JPH04501945A - 信号のヴィタビ分析で得られた2進数値の品質係数を発生させる方法 - Google Patents

信号のヴィタビ分析で得られた2進数値の品質係数を発生させる方法

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JPH04501945A
JPH04501945A JP2513338A JP51333890A JPH04501945A JP H04501945 A JPH04501945 A JP H04501945A JP 2513338 A JP2513338 A JP 2513338A JP 51333890 A JP51333890 A JP 51333890A JP H04501945 A JPH04501945 A JP H04501945A
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    • H03M13/41Sequence estimation, i.e. using statistical methods for the reconstruction of the original codes using the Viterbi algorithm or Viterbi processors

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 信号のヴイタビ分析で得られた2進数値の品質係数を発生させる方法 産業上の利用分野 本発明は送信および受信無線局間での信号送信を行うためのディジタル式無線送 信システム内の一つの方法に関わり、受信無線局内で得られる2進数値の品質係 数を発生させるための方法であって、前記受信無線局は、送信された信号を受信 するための信号受信機と、信号受信機に接続されたサンプリング装置と、それに サンプリング装置に接続されたヴイタビ分析装置とで構成されており、ここで2 進数値は得られるとすぐヴイタビ分析装置でヴイダビ分析を行なわれ、前記品質 係数を発生させるための方法が以下の手順ニ ー 前記伝送信号の信号点をサンプリング装置内に記録しニ ー 信号点を、必要な状態数を備えたヴイタビアルゴリズムに従って分析し、2 進数値、ビット列を生成しニ ー ビット列が信号点から離れている大きさの測定値であるビット列距離を生成 し; −ビット列内の指示された位置に属する距離の最終値を記録し; − アルゴリズムの一つの状態に属するビット列の中から、指示された位置に対 する列が最少の最終距離値を育するビット列を一つ選択し;そして−選択された ビット列に属する指示された位置内の、最終2進数値の値を記録する; という、手順で構成されている。
従来の技術 送信情報が2進数値、ビット、の形式の時には、送信されたビットは通常は送信 時に符号化される。受信された信号は受信時に複合化される、例えばヴイタビ分 析装置に於てそれ自体知られている方法で実行される。情報が送信されているチ ャンネルはしばしば通信障害を受けるので、従ってチャンネルの通信機能は等価 器で数値的に評価され、判定されている。受信信号は等価器で処理されるが、こ れは関連するチャンネルに付属されたヴイタビ分析装置である場合もある。ヴイ タビ分析装置は、受信した信号を統計的に処理し分析装置の出力信号が、可能な 限り最大可能性基準に従って受信された信号と一致するようにしている。従って ヴイタビ分析装置から出力されるビットはある程度の確率の範囲でのみ正しい。
この確率、いわゆるソフト情報と呼ばれる品質係数の測定は、計算できて継続す る信号処理に使用できるので、信号処理を改善できる。
例えば合衆国特許明細書第4,240.156号には、各々の複合されたビット に関する確率値の計算方法が記述されている。信号処理は希望するように改善さ れるのではあるが、この特許明細書にも述べられているようにこの方法を実行す るにあたってはいくつかの問題か存在し、その中のいくつかは純粋に数学的性質 の物である。
また確率値または係数を計算するための簡単化された方法も知られていて、例え ばビットの全順序列に対して一つの同じ品質係数を割り当てる方法である。簡単 化された方法で得られる信号処理改善は、各々のビット毎に品質係数を割り当て る方法で得られる改善に比べて、貧弱である。
発明の目的と要約 今までヴイタビ分析法によって得られていた2進数値に対する品質係数を生成す るにあたって経験された、上述の問題は以下の方法で解決される。ヴイタビ分析 装置は、よく知られた方法によって受信信号から異なるビット列を、最尤法の意 味で可能な限り小さな値となるように評価する事によって復調する。復調時、ヴ イタビ分析装置は最終距離を生成するが、これは評価されたビット列が受信信号 からずれている大きさの測定値である。発明によれば、ヴイタビ分析装置の中で 交代ビット列が計算されており、これは先述の最適ビット列が論理lを育する時 は観測されたビット位置が論理Oを有し、最適ビット列が論理Oを有するときは 、前記観測されたビット位置が論理1を有する。交代ビット列が最適列、または 少な(とも、観測されたビット位置の中で論理lが論理0に対して交換されたり またはその逆の制約下で得ることの出来る最適列の良い評価値である。交代ビッ ト列に対してもまた最終距離が計算され、最適および交代列の間の最終距離の差 が観測されたビットに対する品質係数を構成する。対応する計算は全ての受信さ れた信号点に対してなされ、これによって各々のビットはそれぞれの品質係数を 得る。制限されたビット列内のビットに対する品質係数は、計算された品質係数 を制限されたビット列の総最終距離で割ることによって正規化出来る。
発明は添付の特許請求の範囲に記述された特徴を有する。
図面の簡単な説明 発明の例として示す実施例を、添付図を参照して以下に記述する、ここで 第1図は、ヴイタビ分析装置を備えた信号受信装置を図式的に示す; 第2図は、時分割伝送システム内の信号列を備えた時間スロットを示す; 第3囚は、位相変調信号の信号点を示す図:第4図は、ヴイタビ分析装置の経路 メモリと品質係数計算表を図式的に示す; 第5図は、経路メモリのメモリセルの部分を格納されている情報とともに示す; 発明を実施するための最善の方法 第1図は無線信号Sの受信装置を示す。受信装置は信号受信機RA、アナログ/ ディジタル変換器AD、ヴイタビ等価器VrT1、ヴイタビ分析装ftV I  T 2の形式のチャンネル復調器、および音声復調器SDとで構成されている。
受信装置は、例えば第2図に示されるように個々の加入者に対するチャンネル1 −mを有する自動車電話の様な時分割無線伝送システム内に組み込まれているも のとする、図中Tは時間を示す。各々のチャンネルはそれぞれの時間スロットを 有し、その中で信号列SSが伝送される。信号列は同期列SYを時間スロットの 中央部に、また二つのデータ列DIおよびD2を有する。
伝送される信号列は情報を、第3図に示すように位相変調2進デイジツト値で搬 送する。r−Q平面内のベクトルVはその強度およびその位相とを示す。ベクト ルは点A、B、C,Dの間を回転しており、時計回りの方向は“0”を表わし、 反時計回りの方向は“l”を表わしている。伝送器(図示せず)から、情報を伝 送する前にチャンネル符号化が良く知られている方法で実行される、例えば畳み 込み符号および、信号のディジタル/アナログ変換器の助けを借りて行われる。
伝送された信号は、第1図の受信装置に伝送される間に障害を被り、例えば受信 されたアナログ信号Sは雑音を含んでいたり、多重路伝搬の影響を受けたりして いる。信号Sはアナログ/ディジタル変換器ADでディジタル化されてディジタ ル信号Slとなり、これは等価基VITIに供給され、良く知られている方法で 同期列SYにより、使用中のチャンネル状態に適合している。等価基VITIは 、2進数ディジット列である信号S2を生成し、これは前記ディジタル/アナロ グ変換を受ける前の伝送信号のチャンネル符号化信号の評価値であり、S2は復 調器VIT2で復調される。次に、この復調器はディジタル信号S3を音声復調 器SDに送り、これは信号S3を音声信号S4に変換する。
信号S2は、既知の方法に従ってヴイタビ等価器VITIの中で計算されたOお よびlの列で構成されている。信号S1の受信信号点は、例えば第3図の点R上 にある。VITI内での分析中に、Rから離れた信号点E1およびE2か得られ る。これらの距離は受信された信号点から計算された信号点が離れている大きさ の、測定値、距離に対応している。VITIは、既知の方法で後続の距離の加算 値を可能な限り小さな値に保持しようと、努力する。この様にして最尤基準従っ た評価が得られ、信号S1からVITI内で評価された信号列への距離が可能な 限り小さくなされる。信号内のビットの値は、個別の確率と共に評価され、チャ ンネル復調は対応する品質係数Gnをそのビットと一緒に、第1図に示すように 復調器VIT2に対して計算し、伝送することにより改善できる。次に本発明に したがってこの品質係数を計算する方法を説明する。
第1図に示すヴイタビ等価器VITIは、知られているように、経路メモリPM を育しこれは、第4図に示すように四つの状態、00.Of、10およびIを育 する。
経路メモリは全体としてMCと表わされている、メモリセルを育する。品質係数 を計算するための発明された方法は、三つの段階に分割できる。第一段階は新し い信号点を計算および経路メモリPMに取り込む方法で構成されている。従来の 受信信号のヴイタビ分析では、信号列の第一状態での合計された距離の値mOは 、与えられた時刻Tn以前はその最後の2ビツトがOOとして得られる。残りの 状態に対する対応する計算が実行され、それぞれ合計距離値m1.m2およびm 3が得られる。時刻Tn以前に分析された信号点は距離メモリ、図示せず、の中 に格納される。時刻Tnに於て、信号Sl内の新しい信号点、例えば第3図に示 す信号点Rが経路メモリPMに入力される。それぞれ追加の距離Δ(0−>0) およびΔ(1−>O)を伴った経路メモリ内部での二つの遷移の結果メモリセル MC0Oに導かれる。二つの遷移は評価された信号ElおよびE2に対応する。
遷移Vlに対応する信号列は新しい距離値 m (0−>0) =m O+Δ(0−>0)を有し、遷移V2に対応する信号 列は新しい距離値 m (1−>0) =m O+Δ(1−>0)を育する。ヴイタビアルゴリズム に従ってビットの決定がなされ、1または0がメモリセルMC0O内に格納され る。経路メモリ内での最適経路に対応する距離値が、距離メモリの中に格納され る。発明によれば、反対のビット決定がなされる場合は、経路メモリ内での最適 経路に対しても距離値が計算される。最終品質係数の部分値、g a =/m  (0−>0) −m (1−>Q) /が計算され、結果の加算値は二つの新し い距離値間の差を示す。部分値gaはまた第5図に示すように、メモリセルMC 0O内に格納される。同様にして残りの状態に対する、品質係数の部分値が計算 され、メモリセルMCO1,MCO2,およびMCO3の中に格納される、例え ば部分値gbはメモリセルMC0I内に格納される。
本発明による方法の第二段階は、経路メモリPMに対して計算された前述の部分 値の修正で構成されている。
経路メモリPMの一部が第5図に示されている。先に説明したように、メモリセ ルMC0Oには1またはOlおよび品質係数の部分値gaが格納されている。同 様に、2進数値および部分値gbがメモリセルMC0I内に格納されている。合 計距離値m (0−>O)およびm (1−>O)は、それぞれ前記距離メモリ に格納されている。計算された2進数値は、第5図ではBaおよびBbと表わさ れている。メモリセルMCl0内のヴイタビアルゴリズムに従って計算されるべ き2進数値はBeと表わされており、品質係数の新しい部分値はgcと表わされ ている。
2進数値Bcの値は、最少距離を育する経路メモリPM内の経路に応じて、ヴイ タビアルゴリズムに従って既知の方法で決定される。発明によれば、品質係数の 新しい部分値gcはga、 gb、 m (0−>0)およびM (1−>0) から計算されるが、二つの場合が発生し得る。第一の場合ではBa=Bbという 仮定が適用される。この例でBa=OおよびBb=1と仮定すると、従ってvl で示された遷移0−0が最少の距離を有する。次に既知の方法で、Bc=0およ び距離値m (0−>0)が得られる。発明によれば、反対のビット決定がなさ れる場合、すなわちBc=1の場合は、経路メモリPM内での最適経路の距離が 計算できる。この結果、距離m (0−>0) + g aの経路Vlまたは、 距離m (1−)0)の経路v2の選択が出来る。第一の場合、品質係数の新し い部分値の最小値は、gc=m (0−>0) +ga −m (0−>O)  =gaまたはg c =m (1−>0) + g b−m (0−>0)とな る。
第二の場合、Ba=Bbという仮定がなされる。この様にして、上述の方法に対 応して新しい部分値が得られ、その最小値は、 gc=m(叶>0) 十g a −m (0−>O) = g aまたはg C =m (1−>0) 十g b −m (0−>0)となる。
新しい部分値gcは、決定されたビットBeと共にメモリセルMC10内に格納 される。先に記述した方法と同様に、品質係数の新しい部分値が前記状態の全て に対して計算され、メモリセルMCI 1.MCI 2およびMCI 3内に格 納される。計算はこの様に、経路メモリPMを通して逐次継続され、従来からの ビットのヴイタビ計算並びに本発明に従った最終品質係数の部分値の計算がなさ れる。
第三の段階は、逐次計算された2進数値に対する品質係数Gnの最終計算で構成 されている。第3図に示す、時刻Tnで受信された信号点Rに対する品質係数の 部分値が、前述の方法で経路メモリPMの最後まで計算される。それぞれの状態 00,01.10および11に対する最終部分値gO,g1.g2およびg3が 、この様にして得られる。これらの最終部分値は、第4図の経路メモリPM最終 部に於ける表TABI内に示されている。
また図示されているのは従来の方法で得られた2進数値であり、示された例の中 ではこれらの値はそれぞれの状態に対して、1,0.1およびlと仮定されてい る。ヴイタビ分析装置VITIはその経路メモリPMと共に、ヴイタビアルゴリ ズムに従って、“02または“1″を出力するかの決定を行え、“0”および“ 1”に対するそれぞれの新しい距離値が、表TAB2内の2列に与えられている 。例にしたがって、TABZ内の全ての距離値の中で最小値はm2であると仮定 する。従ってVITIは最終値として“1′を出力するので、m2は列の中では °1”を表わす。前述の品質係数Gnを得る目的で反対列、図示された例では“ 0”の下の列、内の値の最小値の検索が行われる。この列内の最少数字は、mO +gOであると仮定する。決定された“1″に対する品質係数はGn=mO+g O−m2に従って計算され、これは第1図に示すように、決定された2進数値“ 1”と共にVIT2に伝送される。
前述の方法では比較的複雑な計算が実行されたが、品質係数Gnをめるための簡 単化された計算は、以下の方法で行われる。品質係数の計算が三段階に渡って述 べられたが、その第二段階で部分値gcが計算された。例に従えば、第5図に於 て遷移Vlがビット値として選ばれた。この方法は、品質係数Gnの部分値をビ ット値と同様に転送を可能とすることで、簡単化される。従って、例ではgc− =gaがBaおよびBbの2進数値とは独立となる。シミュレーションの結果、 品質係数内で発生する誤りは比較的少ないことが示されている。さらなる簡単化 が、第三段階で品質係数Gnを計算する場合にも行える。ヴイタビアルゴリズム に従って選択される2進数値の様に、同一状態に適用する品質係数の部分値が表 TAB2から選ばれる。上記の例に従えば、最少距離値はm2と仮定されていて 、値の最終選択としては“I”を与えていた。部分値g2が反対側列を表わして おり、簡単化された方法では、これが品質係数Gnとなる。
第1図の信号Sを伝送する際、チャンネル状態および雑音状態は一つの信号列か ら別の信号列で急激に変化し得る。この様な変化例にはフェージングが含まれ、 これは雑音の統計的分布の中に時間依存性を持ち込む。この様な条件下で品質係 数Gnの品質は正規化する事によつて改善できる。この正規化は品質係数を限定 された時間内にある特定のビット数、例えばデータ列DIの時間内に得られた合 計距離値で割り算する事によって行える。
データ列D1に対する最終距離をMと仮定する。上記の例では、時刻Tnに於て 復調されたビットは、品質係数Gn−mo十gO−m2を有していたので、正規 化された品質係数は、 上述の方法はヴイタビ分析装置とは結合されていないが、それが何であろうとも 如何なるヴイタビ分析装置内で適用できる。例えば、この方法はチャンネル復調 器VIT2に対して適用できて、品質係数Gnが信号S3内にチャンネル復調ビ ットと並列伝送可能とする事もできる。音声復調器SDは品質係数Gnを信号S 3内のチャンネル復調ビットから改善された音声信号S4を生成するために使用 する。伝送された信号は第3図に示された位相変調とは異なった方法で変調され る可能性もあり、信号列SSが第2図に示す形式とは異なる形式で、データ列D IおよびD2それに同期列SYを持つ可能性もある。
以上、品質係数を発生させるための本発明による方法を、ヴイタビ分析装置tV  I T 1を参照しながら説明してきたが、第6図はこの分析装置のブロック 図を示す。図には経路メモリPMおよびMMで表わされる距離メモリが示されて おり、これらのメモリは制御装置である、アドレス選択器ASに接続されている 。距離メモリMMは距離計算装置MUに接続されており、この中で新しい距離値 が計算され、通路選択がなされる。同様に、経路メモリPMは通路計算装置PU に接続されており、この中で受信した各々の新ビットに対して、経路メモリPM 内での経路を移すための計算が実行される。ビット決定および品質係数Gnおよ びNGの計算もPU内で実施される。距離計算装置MUは、アナログ/ディジタ ル変換器ADに接続されていて、そこから信号Slを受信する。
経路計算装置PUは、距離計算装置MUに接続された入力と、ヴイタビ分析装置 VIT2に接続された出力とを存しているか、これらは第6図には示されていな い。
上記の側内での距離値、例えば距離値mO,ml。
m2およびm3は距離メモリMM内に格納される。距離計算装置MUは信号S1 内の信号点、例えば第3図の信号点Rを受信する。装置MUは新しい距離値、例 えばm (0−>0)およびm (1−>0)を計算し、最少距離を有する経路 を選択して新しい距離値を距離メモリMMに送る。
経路計算装置PUは距離計算装置MUから距離値、m (0−>O)およびm  (1−>O) 、信号Mを受け取り、選択された経路に関する信号P情報を流す 。経路計算装置PUは経路メモリPM内の経路を、各々の新ビット毎に移動し、 2進数値Ba、BbおよびBcを計算する。品質係数ga、gbおよびgcの部 分値はまた、経路計算装置PU内で計算される。計算された2進数値および部分 値は経路メモリPM内に、先に述べたように格納される。アドレス選択器ASは 距離値MM内の距離値と経路メモリPM内の対応する経路とを同時に対で更新す る。
最終ビット決定“0”または1#は、上述の方法にしたがって経路計算装置内で 行われ、品質係数Gnが計算される。信号S2は逐次決定されたビットで構成さ れており、これはそれぞれの品質係数と一緒に出力される。
Fig、1 慴 −M。。2〜。。12−−一−−・92’tsco3′cMco −−−一−’  93Fi9.6 国際調査報告 国際調査報告

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.送信および受信無線局間での信号送信を行うためのディジタル式無線送信シ ステムに於て、受信無線局内で得られる2進数値の品質係数を発生させるための 方法であって、前記受信無線局は、送信された信号を受信するための信号受信機 と、信号受信機に接続されたサンプリング装置と、それにサンプリング装置に接 続されたヴィタビ分析装置とで構成されており、ここで2進数値は得られるとす ぐにヴィタビ分析装置でヴィタビ分析を行なわれ、前記品質係数を発生させるた めの方法が以下の手順: −前記伝送信号の信号点をサンプリング装置内に記録し; −信号点を、必要な状態数を備えたヴィタビアルゴリズムに従って分析し、2進 数値、ビット列を生成し; −ビット列が信号点から離れている大きさの測定値であるビット列距離を生成し ; −ビット列内の指示された位置に属する距離の最終値を記録し; −アルゴリズムの一つの状態に属するビット列の中から、指示された位置に対す る列が最少の最終距離値を有するビット列を一つ選択し;そして−選択されたビ ット列に属する指示された位置内の、最終2進数値の値を記録する; という、手順で構成されている前記方法が、さらに:−ヴィタビアルゴリズム内 の各々の状態(00,01,10,11)に対する交代ビット列を生成し、指示 点(Tn)での前記ビット列は選択されたビット列内の最終2進数値と反対の最 終2進数値を有し;−交代ビット列の距離の最終値(m0+g0,ml,m2+ g2,m3+g3)を生成し;そして−交代ビット列の一つの最終距離と、選択 されたビット列の最終距離との間の差を指示された時点(Tn)での前記品質係 数(Gn)を構成するように計算する;以上の手順で構成されていることを特徴 とする前記方法。
  2. 2.請求項第1項記載の方法に於て、選択されたビット列に対する距離の最終値 の生成が: −距離値を前記アルゴリズムの全ての状態に対するヴィタビアルゴリズムの第一 計算段階で計算し;−各々の状態でのビット決定を行い; −全ての状態に対するヴィタビアルゴリズムの残りの段階で距離値を逐次計算し ;そして −全ての状態の後続のビット決定を行う手順を含む前記方法に於て、 交代ビット列に対する距離の最終値の生成手順が:−各々の状態の第一計算段階 で、交代距離値(m(1−>0))を計算し、選択されたビット列と反対のビッ ト決定を行い; −各々の状態に対する品質係数Gnの部分値gaを、交代距離値(m(1−>0 ))と選択されたビット列に対する距離値(m(0−>0))との差として計算 し;−前記状態の各々に対するアルゴリズムの残りの計算段階の中で、交代距離 値を状態間の個別の遷移に依存して逐次計算し、選択されたビット列とは反対の ビット決定を行い;そして −残りの計算段階に於て、各々の状態に対する品質係数の修正された部分値(g c)を、交代距離値の一つの選択されたビット列(m(0−>0))の対応する 距離値との間の差として、逐次計算を行う、という手順を含むことを特徴とする 前記方法。
  3. 3.請求項第2項記載の方法に於て、各々の状態に対する品質係数(Gn)の修 正された部分値(gc)を、交代距離値の一つと選択されたビット列(m(0− >0))の対応する距離値との間の最少の差として計算することを特徴とする前 記方法。
  4. 4.請求項第2項記載の方法に於て、品質係数(Gn)の修正された部分値(g c)の計算を行う際に、選択されたビット列内のビットと同様に伝送される修正 された部分値(gc=ga)の選択を行うことを特徴とする前記方法。
  5. 5.請求項第1、2、3、または4項に記載の方法に於て、指示された時点での 品質係数Gnを、交代ビット死の一つに対する最終距離と、選択されたビット列 の最終距離(Gn=m0+g0−m2)との間の最少差として計算することを特 徴とする前記方法。
  6. 6.請求項第1、2、3、または4項に記載の方法に於て、指示された時点(T n)に於て二つの最終距離(m2,m2十g2)が、ヴィタビアルゴリズムの同 一状態に属することを特徴とする前記方法。
  7. 7.請求項第1、2、3、4、5、または6項のいずれかに記載の、信号点の列 が範囲を定められている方法に於て、指示された時点(Tn)に対する正規化さ れた品質係数(NG)を、指示された時点(Tn)で得られた品質係数(Gn) を、信号点(D1)の範囲を限定された列に対して得られる距離(M)の最終値 で割った商として計算することを特徴とする前記方法。
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