JPH0626346B2 - 畳込み符号化直交fm・ビタビ受信方式 - Google Patents
畳込み符号化直交fm・ビタビ受信方式Info
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- JPH0626346B2 JPH0626346B2 JP2108864A JP10886490A JPH0626346B2 JP H0626346 B2 JPH0626346 B2 JP H0626346B2 JP 2108864 A JP2108864 A JP 2108864A JP 10886490 A JP10886490 A JP 10886490A JP H0626346 B2 JPH0626346 B2 JP H0626346B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
- H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
- H04L1/0041—Arrangements at the transmitter end
- H04L1/0042—Encoding specially adapted to other signal generation operation, e.g. in order to reduce transmit distortions, jitter, or to improve signal shape
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M13/00—Coding, decoding or code conversion, for error detection or error correction; Coding theory basic assumptions; Coding bounds; Error probability evaluation methods; Channel models; Simulation or testing of codes
- H03M13/37—Decoding methods or techniques, not specific to the particular type of coding provided for in groups H03M13/03 - H03M13/35
- H03M13/39—Sequence estimation, i.e. using statistical methods for the reconstruction of the original codes
- H03M13/41—Sequence estimation, i.e. using statistical methods for the reconstruction of the original codes using the Viterbi algorithm or Viterbi processors
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
- H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
- H04L1/0045—Arrangements at the receiver end
- H04L1/0054—Maximum-likelihood or sequential decoding, e.g. Viterbi, Fano, ZJ algorithms
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L25/00—Baseband systems
- H04L25/38—Synchronous or start-stop systems, e.g. for Baudot code
- H04L25/40—Transmitting circuits; Receiving circuits
- H04L25/49—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems
- H04L25/4917—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems using multilevel codes
- H04L25/4919—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems using multilevel codes using balanced multilevel codes
Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、有線回線に比べ回線品質の劣る無線回線とり
わけ移動・携帯無線回線、小型局衛生回線、又は短波固
定回線でのディジタル信号伝送の高信頼度化・高能率化
のための変復調と符号化復号方式に関するものである。
わけ移動・携帯無線回線、小型局衛生回線、又は短波固
定回線でのディジタル信号伝送の高信頼度化・高能率化
のための変復調と符号化復号方式に関するものである。
[従来の技術] 従来より、レベル変動が大きく,電力余裕が少ない通信
回線では飽和増幅器・リミッタの使用が可能な定包絡線
変調方式が、言い替えれば振幅変調方式よりも位相・周
波数変調方式が好ましいとされている。また周波数利用
効率が高く、帯域制限の影響を受けにくいためにはスペ
クトルの集中性の高い変調方式が適している。ディジタ
ル変調方式では一般に位相変調方式よりも周波数変調方
式の方がスペクトルの集中性が高い。
回線では飽和増幅器・リミッタの使用が可能な定包絡線
変調方式が、言い替えれば振幅変調方式よりも位相・周
波数変調方式が好ましいとされている。また周波数利用
効率が高く、帯域制限の影響を受けにくいためにはスペ
クトルの集中性の高い変調方式が適している。ディジタ
ル変調方式では一般に位相変調方式よりも周波数変調方
式の方がスペクトルの集中性が高い。
定包絡線性を有し、スペクトルの集中性に優れ、かつ耐
雑音性(Eb/No対BER特性)も、アンチポーダル
な変調方式と同等にできるディジタル信号の伝送方式と
して変調指数hを0.5としたデユオバイナリFM・ビ
タビ受信方式がある。
雑音性(Eb/No対BER特性)も、アンチポーダル
な変調方式と同等にできるディジタル信号の伝送方式と
して変調指数hを0.5としたデユオバイナリFM・ビ
タビ受信方式がある。
品質の劣る回線において、ディジタル信号伝送の高信頼
度化・高能率化を図るためにはFEC(前方誤り訂正)
符号の導入は不可欠であり、現在最も強力な(符号化利
得の大きい)FEC符号として畳込み符号化ビタビ復号
方式が知られている。
度化・高能率化を図るためにはFEC(前方誤り訂正)
符号の導入は不可欠であり、現在最も強力な(符号化利
得の大きい)FEC符号として畳込み符号化ビタビ復号
方式が知られている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、デュオバイナリFM・ビタビ受信方式は (a)遷移状態の異なる2つの状態遷移表(又は図)に
基づいてビタビ復号を行なうため、いわゆる送受信間の
ブロック同期を必要とする、 (b)それ自身の復調のために拘束長K=3、状態数S
=4のビタビ復号を必要とするため、通常の方法で畳込
み符号のためのCODECを付加すると、デュオバイナ
リFM信号の復調のためと畳込み符号の復号のためにそ
れぞれ別のビタビ復号器を必要とすることになる、また
符号化率rを1/2とすると送受信のクロックレートを
2倍にしなければならない、 (c)2次元信号空間内の円周四分点を受信機の内部状
態として、ビット間の相関に起因する2次元信号空間内
での信号点の動きの拘束性を利用してビタビ復号を行な
っているため、時間的(ビット)インタリーブを適用し
難い、 等の問題点を有する。
基づいてビタビ復号を行なうため、いわゆる送受信間の
ブロック同期を必要とする、 (b)それ自身の復調のために拘束長K=3、状態数S
=4のビタビ復号を必要とするため、通常の方法で畳込
み符号のためのCODECを付加すると、デュオバイナ
リFM信号の復調のためと畳込み符号の復号のためにそ
れぞれ別のビタビ復号器を必要とすることになる、また
符号化率rを1/2とすると送受信のクロックレートを
2倍にしなければならない、 (c)2次元信号空間内の円周四分点を受信機の内部状
態として、ビット間の相関に起因する2次元信号空間内
での信号点の動きの拘束性を利用してビタビ復号を行な
っているため、時間的(ビット)インタリーブを適用し
難い、 等の問題点を有する。
そこで、本発明の目的は畳込み符号化を取り込んだ直交
FM変調信号に対して軟判定ビタビ受信を適用すること
により、貧弱な回線でのディジタル信号伝送の高信頼度
・高能率化を図る畳込み符号化直交FM・ビタビ受信方
式を提供することにある。
FM変調信号に対して軟判定ビタビ受信を適用すること
により、貧弱な回線でのディジタル信号伝送の高信頼度
・高能率化を図る畳込み符号化直交FM・ビタビ受信方
式を提供することにある。
[課題を解決するための手段と作用] 本発明は上記目的を達成するために、符号化率r=1/
2の畳込み符号器の2つの2値出力を4値化し更にデュ
オバイナリ変換器,mod.4変換器を通したあと変調
指数h=1の直交FM変調を施すディジタル変調方式に
おいて、通常のビタビ復号法で用いられるシンボルメト
リック、ステートメトリック,及びパスメモリの他に、
円周四分点の1つを示し次の信号が入力されるまでそれ
を記憶するメモリを備えることにより,畳込み符号器と
デュオバイナリ変換器,mod.4変換器を合わせたも
の全体の内部状態とその間の状態遷移則及び2次元信号
空間内の信号点の動きを追跡することを可能にし、これ
により送信情報ビットを直接軟判定ビタビ受信すること
を特徴とするものであり、畳込み符号化を取り込んだ直
交FM変調信号に対して軟判定ビタビ受信を適用するこ
とにより、貧弱な回線でのディジタル信号伝送の高信頼
度・高能率化を図ることができる。
2の畳込み符号器の2つの2値出力を4値化し更にデュ
オバイナリ変換器,mod.4変換器を通したあと変調
指数h=1の直交FM変調を施すディジタル変調方式に
おいて、通常のビタビ復号法で用いられるシンボルメト
リック、ステートメトリック,及びパスメモリの他に、
円周四分点の1つを示し次の信号が入力されるまでそれ
を記憶するメモリを備えることにより,畳込み符号器と
デュオバイナリ変換器,mod.4変換器を合わせたも
の全体の内部状態とその間の状態遷移則及び2次元信号
空間内の信号点の動きを追跡することを可能にし、これ
により送信情報ビットを直接軟判定ビタビ受信すること
を特徴とするものであり、畳込み符号化を取り込んだ直
交FM変調信号に対して軟判定ビタビ受信を適用するこ
とにより、貧弱な回線でのディジタル信号伝送の高信頼
度・高能率化を図ることができる。
[実施例] 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
本発明の方式を実施するために必要となる機能を示すブ
ロック図を第1図に示す。即ち、第1図(a)に示すよ
うに、符号化率r=1/2の畳込み符号・4値化器1は
情報源データ0,1を畳込み符号化し、情報源クロック
当り2つの2値出力を交番2進符号と見なして4値化す
る。使用する畳込み符号としては、2値符号化(bin
ary signalling)に対して良い符号とし
て知られているもの、例えばタップ係数で表すと(11
1,101,)(1111,1101),(1110
1,10011)などを使用する。出力のデータは0,
1,2,3のいずれかになる。更にデュオバイナリ変換
器2とmod.4変換器3を通すことにより−1,0,
+1,±2のいずれかに変換する。ここで4値入力に対
するデュオバイナリ変換器2とは通常の2値入力に対す
るデュオバイナリ変換器のmod.2の和と−1の加算
をそれぞれmod.4の和と−3の加算に置き換えたも
の、またmod.4変換器3とは−3を+1に、+3を
−1に変換するものを言う。次に、必要ならばロールオ
フフィルタを通してから、変調指数h=1の周波数変調
を施す。第1図で言うと直交FM変調器4に入力するこ
とに相当する。積分して最大位相偏移π[rad]の線
形位相変調を行なっても同じである。
ロック図を第1図に示す。即ち、第1図(a)に示すよ
うに、符号化率r=1/2の畳込み符号・4値化器1は
情報源データ0,1を畳込み符号化し、情報源クロック
当り2つの2値出力を交番2進符号と見なして4値化す
る。使用する畳込み符号としては、2値符号化(bin
ary signalling)に対して良い符号とし
て知られているもの、例えばタップ係数で表すと(11
1,101,)(1111,1101),(1110
1,10011)などを使用する。出力のデータは0,
1,2,3のいずれかになる。更にデュオバイナリ変換
器2とmod.4変換器3を通すことにより−1,0,
+1,±2のいずれかに変換する。ここで4値入力に対
するデュオバイナリ変換器2とは通常の2値入力に対す
るデュオバイナリ変換器のmod.2の和と−1の加算
をそれぞれmod.4の和と−3の加算に置き換えたも
の、またmod.4変換器3とは−3を+1に、+3を
−1に変換するものを言う。次に、必要ならばロールオ
フフィルタを通してから、変調指数h=1の周波数変調
を施す。第1図で言うと直交FM変調器4に入力するこ
とに相当する。積分して最大位相偏移π[rad]の線
形位相変調を行なっても同じである。
結果として出力される被変調波の2次元信号空間内の動
きは「0のとき同一信号点に留まる」、「+1のとき+
90°回転する」、「−1のとき−90°回転する」、
「±2のとき±180°回転する」となる。
きは「0のとき同一信号点に留まる」、「+1のとき+
90°回転する」、「−1のとき−90°回転する」、
「±2のとき±180°回転する」となる。
一方、受信側では第1図(b)に示すように、まず雑音
制限用BPF(帯域通過フィルタ)5を通したあと直交
同期検波器6で直交同期検波される。次にシンボルメト
リック計数器7に入り、受信信号点から4つの円周四分
点に至るユークリッド距離d(0),d(1),d
(2),d(3)が計算される。これら4つの距離をシ
ンボルメトリックとして軟判定ビタビ復号器8で原デー
タが復号されるのであるが、本方式は周波数変調である
ので、情報は位相の変化量として担われている。従って
通常のビタビ復号法で用いられるシンボルメトリック、
ステートメトリック、及びパスメモリの他に、円周四分
点の1つを示し次の信号が入力されるまでそれを記憶す
るメモリ(以後信号点ポインタと呼ぶことにする)を備
える必要がある。例えば拘束長K=4の畳込み符号を使
用するとすると、通常のビタビ復号方式ならば、内部状
態は畳込み符号・4値化器1のメモリIK(0),IK
(1),IK(2)の内容が0か1かにより決まり、状
態数はS=8となる。本発明の方式では畳込み符号・4
値化器1、デュオバイナリ変換器2、及びmod.4変
換器3を合わせたもの全体の内部状態とその間の遷移則
に基づいてビタビ復号を行う。内部状態はIK(0),
IK(1),IK(2)の他にデュオバイナリ変換器2
のメモリIB(0)の内容が偶数か奇数かによって規定
される。従ってこのとき状態数はS=16となる。状態
番号と内部状態との対応及び状態遷移図を第2図に示
す。第2図から明らかなように同一状態から分岐あるい
は同一状態に合流する2つのパスに付与される伝送路シ
ンボル(図では出力データ)は情報ビット(図では入力
データ)の0と1に対してアンチポーダルになってい
る。軟判定ビタビ復号器の中のACS(ADD,COM
PARE,and SELECT)回路ではこれら2つ
のパスに対するメトリックの小さい方(尤度の大きい
方)を生残りパスとして残し他を棄却するのであるが、
このとき信号点ポインタについても生残りパスに対応す
る方のみを残し他を棄却する。即ち、信号点ポインタに
より2次元信号空間内の信号点の動きを追跡することに
より、直交FM方式に対してビタビ復号が可能になる。
制限用BPF(帯域通過フィルタ)5を通したあと直交
同期検波器6で直交同期検波される。次にシンボルメト
リック計数器7に入り、受信信号点から4つの円周四分
点に至るユークリッド距離d(0),d(1),d
(2),d(3)が計算される。これら4つの距離をシ
ンボルメトリックとして軟判定ビタビ復号器8で原デー
タが復号されるのであるが、本方式は周波数変調である
ので、情報は位相の変化量として担われている。従って
通常のビタビ復号法で用いられるシンボルメトリック、
ステートメトリック、及びパスメモリの他に、円周四分
点の1つを示し次の信号が入力されるまでそれを記憶す
るメモリ(以後信号点ポインタと呼ぶことにする)を備
える必要がある。例えば拘束長K=4の畳込み符号を使
用するとすると、通常のビタビ復号方式ならば、内部状
態は畳込み符号・4値化器1のメモリIK(0),IK
(1),IK(2)の内容が0か1かにより決まり、状
態数はS=8となる。本発明の方式では畳込み符号・4
値化器1、デュオバイナリ変換器2、及びmod.4変
換器3を合わせたもの全体の内部状態とその間の遷移則
に基づいてビタビ復号を行う。内部状態はIK(0),
IK(1),IK(2)の他にデュオバイナリ変換器2
のメモリIB(0)の内容が偶数か奇数かによって規定
される。従ってこのとき状態数はS=16となる。状態
番号と内部状態との対応及び状態遷移図を第2図に示
す。第2図から明らかなように同一状態から分岐あるい
は同一状態に合流する2つのパスに付与される伝送路シ
ンボル(図では出力データ)は情報ビット(図では入力
データ)の0と1に対してアンチポーダルになってい
る。軟判定ビタビ復号器の中のACS(ADD,COM
PARE,and SELECT)回路ではこれら2つ
のパスに対するメトリックの小さい方(尤度の大きい
方)を生残りパスとして残し他を棄却するのであるが、
このとき信号点ポインタについても生残りパスに対応す
る方のみを残し他を棄却する。即ち、信号点ポインタに
より2次元信号空間内の信号点の動きを追跡することに
より、直交FM方式に対してビタビ復号が可能になる。
第3図にパーソナルコンピュータ2台とD/A(ディジ
タル/アナログ)変換器、A/D変換器、及びガウス雑
音発生器を用いて測定したEb/No対BER特性を示
す。送信側コンピュータで送信情報データ及び等価低減
変換された形の送信波形を生成し、D/A変換器を通し
て電気信号として出力する。ガウス雑音発生器からの雑
音を相加して、雑音制限のためのLPF(低域通過フィ
ルタ)とA/D変換器を通して受信側コンピュータにデ
ータを取り込む。このときサンプリングクロック信号は
送信側から直接受け取っている。受信側コンピュータで
前述の信号処理を行って情報データの復号を行う。送信
情報データ系列との比較と誤りパルスの計数を行い、全
情報データ数との比からBERを算出する。
タル/アナログ)変換器、A/D変換器、及びガウス雑
音発生器を用いて測定したEb/No対BER特性を示
す。送信側コンピュータで送信情報データ及び等価低減
変換された形の送信波形を生成し、D/A変換器を通し
て電気信号として出力する。ガウス雑音発生器からの雑
音を相加して、雑音制限のためのLPF(低域通過フィ
ルタ)とA/D変換器を通して受信側コンピュータにデ
ータを取り込む。このときサンプリングクロック信号は
送信側から直接受け取っている。受信側コンピュータで
前述の信号処理を行って情報データの復号を行う。送信
情報データ系列との比較と誤りパルスの計数を行い、全
情報データ数との比からBERを算出する。
第3図には、実験の正当性を示すために、前置LPFの
規格化遮断周波数をBbT=0.25としたときのGM
SK方式及び通常のデュオバイナリFM・ビタビ受信方
式の測定値も併せて示してある。
規格化遮断周波数をBbT=0.25としたときのGM
SK方式及び通常のデュオバイナリFM・ビタビ受信方
式の測定値も併せて示してある。
第3図によるとBER=1%,0.1%,0.01%の
ときそれぞれ2.7dB,3.7dB,4.2dBの符
号化利得がある。なおパスメモリ長は21ビットに設定
している。誤りパルスはビタビ復号器で誤ったパスが選
択されたときに発生し、かなりバースト的になる。本実
験ではEb/No=3dBのとき1バースト当りの誤り
パルス数は1〜28箇、平均で5.5箇であり、またE
b/No=4dBのときはそれぞれ1〜10箇、3.4
箇であった。
ときそれぞれ2.7dB,3.7dB,4.2dBの符
号化利得がある。なおパスメモリ長は21ビットに設定
している。誤りパルスはビタビ復号器で誤ったパスが選
択されたときに発生し、かなりバースト的になる。本実
験ではEb/No=3dBのとき1バースト当りの誤り
パルス数は1〜28箇、平均で5.5箇であり、またE
b/No=4dBのときはそれぞれ1〜10箇、3.4
箇であった。
[発明の効果] 本発明の方式では (a)情報は搬送波位相の変化量として伝送されるた
め、同期検波の際に必要となる基準搬送波の絶対位相を
必要としない、言い替えれば再生基準搬送波の90°位
相不確定性を許容する、 (b)ブロック同期を必要としない、 (c)変調指数hが2倍になるため、送受信のクロック
レートは情報ビットレートと同じでよい、 (d)直交FM変調器の入力及びシンボルメトリック計
数器の出力にそれぞれインタリーバとデインタリーバを
挿入することにより時間的(ビット)インタリーブを取
り入れることが可能である、等の利点がある、なお、情
報が搬送波位相の変化量として伝送されることから伝送
路の位相変動いわゆるマルチパス歪や干渉に対しても効
果が期待される。
め、同期検波の際に必要となる基準搬送波の絶対位相を
必要としない、言い替えれば再生基準搬送波の90°位
相不確定性を許容する、 (b)ブロック同期を必要としない、 (c)変調指数hが2倍になるため、送受信のクロック
レートは情報ビットレートと同じでよい、 (d)直交FM変調器の入力及びシンボルメトリック計
数器の出力にそれぞれインタリーバとデインタリーバを
挿入することにより時間的(ビット)インタリーブを取
り入れることが可能である、等の利点がある、なお、情
報が搬送波位相の変化量として伝送されることから伝送
路の位相変動いわゆるマルチパス歪や干渉に対しても効
果が期待される。
第1図は本発明の方式を実施するために必要となる機能
を示すブロック図、第2図は本発明の方式を拘束長K=
4の畳込み符号に対して適用するときの内部状態とその
間の状態遷移を示す説明図、第3図は本発明の方式を第
1図及び第2図に基づいて実施したときに得られたEb
/No対BER特性(図中の○印)を他方式(図中の
□,▽印)と比較しながら示した特性図である。 1……畳込み符号・4値化器、2……デュオバイナリ変
換器、3……mod.4変換器、4……直交FM変調
器、5……BPF、6……直交同期検波器、7……シン
ボルメトリック計数器、8……軟判定ビタビ復号器。
を示すブロック図、第2図は本発明の方式を拘束長K=
4の畳込み符号に対して適用するときの内部状態とその
間の状態遷移を示す説明図、第3図は本発明の方式を第
1図及び第2図に基づいて実施したときに得られたEb
/No対BER特性(図中の○印)を他方式(図中の
□,▽印)と比較しながら示した特性図である。 1……畳込み符号・4値化器、2……デュオバイナリ変
換器、3……mod.4変換器、4……直交FM変調
器、5……BPF、6……直交同期検波器、7……シン
ボルメトリック計数器、8……軟判定ビタビ復号器。
Claims (1)
- 【請求項1】符号化率r=1/2の畳込み符号器の2つ
の2値出力を4値化し更にデュオバイナリ変換器,mo
d.4変換器を通したあと変調指数h=1の直交FM変
調を施すディジタル変調方式において、通常のビタビ複
号法で用いられるシンボルメトリック、ステートメトリ
ック,及びパスメモリの他に、円周四分点の1つを示し
次の信号が入力されるまでそれを記憶するメモリを備え
ることにより,畳込み符号器とデュオバイナリ変換器,
mod.4変換器を合わせたもの全体の内部状態とその
間の状態遷移則及び2次元信号空間内の信号点の動きを
追跡することを可能にし、これにより送信情報ビットを
直接軟判定ビタビ受信することを特徴とするディジタル
信号の畳込み符号化直交FM・ビタビ受信方式。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2108864A JPH0626346B2 (ja) | 1990-04-26 | 1990-04-26 | 畳込み符号化直交fm・ビタビ受信方式 |
US07/691,833 US5173926A (en) | 1990-04-26 | 1991-04-26 | Convolutionally-encoded quadrature frequency-modulation system |
EP91106846A EP0465782A1 (en) | 1990-04-26 | 1991-04-26 | Convolutionally-encoded quadrature frequency-modulation system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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