controlled by changing the limiter threshold pmax used for the metric calculation to 1.13 to 1.33. For example, the larger the pmax, the smaller the output backoff required to achieve ADPR = −50 dB. Therefore, the optimum value of pmax can be selected according to the amount of distortion allowed in the system and the available output back-off of the power amplifier.

以上述べたように、本発明の瞬時ピーク電力低減法によれば、出力バックオフが小さくて済むので、電力増幅器を飽和点近傍において動作させることが可能となり、電力付加効率を大幅に改善することができる。また、平均電力レベルを基準に考えれば、電力増幅器の最大出力電力レベルはより小さいもので良い。したがって、より小型軽量な電力増幅器を選択することもできる。携帯端末全体の低消費電力化と小型化にさらに寄与することができる。   As described above, according to the instantaneous peak power reduction method of the present invention, since the output back-off is small, the power amplifier can be operated near the saturation point, and the power added efficiency can be greatly improved. Can do. Further, considering the average power level as a reference, the maximum output power level of the power amplifier may be smaller. Therefore, a smaller and lighter power amplifier can be selected. This can further contribute to the reduction in power consumption and size of the entire portable terminal.

図12は、本発明の瞬時ピーク電力低減方法によるトレリスシェイピングを用いたベースバンド信号の信号点軌跡を示す信号空間の表示である。波形整形フィルタとして、ロールオフ係数α=0.1または0.4のルートコサインロールオフフィルタを用いている。考慮するシンボル数はKs=12、変調方式は8PSK変調信号であり、シェイピングの有無による比較を行なったものである。シンボル区間内のオーバーサンプリング数は、Ns=8とした。図12a、図12bは、α=0.4の場合であり、図12c、図12dは、α=0.1の場合である。   FIG. 12 is a signal space display showing a signal point locus of a baseband signal using trellis shaping according to the instantaneous peak power reduction method of the present invention. As a waveform shaping filter, a root cosine roll-off filter having a roll-off coefficient α = 0.1 or 0.4 is used. The number of symbols to be considered is Ks = 12, the modulation method is an 8PSK modulation signal, and a comparison is made based on the presence or absence of shaping. The number of oversampling in the symbol interval is Ns = 8. 12a and 12b show the case where α = 0.4, and FIGS. 12c and 12d show the case where α = 0.1.

本発明によるトレリスシェイピングを適用することによって、ロールオフ係数αが小さい場合であっても、8PSK変調の信号点円周の外部に突出する信号軌跡のピークが抑えられている。信号空間上の信号点軌跡は、一定の半径の円内に収まっており、変調信号の瞬時ピークは、ほぼ一定包絡線に抑えられる。したがって、本発明の瞬時ピーク電力低減方法は、ロールオフ係数αを小さくして変調信号が占有する周波数帯域幅を十分狭く抑えながら、同時に瞬時ピーク電力を低減させるという優れた効果を発揮する。瞬時ピーク電力が低減されるため、電力増幅器に必要な最大出力電力レベルを抑えるとともに、出力バックオフが小さくて済む。したがって、電力増幅器を電力付加効率が高い状態で動作させることができるという優れた特徴を持つことがわかる。   By applying the trellis shaping according to the present invention, even when the roll-off coefficient α is small, the peak of the signal locus protruding outside the signal point circumference of the 8PSK modulation is suppressed. The signal point locus on the signal space is within a circle with a constant radius, and the instantaneous peak of the modulation signal is suppressed to a substantially constant envelope. Therefore, the instantaneous peak power reduction method of the present invention exhibits an excellent effect of reducing the instantaneous peak power at the same time while sufficiently reducing the frequency bandwidth occupied by the modulation signal by reducing the roll-off coefficient α. Since the instantaneous peak power is reduced, the maximum output power level required for the power amplifier is suppressed, and the output back-off is small. Therefore, it can be seen that the power amplifier has an excellent feature that it can be operated in a state where the power added efficiency is high.

本発明によれば、送信信号の瞬時ピーク電力を低減させて周波数利用効率・電力付加効率を向上させるだけでなく、受信時の復調動作においても優れた効果が得られる。受信機におけるサンプリングクロックのジッタの影響などにより、シンボル判定タイミングに誤差を生じた場合には、復調される信号点は、理想信号点の周辺にばらつく。しかしながら、本発明のトレリスシェイピングを適用した送信信号によれば、復調時のシンボル判定タイミングに同期ずれが発生しても、受信シンボル誤り率の悪化を抑えることができる。   According to the present invention, not only can the instantaneous peak power of the transmission signal be reduced to improve frequency utilization efficiency and power added efficiency, but also excellent effects can be obtained in the demodulation operation during reception. If an error occurs in the symbol determination timing due to the influence of the sampling clock jitter in the receiver, the demodulated signal points vary around the ideal signal point. However, according to the transmission signal to which the trellis shaping of the present invention is applied, it is possible to suppress the deterioration of the reception symbol error rate even if a synchronization shift occurs in the symbol determination timing at the time of demodulation.

図13は、本発明の瞬時ピーク電力低減方法によるトレリスシェイピングを適用した送信信号を受信したときの復調信号点のばらつきを示す図である。復調時のシンボル判定タイミングを1/32シンボル時間だけずらした場合の信号点ばらつきを示している。×点はトレリスシェイピングがない場合を、+点はトレリスシェイピングがある場合の復調信号点を示す。図13は、32PSK変調のコンスタレーション図上において、ばらつきの様子が見やすいように信号点が配置される円の一部を拡大して示したものである。シェイピングがない場合(×点)は、振幅方向(信号点配置円の径方向)および位相方向(信号点配置円の円周方向)の両方において復調信号点のばらつきが生じる。本発明の瞬時ピーク電力低減方法によるシェイピングを適用した場合(+点)には、シンボルの判定タイミングにずれがある場合でも、振幅方向の復調信号点のばらつきが低減されている。   FIG. 13 is a diagram showing variations in demodulated signal points when a transmission signal to which trellis shaping is applied according to the instantaneous peak power reduction method of the present invention is received. The signal point variation is shown when the symbol determination timing during demodulation is shifted by 1/32 symbol time. The x point indicates a case where there is no trellis shaping, and the + point indicates a demodulation signal point when there is trellis shaping. FIG. 13 is an enlarged view of a part of a circle in which signal points are arranged so that a variation can be easily seen on a constellation diagram of 32PSK modulation. When there is no shaping (x point), the demodulated signal points vary in both the amplitude direction (radial direction of the signal point arrangement circle) and the phase direction (circumferential direction of the signal point arrangement circle). When shaping by the instantaneous peak power reduction method of the present invention is applied (+ point), the variation of the demodulated signal point in the amplitude direction is reduced even when there is a deviation in the symbol determination timing.

図14は、シンボル判定タイミングにずれがある場合のシンボル誤り率とSNRの関係を示す図である。図13に示したコンスタレーション図における32PSK変調信号の復調特性に対応している。パラメータとして、ロールオフ係数αを0.1、0.3、0.4と変化させている。シェイピングを適用することにより、シンボル誤り率は大きく改善している。図14に示すように、本発明の瞬時ピーク電力低減方法により、変調信号の包絡線変動が緩やかとなるため、受信時の復調動作においてもシンボル誤り率を低減させるという優れた効果がある。   FIG. 14 is a diagram illustrating the relationship between the symbol error rate and the SNR when there is a deviation in symbol determination timing. This corresponds to the demodulation characteristics of the 32PSK modulated signal in the constellation diagram shown in FIG. As a parameter, the roll-off coefficient α is changed to 0.1, 0.3, and 0.4. By applying shaping, the symbol error rate is greatly improved. As shown in FIG. 14, the instantaneous peak power reduction method of the present invention makes the envelope fluctuation of the modulation signal moderate, so that there is an excellent effect of reducing the symbol error rate even in the demodulation operation during reception.

図15は、送信信号を生成するときの量子化ビット数をパラメータとした場合の復調時におけるシンボル誤り率とSNRの関係を示す図である。32PSK変調信号時における、量子化ビット数をパラメータ(3、4、8ビット)としている。本発明の瞬時ピーク電力低減方法により、送信信号のPAR特性が改善され、送信信号のダイナミックレンジが抑えられる。このため、送信信号を生成するときの量子化誤差に起因する受信誤り率の悪化を改善することができる。例えば、図15において、本来ならば振幅変動が大きくなるロールオフ係数α=0.1の場合でも、シェイピングを適用することによって大きくシンボル誤り率が低減されている。   FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the symbol error rate and SNR during demodulation when the number of quantization bits when generating a transmission signal is used as a parameter. The number of quantization bits at the time of 32PSK modulation signal is used as a parameter (3, 4, 8 bits). With the instantaneous peak power reduction method of the present invention, the PAR characteristics of the transmission signal are improved, and the dynamic range of the transmission signal is suppressed. For this reason, it is possible to improve the deterioration of the reception error rate due to the quantization error when generating the transmission signal. For example, in FIG. 15, the symbol error rate is greatly reduced by applying shaping even when the roll-off coefficient α = 0.1, in which the amplitude fluctuation is large.

図16は、本発明によるトレリスシェイピングを適用した送信信号をMAP復調した場合のシンボル誤り率とSNRの関係を示す図である。シェイピングにより、シンボルの遷移確率が一様でなくなるので、図16に示すように、MAP復調を利用して誤り率を改善することができる。   FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the symbol error rate and SNR when a transmission signal to which trellis shaping according to the present invention is applied is MAP demodulated. Since the symbol transition probability is not uniform due to shaping, the error rate can be improved by using MAP demodulation as shown in FIG.

本発明の瞬時ピーク電力低減方法においては、複数の連続するシンボル点を考慮して部分波形を求めるために、考慮するシンボル数が増えるにつれて、トレリスの状態数も増加する。このため、メトリック演算に使用する部分波形を求める計算量が増えることが問題となり得る。考慮するシンボル数によっては、部分波形を求める計算処理に、実システムに適用するには非現実的な時間を要する場合も考えられる。この問題を解決するために、最も計算時間を要する波形整形フィルタのインパルス応答の畳み込み計算結果を、予めメモリテーブルとして記憶しておくことができる。以下、この実施形態について説明する。   In the instantaneous peak power reduction method of the present invention, since a partial waveform is obtained in consideration of a plurality of consecutive symbol points, the number of trellis states increases as the number of symbols to be considered increases. For this reason, it may be a problem that the amount of calculation for obtaining the partial waveform used for the metric calculation increases. Depending on the number of symbols to be considered, the calculation process for obtaining the partial waveform may take an unrealistic time to be applied to a real system. In order to solve this problem, the convolution calculation result of the impulse response of the waveform shaping filter that requires the most calculation time can be stored in advance as a memory table. Hereinafter, this embodiment will be described.

図8は、本発明のリミッタ法に基づくトレリスシェイピングを適用する別の実施形態を説明する図である。説明の簡単のため、取り得るシンボルが4種類で、部分波形を考慮するシンボル数Ks=4の場合を示している。波形整形フィルタの出力点における、各シンボルS0、S1、S2、S3に対するインパルス応答の畳み込み波形80a、80b、80c、80dは、フィルタ特性と各シンボルに対応する信号レベル(I信号振幅およびQ信号振幅)によって一意に決定される。4種類のシンボルの畳み込み波形のそれぞれについて、4シンボル区間に渡って各々のシンボル区間における波形データを、予めROM等の記憶手段にテーブルとして記憶しておくことができる。   FIG. 8 is a diagram for explaining another embodiment to which trellis shaping based on the limiter method of the present invention is applied. For simplicity of explanation, there are four types of symbols that can be taken and the number of symbols Ks = 4 considering partial waveforms is shown. The convolution waveforms 80a, 80b, 80c, and 80d of the impulse response for each symbol S0, S1, S2, and S3 at the output point of the waveform shaping filter are the filter characteristics and the signal level (I signal amplitude and Q signal amplitude corresponding to each symbol). ) Is uniquely determined. For each of the four types of convolution waveforms of symbols, waveform data in each symbol section can be stored in advance as a table in storage means such as a ROM over four symbol sections.

例えば、オーバサンプリング数がNs=4であれば、1種類のシンボルについて、各シンボル区間に対してそれぞれ4つのデータの組を記憶しておくことができる。したがって、例えば、S1→S2→S0→S3のシンボル列に対しては、メモリテーブルに記憶されている4つの波形データ81a、81b、81c、81dを加算するだけで、所望のシンボル区間におけるI信号およびQ信号の部分波形が計算できる。このように、取り得るシンボルのそれぞれに対して、I信号およびQ信号の波形データをシンボル区間ごとに記憶しておくことにより、部分波形の計算処理を大幅に高速化することができる。尚、メモリテーブルに記憶させるデータは、I信号およびQ信号の部分波形データに限られない。I信号およびQ信号から得られる瞬時電力波形の波形データであっても良い。図8に示した例は、4シンボル区間に渡る波形データをテーブル化する例であるが、これに限定されない。利用可能なメモリ容量に応じて、より多くのシンボル区間の波形データを記憶することができるのはいうまでもない。   For example, if the number of oversampling is Ns = 4, four sets of data can be stored for each symbol section for one type of symbol. Therefore, for example, for the symbol sequence of S1-> S2-> S0-> S3, the I signal in the desired symbol interval can be obtained by simply adding the four waveform data 81a, 81b, 81c, 81d stored in the memory table. And the partial waveform of the Q signal can be calculated. Thus, by storing the waveform data of the I signal and the Q signal for each symbol section for each possible symbol, the partial waveform calculation process can be greatly speeded up. The data stored in the memory table is not limited to the partial waveform data of the I signal and the Q signal. It may be waveform data of an instantaneous power waveform obtained from the I signal and the Q signal. The example shown in FIG. 8 is an example in which waveform data over a 4-symbol section is tabulated, but is not limited to this. Needless to say, waveform data of a larger number of symbol sections can be stored in accordance with the available memory capacity.

以上詳細に説明したように、本発明の瞬時ピーク電力低減方法よれば、リミッタ法の概念によるメトリックに基づいて符号語を選択して、変調波の包絡線の瞬時ピークが一定レベルに近づくような変調信号を得ることができる。このリミッタ法によるメトリックに基づいて、瞬時ピーク電力を低減させたシングルキャリア変調方法および変調装置を提供することができる。本発明の瞬時ピーク電力低減方法によれば、波形整形フィルタのロールオフ率を小さくしても変調信号のダイナミックレンジを小さく抑えることが可能である。したがって、周波数利用効率および電力付加効率が共に優れたシングルキャリア変調システムを実現することができる。   As described above in detail, according to the instantaneous peak power reduction method of the present invention, the code word is selected based on the metric based on the concept of the limiter method so that the instantaneous peak of the envelope of the modulated wave approaches a certain level. A modulated signal can be obtained. Based on the metric by the limiter method, it is possible to provide a single carrier modulation method and modulation apparatus in which instantaneous peak power is reduced. According to the instantaneous peak power reduction method of the present invention, the dynamic range of the modulation signal can be kept small even if the roll-off rate of the waveform shaping filter is reduced. Therefore, it is possible to realize a single carrier modulation system that is excellent in both frequency utilization efficiency and power addition efficiency.

また、受信動作において、復調時のシンボル判定タイミングに同期ずれがあった場合でも、シンボル間干渉の影響を小さく抑えることができる。また、送信信号のダイナミックレンジが抑えられることによって、送信信号を生成する際の量子化誤差に起因する受信シンボル誤り率の悪化を緩和することができる。   In addition, in the reception operation, even if there is a synchronization shift in the symbol determination timing at the time of demodulation, the influence of intersymbol interference can be reduced. In addition, since the dynamic range of the transmission signal is suppressed, it is possible to mitigate the deterioration of the received symbol error rate due to the quantization error when generating the transmission signal.

第2の実施形態:
次に、第1の実施形態において述べたリミッタ法によるトレリスシェイピングまたはモーメント法などの他の方法によるトレリスシェイピングシステムに好適な復号方法について、詳細に説明する。一般に、多くのデジタル通信システムでは、情報データは、誤り訂正符号化の後に変調信号に変換される。その際、生成される変調信号のピーク変動を抑えるなどの目的のため、変調信号の送信シンボル系列の出力パターンが拘束されている。リミッタ法またはモーメント法などによるトレリスシェイピングシステムは、送信シンボル系列の出力パターンが拘束されるシステムの代表的なものである。本発明の復号方法は、このような出力パターンが拘束された送信シンボル系列を生成するシステムをマルコフ過程とみなし、受信側でこの性質を利用して復号を行なうところを特徴とする。軟判定復号処理を用いた反復復号法を利用することにより、硬判定復号処理を用いた従来技術と比べて、誤り訂正符号の復号特性を大幅に改善することができる。
Second embodiment:
Next, a decoding method suitable for a trellis shaping system by another method such as trellis shaping by the limiter method or moment method described in the first embodiment will be described in detail. In general, in many digital communication systems, information data is converted into a modulated signal after error correction coding. At this time, the output pattern of the transmission symbol sequence of the modulation signal is constrained for the purpose of suppressing the peak fluctuation of the generated modulation signal. A trellis shaping system based on a limiter method or a moment method is a typical system in which an output pattern of a transmission symbol sequence is constrained. The decoding method of the present invention is characterized in that such a system that generates a transmission symbol sequence in which an output pattern is constrained is regarded as a Markov process, and decoding is performed using this property on the receiving side. By using the iterative decoding method using the soft decision decoding process, the decoding characteristics of the error correction code can be greatly improved as compared with the conventional technique using the hard decision decoding process.

図18は、本発明の第2の実施形態に係る復号方法を実施する受信・復号系を含む通信システムを示すブロック図である。本通信システムは、送信系110ならびに通信路を経て送信系と対向する受信系111から構成される。送信系110においては、情報データは、通信路符号化部100により誤り訂正符号等による符号化処理がなされ、さらにインターリーバ104によりインターリーブされる。インターリーブされたビット列から、マルコフ過程に従う変調器105によってシンボル列が形成され、通信路へ送信される。対向する受信系111は、反復復号システムを構成し、第1のSISOデコーダ106、デインターリーバ107、第2のSISO108および硬判定復号器109を含む。ここで、SISO(Soft−In Soft−Out)デコーダは、ターボ符号に対する反復復号法において用いられる要素復号器の1つである。本発明の復号法においては、マルコフ過程に従う変調器105とSISOデコーダ106とが対応し、通信路符号化器100とSISOデコーダ108とが対応している点に注目されたい。   FIG. 18 is a block diagram showing a communication system including a reception / decoding system for performing the decoding method according to the second embodiment of the present invention. The communication system includes a transmission system 110 and a reception system 111 facing the transmission system via a communication path. In the transmission system 110, the information data is encoded by an error correction code or the like by the communication path encoding unit 100 and further interleaved by the interleaver 104. A symbol string is formed from the interleaved bit string by the modulator 105 according to the Markov process, and is transmitted to the communication path. The opposing reception system 111 constitutes an iterative decoding system, and includes a first SISO decoder 106, a deinterleaver 107, a second SISO 108, and a hard decision decoder 109. Here, a SISO (Soft-In Soft-Out) decoder is one of element decoders used in an iterative decoding method for turbo codes. It should be noted that in the decoding method of the present invention, the modulator 105 following the Markov process and the SISO decoder 106 correspond, and the channel encoder 100 and the SISO decoder 108 correspond.

本発明の復号方法においては、トレリスシェイピングをマルコフ過程(Malkov Process)とみなして、シェイピングに由来するシンボル系列のパターン拘束に着目して、新規なトレリスに基づいて反復復号を行なう点に特徴がある。以下にさらに詳細に説明する。   The decoding method of the present invention is characterized in that trellis shaping is regarded as a Markov process, and iterative decoding is performed based on a novel trellis, focusing on pattern constraints of symbol sequences derived from shaping. . This will be described in more detail below.

図19は、本発明の復号方法を適応可能な送信系構成を示す図である。情報ビットbは、チャンネル符号化器112によって誤り訂正符号等による符号化処理がなされ、符号化ビットcが出力される。符号化ビットcは、インターリーバ113によってインターリーブされて、インターリーブ後のビット列sが得られる。インターリーブされたビット列sは、さらにマルコフ過程を形成する変調器114に入力されて、変調送信シンボルSが出力される。マルコフ過程に従うシンボル列Sを生成する変調器114による、ビット列sからシンボル列Sへの変換τを次式のように定義する。
S=τ(s) 式(5)
式(5)に対応して、シンボル列Sからビット列sを生成する逆変換τ―1を、次式のように定義する。
s=τ―1(S) 式(6)
以下、本明細書の記載においては、特に断らない限り、ビット列をs(小文字)、シンボル列をS(大文字)で表記することとする。
FIG. 19 is a diagram showing a transmission system configuration to which the decoding method of the present invention can be applied. The information bit b is encoded by an error correction code or the like by the channel encoder 112, and the encoded bit c is output. The encoded bit c is interleaved by the interleaver 113 to obtain the interleaved bit string s. The interleaved bit string s is further input to a modulator 114 that forms a Markov process, and a modulated transmission symbol S is output. A conversion τ from the bit sequence s to the symbol sequence S by the modulator 114 that generates the symbol sequence S according to the Markov process is defined as follows.
S = τ (s) Equation (5)
Corresponding to Expression (5), an inverse transformation τ −1 for generating a bit string s from the symbol string S is defined as the following expression.
s = τ −1 (S) Equation (6)
Hereinafter, in the description of the present specification, unless otherwise specified, a bit string is represented by s (lowercase) and a symbol string is represented by S (uppercase).

先に述べたトレリスシェイピングは、例えば変調信号の振幅ピークを低減させるために、送信シンボルを過去のシンボル情報に基づかせて、所定のメトリック値を計算する符号語選択に係るものである。従って、トレリスシェイピングは、ビット列sからシンボル列Sを出力する一種のマルコフ過程とみなすことができる。図19からわかるように、トレリスシェイピングを含む送信系は、符号化機能部とシェイピング機能部が従属接続された構成となっている点に注目されたい。   The trellis shaping described above relates to codeword selection for calculating a predetermined metric value based on past symbol information, for example, in order to reduce the amplitude peak of the modulation signal. Therefore, trellis shaping can be regarded as a kind of Markov process for outputting the symbol sequence S from the bit sequence s. As can be seen from FIG. 19, it should be noted that the transmission system including trellis shaping has a configuration in which the encoding function unit and the shaping function unit are cascade-connected.

図20は、トレリスシェイピングを行なう送信変調系の構成ブロック図である。全体で式(5)に対応する変換作用を行い、ビット列sからシンボル列Sを出力する順変換τを表している。インバースシンドローム変換部116およびシェイピングエンコーダ117およびマッパ118などを含み、既に第1の実施形態において説明したものと同じである。先にも説明したように、トレリスシェイピングにおいては、複数の遅延素子を用いて、所定のアルゴリズムに基づいて最適なメトリック値を与える符号系列を決定しており、送信シンボル列は、所定の数の過去のシンボル列から一意に決定される。   FIG. 20 is a configuration block diagram of a transmission modulation system that performs trellis shaping. The forward conversion τ that performs the conversion operation corresponding to the expression (5) as a whole and outputs the symbol string S from the bit string s is represented. The inverse syndrome converter 116, the shaping encoder 117, the mapper 118, and the like are included, and are the same as those already described in the first embodiment. As described above, in trellis shaping, a plurality of delay elements are used to determine a code sequence that gives an optimal metric value based on a predetermined algorithm, and a transmission symbol sequence includes a predetermined number of symbols. It is uniquely determined from the past symbol string.

ここで、このようなマルコフ過程とみなされたシェイピングシステムからのシンボル列の復号を考えるために、逆変換作用τ-1に対するトレリス表現を検討する。変調器114からの出力シンボル系列Sの各要素S[n]が、M個の変調信号点(Sk、0≦k<M) を取り得る場合を考える。さらに、シンボル列Sからビット組の列sへの逆変換τ-1において、時刻n番目のビット組s[n]が、n番目のシンボルS[n]および過去の連続するms個のシンボルから一意に決定されるとする。このとき、逆変換τ-1は、次式のように表される。
s[n]=τ-1(S[n−ms],・・S[n]) 式(7)
上式(7)で表される逆変換τ-1は、以下に述べるように、異なる視点から、状態および枝を持つ2種類のトレリス(の組み合わせ)で表現することができる。
Here, in order to consider the decoding of a symbol string from a shaping system regarded as such a Markov process, a trellis expression for the inverse transformation action τ −1 is examined. Consider a case where each element S [n] of the output symbol sequence S from the modulator 114 can take M modulation signal points (S k , 0 ≦ k <M). Further, in the inverse transformation τ −1 from the symbol sequence S to the bit set sequence s −1 , the n-th bit set s [n] at the time is derived from the n-th symbol S [n] and the past consecutive ms symbols. Assume that it is uniquely determined. At this time, the inverse transformation τ −1 is expressed as the following equation.
s [n] = τ −1 (S [n−ms],... S [n]) Equation (7)
As described below, the inverse transformation τ −1 represented by the above equation (7) can be expressed by (a combination of) two types of trellises having states and branches from different viewpoints.

(1)第1のトレリス
[状態]: 過去から現在までに観測されたms個の連続するシンボルの情報を保持し、ある時点においてMms個の状態が存在する。
[枝]: 1つの状態につきM本の枝が存在する。時刻k番目の枝には、その区間kにおいて観測される信号点Sk、0≦k<Mがラベルとして付加される。また各枝は、その枝が起源とする状態に蓄えられたms個のシンボルと、その枝が表している時点での観測シンボルとから得られる逆変換τ-1の結果としてのビット組s[n]も保持している。
(1) First trellis
[State]: Holds information on ms consecutive symbols observed from the past to the present, and there are M ms states at a certain point in time.
[Branches]: There are M branches per state. The signal point S k , 0 ≦ k <M observed in the section k is added to the k-th branch at time t as a label. Each branch has a bit set s [as a result of the inverse transformation τ −1 obtained from the ms symbols stored in the state originating from the branch and the observed symbol at the time point represented by the branch. n].

上述のような第1のトレリスは、トレリスシェイピングの従来の復号方法である硬判定復号処理と関連付けると、以下のような対応関係で説明することができる。トレリスシェイピングの復調過程の具体的な構成例を示す図21に基づいて説明する。   When the first trellis as described above is associated with the hard decision decoding process which is a conventional decoding method of trellis shaping, it can be described by the following correspondence relationship. A specific configuration example of the trellis shaping demodulation process will be described with reference to FIG.

図21は、従来技術による硬判定復号処理に基づいた受信復号系の構成ブロック図である。硬判定復号処理部119は、シンボル列Sからビット列sからを出力する逆変換τ-1に対応する。硬判定復号処理部119は、図17に示した従来技術に係る送受信システムにおいてはシェイピング復調部102に対応し、デマッパ120、シンドローム計算部121から構成される。図20におけるインバースシンドロームによる変換116と、図21におけるシンドローム計算部121で実行されるシンドローム計算とは対応関係にある。図21においてブロック図と対比した示した遅延要素DおよびD2を含むシンドローム行列122に基づいて、受信したシンボル列Sから硬判定されたz[n]から一意にビット列sが求められる。遅延要素DおよびD2を含むことより、シンドローム行列122に含まれる遅延要素の遅延次数は2であるので、ビット列s[n]は、シェイピング復調部102に入力される3つの連続するシンボルS[n−2]、S[n−1]、S[n]から復号される関係にある。シンドローム行列122に含まれる遅延要素の遅延次数をmsとすれば、硬判定復号処理部119に入力されるms個の連続するシンボルS[n]から一意にビット列s[n]が一意に復号される。 FIG. 21 is a configuration block diagram of a reception decoding system based on a hard decision decoding process according to the prior art. The hard decision decoding processing unit 119 corresponds to the inverse transformation τ −1 that outputs the symbol string S to the bit string s. The hard decision decoding processing unit 119 corresponds to the shaping demodulation unit 102 in the transmission / reception system according to the prior art shown in FIG. 17 and includes a demapper 120 and a syndrome calculation unit 121. The conversion 116 based on the inverse syndrome in FIG. 20 and the syndrome calculation executed by the syndrome calculation unit 121 in FIG. 21 are in a correspondence relationship. Based on the syndrome matrix 122 including the delay elements D and D 2 shown in contrast to the block diagram in FIG. 21, the bit string s is uniquely obtained from z [n] that is hard-decided from the received symbol string S. By including the delay elements D and D 2 , the delay order of the delay elements included in the syndrome matrix 122 is 2, so that the bit string s [n] includes three consecutive symbols S [input to the shaping demodulator 102. n-2], S [n-1], and S [n]. If the delay order of the delay elements included in the syndrome matrix 122 is ms, the bit string s [n] is uniquely decoded from ms consecutive symbols S [n] input to the hard decision decoding processing unit 119. The

このような硬判定復号処理119の復号動作においてシンボル列Sからビット列sを復号する関係は、シンドローム演算が遅延要素を含む畳み込み演算であることより、前述の第1のトレリスに対応させることができる。例えば、硬判定復号処理119からの出力ビット列をs0[n]、s1[n]とすれば、デマッパ120の出力ビットz[n]とビット列s[n]との関係は、図21のシンドローム行列122の場合、次式で示される。
0[n]=z0[n] +z2[n]+z2[n−1] 式(8)
0[n]=z1[n] +z2[n]+z2[n−2] 式(9)
式(8)および式(9)から、ビット列sとシンボル列Sとの関係は式(7)と同様に、次のように表される。
The relationship of decoding the bit string s from the symbol string S in the decoding operation of the hard decision decoding process 119 can correspond to the first trellis described above because the syndrome calculation is a convolution calculation including a delay element. . For example, if the output bit strings from the hard decision decoding process 119 are s 0 [n] and s 1 [n], the relationship between the output bits z [n] of the demapper 120 and the bit string s [n] is shown in FIG. In the case of the syndrome matrix 122, it is expressed by the following equation.
s 0 [n] = z 0 [n] + z 2 [n] + z 2 [n−1] Equation (8)
s 0 [n] = z 1 [n] + z 2 [n] + z 2 [n−2] Formula (9)
From Expression (8) and Expression (9), the relationship between the bit string s and the symbol string S is expressed as follows, as in Expression (7).

Figure 0004883582
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図21から分かるように、シンボル列S[n]とデマッパ120のビット出力z[n]の間にのデマッピング処理においては、硬判定復号処理がなされている。ここで留意すべきことは、受信したシンボル列がピーク振幅を低減させるなどのトレリスシェイピングの所定の目的に沿ったシンボル出力パターンの拘束を受けている性質が、復号時になんら利用されていない点である。例えば、ピーク振幅を低減させるなどの所定の目的に沿ったシンボル出力パターンの拘束を受けている場合、シンボル列Sは、出力変調波が滑らかな包絡線を生成するような特定のシンボル列が選択され生成されている。このため、決定されたシンボル列の生成確率は一定でない。しかしながら、図21に示したような硬判定復号処理に基づくデマッパ120による復号では、これらのシンボル列が送信側で決定されたときのそれぞれ異なる生成確率は、なんら考慮されていない。   As can be seen from FIG. 21, in the demapping process between the symbol string S [n] and the bit output z [n] of the demapper 120, a hard decision decoding process is performed. It should be noted here that the nature of the received symbol sequence that is subject to symbol output pattern constraints for a predetermined purpose of trellis shaping, such as reducing the peak amplitude, is not used at the time of decoding. is there. For example, when the symbol output pattern is constrained according to a predetermined purpose such as reducing the peak amplitude, the symbol sequence S is selected as a specific symbol sequence in which the output modulation wave generates a smooth envelope. Has been generated. For this reason, the generation probability of the determined symbol string is not constant. However, in the decoding by the demapper 120 based on the hard decision decoding process as shown in FIG. 21, different generation probabilities when these symbol sequences are determined on the transmission side are not considered at all.

したがって、シンドローム演算における畳み込み演算に基づいたトレリスにおいては、その状態および枝のいずれについても、確率の概念は存在しない。すなわち、起こりうる各状態に対する定常確率や、状態間の遷移を表す枝に対する遷移確率の概念は存在しない。特定のビット出力z[n]と出力ビット列sとは、シンドローム行列122により一意に機械的に決定される関係にある。シンボル列Sから復号ビット列sまでの復号過程において、シンボル列が所定の目的に沿ったシンボル出力パターンに拘束を受けているという性質は、何ら利用されていない。第1のトレリスにおける状態遷移は、実質的にシンドローム行列によって規定される状態遷移を表現しており、所定の目的に沿ってシンボル出力パターンが拘束を受けていることに起因するシンボル間の遷移確率情報は何ら含まれていないことになる。   Therefore, in the trellis based on the convolution operation in the syndrome operation, there is no concept of probability for either the state or the branch. That is, there is no concept of steady state probability for each possible state or transition probability for a branch representing a transition between states. The specific bit output z [n] and the output bit string s are uniquely mechanically determined by the syndrome matrix 122. In the decoding process from the symbol sequence S to the decoded bit sequence s, the property that the symbol sequence is constrained by the symbol output pattern for a predetermined purpose is not used at all. The state transition in the first trellis substantially represents the state transition defined by the syndrome matrix, and the transition probability between symbols due to the symbol output pattern being constrained according to a predetermined purpose. No information is included.

(2)第2のトレリス
シンボル列がマルコフ過程に従う点に着目すると、式(7)で表される逆変換τ-1から得られるものとは異なる別のトレリスを構成できる。トレリスシェイピング変調器から実際に出力されたシンボル系列・・・S[n−2],S[n−1],S[n]を観測すれば、トレリスシェイピングシステムは、mm次のマルコフ過程に従うと仮定することができる。つまり、S[n]の生起確率は過去のmm個の出力シンボルS[n−1],S[n−2],S[n−3],S[n−mm]に依存すると仮定れば、この送信シンボル系列は、定常確率Psおよび状態遷移確率Ptが重みとして与えられたトレリスとして表すことができる。このトレリスは、以下のように規定される状態および枝を持つ。
[状態]: 過去に観測されたmm個の連続するシンボルの情報を保持し、ある時点において最大でNs=Mmm個の状態が存在する。定常確率Psが0の状態も存在し得るため、状態数は必ずしもMmmとはならない。
[枝]: 1つの状態につき最大でM本の枝が存在し、各枝には状態遷移確率Ptが重みとして与えられる。遷移確率が0の状態遷移があるため、枝の数は必ずしもM本には達しない。
(2) Second Trellis Focusing on the point that the symbol sequence follows a Markov process, another trellis different from that obtained from the inverse transformation τ −1 represented by Expression (7) can be configured. By observing the symbol sequence ... S [n-2], S [n-1], S [n] actually output from the trellis shaping modulator, the trellis shaping system follows the mmth order Markov process. Can be assumed. That is, assuming that the occurrence probability of S [n] depends on the past mm output symbols S [n−1], S [n−2], S [n−3], and S [n−mm]. This transmission symbol sequence can be expressed as a trellis to which the stationary probability Ps and the state transition probability Pt are given as weights. This trellis has the states and branches defined as follows.
[State]: Holds information on mm consecutive symbols observed in the past, and there are a maximum of Ns = M mm states at a certain point in time. Since there may be a state where the stationary probability Ps is 0, the number of states is not necessarily M mm .
[Branch]: There are a maximum of M branches per state, and the state transition probability Pt is given as a weight to each branch. Since there are state transitions with a transition probability of 0, the number of branches does not necessarily reach M.

図22は、第2のトレリスの構成を説明する図である。ここでは、送信信号の取り得る信号点数M(シンボルの種類数)が8であって、2次のマルコフ過程(mm=2)の場合を考える。すなわち、ある状態124は、過去2つのシンボルS[n−1],S[n]の組合せが(Si,Sj)である場合を表す。状態が、過去2つのシンボルS[n−1],S[n]を蓄える、蓄積するなどともいう場合もある。 FIG. 22 is a diagram illustrating the configuration of the second trellis. Here, consider a case where the number of signal points M (number of types of symbols) that can be taken by the transmission signal is 8, and a second-order Markov process (mm = 2). That is, a certain state 124 represents a case where the combination of the past two symbols S [n−1] and S [n] is (S i , S j ). The state may be referred to as accumulating or accumulating the past two symbols S [n−1] and S [n].

ある時点128において、状態数Nsは最大でMmm=82=64となる。トレリスシェイピングにおいて、信号点の遷移は、変調信号のピーク振幅を低減させるなどの所定の目的に沿った特定の遷移に拘束されている。このため、遷移確率が0となる状態遷移もあり、起こり得ない状態(すなわち、2つのシンボル間における起こり得ない遷移)もあると言う意味において、状態数Nsは最大でMmm=64となる。 At some point 128, the number of states Ns is at most M mm = 8 2 = 64. In trellis shaping, signal point transitions are constrained to specific transitions for a predetermined purpose, such as reducing the peak amplitude of the modulation signal. For this reason, there is a state transition in which the transition probability is 0, and there is also a state that cannot occur (that is, a transition that cannot occur between two symbols), so that the number of states Ns is M mm = 64 at the maximum. .

ある時点128におけるある状態(Si,Sj)124からは、最大M個の枝が出ている。ただし、前述のように、信号点の遷移が変調信号のピーク振幅を低減させるなどの所定の目的に沿った特定の遷移に拘束されているので、枝の数は必ずしもM本とはならない。枝126には、シンボルSkへの次の遷移が対応付けられており、同時に、シンボルSkへの状態遷移確率Ptが重みとして与えられている。したがって、図22においては、状態(Si,Sj)124は、枝126の遷移を経て、状態(Sk,Si)127に変化することが表されている。また、各状態は過去2つのシンボルS[n−1],S[n]の状態を保持・蓄積しているので、定常確率Psを持っていることにも留意されたい。 From a certain state (S i , S j ) 124 at a certain time point 128, a maximum of M branches have come out. However, as described above, since the transition of signal points is constrained to a specific transition along a predetermined purpose such as reducing the peak amplitude of the modulation signal, the number of branches is not necessarily M. The branch 126 is associated with the next transition to the symbol S k , and at the same time, the state transition probability Pt to the symbol S k is given as a weight. Therefore, FIG. 22 shows that the state (S i , S j ) 124 changes to the state (S k , S i ) 127 through the transition of the branch 126. It should also be noted that each state has a steady probability Ps because it holds and accumulates the states of the two previous symbols S [n−1] and S [n].

この第2のトレリスにおいては、シンボル列Sの遷移に関する確率情報を知ることができるが、トレリスシェイピングの復号をすることはできない。なぜならば、第2のトレリスには、情報ビットs[n]が何も関連付けられていないからである。すなわち、ある枝を経由して新しいシンボルSが決定された場合にどのようなビットs[n]が出力されるかについては、全く知ることができない。シェイピングを施したシンボル列がマルコフ過程に従うものとして形成された第2のトレリスでは、シンボル遷移に係る確率情報は得られても、ビット列情報は得られない。   In the second trellis, the probability information regarding the transition of the symbol sequence S can be known, but the trellis shaping cannot be decoded. This is because no information bit s [n] is associated with the second trellis. That is, it cannot be known at all what bit s [n] is output when a new symbol S is determined via a certain branch. In the second trellis formed with the shaped symbol sequence following the Markov process, the bit sequence information cannot be obtained even if the probability information related to the symbol transition is obtained.

発明者らは、従来技術の硬判定に基づくシンドローム計算による復号に基づいた第1のトレリスと、トレリスシェイピングがマルコフ過程に従うものと仮定に基づいて得られた第2のトレリスとを組み合わせることによって、状態遷移に係る確率情報と復号ビット列情報とを関連付けて、通信路符号化およびトレリスシェイピングされた変調信号の軟判定復号処理が実現できることに着目した。軟判定復号処理を行なうことにより、ターボ符号の復号に用いられる反復復号法が利用できる。送信シンボル列がマルコフ過程で近似できる符号化・変調システムにおいて、通信路符号化とトレリスシェイピングが連接されているとみなしたとき、SISO復号器を連結した反復復号法を利用することで、改善された尤度を出力する復号を行なうことができる。   The inventors combined a first trellis based on decoding by syndrome calculation based on prior art hard decisions and a second trellis obtained on the assumption that trellis shaping follows a Markov process. It was noted that soft decision decoding processing of a modulated signal subjected to channel coding and trellis shaping can be realized by associating probability information related to state transition and decoded bit string information. By performing the soft decision decoding process, iterative decoding methods used for turbo code decoding can be used. In a coding / modulation system that can approximate a transmission symbol string by a Markov process, when channel coding and trellis shaping are considered to be concatenated, it can be improved by using an iterative decoding method concatenated with a SISO decoder. It is possible to perform decoding that outputs the likelihood.

図23は、本発明の復号方法において利用される合成トレリス図を説明する図である。このトレリスは、式(7)により表される逆変換τ-1を表す第1のトレリスと、マルコフ過程を表す第2のトレリスを合成したものである。ここで、シンドロームの遅延次数をms、マルコフ過程の次数をmmとすれば、1つの状態が保存する過去のシンボル列の数はmtは、次式によって表される。
mt=max[mm,ms] 式(11)
すなわち、合成してできるトレリスの状態は、元の2つのトレリスのうちの状態数の大きいほうの状態に一致させる。さらに、合成トレリスの枝には、マルコフ過程を表す第2のトレリスに由来する状態遷移確率Ptおよび逆変換τ-1を表す第1のトレリスに由来するビット列情報s[n]を保持する。
FIG. 23 is a diagram for explaining a combined trellis diagram used in the decoding method of the present invention. This trellis is a combination of the first trellis representing the inverse transformation τ −1 represented by the equation (7) and the second trellis representing the Markov process. Here, if the syndrome delay order is ms and the Markov process order is mm, the number of past symbol strings stored in one state is expressed by the following equation.
mt = max [mm, ms] Formula (11)
That is, the state of the trellis formed by combining is made to match the state having the larger number of states of the two original trellises. Further, the branch of the synthesized trellis holds the state transition probability Pt derived from the second trellis representing the Markov process and the bit string information s [n] derived from the first trellis representing the inverse transformation τ −1 .

図23に示したトレリスでは、マルコフ過程とみなしたトレリスシェイピングに係る変調の信号点数をM=8、マルコフ過程とみなしたときのマルコフ次数をmm=2、マルコフ過程に対応する逆変換τ-1のシンドローム遅延次数ms=2とする。合成後のトレリスの1つの状態は、mt=2となるので、図22に示したトレリスの場合と同じく、2個連続するシンボル(Si,Sj)を保持した状態124で表される。図22と同様、1つの状態124から出る枝の数は最大で8個であり、例えば、1つの枝126には遷移確率Ptが与えられている。図22に示したトレリスとの相違点は、各々の枝にビット列s[n]の情報160、161が付与されている点である。すなわち、この合成トレリスは、シンボル列S[n]と出力ビット列s[n]とが関連付けられている点に特徴がある。トレリスの枝にビット列s[n]の情報160、161がラベル付けされることによって、受信したシンボル列から、反復復号法を利用するための確率情報すなわち尤度情報を抽出することが可能となる。この結果、後に図25および図26で詳細な構成を説明するように、軟判定復号処理に基づいて復号ビット出力を得ることができる。 In the trellis shown in FIG. 23, the number of signal points of modulation related to trellis shaping regarded as a Markov process is M = 8, the Markov order when regarded as a Markov process is mm = 2, and the inverse transformation τ −1 corresponding to the Markov process Syndrome delay order ms = 2. Since one state of the trellis after synthesis is mt = 2, it is represented by a state 124 holding two consecutive symbols (S i , S j ) as in the case of the trellis shown in FIG. As in FIG. 22, the maximum number of branches from one state 124 is eight. For example, one branch 126 is given a transition probability Pt. The difference from the trellis shown in FIG. 22 is that information 160 and 161 of the bit string s [n] is assigned to each branch. That is, this combined trellis is characterized in that the symbol string S [n] and the output bit string s [n] are associated with each other. By labeling the information 160, 161 of the bit string s [n] on the branch of the trellis, it becomes possible to extract probability information, ie, likelihood information, for using the iterative decoding method from the received symbol string. . As a result, as will be described later in detail with reference to FIGS. 25 and 26, a decoded bit output can be obtained based on the soft decision decoding process.

トレリスの状態ならびに枝に与えられる確率Ptは、msとmmとの関係に応じて、次のように決定される。図23では、例示的にmm=ms=2の場合を示しており、この時、状態124は、2つのシンボルの組(Si,Sj)を蓄えている。枝126には(S[n],S[n−1])=(Si,Sj)の2つのシンボルに依存した遷移確率Pt=(Sk|Si,Sj)が決定される。一方、枝126に関連付けられるビット列s[n]も、S[n],S[n−1]の2つのシンボルに依存して計算されs0[n] ,s1[n]がこの枝にラベル付けされる。 The trellis state and the probability Pt given to the branch are determined as follows according to the relationship between ms and mm. FIG. 23 exemplarily shows a case where mm = ms = 2. At this time, the state 124 stores a pair of two symbols (S i , S j ). The branch 126 has a transition probability Pt = (S k | S i , S j ) depending on two symbols (S [n], S [n−1]) = (S i , S j ). . On the other hand, the bit string s [n] associated with the branch 126 is also calculated depending on two symbols S [n] and S [n−1], and s 0 [n] and s 1 [n] are stored in this branch. Labeled.

mm=2、ms=1の場合では、状態124は、2つのシンボルの組(Si,Sj)を蓄えている。枝126には(S[n],S[n−1])=(Si,Sj)の2つのシンボルに依存した遷移確率Pt=(Sk|Si,Sj)が決定される。一方、枝126に関連付けられるビット列s[n]は、直前のシンボルS[n]すなわちSiのみに依存して計算されs0[n] ,s1[n]がこの枝にラベル付けされる。 In the case of mm = 2 and ms = 1, the state 124 stores two symbol sets (S i , S j ). The branch 126 has a transition probability Pt = (S k | S i , S j ) depending on two symbols (S [n], S [n−1]) = (S i , S j ). . On the other hand, the bit string s [n] associated with the branch 126 is calculated depending only on the immediately preceding symbol S [n], that is, S i , and s 0 [n] and s 1 [n] are labeled on this branch. .

mm=1、ms=2の場合では、状態124は、2つのシンボルの組(Si,Sj)を蓄えている。しかし、枝126には直前のシンボルS[n]すなわちSiのみに依存した遷移確率Pt=(Sk|Si)が決定される。一方、枝126に関連付けられるビット列s[n]は、状態124に蓄えられたS[n],S[n−1]の2つのシンボルに依存して計算されるs0[n] ,s1[n]がこの枝にラベル付けされる。上述のように、msとmmとの関係に応じて、枝に与えられる遷移確率およびラベル付けされるビット列の決定方法が異なることに留意されたい。 In the case of mm = 1 and ms = 2, the state 124 stores two symbol sets (S i , S j ). However, a transition probability Pt = (S k | S i ) that depends only on the immediately preceding symbol S [n], that is, S i is determined for the branch 126. On the other hand, the bit string s [n] associated with the branch 126 is calculated depending on the two symbols S [n] and S [n−1] stored in the state 124 s 0 [n] and s 1. [n] is labeled on this branch. As described above, it should be noted that the transition probability given to the branch and the method for determining the labeled bit string differ depending on the relationship between ms and mm.

図24は、本発明に係る合成トレリス図の具体的な例を示す図である。各々の枝には、遷移確率Ptとビット列情報S[n]がラベル付けされている。   FIG. 24 is a diagram showing a specific example of the synthetic trellis diagram according to the present invention. Each branch is labeled with a transition probability Pt and bit string information S [n].

本発明の復号方法は、通信路符号化と、マルコフ過程とみなすことができる送信シンボル変調とが縦続接続された構成の送信・変調系システムを、異なる復号モジュールが連接された構成による反復復号法を利用するシステムと対応付けて、軟判定復号処理を導入することにより、従来技術の硬判定復号処理と比べて誤り訂正符号の復号特性を大幅に改善するものである。マルコフ過程とみなすことができるトレリスシェイピングは、シェイピングビットを付加する点で、伝送速度の低下をもたらす。このために、シェイピングをしない場合と同じ伝送レートを維持しようとすれば、誤り訂正のために割り当て可能なビット数を減らさざるを得ず、符号化率を高くしなければならない。しかしながら、本発明の復号方法を適用することによって、符号化処理および復号化処理を通じたシステム全体では、むしろS/Nゲインを得ることができる。   The decoding method according to the present invention is a transmission / modulation system having a configuration in which channel coding and transmission symbol modulation that can be regarded as a Markov process are cascade-connected, and an iterative decoding method using a configuration in which different decoding modules are connected. By introducing a soft decision decoding process in association with a system that uses the error correction code, the decoding characteristics of the error correction code are greatly improved as compared with the hard decision decoding process of the prior art. Trellis shaping, which can be regarded as a Markov process, causes a reduction in transmission rate in terms of adding shaping bits. Therefore, if an attempt is made to maintain the same transmission rate as when no shaping is performed, the number of bits that can be allocated for error correction must be reduced, and the coding rate must be increased. However, by applying the decoding method of the present invention, an S / N gain can be rather obtained in the entire system through the encoding process and the decoding process.

本発明の復号方法では、上述の新規な合成トレリスに基づいて、良く知られたBCJRアルゴリズム(非特許文献5)を適用する。BCRJアルゴリズムは、トレリス上で、効率良くかつ理論的に最適なSISO復号を実行可能であり、MAPアルゴリズムとも呼ばれる。BCRJアルゴリズムは、枝メトリック(γ値) の計算(第1のステップ)およびフォワード/バックワード・リカージョン(α、β値) (第2のステップ)の2つのステップに分けることができる。第2のステップは、第1のステップにおいて得られたγ値ならびにα、β値の初期値が与られれば、機械的に実行される。トレリスの第n区間において、状態(S[n]、S[n−1]、・・S[n−mt])と、状態(S[n+1]、S[n]、・・S[n−mt+1])とを結ぶ枝のγ値は、以下の3つの確率Pc、Pa、Ptの積である。   In the decoding method of the present invention, the well-known BCJR algorithm (Non-Patent Document 5) is applied based on the above-described novel synthesis trellis. The BCRJ algorithm can perform efficient and theoretically optimal SISO decoding on the trellis, and is also called a MAP algorithm. The BCRJ algorithm can be divided into two steps: branch metric (γ value) calculation (first step) and forward / backward recursion (α, β value) (second step). The second step is mechanically executed if the γ value obtained in the first step and the initial values of α and β values are given. In the nth section of the trellis, the state (S [n], S [n-1],... S [n-mt]) and the state (S [n + 1], S [n], .. S [n- The γ value of the branch connecting mt + 1]) is the product of the following three probabilities Pc, Pa, and Pt.

1. S[n+1]を通信路を通して受信したときに、R[n+1]が受信される確率Pc(R[n+1]|S[n+1])。AWGN通信路においては、Cを正規化定数、N0を片側雑音電力として、Pcは次式により表される。 1. Probability Pc (R [n + 1] | S [n + 1]) that R [n + 1] is received when S [n + 1] is received through the communication path. In the AWGN channel, Pc is expressed by the following equation, where C is a normalization constant and N 0 is one-side noise power.

Figure 0004883582
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2. 枝に関連づけられたτ―1(S[n―ms+1]、・・S[n]、・・S[n+1])の結果である出力ビットs[n+1]に対する事前確率Pa(s[n+1])。この確率は、後述する反復復号の際に必要となる。 2. Prior probability Pa (s [n + 1]) for output bit s [n + 1] that is the result of τ −1 (S [n−ms + 1],... S [n],. . This probability is necessary for the iterative decoding described later.

3. マルコフモデルに基づくシンボル遷移確率Pt(S[n+1]|S[n]、S[n−1]・・S[n−mm+1])。
状態の定常確率Ps(S[n]、S[n−1]・・,S[n−mm+1])が、α、β値の初期値となる。
3. Symbol transition probability Pt based on Markov model (S [n + 1] | S [n], S [n-1]... S [n-mm + 1]).
The steady state probability Ps (S [n], S [n−1]... S [n−mm + 1]) is the initial value of the α and β values.

図19に示した本発明の復号方法が適応可能な送信システムにおいて、チャンネル符号化時の誤り訂正符号として畳み込み符号を用いれば、非特許文献6において開示されたターボコードに対するシリアル接続形式の反復復号法を適用することができる。この観点から、本発明の復号法は、SISOコンポーネントの1つをマルコフ過程とみなされたシステムτ(・)に対応する逆変換とみなすことによって、SISOコンポーネントがシリアル接続された構成を利用した反復復号法により実現できることが理解されよう。ここで、τ(・)は、式(5)によりS=τ(s)と表記されたトレリスシェイピングだけに限定されない一般化したマルコフ過程のシステムを意味するとして表記したものである。   In the transmission system to which the decoding method of the present invention shown in FIG. 19 can be applied, if a convolutional code is used as an error correction code at the time of channel coding, iterative decoding in a serial connection format for a turbo code disclosed in Non-Patent Document 6 The law can be applied. From this point of view, the decoding method of the present invention is an iterative method using a configuration in which SISO components are serially connected by regarding one of the SISO components as an inverse transform corresponding to a system τ (·) regarded as a Markov process. It will be understood that this can be achieved by a decoding method. Here, τ (·) is expressed as meaning a generalized Markov process system that is not limited to trellis shaping expressed as S = τ (s) according to Equation (5).

図25は、本発明の復号方法を畳み込み符号を用いた反復復号アルゴリズムによって実現した復号系を示すブロック図である。2つのSISOデコーダ130、132が、デインターリーバ131およびインターリーバ133を介して接続されている。事後尤度Ld(b)は、硬判定復号器134によって硬判定復号処理のために使用され、復号ビットbが得られる。SISOデコーダは、良く知られているように、軟判定ビットをもとに復号を行い、改善された尤度を出力する復号器である。反復復号はインターリーバを介して接続された2つのSISOデコーダを交互に動作させることで行われる。   FIG. 25 is a block diagram showing a decoding system in which the decoding method of the present invention is realized by an iterative decoding algorithm using a convolutional code. Two SISO decoders 130 and 132 are connected via a deinterleaver 131 and an interleaver 133. The posterior likelihood Ld (b) is used for the hard decision decoding process by the hard decision decoder 134, and the decoded bit b is obtained. As is well known, the SISO decoder is a decoder that performs decoding based on soft decision bits and outputs an improved likelihood. Iterative decoding is performed by alternately operating two SISO decoders connected via an interleaver.

図25中には、各点における対数尤度比が示されている。La(・)は、事前(a priori) 尤度であり、 SISOモジュールへ入力する尤度を言う。尤度ではなく確率値の場合は、事前確率と言われる。Ld(・)は、事後(a posteriori) 尤度であり、SISOモジュールで復号を行った後の尤度を言う。最終的なビット出力を求めるときは、この事後尤度を硬判定する。すなわち、事後尤度が正の場合は0、負の場合は1として判定される。Le(・)は、外部(extrinsic) 尤度であり、SISOモジュールからの出力尤度である。ほかのSISOモジュールに対する事前尤度となる。一般に、外部尤度=事後尤度―事前尤度の関係がある。   In FIG. 25, the log likelihood ratio at each point is shown. La (·) is a priori likelihood, which is the likelihood to be input to the SISO module. If the probability value is not a likelihood, it is said to be a prior probability. Ld (·) is a posteriori likelihood, which is the likelihood after decoding by the SISO module. When obtaining the final bit output, this posterior likelihood is determined hard. That is, it is determined as 0 when the posterior likelihood is positive and 1 when it is negative. Le (·) is an extrinsic likelihood and is an output likelihood from the SISO module. A priori likelihood for other SISO modules. In general, there is a relationship of external likelihood = posterior likelihood−prior likelihood.

図26は、本発明の復号方法をターボコードまたはLDPCを用いた反復復号アルゴリズムで実現する復号系を示すブロック図である。2つのSISOデコーダ135、137が、デインターリーバ136およびインターリーバ138を介して接続されている。硬判定復号器134によって硬判定復号処理され復号ビットが得られる。1回のグローバルループにつき何回のローカルループを実行するかによって、達成できる誤り率特性は変化する。   FIG. 26 is a block diagram showing a decoding system that realizes the decoding method of the present invention with an iterative decoding algorithm using turbo code or LDPC. Two SISO decoders 135 and 137 are connected via a deinterleaver 136 and an interleaver 138. The hard decision decoder 134 performs hard decision decoding to obtain decoded bits. The achievable error rate characteristics vary depending on how many local loops are executed per global loop.

以下においては、第1の実施形態に係るトレリスシェイピングに対して本発明の復号方法を適応した場合の、復号特性の改善について詳細に述べる。τ(・) の定義を満たすシステムの一例としては、第1の実施形態に係るリミッタ法またはモーメント法によるトレリスシェイピングが挙げられる。   In the following, improvement of decoding characteristics when the decoding method of the present invention is applied to trellis shaping according to the first embodiment will be described in detail. An example of a system that satisfies the definition of τ (·) is trellis shaping by the limiter method or the moment method according to the first embodiment.

図27は、8PSK変調を対象とした本発明のトレリスシェイピング符号化・変調系の構成を示す図である。図27に示す送信機において、符号化率1/2のチャンネル符号化器140に入力された1ビットの情報ビットbは、インターリーバ141、符号化率2/3のトレリスシェイピング142で処理され、3ビットの出力ビットzが8PSK変調器143に入力される。チャンネル符号化器140およびトレリスシェイピング142により、8PSK変調器143へ入力されるまでの符号化率は1/3となることに注意されたい。本構成による符号化・変調システムの全体では、1[ビット/シンボル] の伝送レートが達成できる。符号化率やマッピングの信号点数を変えることで、これ以外の伝送レートも実現が可能である。本構成において、トレリスシェイピング142および8PSK変調器143を、マルコフ過程に従うシステムS=τ(s)とみなすことができる。   FIG. 27 is a diagram showing a configuration of a trellis shaping coding / modulation system according to the present invention for 8PSK modulation. In the transmitter shown in FIG. 27, 1-bit information bit b input to channel encoder 140 with a coding rate of 1/2 is processed by interleaver 141 and trellis shaping 142 with a coding rate of 2/3, Three output bits z are input to the 8PSK modulator 143. It should be noted that the coding rate until input to the 8PSK modulator 143 is 1/3 due to the channel encoder 140 and trellis shaping 142. A transmission rate of 1 [bit / symbol] can be achieved in the entire coding / modulation system according to this configuration. Other transmission rates can be realized by changing the coding rate and the number of mapping signal points. In this configuration, trellis shaping 142 and 8PSK modulator 143 can be considered as a system S = τ (s) following a Markov process.

図28は、上述の図27の構成のトレリスシェイピングの場合のシンボル間遷移確率値の例を示す図である。ピーク電力の低減を目的として設計されたリミッタ法、モーメント法においては、シェイピングされたシンボル列の統計的性質として、原点付近を通る遷移は起こりにくく、位相差の小さい遷移は起こりやすい傾向がある。このため、本発明の復号方法が前提とするマルコフモデルを適用することができる。図28に示した各遷移確率は、リミッタ法を用いたトレリスシェイピングの出力シンボル列を1次のマルコフ過程と見なしたとき、シンボルS0からの次のシンボル(S0〜S7)への遷移確率測定値である。 FIG. 28 is a diagram illustrating an example of the inter-symbol transition probability value in the case of trellis shaping with the configuration of FIG. 27 described above. In the limiter method and the moment method designed for the purpose of reducing the peak power, the transition through the vicinity of the origin hardly occurs and the transition with a small phase difference tends to occur as a statistical property of the shaped symbol string. For this reason, the Markov model which the decoding method of this invention presupposes is applicable. The transition probabilities shown in FIG. 28 are obtained from the symbol S 0 to the next symbol (S 0 to S 7 ) when the output symbol string of trellis shaping using the limiter method is regarded as a first-order Markov process. It is a transition probability measurement value.

図29は、リミッタ法およびモーメント法によるピーク電力低減効果を示す図である。横軸は、正規化瞬時電力を示し、縦軸は、CCDF(Complementary Cumulative Distribution Function)補累積分布を示す。すなわち、正規化瞬時電力は、平均電力を1に正規化した場合の信号の瞬時電力を、CCDFは、瞬時電力が横軸の値を超える確率を示している。リミッタ法またはモーメント法を利用したトレリスシェイピングは、特に波形整形フィルタのロールオフ係数αが小さい状況で非常に効果がある。α=0.1の場合、図29に示すように、トレリスシェイピングを適用しない場合と比較して、4dB以上のピーク電力の低減が可能である。   FIG. 29 is a diagram illustrating the peak power reduction effect by the limiter method and the moment method. The horizontal axis represents normalized instantaneous power, and the vertical axis represents CCDF (Complementary Cumulative Distribution Function) complementary cumulative distribution. That is, the normalized instantaneous power indicates the instantaneous power of the signal when the average power is normalized to 1, and the CCDF indicates the probability that the instantaneous power exceeds the value on the horizontal axis. Trellis shaping using the limiter method or the moment method is very effective especially in the situation where the roll-off coefficient α of the waveform shaping filter is small. In the case of α = 0.1, as shown in FIG. 29, the peak power can be reduced by 4 dB or more as compared with the case where trellis shaping is not applied.

図30は、畳み込み符号化およびトレリスシェイピングを連接した符号化・変調系の場合の本発明の復号方法による誤り率特性を示す図である。符号化・変調系の構成は図27に示した構成であり、復調・復号系は図25に示した構成によるものである。比較のためのシェイピングなしのシステムは、符号化率1/3 の畳み込み符号の出力をインターリーバを挟んで8PSKにマッピングするものである。横軸は、受信信号を帯域制限フィルタを通した直後の時点における情報ビットあたりの受信エネルギー対雑音電力密度比Eb/Noを、縦軸は、BERをそれぞれ示す。図30aは、波形成形フィルタのロールオフファクタα=0.4の場合であり、図30bはα=0.1の場合を示す。   FIG. 30 is a diagram showing error rate characteristics according to the decoding method of the present invention in the case of an encoding / modulation system in which convolutional coding and trellis shaping are concatenated. The configuration of the encoding / modulation system is the configuration shown in FIG. 27, and the demodulation / decoding system is the configuration shown in FIG. For comparison, a non-shaping system maps the output of a convolutional code having a coding rate of 1/3 to 8PSK with an interleaver interposed therebetween. The horizontal axis represents the received energy-to-noise power density ratio Eb / No per information bit immediately after the received signal has passed through the band limiting filter, and the vertical axis represents the BER. FIG. 30a shows the case where the roll-off factor α = 0.4 of the waveform shaping filter, and FIG. 30b shows the case where α = 0.1.

αの値がいずれの場合でも、トレリスシェイピングおよび畳み込み符号をそれぞれ独立して硬判定復号処理した従来技術による誤り特性(TS&CC硬判定)と比較して、反復回数の増加あるいはマルコフ過程の連鎖次数の増加とともに、所要Eb/Noは低下する。復号誤り率特性は大幅に改善されている。本発明の復号方法を用いることで、α=0.1の場合では、シェイピングなしの場合と同等の誤り率特性を達成できる。さらに、α=0.4の場合では、シェイピングなしの場合よりも優れた誤り率特性を達成できる。   Regardless of the value of α, compared to the error characteristics (TS & CC hard decision) according to the prior art in which trellis shaping and convolutional codes are independently subjected to hard decision decoding, the number of iterations or the chain order of the Markov process is The required Eb / No decreases with the increase. The decoding error rate characteristics are greatly improved. By using the decoding method of the present invention, when α = 0.1, an error rate characteristic equivalent to that without shaping can be achieved. Further, in the case of α = 0.4, an error rate characteristic superior to that without the shaping can be achieved.

一般に、シェイピングにおいては、瞬時ピークなどの送信信号特性の制御のために、冗長なシェイピングビットが付加される。シェイピングを適用しない場合と同じ伝送レートを達成しようとすれば、符号化率の低い誤り訂正符号を利用することができない。したがって、復号時の誤り率特性は、シェイピングをしない場合の方が優れている。さらに、冗長度が付加されることで通信路符号化の性能が制限される以外にも、誤り率特性を劣化させる他の要因が存在する。本発明の復号方法を利用することによって、トレリスシェイピングを適用しているにもかかわらず、図30に示したように、同等の伝送レートを持つシェイピングなしのシステムに匹敵する復号誤り特性が実現可能となっている。   Generally, in shaping, redundant shaping bits are added to control transmission signal characteristics such as instantaneous peaks. If an attempt is made to achieve the same transmission rate as when shaping is not applied, an error correction code with a low coding rate cannot be used. Therefore, the error rate characteristic at the time of decoding is superior when no shaping is performed. Furthermore, in addition to limiting the performance of channel coding by adding redundancy, there are other factors that degrade the error rate characteristics. By using the decoding method of the present invention, a decoding error characteristic comparable to that of a non-shaping system having the same transmission rate can be realized as shown in FIG. 30 even though trellis shaping is applied. It has become.

図31は、ターボコードとトレリスシェイピングを連接した符号化・変調系の場合の本発明の復号方法による誤り率特性を示す図である。反復復号におけるループ実行の順序は、図26における1回のグローバルループ中で、10回のローカルループを行うという形態とした。図31内に示した反復の回数はグローバルループの回数を、次数はマルコフ過程の連鎖次数をそれぞれ示している。   FIG. 31 is a diagram showing an error rate characteristic according to the decoding method of the present invention in the case of an encoding / modulation system in which a turbo code and trellis shaping are concatenated. The loop execution order in the iterative decoding is such that 10 local loops are performed in one global loop in FIG. The number of iterations shown in FIG. 31 indicates the number of global loops, and the order indicates the chain order of the Markov process.

図32は、LDPCとトレリスシェイピングを連接した符号化・変調系の場合の本発明の復号方法による誤り率特性を示す図である。反復復号におけるループ実行の順序は、図26における1回のグローバルループ中で、20回のローカルループを行うという形態とした。   FIG. 32 is a diagram showing an error rate characteristic according to the decoding method of the present invention in the case of an encoding / modulation system in which LDPC and trellis shaping are concatenated. The loop execution order in the iterative decoding is such that 20 local loops are performed in one global loop in FIG.

ターボコードおよびLDPCいずれの場合でも、十分な反復回数を与えれば、図30に示した畳み込み符号とトレリスシェイピングとを連接した場合の結果と比較しても、それほど誤り率特性は変わらないことが確認できる。トレリスシェイピングを用いる場合は、ターボコードやLDPCのような複雑なシステムを用いなくても、本発明に係るSISO復号アルゴリズム用いて反復復号することにより、同等な復号誤り率特性を達成することができる。   In both cases of turbo code and LDPC, it is confirmed that the error rate characteristics do not change much when compared with the result of concatenating the convolutional code and trellis shaping shown in FIG. it can. When using trellis shaping, an equivalent decoding error rate characteristic can be achieved by iterative decoding using the SISO decoding algorithm according to the present invention without using a complicated system such as turbo code or LDPC. .

図33は、トレリスシェイピングおよび本発明の復号方法を利用した場合のシステム全体のゲインを比較を示す図である。No1からNo4までの各システムについて、トレリスシェイピングおよびマルコフ過程に基づくSISO復号をいずれも適用しないシステムを基準として、符号化・変調から復調・復号化に至るまでの各段階(a)〜(d)におけるシステムゲイン(S/N換算)を比較した。   FIG. 33 is a diagram showing a comparison of gains of the entire system when trellis shaping and the decoding method of the present invention are used. Steps (a) to (d) from No. 1 to No. 4 from encoding / modulation to demodulation / decoding with reference to a system to which neither SISO decoding based on trellis shaping or Markov process is applied The system gain (S / N conversion) in was compared.

例えば、No2のシステムに着目すると、8PSK、α=0.4、マルコフ過程の連鎖次数を4としたシステムでは、トレリスシェイピングの適用による(a)ピーク電力の低減量は2dBであるが、シェイピングビットの追加による(b)速度増加は4dBのS/N低下(−4dB)に相当する。しかしながら、本発明の復号方法(No2)を適用すれば、(c)SISO復号によりS/Nゲインを6.5dB獲得することができる。したがって、(d)システム全体では、トレリスシェイピングおよびマルコフ過程に基づくSISO復号をいずれも適用しないシステムと比べて、+4.5dBのS/Nゲインが得られる。また、ロールオフファクタαが大きいほど、S/N改善量が大きい。   For example, focusing on the No. 2 system, in a system in which 8PSK, α = 0.4, and the chain order of the Markov process is 4, (a) the amount of reduction in peak power by application of trellis shaping is 2 dB, but the shaping bit (B) The increase in speed is equivalent to a 4 dB S / N decrease (−4 dB). However, when the decoding method (No. 2) of the present invention is applied, an S / N gain of 6.5 dB can be obtained by (c) SISO decoding. Therefore, (d) in the entire system, an S / N gain of +4.5 dB can be obtained as compared with a system that does not apply SISO decoding based on trellis shaping and Markov processes. Further, the larger the roll-off factor α, the larger the S / N improvement amount.

本発明に係る復号方法は、第1の実施形態に係るトレリスシェイピングにより変調された信号の復調および復号に好適なものであるが、トレリスシェイピングだけに限られず、マルコフ過程とみなすことができる送信シンボル系列を持つ送信システムに対応した受信システムにも適用できることに留意されたい。マルコフ過程とみなしたシンボル列の状態遷移確率とビット列情報とを関連付け、通信路符号化部分およびマルコフ過程とみなされたシステムを従属して連接したシステムに対し、軟判定復号処理を利用した反復復号方法を適用している。本発明は、ピーク電力の低減などに用いられるシェイピングを、誤り訂正の一部とみなすことによって、反復復号法を利用するという新規な発想に基づいてなされたものである。   The decoding method according to the present invention is suitable for demodulation and decoding of a signal modulated by trellis shaping according to the first embodiment, but is not limited to trellis shaping, and is a transmission symbol that can be regarded as a Markov process. It should be noted that the present invention can also be applied to a reception system corresponding to a transmission system having a sequence. Iterative decoding using soft-decision decoding for a system in which the state transition probability of a symbol sequence regarded as a Markov process is associated with bit string information and the channel coding part and the system regarded as a Markov process are subordinately connected. Applying the method. The present invention has been made on the basis of a novel idea of using an iterative decoding method by regarding shaping used for peak power reduction as a part of error correction.

以上詳細に述べたように、本発明に係る復号方法によれば、トレリスシェイピングをマルコフ過程に従うシンボル列を生成するものとみなし、反復復号方法を利用して、誤り訂正符号の復号誤り率を大幅に改善することができる。トレリスシェイピングによる伝送速度の低下を補い、さらにシステム全体のS/Nゲインを改善できるという優れた効果を持つ。本発明の復号方法は、マルコフ過程を表すトレリスに由来する状態遷移確率と、シンドローム計算に由来するビット情報とを合成した新たな合成トレリスに基づいて、軟判定復号処理による反復復号を行なうことで、従来の硬判定復号処理に比べて大幅に復号特性を改善する。   As described above in detail, according to the decoding method according to the present invention, trellis shaping is regarded as generating a symbol sequence according to a Markov process, and the decoding error rate of an error correction code is greatly increased using an iterative decoding method. Can be improved. It has an excellent effect of compensating for a decrease in transmission speed due to trellis shaping and further improving the S / N gain of the entire system. The decoding method of the present invention performs iterative decoding by soft decision decoding processing based on a new combined trellis that combines state transition probabilities derived from trellises representing Markov processes and bit information derived from syndrome calculations. Compared with the conventional hard decision decoding process, the decoding characteristics are greatly improved.

本発明は、通信装置に利用可能である。電池駆動の携帯端末に特に有効であり、携帯端末の小型軽量化を実現する。さらに通信装置を含む通信システムに利用可能である。   The present invention is applicable to a communication device. This is particularly effective for a battery-driven portable terminal, and realizes a reduction in size and weight of the portable terminal. Furthermore, the present invention can be used for a communication system including a communication device.

本発明のシングルキャリア変調を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the single carrier modulation of this invention. 平均電力を低減させる場合のトレリスとシンボル点の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the trellis and symbol point in the case of reducing average electric power. ピーク電力を低減させる場合のトレリスと部分波形との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the trellis and partial waveform in the case of reducing peak electric power. 部分波形の概念を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the concept of a partial waveform. 部分波形演算部におけるシンボル生成部の概念的な構成図である。It is a notional block diagram of the symbol production | generation part in a partial waveform calculating part. 本発明のリミッタ法によるメトリック演算のフロー図である。It is a flowchart of the metric calculation by the limiter method of this invention. 本発明のリミッタ法によるメトリック演算概念を説明する図である。It is a figure explaining the metric calculation concept by the limiter method of this invention. 本発明のリミッタ法の別の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining another embodiment of the limiter method of this invention. 例示的なシェイピングエンコーダの構成図である。It is a block diagram of an example shaping encoder. 本発明のトレリスシェイピングにおける例示的なトレリス線図である。FIG. 3 is an exemplary trellis diagram for trellis shaping according to the present invention. 本発明のトレリスシェイピングを用いた場合の、ADPRと出力バックオフの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between ADPR and output back-off at the time of using the trellis shaping of this invention. 本発明によるトレリスシェイピングを用いたベースバンド信号の信号点軌跡を示すコンスタレーション表示である。It is a constellation display which shows the signal point locus | trajectory of the baseband signal using the trellis shaping by this invention. 本発明によるトレリスシェイピングを用いた送信信号を受信した場合の復調信号点のばらつきを示す図である。It is a figure which shows the dispersion | variation in the demodulation signal point at the time of receiving the transmission signal using the trellis shaping by this invention. シンボル判定タイミングにずれがある場合のシンボルエラーレートとSNRの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the symbol error rate and SNR when there is a deviation in the symbol determination timing. 送信信号を生成する量子化ビット数をパラメータとした場合の復調時におけるシンボルエラーレートとSNRの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the symbol error rate at the time of a demodulation at the time of making the parameter the number of quantization bits which produces | generates a transmission signal, and SNR. 本発明によりトレリスシェイピングを行なった送信信号をMAP復調した場合のシンボルエラーレートとSNRの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the symbol error rate and SNR at the time of carrying out MAP demodulation of the transmission signal which performed the trellis shaping by this invention. トレリスシェイピングを適用した送受信システムを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the transmission / reception system to which trellis shaping is applied. 第2の実施形態に係る復号方法を実施する受信復号系を含む通信システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the communication system containing the receiving decoding system which implements the decoding method which concerns on 2nd Embodiment. 本発明の復号方法を適応可能な送信系構成を示す図である。It is a figure which shows the transmission system structure which can apply the decoding method of this invention. トレリスシェイピングを行なう送信変調系の構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of a transmission modulation system that performs trellis shaping. 従来技術による硬判定復号処理に基づく受信復号系の構成ブロック図である。It is a configuration block diagram of a reception decoding system based on a hard decision decoding process according to the prior art. 逆変換τ-1と対応づけた第2のトレリスの詳細を説明する図である。It is a figure explaining the detail of the 2nd trellis matched with inverse transformation (tau) -1 . 本発明の復号方法における合成したトレリスを説明する図である。It is a figure explaining the synthesized trellis in the decoding method of this invention. 本発明の復号方法における合成したトレリスの具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the synthesized trellis in the decoding method of this invention. 本発明の復号方法を、畳み込み符号を用いた反復復号アルゴリズムで実現する復号系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the decoding system which implement | achieves the decoding method of this invention with the iterative decoding algorithm using a convolutional code. 本発明の復号方法を、ターボコードまたはLDPCを用いた反復復号アルゴリズムで実現する復号系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the decoding system which implement | achieves the decoding method of this invention with the iterative decoding algorithm using turbo code or LDPC. 8PSK変調を対象とした本発明のトレリスシェイピング符号化・変調系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the trellis shaping encoding / modulation system of this invention which made 8PSK modulation object. シンボル間遷移確率値の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the transition probability value between symbols. リミッタ法、モーメント法によるピーク電力低減効果を示す図である。It is a figure which shows the peak power reduction effect by a limiter method and a moment method. 畳み込み符号化およびトレリスシェイピングを連接した符号化・送信系に対する本発明の復号方法による誤り率特性を示す図である。It is a figure which shows the error rate characteristic by the decoding method of this invention with respect to the encoding and transmission system which concatenated convolutional coding and trellis shaping. ターボコードとトレリスシェイピングを連接した符号化・送信系に対する本発明の復号方法による誤り率特性を示す図である。It is a figure which shows the error rate characteristic by the decoding method of this invention with respect to the encoding and transmission system which connected the turbo code and the trellis shaping. LDPCとトレリスシェイピングを連接した符号化・送信系に対する本発明の復号方法による誤り率特性を示す図である。It is a figure which shows the error rate characteristic by the decoding method of this invention with respect to the encoding and transmission system which connected LDPC and the trellis shaping. トレリスシェイピングおよび本発明の復号方法を利用したシステム全体の各部ゲインを従来技術と比較して示した図である。It is the figure which showed each part gain of the whole system using the decoding method of trellis shaping and this invention compared with the prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1、51a ジェネレータ
1a 部分波形演算部
1b メトリック演算部
1c トレースバック部
1d デコーダ
2、52 インバースシンドローム
3、53a、53b、53c、53d マッピング器
4a、4b、4c、4d インパルス応答
54a、54b、54c、56a、56b、56c、57a、57b、57c 遅延素子
80a、80b、80c、80d I信号、Q信号の応答波形
100、112 チャンネル(通信路)符号化部
101 シェイピング変調部
102、119 シェイピング硬判定復号処理部
103 通信路復号器
104、113、133、138、141 インターリーバ
105、114、115 マルコフ過程に従う変調器
106、108、130、132、135、137 SISOデコーダ
107、131、136 デインターリーバ
109、134、139 硬判定器
118 マッパ
120 デマッパ
122 シンドローム行列
123、124、125、127 状態
126 枝
160、161 ビット列ラベル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 51a Generator 1a Partial waveform calculating part 1b Metric calculating part 1c Trace back part 1d Decoder 2, 52 Inverse syndrome 3, 53a, 53b, 53c, 53d Mapper 4a, 4b, 4c, 4d Impulse response 54a, 54b, 54c, 56a, 56b, 56c, 57a, 57b, 57c Delay elements 80a, 80b, 80c, 80d Response waveforms of I signal and Q signal 100, 112 Channel (communication path) encoding unit 101 Shaping modulation unit 102, 119 Shaping hard decision decoding Processing unit 103 Channel decoder 104, 113, 133, 138, 141 Interleaver 105, 114, 115 Modulator according to Markov process 106, 108, 130, 132, 135, 137 SISO decoder 107, 131, 136 Deinterleaver 109, 134, 139 Hard decision unit 118 Mapper 120 Demapper 122 Syndrome matrix 123, 124, 125, 127 State 126 Branch 160, 161 Bit string label

Claims (6)

トレリスシェイピングを用い、QAM方式またはPSK変調方式のいずれかを含むデジタル変調によってシングルキャリアを変調した送信信号の瞬時ピーク電力を低減する方法であって、
(a) シェイピング符号によって決定されるトレリスにおいて、取り得る枝に対応する符号系列により生成される複数の連続するシンボルの組を求めるステップと、
(b) 1つのシンボル区間について、前記複数の連続するシンボルの組に基づいて生成され、前記送信信号の瞬時ピーク電力を表す部分波形を求めるステップであって、前記部分波形は、波形整形フィルタの出力における前記複数の連続するシンボルの各々に対する連続的なI信号波形およびQ信号波形に基づいて決定され、前記連続的なI信号波形およびQ信号波形は、前記1つのシンボル区間において、前記複数の連続するシンボルの各々に対応する離散的なI信号およびQ信号に対する前記波形整形フィルタのインパルス応答畳み込み波形を加算することによってそれぞれ求められるステップと、
(c) 前記部分波形に対して、前記部分波形の振幅値が所定のリミッタしきい値を越える場合に、前記リミッタしきい値と前記振幅値との差分に対応するメトリックを求めるステップであって、前記リミッタしきい値を越えない場合はメトリック演算値を0とするステップと、
(d) 前記取り得る枝の中から、前記メトリック最小となる枝を選択するステップと、
(e) 前記選択された枝に対応する符号系列に基づいて、前記1つのシンボル区間に対するシンボルを出力するステップと、
(f) 各シンボル区間に対して、前記(a)ステップから前記(e)ステップを繰り返し、送信信号を出力するステップと
を備え
前記デジタル変調において取り得る全てのシンボルに対して、所定の複数のシンボル区間に渡って、各シンボル区間に対する前記連続的なI信号波形およびQ信号波形のサンプル値データを予め記憶しておき、前記記憶されたサンプル値データを用いて前記部分波形を求めることを特徴とする送信信号の瞬時ピーク電力を低減する方法。
A method for reducing instantaneous peak power of a transmission signal obtained by modulating a single carrier by digital modulation including either QAM method or PSK modulation method using trellis shaping,
(A) obtaining a set of a plurality of consecutive symbols generated by a code sequence corresponding to possible branches in a trellis determined by a shaping code;
(B) A step of obtaining a partial waveform that is generated based on the plurality of consecutive symbol sets and represents an instantaneous peak power of the transmission signal for one symbol interval, and the partial waveform is a waveform shaping filter Determined based on a continuous I signal waveform and a Q signal waveform for each of the plurality of consecutive symbols at the output, wherein the continuous I signal waveform and the Q signal waveform are the plurality of the plurality of consecutive symbols in the one symbol interval. Respectively obtained by adding the impulse response convolution waveform of the waveform shaping filter to discrete I and Q signals corresponding to each successive symbol ;
Relative to (c) the partial waveform, when the amplitude value of the partial waveform exceeds a predetermined limiter threshold, a step of obtaining a metric corresponding to the difference between the amplitude value and the limiter threshold When the limiter threshold is not exceeded, the metric calculation value is set to 0 ;
(D) from the branch to obtain the up, selecting a branch in which the metric is smallest,
(E) outputting a symbol for the one symbol interval based on a code sequence corresponding to the selected branch;
(F) repeating the steps (a) to (e) and outputting a transmission signal for each symbol period ; and
The sample value data of the continuous I signal waveform and Q signal waveform for each symbol period are stored in advance over a plurality of predetermined symbol periods for all the symbols that can be taken in the digital modulation, A method for reducing instantaneous peak power of a transmission signal, wherein the partial waveform is obtained using stored sample value data .
前記1つのシンボル区間において、前記連続的なI信号波形およびQ信号波形に対する所定のオーバサンプリング数のサンプル値をそれぞれ求め、前記I信号波形のサンプル値および前記Q信号波形のサンプル値に基づいて、前記部分波形のサンプル値を求めること特徴とする請求項に記載の送信信号の瞬時ピーク電力を低減する方法。 In the one symbol period, a sample value of a predetermined oversampling number for the continuous I signal waveform and Q signal waveform is obtained, respectively, and based on the sample value of the I signal waveform and the sample value of the Q signal waveform, The method for reducing the instantaneous peak power of a transmission signal according to claim 1 , wherein a sample value of the partial waveform is obtained. 前記メトリックにおける前記差分は、前記部分波形の前記サンプル値が前記リミッタしきい値を越えるときに、前記部分波形の前記サンプル値の各々と前記リミッタしきい値との差分を合計して求められることを特徴とする請求項に記載の送信信号の瞬時ピーク電力を低減する方法。 The difference in the metric is obtained by summing a difference between each of the sample values of the partial waveform and the limiter threshold when the sample value of the partial waveform exceeds the limiter threshold. The method of reducing the instantaneous peak power of the transmission signal according to claim 2 . トレリスシェイピングを用いてシングルキャリアを、QAM方式またはPSK変調方式のいずれかを含む方式でデジタル変調するシングルキャリア変調装置において
シェイピングを施す符号系列のビットを符号化するインバースシンドロームと、
前記符号化したビットと、シェイピングを施さない符号系列のビットとに基づいて、ビタビアルゴリズムに基づいてメトリックを最小にする符号語を求めるジェネレータであって、
波形整形フィルタの出力における前記複数の連続するシンボルの各々に対する連続的なI信号波形およびQ信号波形に基づいて前記部分波形を決定する部分波形演算部であって、前記連続的なI信号波形およびQ信号波形は、前記1つのシンボル区間において、前記複数の連続するシンボルの各々に対応する離散的なI信号およびQ信号に対する前記波形整形フィルタのインパルス応答畳み込み波形を加算することによってそれぞれ求められる部分波形演算部と、
前記部分波形に対して、前記部分波形の振幅値が所定のリミッタしきい値を越える場合に、前記リミッタしきい値と前記振幅値との差分に対応する前記メトリックを決定するメトリック演算部であって、前記リミッタしきい値を越えない場合はメトリック演算値を0とするメトリック演算部と、
前記メトリックを最小とするトレリスの枝を求めるトレースバック部と、
前記求められた枝から符号語を求めるデコーダと
を含むジェネレータと、
前記符号化したビットに前記符号語を加算した情報を複素シンボル点にマッピングするマッピング器とを備え、
前記ジェネレータのシェイピング符号によって決定されるトレリスにおいて、取り得る枝に対応する符号系列により生成される複数の連続するシンボルの組に基づいて、1つのシンボル区間について、前記送信信号の瞬時ピーク電力を表す部分波形を求め、前記部分波形に対して、前記部分波形の振幅値が所定のリミッタしきい値を越える場合に、前記リミッタしきい値と前記振幅値との差分に対応して前記メトリックが決定され
前記デジタル変調において取り得る全てのシンボルに対して、所定の複数シンボル区間に渡って、各シンボル区間に対する前記連続的なI信号波形およびQ信号波形のサンプル値データを予め記憶する記憶手段をさらに備え、前記記憶されたサンプル値データを用いて前記部分波形を求めることを特徴とするシングルキャリア変調装置。
A single carrier using trellis shaping, in the single-carrier modulation apparatus for digital modulation in a manner containing either QAM method or PSK modulation scheme,
An inverse syndrome for encoding bits of a code sequence to be shaped;
A generator for obtaining a codeword that minimizes a metric based on a Viterbi algorithm based on the encoded bits and bits of a code sequence that is not subjected to shaping ,
A partial waveform calculation unit for determining the partial waveform based on a continuous I signal waveform and a Q signal waveform for each of the plurality of consecutive symbols in an output of a waveform shaping filter, the continuous I signal waveform and The Q signal waveform is a part obtained by adding the impulse response convolution waveform of the waveform shaping filter to the discrete I signal and Q signal corresponding to each of the plurality of consecutive symbols in the one symbol period. A waveform calculation unit;
A metric calculation unit that determines the metric corresponding to a difference between the limiter threshold value and the amplitude value when the amplitude value of the partial waveform exceeds a predetermined limiter threshold value with respect to the partial waveform. When the limiter threshold is not exceeded, a metric calculation unit that sets a metric calculation value to 0,
A traceback unit for obtaining a trellis branch that minimizes the metric;
A decoder for obtaining a codeword from the obtained branch;
A generator containing
A mapper for mapping information obtained by adding the codeword to the encoded bits to complex symbol points;
In the trellis determined by the shaping code of the generator, the instantaneous peak power of the transmission signal is represented for one symbol period based on a set of a plurality of consecutive symbols generated by code sequences corresponding to possible branches. A partial waveform is obtained, and when the amplitude value of the partial waveform exceeds a predetermined limiter threshold value for the partial waveform, the metric is determined corresponding to the difference between the limiter threshold value and the amplitude value. It is,
Storage means for storing in advance the sample value data of the continuous I signal waveform and Q signal waveform for each symbol section over a predetermined plurality of symbol sections for all symbols that can be taken in the digital modulation. A single carrier modulation device for obtaining the partial waveform using the stored sample value data .
前記1つのシンボル区間において、前記連続的なI信号波形およびQ信号波形に対する所定のオーバサンプリング数のサンプル値をそれぞれ求め、前記I信号波形のサンプル値および前記Q信号波形のサンプル値に基づいて、前記部分波形のサンプル値を求めること特徴とする請求項に記載のシングルキャリア変調装置。 In the one symbol period, a sample value of a predetermined oversampling number for the continuous I signal waveform and Q signal waveform is obtained, respectively, and based on the sample value of the I signal waveform and the sample value of the Q signal waveform, The single carrier modulation device according to claim 4 , wherein a sample value of the partial waveform is obtained. 前記メトリックにおける前記差分は、前記部分波形の前記サンプル値が前記リミッタしきい値を越えるときに、前記部分波形の前記サンプル値の各々と前記リミッタしきい値との差分を合計して求められることを特徴とする請求項に記載のシングルキャリア変調装置。 The difference in the metric is obtained by summing a difference between each of the sample values of the partial waveform and the limiter threshold when the sample value of the partial waveform exceeds the limiter threshold. The single carrier modulation device according to claim 5 .
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