JP6392680B2

JP6392680B2 - 受信装置、無線通信システム、及び誤り訂正方法

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Publication number: JP6392680B2
Application number: JP2015024438A
Authority: JP
Inventors: 誓治大森; 修一吉野; 望月　伸晃; 伸晃望月; 明洋山岸; 肇勝田; 原田　充; 充原田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2035-02-10
Also published as: JP2016149607A

Description

本発明は、受信装置、無線通信システム、及び誤り訂正方法に関する。

無線通信システムでは、送信装置から受信装置にデータを正しく伝送するために、受信装置は、伝送中にデータに生じた伝送誤りを検出して、検出した伝送誤りを訂正する。送信装置は、予め定められたルールに基づいて、データを冗長符号化する。受信装置は、送信装置が用いたルールと誤り訂正符号とに基づいて、受信したデータから最も確からしいデータを復号する。

受信装置は、誤り訂正符号の一つである畳み込み符号を復号する場合、ビタビ復号を用いることがある（非特許文献1参照）。畳み込み符号を復号する方法には、硬判定復号と、軟判定復号とがある。硬判定復号は、二値情報を用いる復号である。軟判定復号は、多値情報を用いる復号である。軟判定復号は、多値情報を用いるため、硬判定復号よりも効率よく伝送誤りを訂正することができる。

図７は、従来の送信装置の構成例を示す図である。図７では、送信装置１０ａは、誤り訂正符号化部１１と、変調部１２と、アンテナ１３（送信アンテナ）とを備える。誤り訂正符号化部１１と、変調部１２との一部または全部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、メモリに記憶されたプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部である。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。

誤り訂正符号化部１１は、予め定められたルールに基づくシフトレジスタを備える。誤り訂正符号化部１１は、伝送するデータａ_ｎを取得する。誤り訂正符号化部１１は、伝送するデータの論理和を、シフトレジスタを用いて算出する。図７では、符号化率は「１／２」である。拘束長は「３」である。誤り訂正符号化部１１は、畳み込み符号をシフトレジスタから変調部１２に出力する。すなわち、誤り訂正符号化部１１は、伝送するデータのｎ番目の情報ビットａ_ｎに基づいて、式（１）に示す符号語ｂ_２ｎと、式（２）に示す符号語ｂ_２ｎ−１とを、変調部１２に出力する。

変調部１２は、符号化されたデータである符号語ｂ_２ｎと符号語ｂ_２ｎ−１とに変調を施すことによって、無線信号を生成する。アンテナ１３は、変調部１２によって生成された無線信号を、受信装置に送信する。

図８は、状態遷移の例を示す図である。図９は、図８に示す状態遷移の例のトレリス図である。図１０は、硬判定によるビタビ復号の第１例を示す図である。図１０では、受信装置１００ａは、アンテナ１０１と、復調部１０２ａと、誤り訂正部１０３ａとを備える。アンテナ１０１は、無線信号を受信する。復調部１０２ａは、受信された無線信号を復調し、受信した無線信号から得られたデータｙ_ｎを、誤り訂正部１０３ａに出力する。誤り訂正部１０３ａは、受信した無線信号から得られたデータｙ_ｎに、硬判定復号を施す。硬判定復号には、条件付確率ｐ（｛ｙ_ｎ｝｜｛ａ_ｎ｝）を最大にするデータａ_ｎを選択する最尤判定アルゴリズムが用いられる。最尤推定アルゴリズムには、通常は、ビタビアルゴリズムが用いられる。

図１０に示される硬判定復号では、符号化率は「１／２」である。拘束長は「３」である。状態遷移には、図８に示す８通りの状態がある。ｎ番目のタイミングσ^ｉ _ｎから、（ｎ＋１）番目のタイミングσ^ｊ _ｎ＋１への状態遷移のブランチメトリックは、状態遷移に対応する符号語β_ｎ＋１と、受信した符号語ｂ_ｎ＋１とのハミング距離を用いて、式（３）によって表される。

硬判定復号の場合、条件付確率ｐ（｛ｙ_ｎ｝｜｛ａ_ｎ｝）を最大にするデータａ_ｎを選択することは、ブランチメトリックの累積が最小となるデータａ_ｎを探すことに相当する。誤り訂正部１０３ａは、受信した無線信号から得られたデータｙ_ｎ（二値情報）に基づいて、硬判定復号を実行する。

図１１は、軟判定によるビタビ復号の第２例を示す図である。図１１では、受信装置１００ｂは、アンテナ１０１と、復調部１０２ｂと、誤り訂正部１０３ｂとを備える。アンテナ１０１は、無線信号を受信する。復調部１０２ｂは、受信された無線信号を復調し、受信した無線信号のベースバンド信号Ｓ（ｙ_ｎ）を、誤り訂正部１０３ｂに出力する。誤り訂正部１０３ｂは、受信した無線信号に応じたベースバンド信号Ｓ（ｙ_ｎ）に、軟判定復号を施す。軟判定復号の場合、ｎ番目のタイミングσ^ｉ _ｎから、（ｎ＋１）番目のタイミングσ^ｊ _ｎ＋１への状態遷移のブランチメトリックは、式（４）によって表される。

ここで、Ｒ_ａは、１個の符号語あたりに含まれる情報ビット数を示す。Ｓ（α_ｎ）は、情報ビットα_ｎに対応するベースバンド信号を示す。誤り訂正部１０３ａは、受信した無線信号に応じたベースバンド信号Ｓ（ｙ_ｎ）（多値情報）に基づいて、軟判定復号を実行する。

なお、上記では畳み込み符号を例に挙げて説明した。同様に復号に軟判定を用いることが可能なターボ符号やリードソロモン符号等でも、軟判定処理を行うためには、多値情報の入力が必要である。

三瓶政一著，"ディジタルワイヤレス伝送技術"，株式会社ピアソン・エデュケーション，2002年

受信装置が軟判定復号を実行するには、多値情報が必要である。したがって、受信装置は、復調された無線信号から得られたデータが多値情報でなく二値情報である場合には、軟判定復号を実行することができないという問題があった。

上記事情に鑑み、本発明は、復調された無線信号から得られたデータが二値情報である場合でも、軟判定復号を実行することが可能である受信装置、無線通信システム、及び誤り訂正方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、アンテナに受信された無線信号を復調する復調部と、受信された前記無線信号を異なる時刻についてサンプリングし、サンプルごとに受信電力値を算出する電力算出部と、前記受信電力値を算出するまでに必要な時間と、前記無線信号を復調するまでに必要な時間との差に基づいて、前記サンプルごとに算出された前記受信電力値の時間変化と、復調された前記無線信号から得られたデータとを時刻同期させる時刻同期部と、前記受信電力値の時間変化と、前記受信電力値の時間変化に時刻同期した前記無線信号から得られたデータとに基づいて、復調された前記無線信号から得られたデータの尤度を算出する尤度算出部と、算出された前記尤度に基づいて、復調された前記無線信号から得られたデータの伝送誤りを訂正する誤り訂正部と、を備える受信装置である。

本発明の一態様は、前記尤度算出部が、複数の前記サンプルの前記受信電力値の平均値を算出し、算出した前記平均値に基づいて前記受信電力値を正規化し、前記誤り訂正部が、正規化された前記受信電力値を前記尤度として使用して、復調された前記無線信号から得られたデータの伝送誤りを訂正する受信装置である。

本発明の一態様は、前記尤度算出部が、複数の前記サンプルの前記受信電力値の分散値を算出し、算出した前記分散値に基づいて前記受信電力値を正規化し、前記誤り訂正部が、正規化された前記受信電力値を前記尤度として使用して、復調された前記無線信号から得られたデータの伝送誤りを訂正する受信装置である。

本発明の一態様は、前記復調部が、定包絡線変調された前記無線信号から得られたデータを復調し、前記時刻同期部が、前記無線信号のパケット長に応じた時間において前記受信電力値の移動平均値が最大となる時刻と、前記無線信号のパケットの中央に対応する時刻とに基づいて、算出された前記受信電力値の時間変化と、復調された前記無線信号から得られたデータとを時刻同期させる受信装置である。

本発明の一態様は、前記時刻同期部が、復調された前記無線信号から得られたデータの長さのカウント値を、前記無線信号のパケット長として使用する受信装置である。

本発明の一態様は、前記復調部が、ユニークワードを含むパケットにおいて前記サンプルごとに前記無線信号の振幅が変動する前記無線信号から得られたデータを復調し、前記時刻同期部が、前記受信電力値と前記ユニークワードとの相関値を前記サンプルごとに算出し、算出された前記相関値に基づいて、算出された前記受信電力値の時間変化と、復調された前記無線信号から得られたデータとを時刻同期させる受信装置である。

本発明の一態様は、前記サンプルごとに算出された前記受信電力値の時間変化を記憶する記憶部を更に備え、前記時刻同期部が、前記記憶部に記憶された前記サンプルごとに算出された前記受信電力値の時間変化と、復調された前記無線信号から得られたデータとを時刻同期させる受信装置である。

本発明の一態様は、データを符号化する符号化部と、符号化されたデータを変調して無線信号を生成する変調部と、前記変調部によって生成された前記無線信号を送信する送信アンテナと、を有する送信装置と、受信アンテナに受信された前記無線信号を復調する復調部と、受信された前記無線信号を異なる時刻についてサンプリングし、サンプルごとに受信電力値を算出する電力算出部と、前記受信電力値を算出するまでに必要な時間と、前記無線信号を復調するまでに必要な時間との差に基づいて、前記サンプルごとに算出された前記受信電力値の時間変化と、復調された前記無線信号から得られたデータとを時刻同期させる時刻同期部と、前記受信電力値の時間変化と、前記受信電力値の時間変化に時刻同期した前記無線信号から得られたデータとに基づいて、復調された前記無線信号から得られたデータの尤度を算出する尤度算出部と、算出された前記尤度に基づいて、復調された前記無線信号から得られたデータの伝送誤りを訂正する誤り訂正部と、を有する受信装置と、を備える無線通信システムである。

本発明の一態様は、無線通信システムの受信装置における誤り訂正方法であって、アンテナに受信された無線信号を復調するステップと、受信された前記無線信号を異なる時刻についてサンプリングし、サンプルごとに受信電力値を算出するステップと、前記受信電力値を算出するまでに必要な時間と、前記無線信号を復調するまでに必要な時間との差に基づいて、前記サンプルごとに算出された前記受信電力値の時間変化と、復調された前記無線信号から得られたデータとを時刻同期させるステップと、前記受信電力値の時間変化と、前記受信電力値の時間変化に時刻同期した前記無線信号から得られたデータとに基づいて、復調された前記無線信号から得られたデータの尤度を算出するステップと、算出された前記尤度に基づいて、復調された前記無線信号から得られたデータの伝送誤りを訂正するステップと、を有する誤り訂正方法である。

本発明により、受信装置、無線通信システム、及び誤り訂正方法は、復調された無線信号から得られたデータが二値情報である場合でも、軟判定復号を実行することが可能となる。

本発明の第１の実施形態における、無線通信システムの構成例を示す図である。本発明の第１の実施形態における、同期方法の第１例を示す図である。本発明の第１の実施形態における、無線通信システムの動作例を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態における、無線通信システムの構成例を示す図である。本発明の第３の実施形態における、無線通信システムの構成例を示す図である。本発明の第３の実施形態における、同期方法の第２例を示す図である。従来の送信装置の構成例を示す図である。状態遷移の例を示す図である。状態遷移の例のトレリス図である。硬判定によるビタビ復号の第１例を示す図である。軟判定によるビタビ復号の第２例を示す図である。

本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、無線通信システム１の構成例を示す図である。第１の実施形態では、無線通信システム１を、「無線通信システム１ａ」という。無線通信システム１ａは、送信装置１０ａと、受信装置２０ａとを備える。送信装置１０ａは、送信側の通信装置である。送信装置１０ａは、符号化したデータに応じた無線信号を、アンテナ１３から送信する。第１の実施形態では、無線信号の変調方式は、ＦＳＫ（Frequency shift keying）、ＢＰＳＫ（Binary Phase-Shift Keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）等の定包絡線の変調方式である。また、無線信号（送信データ）のフレームフォーマットは、パラメータとして予め定められている。

受信装置２０ａは、受信側の通信装置である。受信装置２０ａは、アンテナ２１と、復調部２２ａと、電力算出部２３と、記憶部２４と、時刻同期部２５ａと、尤度算出部２６と、誤り訂正部２７とを備える。
アンテナ２１（受信アンテナ）は、定包絡線変調された無線信号であって、符号化したデータに応じた無線信号を受信する。アンテナ２１は、受信した無線信号から得られたデータｙ_ｎを、復調部２２ａ及び電力算出部２３に出力する。

復調部２２ａは、アンテナ２１に受信された無線信号から得られたデータｙ_ｎを、予め定められたフレームフォーマットのパラメータに基づいて復調する。無線信号の復調方式は、ＦＳＫ、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ等の定包絡線の復調方式である。復調部２２ａは、復調された無線信号から得られたデータｂ_ｎを、時刻同期部２５ａに出力する。第１の実施形態では、復調された無線信号から得られたデータｂ_ｎのパケット長は、予め定められている。復調部２２ａは、復調された無線信号から得られたデータｂ_ｎを、時刻同期部２５ａに出力する。

電力算出部２３は、受信された無線信号を、異なる時刻についてサンプリングする。電力算出部２３は、サンプルごとに受信電力値Ｒ_ｎを算出する。電力算出部２３は、例えば、受信した無線信号を無線周波数（RF: Radio Frequency）信号のまま用いて、受信電力値Ｒ_ｎを算出する。電力算出部２３は、受信電力値Ｒ_ｎについて、例えば、パケット長Ｎ（Ｎ個のサンプル）ごとに移動平均値を算出する。

なお、電力算出部２３は、無線信号をダウンコンバートした中間周波数信号（IF: Intermediate Frequency）信号やベースバンド信号を用いて、受信電力値Ｒ_ｎを算出してもよい。

記憶部２４は、サンプルごとに算出された受信電力値の時間変化を記憶する。記憶部２４は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの不揮発性の記憶媒体（非一時的な記録媒体）を有する。記憶部２４は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やレジスタなどの揮発性の記憶媒体を有していてもよい。記憶部２４は、例えば、ソフトウェア機能部を機能させるためのプログラムを記憶してもよい。

記憶部２４は、サンプルごとに算出された受信電力値Ｒ_ｎを、時刻に対応付けて一時記憶する。すなわち、記憶部２４は、サンプルごとに算出された受信電力値Ｒ_ｎの時間変化情報を一時記憶する。

時刻同期部２５ａは、サンプルごとに算出された受信電力値の時間変化と、復調された無線信号から得られたデータとを、時間差ｄ_ｔに基づいて時刻同期させる。時間差ｄ_ｔは、電力算出部２３が受信電力値Ｒ_ｎを算出するまでに必要な時間と、復調部２２ａが無線信号を復調するまでに必要な時間との差である。

図２は、同期方法の第１例を示す図である。縦軸は、Ｎ個のサンプルの受信電力値の平均値を示す。平均値は、例えば、パケット長Ｎ（Ｎ個のサンプル）における受信電力値の移動平均値である。横軸は時間を示す。図２には、復調部２２ａから出力された時刻の横軸位置に合わせて、復調された無線信号から得られたデータ（パケット長Ｎ）の例が示されている。

時刻同期部２５ａは、無線信号のパケット長Ｎ（Ｎは、情報ビット数）に応じた時間において受信電力値の平均値が最大となる時刻と、無線信号のパケットの中央に対応する時刻との時間差ｄ_ｔを算出する。時刻同期部２５ａは、平均値が最大値となる時刻（サンプル点）が、パケット（情報ビット列）の中央の位置となるように、算出された受信電力値の時間変化と、復調された無線信号から得られたデータとを時刻同期させる。すなわち、時刻同期部２５ａは、算出された受信電力値の時間変化と、復調された無線信号から得られたデータとを、算出した時間差ｄ_ｔが値０となるように時刻同期させる。

電力算出部２３は、パケットの中央からパケット長の半分に対応する時間だけ前の時刻から、パケットの中央からパケット長の半分に対応する時間だけ後の時刻までについて、受信電力値の移動平均値を積算した結果を、１個のパケットが復調された無線信号から得られたデータあたりの受信電力値として出力する。

時刻同期部２５ａは、サンプルごとに算出された受信電力値の時間変化情報を、記憶部２４から取得してもよい。時刻同期部２５ａは、記憶部２４から取得した受信電力値の時間変化情報と、復調された無線信号から得られたデータｂ_ｎとを時刻同期させてもよい。例えば、時刻同期部２５ａは、復調された無線信号から得られたデータｂ_ｎが復調部２２ａから出力された時刻から、予め定められたサンプルの数だけ前のサンプルの位置に対応付けられた時刻の受信電力値を用いて、時刻同期処理を実行してもよい。これにより、時刻同期部２５ａは、復調部２２ａの出力の開始が、電力算出部２３の出力の開始と比較して遅い場合でも、記憶部２４（バッファメモリ）から取得した受信電力値の時間変化情報を用いて、時刻同期処理を実行することができる。

尤度算出部２６は、受信電力値Ｒ_ｎの時間変化と、受信電力値Ｒ_ｎの時間変化に時刻同期した無線信号から得られたデータｂ_ｎとを、時刻同期部２５ａから取得する。尤度算出部２６は、受信電力値Ｒ_ｎの時間変化と、受信電力値Ｒ_ｎの時間変化に時刻同期した無線信号から得られたデータｂ_ｎとに基づいて、復調された無線信号から得られたデータの尤度を算出する。

尤度算出部２６は、複数のサンプルの受信電力値Ｒ_ｎの平均値を算出し、算出した平均値に基づいて受信電力値Ｒ_ｎを正規化する。また、尤度算出部２６は、複数のサンプルの受信電力値Ｒ_ｎの分散値を算出し、算出した分散値に基づいて受信電力値Ｒ_ｎを正規化してもよい。すなわち、尤度算出部２６は、複数のサンプルの受信電力値Ｒ_ｎの分散値が値１となるように、受信電力値Ｒ_ｎを正規化してもよい。

尤度算出部２６は、正規化した受信電力値Ｒ_ｎを、復調された無線信号から得られたデータの尤度を表す情報として、誤り訂正部２７に出力する。尤度を表す情報は、例えば、対数尤度比（LLR: Log-likelihood Ratio）等によって表現された多値情報である。

誤り訂正部２７は、復調された無線信号から得られたデータｂ_ｎを、尤度算出部２６から取得する。誤り訂正部２７は、正規化した受信電力値Ｒ_ｎを、復調された無線信号から得られたデータの尤度を表す情報として、尤度算出部２６から取得する。

誤り訂正部２７は、算出された尤度に基づいて、復調された無線信号から得られたデータｂ_ｎの伝送誤りを訂正する。誤り訂正部２７は、正規化された受信電力値を尤度（多値情報）として使用して、復調された無線信号から得られたデータの伝送誤りを訂正する。このようにして、誤り訂正部２７は、訂正された無線信号から得られたデータａ_ｎを決定する。

図３は、無線通信システム１ａの動作例を示すフローチャートである。
復調部２２ａは、アンテナ２１に受信された無線信号を復調し、復調された無線信号から得られたデータｂ_ｎを出力する（ステップＳ１０１）。
電力算出部２３は、受信された無線信号を異なる時刻についてサンプリングし、サンプルごとに受信電力値Ｒ_ｎを算出する（ステップＳ１０２）。なお、ステップＳ１０１とステップＳ１０２とは、開始の順序が逆でもよいし、同時に開始されてもよい。

時刻同期部２５ａは、受信電力値Ｒ_ｎを算出するまでに必要な時間と、無線信号から得られたデータｂ_ｎを復調するまでに必要な時間との差ｄ_ｔに基づいて、サンプルごとに算出された受信電力値の時間変化と、復調された無線信号から得られたデータｂ_ｎとを時刻同期させる（ステップＳ１０３）。

尤度算出部２６は、受信電力値Ｒ_ｎの時間変化と、受信電力値Ｒ_ｎの時間変化に時刻同期した無線信号から得られたデータｂ_ｎとに基づいて、復調された無線信号から得られたデータｂ_ｎの尤度を算出する（ステップＳ１０４）。
誤り訂正部２７は、算出された尤度に基づく軟判定復号によって、復調された無線信号から得られたデータｂ_ｎの伝送誤りを訂正し、復調された無線信号から得られたデータａ_ｎを出力する（ステップＳ１０５）。

以上のように、第１の実施形態の受信装置２０ａは、受信された無線信号を復調する復調部２２ａと、受信された無線信号を異なる時刻についてサンプリングし、サンプルごとに受信電力値を算出する電力算出部２３と、受信電力値を算出するまでに必要な時間と、無線信号を復調するまでに必要な時間との差に基づいて、サンプルごとに算出された受信電力値の時間変化と、復調された無線信号から得られたデータとを時刻同期させる時刻同期部２５ａと、受信電力値の時間変化と、受信電力値の時間変化に時刻同期した無線信号から得られたデータとに基づいて、復調された無線信号から得られたデータの尤度を算出する尤度算出部２６と、算出された尤度に基づいて、復調された無線信号から得られたデータの伝送誤りを訂正する誤り訂正部２７とを備える。

この構成によって、誤り訂正部２７は、算出された尤度に基づいて、復調された無線信号から得られたデータの伝送誤りを訂正する。これによって、第１の実施形態の受信装置２０ａ、無線通信システム１ａ、及び誤り訂正方法は、復調された無線信号から得られたデータが二値情報である場合でも、軟判定復号を実行することが可能である。

第１の実施形態の受信装置２０ａ、無線通信システム１ａ、及び誤り訂正方法は、受信電力と復調データとの間で時刻同期を行い、復調された情報ビットごとの受信電力を算出し、算出結果に基づき復調データから尤度を算出することにより、軟判定復号を実行することができる。

第１の実施形態の受信装置２０ａ、無線通信システム１ａ、及び誤り訂正方法は、外部回路にて受信電力を測定し、受信電力と復調回路の復調データの時刻同期を行うことによって、復調された情報ビットごとの受信電力が算出可能となる。第１の実施形態の受信装置２０ａ、無線通信システム１ａ、及び誤り訂正方法は、信号の確からしさを受信電力で表すことが可能となり、信号の確からしさ（尤度）を、誤り訂正に用いることが可能となる。

第１の実施形態の受信装置２０ａ、無線通信システム１ａ、及び誤り訂正方法は、例えばドップラー環境等において、単一のパケットにおいて無線信号の受信電力が変動する場合には、高い受信電力ほど受信データの信頼度が高くなるので、信号の確からしさを尤度として軟判定復号に使用することが可能となる。

第１の実施形態の受信装置２０ａ、無線通信システム１ａ、及び誤り訂正方法は、復調データごとに尤度を算出可能となり、復調回路を変更することなく軟判定復号を実行することができる。

第１の実施形態の受信装置２０ａ、無線通信システム１ａ、及び誤り訂正方法は、信号波形の振幅情報及び位相情報を含むベースバンド信号ではなく受信電力値に基づいて、尤度情報を算出することが可能となり、演算回路の簡易化も実現できる。

第１の実施形態の受信装置２０ａ、無線通信システム１ａ、及び誤り訂正方法は、すでに作成済みの復調回路に軟判定復号回路を追加したい場合でも、ベースバンド信号を取り出す必要がなく、大規模な回路変更が不要である。

第１の実施形態の受信装置２０ａ、無線通信システム１ａ、及び誤り訂正方法では、復調処理の結果として二値情報しか取り出せない汎用チップ（集積回路）でも、誤り訂正符号における軟判定復号に多値情報が不要であるため、軟判定復号を実行することができる。

第１の実施形態の受信装置２０ａ、無線通信システム１ａ、及び誤り訂正方法は、復調回路から二値情報しか取り出せない場合でも、受信電力値を用いて尤度の算出が行えるようになり、軟判定復号を用いた誤り訂正が実現でき、伝送データの誤り率を改善可能である。

第１の実施形態の受信装置２０ａ、無線通信システム１ａ、及び誤り訂正方法は、復調回路が集積回路化された汎用チップなどである場合でも、軟判定復号を実行することが可能となり、通信装置の開発において専用チップを開発する必要がなく、通信装置の開発コストを低く抑えることができる。

第１の実施形態の受信装置２０ａ、無線通信システム１ａ、及び誤り訂正方法は、特に低コストが求められるＭ２Ｍ（Machine to Machine）市場向けの通信装置では、汎用チップは復調回路が集積回路化されていることが多い。第１の実施形態の受信装置２０ａ、無線通信システム１ａ、及び誤り訂正方法では、通信装置の接続率を向上させるために軟判定復号を適用したい場合、通信装置の開発をするために、新たにチップから開発する必要がない。第１の実施形態の受信装置２０ａ、無線通信システム１ａ、及び誤り訂正方法では、通信装置（通信端末）が高コストにならない。

第１の実施形態の復調部２２ａは、定包絡線変調された無線信号を復調する。時刻同期部２５ａは、無線信号のパケット長Ｎに応じた時間において受信電力値の移動平均値が最大となる時刻と、無線信号のパケットの中央に対応する時刻とに基づいて、算出された受信電力値の時間変化と、復調された無線信号から得られたデータとを時刻同期させる。

第１の実施形態の受信装置２０ａは、サンプルごとに算出された受信電力値の時間変化を記憶する記憶部２４を更に備える。時刻同期部２５ａは、サンプルごとに算出された受信電力値の時間変化情報を、記憶部２４から取得する。時刻同期部２５ａは、サンプルごとに算出された受信電力値の時間変化と、復調された無線信号から得られたデータとを時刻同期させる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態では、復調された無線信号から得られたデータのパケット長が可変である点が、第１の実施形態と相違する。第２の実施形態では、第１の実施形態との相違点についてのみ説明する。

図４は、無線通信システム１ｂの構成例を示す図である。第２の実施形態では、無線通信システム１を、「無線通信システム１ｂ」という。無線通信システム１ｂは、送信装置１０ａと、受信装置２０ｂとを備える。第２の実施形態では、無線信号の変調方式は、ＦＳＫ、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ等の定包絡線の変調方式である。無線信号（送信データ）のフレームフォーマットは、パラメータとして予め定められていなくてもよい。

受信装置２０ｂは、受信側の通信装置である。受信装置２０ｂは、アンテナ２１と、復調部２２ｂと、電力算出部２３と、記憶部２４と、時刻同期部２５ｂと、尤度算出部２６と、誤り訂正部２７とを備える。

復調部２２ｂは、アンテナ２１に受信された無線信号から得られたデータｙ_ｎを復調する。復調部２２ｂは、無線信号がアンテナ２１に受信されて、フレーム同期やクロック同期等の同期が確立した場合、復調された無線信号から得られたデータｂ_ｎを、時刻同期部２５ａに出力する。復調された無線信号から得られたデータｂ_ｎのパケット長は可変である。

時刻同期部２５ｂは、復調部２２ｂから出力されたデータの長さをカウントし、カウント値を無線信号のパケット長と決定する。時刻同期部２５ｂは、無線信号のパケット長Ｎ（カウント値）に応じた時間において受信電力値の平均値が最大となる時刻と、無線信号のパケットの中央に対応する時刻との時間差ｄ_ｔを算出する。

以上のように、第２の実施形態の時刻同期部２５ｂは、復調された無線信号から得られたデータｂ_ｎの長さのカウント値を、無線信号のパケット長Ｎとして使用する。
これによって、第２の実施形態の受信装置２０ｂ、無線通信システム１ｂ、及び誤り訂正方法は、パケット長Ｎが可変である場合でも、復調された無線信号から得られたデータが二値情報である場合でも、軟判定復号を実行することが可能である。

［第３の実施形態］
第３の実施形態では、パケットにおいてサンプル（情報ビット）ごとに無線信号の振幅が変動する変調方式が用いられる点が、第２の実施形態と相違する。第３の実施形態では、第２の実施形態との相違点についてのみ説明する。

図５は、無線通信システム１の構成例を示す図である。第３の実施形態では、無線通信システム１を、「無線通信システム１ｃ」という。無線通信システム１ｃは、送信装置１０ｂと、受信装置２０ｃとを備える。送信装置１０ｂは、送信側の通信装置である。送信装置１０ｂは、図７に示す送信装置１０ａと同様に、誤り訂正符号化部１１と、変調部１２と、アンテナ１３とを備える。

送信装置１０ｂは、符号化したデータに応じた無線信号を、アンテナ１３から送信する。第３の実施形態では、無線信号の変調方式は、振幅偏移変調(ASK: Amplitude Shift Keying)、直角位相振幅変調（QAM: Quadrature Amplitude Modulation）等の信号振幅が変動する変調方式である。また、第３の実施形態では、無線信号のパケットは、プリアンブルにユニークワードを含む。送信装置１０ｂの変調部１２は、ユニークワードを含む無線信号の振幅がサンプル（情報ビット）ごとに異なるように、パケットを変調する。

受信装置２０ｃは、受信側の通信装置である。受信装置２０ｃは、アンテナ２１と、復調部２２ｃと、電力算出部２３と、記憶部２４と、時刻同期部２５ｃと、尤度算出部２６と、誤り訂正部２７とを備える。

復調部２２ｃは、アンテナ２１に受信された無線信号から得られたデータを、パケットについて予め定められたフレームフォーマットのパラメータに基づいて復調する。予め定められたフレームフォーマットは、例えば、ユニークワードを定めるフォーマットである。無線信号の復調方式は、振幅偏移変調、直角位相振幅変調等の信号振幅が変動する復調方式である。復調部２２ｃは、サンプルごとに無線信号の振幅が変動する無線信号を復調する。

時刻同期部２５ｃは、受信電力値Ｒ_ｎとユニークワードとの相関値を、相関演算によってサンプルごとに算出する。時刻同期部２５ｃは、算出された相関値と、復調された無線信号から得られたデータとを時刻同期させる。

図６は、同期方法の第２例を示す図である。横軸は時間を示す。図６には、復調部２２ｃから出力された時刻の位置に、復調された無線信号から得られたデータ（パケット長Ｎ）の例が示されている。縦軸は相関値を示す。時刻同期部２５ｃは、相関値が最大となる時刻と、無線信号のパケットの先頭に対応する時刻との時間差ｄ_ｔを算出する。すなわち、時刻同期部２５ｃは、復調部２２ｃにおいて復調処理に必要な時間と、電力算出部２３においてサンプルごとに受信電力値Ｒ_ｎを算出するために必要な時間との時間差ｄ_ｔを推定する。例えば、時刻同期部２５ｃは、相関値がピークである時刻を、無線信号のパケットの先頭に対応付ける。例えば、時刻同期部２５ｃは、予め定められた閾値を相関値が超えた時刻を、無線信号のパケットの先頭に対応付けてもよい。

なお、時間差ｄ_ｔは、予め測定されていてもよい。時刻同期部２５ｃは、復調された無線信号から得られたデータを、復調部２２ｃからデータが出力された時刻の前後に、予め測定された時間差ｄ_ｔの時間範囲で変化させて、記憶部２４に記憶された受信電力値Ｒ_ｎの時間変化情報と時刻同期させてもよい。すなわち、時刻同期部２５ｃは、復調された無線信号から得られたデータが出力された時刻から予め定められたサンプルの数だけ前のサンプルの時刻から、時刻同期の処理を開始してもよい。

以上のように、第３の実施形態の復調部２２ｃは、ユニークワードを含むパケットにおいてサンプルごとに無線信号の振幅が変動する無線信号を復調する。時刻同期部２５ｃは、受信電力値とユニークワードとの相関値をサンプルごとに算出し、算出された相関値に基づいて、算出された受信電力値の時間変化と、復調された無線信号から得られたデータとを時刻同期させる。
これによって、第３の実施形態の受信装置２０ｃ、無線通信システム１ｃ、及び誤り訂正方法は、復調された無線信号から得られたデータが二値情報である場合でも、効率よく軟判定復号を実行することが可能である。

第３の実施形態の時刻同期部２５ｃは、記憶部２４に記憶されたサンプルごとに算出された受信電力値Ｒ_ｎの時間変化と、復調された無線信号から得られたデータとを時刻同期させる。
第３の実施形態の尤度算出部２６は、複数のサンプルの受信電力値の平均値を算出し、算出した平均値に基づいて、受信電力値を正規化する。第３の実施形態の誤り訂正部２７は、正規化された受信電力値を尤度として使用して、復調された無線信号から得られたデータの伝送誤りを訂正する。

第３の実施形態の尤度算出部２６は、複数のサンプルの受信電力値の分散値を算出し、算出した分散値に基づいて、受信電力値を正規化する。誤り訂正部２７は、正規化された受信電力値を尤度として使用して、復調された無線信号から得られたデータの伝送誤りを訂正する。

上述した実施形態における送信装置、受信装置、無線通信システムをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１ａ…無線通信システム、１ｂ…無線通信システム、１ｃ…無線通信システム、１０ａ…送信装置、１０ｂ…送信装置、１１…誤り訂正符号化部、１２…変調部、１３…アンテナ、２１…アンテナ、２２ａ…復調部、２２ｂ…復調部、２２ｃ…復調部、２３…電力算出部、２４…記憶部、２５ａ…時刻同期部、２５ｂ…時刻同期部、２５ｃ…時刻同期部、２６…尤度算出部、２７…誤り訂正部、１００ａ…受信装置、１００ｂ…受信装置、１０１…アンテナ、１０２ａ…復調部、１０２ｂ…復調部、１０３ａ…誤り訂正部、１０３ｂ…誤り訂正部

Claims

アンテナに受信された無線信号を復調する復調部と、
受信された前記無線信号を異なる時刻についてサンプリングし、サンプルごとに受信電力値を算出する電力算出部と、
前記受信電力値を算出するまでに必要な時間と、前記無線信号を復調するまでに必要な時間との差に基づいて、前記サンプルごとに算出された前記受信電力値の時間変化と、復調された前記無線信号から得られたデータとを時刻同期させる時刻同期部と、
前記受信電力値の時間変化と、前記受信電力値の時間変化に時刻同期した前記無線信号から得られたデータとに基づいて、復調された前記無線信号から得られたデータの尤度を算出する尤度算出部と、
算出された前記尤度に基づいて、復調された前記無線信号から得られたデータの伝送誤りを訂正する誤り訂正部と、
を備え、
前記復調部は、定包絡線変調された前記無線信号から得られたデータを復調し、
前記時刻同期部は、前記無線信号のパケット長に応じた時間において前記受信電力値の移動平均値が最大となる時刻と、前記無線信号のパケットの中央に対応する時刻とに基づいて、算出された前記受信電力値の時間変化と、復調された前記無線信号から得られたデータとを時刻同期させる、
受信装置。
前記尤度算出部は、複数の前記サンプルの前記受信電力値の平均値を算出し、算出した前記平均値に基づいて前記受信電力値を正規化し、
前記誤り訂正部は、正規化された前記受信電力値を前記尤度として使用して、復調された前記無線信号から得られたデータの伝送誤りを訂正する、請求項１に記載の受信装置。
前記尤度算出部は、複数の前記サンプルの前記受信電力値の分散値を算出し、算出した前記分散値に基づいて前記受信電力値を正規化し、
前記誤り訂正部は、正規化された前記受信電力値を前記尤度として使用して、復調された前記無線信号から得られたデータの伝送誤りを訂正する、請求項１に記載の受信装置。
前記時刻同期部は、復調された前記無線信号から得られたデータの長さのカウント値を、前記無線信号のパケット長として使用する、請求項３に記載の受信装置。
前記復調部は、ユニークワードを含むパケットにおいて前記サンプルごとに前記無線信号の振幅が変動する前記無線信号から得られたデータを復調し、
前記時刻同期部は、前記受信電力値と前記ユニークワードとの相関値を前記サンプルごとに算出し、前記受信電力値の時間変化と、復調された前記無線信号から得られたデータとを、前記相関値に基づいて時刻同期させる、請求項１に記載の受信装置。
前記サンプルごとに算出された前記受信電力値の時間変化を記憶する記憶部
を更に備え、
前記時刻同期部は、前記記憶部に記憶された前記サンプルごとに算出された前記受信電力値の時間変化と、復調された前記無線信号から得られたデータとを時刻同期させる、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の受信装置。
データを符号化する符号化部と、
符号化されたデータを変調して無線信号を生成する変調部と、
前記変調部によって生成された前記無線信号を送信する送信アンテナと、
を有する送信装置と、
受信アンテナに受信された前記無線信号を復調する復調部と、
受信された前記無線信号を異なる時刻についてサンプリングし、サンプルごとに受信電力値を算出する電力算出部と、
前記受信電力値を算出するまでに必要な時間と、前記無線信号を復調するまでに必要な時間との差に基づいて、前記サンプルごとに算出された前記受信電力値の時間変化と、復調された前記無線信号から得られたデータとを時刻同期させる時刻同期部と、
前記受信電力値の時間変化と、前記受信電力値の時間変化に時刻同期した前記無線信号から得られたデータとに基づいて、復調された前記無線信号から得られたデータの尤度を算出する尤度算出部と、
算出された前記尤度に基づいて、復調された前記無線信号から得られたデータの伝送誤りを訂正する誤り訂正部と、
を有する受信装置と、
を備え、
前記復調部は、定包絡線変調された前記無線信号から得られたデータを復調し、
前記時刻同期部は、前記無線信号のパケット長に応じた時間において前記受信電力値の移動平均値が最大となる時刻と、前記無線信号のパケットの中央に対応する時刻とに基づいて、算出された前記受信電力値の時間変化と、復調された前記無線信号から得られたデータとを時刻同期させる、
無線通信システム。
無線通信システムの受信装置における誤り訂正方法であって、
アンテナに受信された無線信号を復調するステップと、
受信された前記無線信号を異なる時刻についてサンプリングし、サンプルごとに受信電力値を算出するステップと、
前記受信電力値を算出するまでに必要な時間と、前記無線信号を復調するまでに必要な時間との差に基づいて、前記サンプルごとに算出された前記受信電力値の時間変化と、復調された前記無線信号から得られたデータとを時刻同期させるステップと、
前記受信電力値の時間変化と、前記受信電力値の時間変化に時刻同期した前記無線信号から得られたデータとに基づいて、復調された前記無線信号から得られたデータの尤度を算出するステップと、
算出された前記尤度に基づいて、復調された前記無線信号から得られたデータの伝送誤りを訂正するステップと、
を有し、
前記復調するステップでは、定包絡線変調された前記無線信号から得られたデータを復調し、
前記時刻同期させるステップでは、前記無線信号のパケット長に応じた時間において前記受信電力値の移動平均値が最大となる時刻と、前記無線信号のパケットの中央に対応する時刻とに基づいて、算出された前記受信電力値の時間変化と、復調された前記無線信号から得られたデータとを時刻同期させる、
誤り訂正方法。