WO1995015034A1

WO1995015034A1 - Dispositif d'estimation d'une valeur d'evaluation molle et dispositif d'estimation d'un systeme de vraisemblance maximale

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Publication number: WO1995015034A1
Application number: PCT/JP1994/000386
Authority: WO
Inventors: Shigeru Ono; Hiroshi Hayashi; Tomoko Tanaka; Noriaki Kondoh
Original assignee: Oki Electric Industry Co., Ltd.
Priority date: 1993-11-29
Filing date: 1994-03-10
Publication date: 1995-06-01
Also published as: EP0682414B1; FI953461A; DE69429161D1; EP0682414A4; EP0682414A1; DE69429161T2; US6302576B1; FI953461A0

Description

明細書軟判定値推定器および最尤系列推定器技術分野

この発明は、ディジタル通信用の受信機に関するものである。より詳細には、適応等化器とチャンネル復号器を有する高速ディジタル通信用の受信機において、チャンネル復号器で軟判定復号を行うために、適応等化器の出力を軟判定化する軟判定値推定器に関するものである。また、送信シンボルを推定する最尤系列推定器に関するものである。背景技術

軟判定値推定器に関する従来技術については、たとえば、

文献 1 ： Joachim Hagenauer and Peter Hoeher , 「A Viterbi algorithm with soft-decision outputs and its application ,ΙΕΕΕ GLOBECOM'89,

IEEE Cat.No. CH2682-3/89,pp.1680- 1686,1989

文献 2 ： Jan-Eric Stjemvall,Bo Hedberg and Sven Ekemark,「Radio test performance of a narrowband TDMA systemj ,ΙΕΕΕ VTC'87,

IEEE Cat.No.CH2429-9/87,pp293-299,1987

に記載されている。

また、最尤系列推定器については、たとえば、

文献 3： Gottfried Ungerboeck, 「Adaptive Maximum-Likelihood Receiver for Carrier-Modulated Data-Transmission Systems」 ,ΙΕΕΕ Transactions on Communications, Vol.COM-22, No.5, pp624-636, May 1974に記載されている。

高速ディジタル通信においては、マルチパス伝搬による周波数選択性フエージングのために、時間とともに伝送路特性が大きく変動する。この変動と雑音の影響を受けた受信信号から正しく送信シンボルを復元するために、適応等化器が用いられることが多い。そして、この種の適応等化器としては文献 1に示される最尤系列推定型等化器（以下、 M L S E 等化器と呼ぶ）や文献 2で用いられる判定帰還型等化器が多用されている。 M L S E等化器の最尤系列推定器では、通常、ディジタル化された受信信号を伝送路特性に応じて特性を変化して雑音の影響を最小化する整合フィルタに通し、その出力から送信シンボル系列を最尤推定する。このときの最尤推定アルゴリズムとしては、上記の文献 3に示されるように、ビタビアルゴリズムが用いられることが多い。

又、高速ディジタル移動通信においては、一般に、送信データが誤ることを輊減するために、畳み込み符号などの誤り訂正符号が用いられる。すなわち、誤り訂正符号として畳み込み符号を用いた場合、送信データを畳み込み符号化した送信シンボルを変調して送信し、受信時には、変調周波数帯域からベースバンドに復調を行った後に適応等化器により送信シンボルを推定し、その後、畳み込み符号を復号して送信データを復元する。

畳み込み符号の復号には、通常、ビタビアルゴリズムが用いられる。ビタビアルゴリズムによる畳み込み符号の復号には、大きく分けて硬判定型と軟判定型の 2種類があるが、軟判定型の方が良好な特性を有する。そして、この軟判定型の復号を行うためには、畳み込み復号部の入力である適応等化器の出力が軟判定値となっていなければならない。

文献 1に示されるように、適応等化器として M L S E等化器を用いた場合、適応等化器の出力を軟判定値とするためには、送信シンボルの最尤推定アルゴリズムを軟判定出力型のビタビアルゴリズムとする必要がある。軟判定出力型のビタビアルゴリズムでは、送信シンボルを表すパスが確定するたびに、対応する送信シンボルの確かさを表す量（信頼度と呼ぶ）を更新する。このため、パスメモリと同様に状態数 X送信シンボル数のマトリックス状の信頼度メモリが必要になる。

一方、適応等化受信器として文献 2で用いられる判定帰還型等化器を用いた場合、基本的には、適応等化器内の判定器の前の信号を出力することにより、軟判定値を得ることができる。

しかしながら、上述した従来の軟判定値推定器においては、適応等化器として M L S E等化器を用いた場合、状態数 X送信シンボル数のマトリックス状の信頼度メモリが必要になり、特に、考慮すべきマルチパスの最大遅延時間が長くなると軟判定出力型のビタビアルゴリズムの考慮する状態数が指数的に増加して、この信頼度メモリの容量が膨大となる。また、信頼度を計算するための処理量も大きくなるという問題点もめつた。

そして、適応等化器として判定帰還型等化器を用いた場合、一般に高速ディジタル移動通信で用いられる QPSK，QAMといった複数ビットの情報で 1シンボルを表わすような変調方式においては、推定された送信シンボルに対する軟判定値は各ビットに単純に対応しない。特にバースト誤りに対処するために送信側でインターリーブが行なわれている場合、受信側の適応等化器の出力でディンターリーブを行なう必要がある、軟判定のままこれを行なうことが難しいという問題があつた。発明の開示

従ってこの発明における目的は、軟判定値推定器の上記問題点を考慮してなされたものであり、適応等化器の種類に関係なく、小さなメモリ容量と処理量で軟判定値を推定できる軟判定値推定器を提供することである。

また、この発明における他の目的は、最尤系列推定器の上記問題点を考慮してなされたものであり、受信特性を著しく劣化させることなく、小さなメモリ容量と処理量で軟判定値を出力する最尤系列推定器を提供することである。図面の簡単な説明

第 1図は、軟判定値推定器の第 1の実施例を示すプロック図である。第 2図は、軟判定値推定器を適用する受信機の構成を示すブロック図であ。

第 3図は、高速ディジタル移動通信において用いられるバースト信号の構成例を示す図である。

第 4図は、軟判定値推定器の第 2の実施例を示すプロック図である。第 5図は、最尤系列推定器の実施例を示すプロック図である。

第 6図は、最尤系列推定器に用いる軟判定値計算部の第 1の実施例を示すブロック図である。

第 7図は、最尤系列推定器を適用する高速ディジタル移動通信の送受信系の構成例を示すプロック図である。

第 8図は、整合フィルタ部の構成例を示すプロック図である。

第 9図は、最尤系列推定器に用いる軟判定値計算部の第 2の実施例を示すブロック図である。

第 1 0図は、この発明の最尤系列推定器の計算機シミュレーション結果の例を示す図である。発明を実施するための最良の形態第 1図は、この発明の軟判定値推定器の実施例を示すプロック図である。第 1図において、入力端子 1 は記憶部 3の入力端に接続されており、記憶部 3の出力端は伝送路推定部 6並びにメトリック計算部 8の入力端に接続されている。また、伝送路推定部 6の出力端はメトリック計算部 8の入力端に接続されている。

一方、入力端子 2は記憶部 4の入力端に接続されており、記憶部 4の出力端はシンボル反転部 7の入力端に接続されている。シンボル反転部 7 の出力端はメトリック計算部 8の入力端に接続され、メトリック計算部 8の出力端は記憶部 5並びに減算部 9の入力端に接続されている。また、記憶部 5の出力端は減算部 9の入力端に接続されている。そして、減算部 9の出力端は乗算部 1 0の入力端に接続されており、乗算部 1 0 の出力端は出力端子 1 1に接続されている。また、前述の記憶部 4の出力端は、さらに乗算部 1 0の入力端に接続されている。

第 2図は、この発明の軟判定値推定器を適用する受信機の構成を示すブ口ック図である。

第 2図において、入力端子 1 2は適応等化器 1 3並びに軟判定値推定部 1 4の入力端に接続されている。また、適応等化部 1 3の出力端も軟判定値推定部 1 4の入力端に接続されている。軟判定値推定部 1 4の出力端はチャンネル復号部 1 5の入力端に接続され、チャンネル復号部 1 5 の出力端は出力端子 1 6に接続されている。

次に、第 1図及び第 2図を参照しながら、この発明の軟判定値推定器の動作について、信号の流れに沿って、詳しく説明する。

第 2図において、受信機の受信信号は、受信端子 1 2より適応等化部 1 3に入力される。但し、第 2図では、この発明と直接関係しないため、受信端子 1 2前のアンテナ、受信端子 1 2後の周波数変換器、復調器、各種フィルタなどを省略している。適応等化部 1 3では、フェージングやマルチパスといった伝送路の特性を等化し、送信シンボルを推定する。この発明の軟判定値推定方式を適用するためには、適応等化部 1 3 の方式は、送信シンボルを硬判定するするものであればどのような種類のものでもよく、 MLSE等化器や判定帰還型等化器など各種等化器を用いることができる。また、特殊な場合であるが、特に等化を行なわずに送信シンボルを閾値判定するだけでもよい。適応等化部 1 3からの出力は、軟判定値推定部 1 4に入力される。

第 1図において、軟判定値推定部 1 4の入力端子 1には、適応等化部 1 3に入力される信号、すなわち受信端子 1 2からの受信信号が入力され、記憶部 3に一時記憶される。また、軟判定値推定部 1 4の入力端子 2には、適応等化部 1 3からの出力信号が入力され、記憶部 4に一時記憶される。但し、第 1図、第 2図では特に示していないが、記憶部 3、 4への信号は、通常ディジタル化されている。第 3図は、高速ディジタル通信において用いられるバースト信号の構成を示す図であり、欧州の標準ディジタル移動通信システムである GSMシステムでの例を示している。軟判定値推定部 1 4の処理はこのバーストを単位として行なわれ、このため、記憶部 3、 4は、 1バースト分の信号を記憶する。

記憶部 3に記憶された信号は、まず、伝送路推定部 6に供給され、伝送路のインパルス応答が推定される。この推定の方法としては、各種の方法が考えられる力⁵'、例えば第 3図のバースト信号を用いる GSMシステムの場合、バースト信号の中央付近で伝送されるトレーニング信号を用いて、比較的容易に推定を行なうことができる。すなわち、このトレー二ング信号はインパルス状の理想的な自己相関特性を有するように定められているため、伝送路推定部 6では、このトレーニング信号を発生し、記憶部 3からのバースト信号のトレーニング信号部分に対応する信号と相関を採れば、これが推定すべき伝送路のィンパルス応答を表わしている。なお、適応等化部 1 3が MLSE等化器として構成された場合、適応等化部 1 3内に伝送路推定部を有しているため、特に軟判定値推定部 1 4 内に伝送路推定部.6を設けなくても、適応等化部 1 3内の伝送路推定部の信号を用いればよい。

次いで、記憶部 4で記憶された信号は、シンボル反転部 7で何の処理も受けずにメトリック計算部 8に供給される。この信号は送信シンボルを硬判定推定した系列であり、メトリック計算部 8では、後述する方法で、この適応等化部 1 3で推定し送信した送信シンポルに対するメトリックを計算する。そして、このメトリックは、記憶部 5に記憶される。なお、適応等化部 1 3力 MLSE等化器として構成されている場合、このメトリックは、適応等化部 1 3 における最終メトリックに等しく、適応等化部 1 3から直接供給されることも可能である。

記憶部 5に適応等化部 1 3で推定した送信シンボル系列に対するメトリックが記憶されると、シンボル反転部 7は、記憶部 4に記憶されている送信シンボル系列の第 1番目のシンポルの極性を反転させたシンポル系列を作り、メトリック計算部 8に供給する。メトリック計算部 8は、このシンボル系列に対するメトリックを計算し、減算部 9に供給する。そして、減算部 9において記憶部 5に記憶されているメトリック（すなわち、適応等化部 1 3における最終メトリックに等しいメトリック）からメトリック計算部 8から供給されたメトリックが減算される。そして、減算部 9の出力は乗算部 1 0において、記憶部 4に記憶されている適応等化部 1 3で推定した送信シンボル系列の第 1番目のシンボルと乗算され、これが第 1番目の軟判定値として出力端子 1 1から出力される。

その後、シンボル反転部 7において、記憶部 4に記憶されている送信シンボル系列における第 2番目のシンボルの極性を反転させたシンボル系列を作り、そのシンボル系列はメトリック計算部 8に供給される。メトリック計算部 8はこの第 2番目のシンボルを反転したシンボル系列に対するメトリックを計算する。そして、減算部 9において、記憶部 5に記憶されたメトリックからメトリック計算部 8の出力するメトリックが減算される。減算部 9の出力は、乗算部 1 0において、記憶部 4に記憶されている送信シンボル系列の第 2番目のシンボルと乗算され、この出力が第 2の軟判定値として出力端子 1 1から出力される。以後同様に、最後のシンボルに対する軟判定値が得られるまで処理が続けられる。

メトリツク計算部 8は、後述するようにメトリックを計算するために、適応等化部 1 3に入力される以前の信号である記憶部 3の内容と、伝送路推定部 6の出力である伝送路のィンパルス応答を必要とし、第 1図に示すように供給される。

軟判定値推定部 1 4の出力端子 1 1からの軟判定値の系列は、チャンネル復号部 1 5において、誤り訂正符号の軟判定復号が行なわれる。これは、例えば誤り訂正符号として畳み込み符号を用いた場合、軟判定型のビタビアルゴリズムを用いることができる。また、送信側でインタ一リーブが行なわれている場合、ディンターリーブもチャンネル復号部 1 5において行なわれる。チャンネル復号部 1 5からの出力データは、出力端子 1 6より出力される。

ここで、メトリック計算部 8で計算されるメトリックについて、詳細に説明する。メトリック計算部 8で用いるメトリックは、各種のものが考えられるが、最も基本的には、二乗平均誤差である。これは、シンボル系列を送信したときに期待される適応等化部 1 3の入力信号（すなわち、伝送路推定部 6で推定された伝送路のィンパルス応答とメトリックの計算において対象としたシンボル系列との畳み込み演算によって得られた信号）と実際の適応等化部 1 3の入力信号との二乗平均誤差であり、以下のように書ける。

M Es

y(k)- h(m) x(k-m)

NO (1) 但し、 y(k)は記憶 3に記憶した適応等化部 1 3の入力信号、 h(m) は伝送路推定部 6で推定した伝送路のインパルス応答、 x(k)はメトリックを求めるために仮定したシンボル系列、 Es/NOは瞬時 SNRである。式（ 1 ) の最初の kに関する∑はシンボル系列の長さまでの和を採る。このメトリツクは、定数を乗算しても、定数を加算してもよい。

さて、高速ディジタル移動通信においては、 QPSKや QAMといった複数ビットの情報で 1 シンボルを表わすような変調方式を用いることが多レ、。第 4図は、このような場合に適用するこの発明の軟判定値推定器の実施例を示すプロック図である。第 1図と同じ要素には同じ符号を付している。第 4図において、入力端子 1は記憶部 3の入力端に接続されており、記憶部 3の出力端は伝送路推定部 6ならびにメトリック計算部 8 の入力端に接続されている。また、伝送路推定部 6の出力端もメトリツク計算部 8の入力端に接続されている。

—方、入力端子 2はビット展開部 1 7の入力端に接続されており、ビット展開部 1 7の出力端は記憶部 4の入力端に接続されている。記憶部 4 の出力端はビット反転部 1 8ならびにュニポーラ〃イポーラ変換部 1 9 (以下 U/B変換部 1 9 ) の入力端に接続されている。ビット反転部 1 8の出力端はメトリック計算部 8入力端に接続されており、メトリック計算部 8の出力端は記憶部 5ならびに減算部 9の入力端に接続されている。また、記憶部 5の出力端は減算部 9の入力端に接続されている。そして、減算部 9の出力端は乗算部 1 0の入力端に接続されている。また、乗算部 1 0の入力端は前述した U/B変換部 1 9の出力端に接続されている。乗算部 1 0の出力端は出力端子 1 1に接続されている。

第 4図において、入力端子 1には、適応等化部 1 3に入力される信号、すなわち受信端子 1 2からの受信信号が供給され、記憶部 3に一時記憶される。供給.された適応等化部 1 3の入力信号は、第 1図の場合と同様に伝送路推定部 6において伝送路のィンパルス応答が推定され、その結果がメトリック計算部 8に供給される。

一方、入力端子 2には、適応等化部 1 3から出力された送信シンボルを硬判定した系列が供給される。その送信シンボルを硬判定した系列は、まず、ビット展開部 1 7において、各シンボルを表わすビットに展開される。そして、この出力ビット列が、記憶部 4に記憶される。次に、記憶部 4に記憶されたビット列は、まず、ビット反転部 1 8で何の処理も受けずにメトリック計算部 8に供給され、後述する方法で、メトリックが計算される。そして、このメトリックは、記憶部 5に記憶される。記憶部 5に記憶部 4のビット列に対するメトリックが記憶されたら、ビット反転部 1 8は、記憶部 4に記憶されているビット列の第 1番目のビットを反転したビット歹 IJを作り、メトリック計算部 8に供給する。メトリック計算部 8は、このビット列に対するメトリックを計算し、次に、減算部 9において記憶部 5に記憶されているメトリックからメトリック計算部 8の出力するメトリックが減算される。そして、減算部 9 の出力は、乗算部 1 0において、記憶部 4に記憶されているビット列の第 1番目のビットを U/B変換部において（0, 1) ― (+1, -1)変換した値と乗算される。そして、乗算結果が、第 1番目の軟判定値として出力端子 1 1から出力される。

その後、ビット反転部 1 8において、記憶部 4に記憶されているビット列の第 2番目のビットを反転させたビット列が作られ、メトリック計算部 8に供給される。メトリツク計算部 8はこの第 2番目のビットを反転したビット列に対するメトリックを計算する。そして、減算部 9において、記憶部 5に記憶されたメトリックからメトリツク計算部 8の出力するメトリックが減算される。減算部 9の出力は、乗算部 1 0において、記憶部 4に記憶されているビット列の第 2番目のビットを U/B変換部において（0, 1) ― (+1, -1)変換した値と乗算され、この出力が第 2の軟判定値として出力端子 1 1から出力される。以下同様に最後ビットまで処理が行なわれる。

メトリツク計算部 8で用いるメトリックは、第 1図の場合と同様に各種のものが考えられる。すなわち、第 1図に対して用いたメトリックを、ビットに関連するように変換すればよい。メトリックとして二乗平均誤差を用いた場合、ビット列を変調理論に基づいてシンボル列に変換し、式（1 ) を用いてメトリックを計算することができる。

なお、以上に説明した第 1図、第 2図、第 4図では、この発明を構成する機能ブロックで表わして、それぞれを個別のハードウヱァで実現するように表現している力 DSPなどを用いて、ソフトウェアで機能を分割して表現することも可能である。

続いて、上述した軟判定値推定器を最尤系列推定器に応用した実施例を以下に示す。

第 5図は、最尤系列推定器の実施例を示すブロック図である。第 5図において、入力端子 2 1は、記憶部 2 2の入力端に接続されており、記憶部 2 2の出力端は、伝送路推定部 2 5ならびに整合フィルタ 2 3の入力端に接続されている。更に、伝送路推定部 2 5の出力端は係数設定部 2 4の入力端に接続されており、係数設定部 2 4の出力端は整合フィルタ部 2 3の入力端に接続されている。そして、整合フィルタ部 2 3の出力端は記憶部 2 6の入力端に接続されており、記憶部 2 6の出力端は硬判定値計算部 2 7の入力端に接続されている。また、前述の伝送路推定部 2 5の出力端も、硬判定値推定部 2 7の入力端に接続されている。硬判定値計算部 2 7の出力端は、軟判定値計算部 2 8の入力端に接続されており、軟判定値計算部 2 8の入力端には、さらに伝送路推定部 2 5ならびに記憶部 2 6の出力端が接続されている。そして、軟判定値計算部 2 8 の出力端は出力端子 2 9に接続されている。

第 6図は、最尤系列推定器に用いる軟判定値計算部 2 8の実施例を示すブロック図である。第 1図と同じ要素には、同じ参照符号を付している。第 6図において、入力端子 2は、記憶部 4の入力端に接続されている。記憶部 4の出力端は、シンボル反転部 7の入力端に接続されており、シンボル反転部 7の出力端は、メトリック計算部 8の入力端に接続されている。さらに、メトリック計算部 8の入力端には、第 5図で示した伝送路推定部 2 5と記憶部 2 6の出力端が、入力端子 1 4、 1 5を介してそれぞれ接続されている。メトリック計算部 8の出力端は、記憶部 5および減算部 9の入力端に接続されている。そして、記憶部 5の出力端は減算部 9の入力端に接続されている。減算部 9の出力端は乗算部 1 0の入力端に接続され、乗算部 1 0の入力端には更に記憶部 4の出力端が接続されている。そして、乗算部 1 0の出力端は、出力端子 1 1に接続されている。

第 7図は、この発明の最尤系列推定器を適用する高速ディジタル移動通信の送受信系の構成例を示すブロック図である。第 7図において、送信データ入力端子 3 0は、符号化部 3 1 に接続されている。符号化部 3 1 の出力端は変調部 3 2の入力端に接続されており、変調部 3 2の出力端は伝送路 3 3を介して周波数変換部 3 4の入力端に接続されている。周波数変換部 3 4の出力端は低域通過フィルタ（L P Fと略す）部 3 5の入力端に接続されており、 L P F部 3 5の出力端は A / D変換部 3 6の入力端に接続されている。 A Z D変換部 3 6の出力端は、最尤系列推定部 3 7の入力端に接続されており、最尤系列推定部 3 7の出力端は復号部 3 8の入力端に接続されている。復号部 3 8の出力端はデータ出力端子 3 9 の出力端に接続されている。そして、最尤系列推定部 3 7が第 5図全体に対応している。次に、第 5図から第 7図を参照しながら、この発明の最尤系列推定器について、信号の流れに沿って、詳しく説明する。第 7図において、送信データが、送信データ入力端子 3 0より符号化部 3 1に供給されると、例えば畳み込み符号を用いて誤り訂正符号化が行われる。そして、符号化部 3 1の出力は、変調部 3 2において、無線周波数帯域へと変調され、電波として出力される。

電波は空間を伝搬し、受信機に到達する。第 7図では、空間を伝送路 3 3で表している。受信機に到達した受信信号は、周波数変換部 3 4において、同期検波などによりベースバンド信号に周波数変換される。このとき、変調部 3 2の変調方式が Q P S Kや M S Kといった直交変調型の方式であれば、同相成分と直交成分の 2つが出力される。この場合、周波数変換部 3 4以降は、全て同相と直交の 2つの信号を取り扱うことになる。周波数変換部 3 4からの信号は、 L P F部 3 5において所望周波数帯域外の雑音を除去され、 A Z D変換部 3 6においてディジタル信号に変換される。 A / D変換部 3 6の出力のディジタル信号が、最尤系列推定部 3 7に供給される。

ここで、最尤系列推定部 3 7についてさらに詳細に説明すると、最尤系列推定部 3 7に供給されたディジタル信号は、第 5図に示したように、入力端子 2 1 を介して記憶部 2 2に一時記憶される。高速ディジタル移動通信においては、一般に、信号はバーストを構成して伝送される。最尤系列推定部 3 7の処理はこのバーストを単位として行われるため、記憶部 2 2には 1バースト分の信号が記憶される。

記憶部 2 2に記憶された信号は、まず、伝送路推定部 2 5に供給され、伝送路のインパルス応答が推定される。この推定の方法としては、各種の方法が考えられるが、例えば第 3図のバーストを用いる G S Mシステムの場合、バーストの中央付近で伝送されるトレーニング信号を用いて、比較的容易に推定を行うことができる。すなわち、このトレーニング信号はインパルス状の理想的な自己相関特性を有するように定められているため、伝送路推定部 2 5では、このトレーニング信号を発生し、記憶部 2 2からのバーストのトレーニング信号部分に対応する信号と相関を採れば、これが推定すべき伝送路のインパルス応答を表している。記憶部 2 2に記憶された信号は、一方、整合フィルタ部 2 3にも供給される。第 8図は整合フィルタ部 3の構成例を示すブロック図である。第 8図は、いわゆるトランスバーサル型のディジタルフィルタであり、次数 Nが 5の場合に対応する図となっている。入力端子 3 1 0から入力されたディジタル信号は、ディジタル信号のサンプリング周期 Tに等しい遅延時間を有する遅延部 3 2 1、 3 2 2、 ···、 3 2 Nを順次に通過する。その際、入力端子 3 1 0と遅延部 3 2 1、 3 2 2、 ···、 3 2 Nからのそれぞれの出力信号が、乗算部 3 3 0、 3 3 1、 ···、 3 3 Nにおいて、それぞれタップ係数 C 0、 C l、 '··、 C Nを乗算される。そして、乗算部 3 3 0、 3 3 1、 ···、 3 3 Nの出力信号が、加算部 3 4 0で全て加算され、出力端子 3 5 0に出力される。但し、直交変調型においては、同相成分を実数部、直交成分を虚数部として、便宜上複素数で信号を表すことが普通であり、この場合、タップ係数 C O、 C l、 ··'、 C N は複素数となる。タップ係数 C 0、 C l、 ···、 C Nは、雑音の影響を最小化する整合フィルタとして作用するためには、伝送路のインパルス応答の時間反転複素共役となるように設定する必要がある。

上述した設定は、伝送路推定部 2 5の出力の伝送路のインパルス応答を入力として、係数設定部 2 4でこの時間反転複素共役を採ることにより行われ、これが整合フィルタ部 2 3にタップ係数として供給される。整合フィルタ部 2 3の出力信号は、記憶部 2 6に一時記憶される。記憶部 2 6に記憶された信号は、まず、'硬判定値推定部 2 7に供給され、供給された信号は最尤推定アルゴリズムを用いて送信シンボル系列の最尤推定が行われる。このときの最尤推定アルゴリズムとしては、例えば文献 1に示されるようなビタビアルゴリズムを用いることができる。ビタビアルゴリズムは、後で具体的に述べるメトリックと呼ばれる評価量を用いて、最も確からしい送信シンボルを逐次的に選択決定するものである。そして、このメトリックを計算するために、伝送路推定部 2 5で得た伝送路のインパルス応答が必要になる。硬判定値推定部 2 7の出力信号は、軟判定値計算部 2 8に供給され、軟判定値の計算が行われる。軟判定値の計算についてさらに詳細に説明すると、軟判定値計算部 2 8 に入力された信号は、第 6図に示したように、入力端子 2を介して記憶部 4に一時記憶される。記憶部 4に記憶された信号、すなわち、入力端子 2に入力された信号は、硬判定値推定部 2 7で推定された送信シンポル系列の硬判定値（推定送信シンボル系列）であり、まず、シンボル反転部 7で何の処理も受けずにメトリック計算部 8に供給される。メトリツク計算部 8では、入力された推定送信シンボル系列に対するメトリックが計算される。ただし、推定送信シンボルに対するメトリックは、硬判定値推定部 2 7における最終メトリックに等しく、硬判定値推定部 2 7 から直接供給されることも可能である。メトリック計算部 8で計算された最終メトリックに等しいメトリックは、記憶部 5に記憶される。

その後、シンボル反転部 7は、記憶部 4に記憶されている送信シンボル系列の第 1番目のシンボルの極性を反転したシンボル系列を作り、メトリック計算部 8に供給する。メトリック計算部 8は、この第 1番目のシンボルの極性を反転したシンボル系列に対するメトリックを計算する。そして、記憶部 5に記憶されたメトリックが減算部 9に供給され、同時に、メトリック計算部 8で計算されたメトリックも減算部 9に供給される。そして、減算部 9においては、記憶部 5に記憶されているメトリツク（すなわち、硬判定値推定部 2 7における最終メトリックに等しいメトリック）からメトリック計算部 8の出力するメトリックが減算される。そして、減算部 9の出力は、乗算部 1 0において、記憶部 4に記憶されている推定した送信シンボル系列の第 1 のシンボルと乗算され、これが第 1の軟判定値として出力端子 1 1から出力される。

その後、シンボル反転部 7において、記憶部 4に記憶されている推定した送信シンボル系列における第 2番目のシンボルの極性を反転させたシンボル系列を作り、そのシンボル系列はメトリック計算部 8に供給される。メトリック計算部 8は、この第 2番目のシンボルの極性を反転したシンボル系列に対するメトリックを計算する。そして、減算部 9において、記憶部 5に記憶されたメトリックからメトリック計算部 8から出力されたメトリックが減じられる。そして、減算部 9の出力は、乗算部 1 0において、記憶部 4に記憶されている推定送信シンボル系列の第 2番目のシンボルと乗算され、これが第 2の軟判定値として出力端子 1 1から出力される。以下同様に、最後のシンボルに対する軟判定値が得られるまで処理が行われる。

メトリツク計算部 8は、前述したメトリックを計算するために、整合フィルタ部 2 3の出力である記憶部 2 6の内容と、伝送路推定部 2 5の出力である伝送路のィンパルス応答を必要とする。その記憶部 2 6の内容と伝送路のインパルス応答は、メトリック計算部 8に、それぞれ入力端子 1 4と 1 5から供給される。最尤系列推定部 3 7の出力端子 2 9からの軟判定値の系列は、復号部 3 8に供給され、誤り訂正符号の軟判定復号が行われる。これは、例えば誤り訂正符号として畳み込み符号を用いた場合、軟判定型のビタビアルゴリズムを用いて行うことができる。復号部 3 8からの出力データは、復号データ出力端子 3 9より出力され ) o 硬判定値推定部 2 7の最尤推定アルゴリズムゃ軟判定値計算部 2 8内のメトリツク計算部 8で用いるメトリックは、各種のものが考えちれるが、最も基本的には文献 2に示される二乗平均誤差である。これは、シンボル系列を送信したときに期待される整合フィルタ部 2 3の入力信号、すなわち、伝送路推定部 2 5で推定された伝送路のインパルス応答とメトリックの計算において対象としたシンボル系列との畳み込み積分演算によって得られた信号と、実際の整合フィルタ部 2 3の入力信号との二乗平均誤差であり、以下のように書ける。

NO (k)-L h(m) x(k-m) (i)

m 但し、 y(k)は整合フィルタ部 2 3の入力信号であり、すなわち、記憶部 2 2に記憶した最尤系列推定部 3 7の入力信号である。また、 h(m)は伝送路推定部 2 5で推定した伝送路のインパルス応答、 x(k)はメトリックの計算において対象としたシンボル系列、 Es/NO は瞬時 S N Rである。式（1) の最初の kに関する∑はシンボル系列の長さまで和を採り、後ろの mに関する∑は伝送路のインパルス応答 h(m)が値を有する範囲で和を採る。

式 (1) は最も基本的なメトリックである力、前述したように整合フィルタ 2 3は雑音の影響を最小化するものであるから、信号の評価は、一般に整合フィルタ 2 3の前よりも後ろで行う方が良い。このため、メトリックとして、シンボル系列を送信したときに期待される整合フィルタ部 3の出力信号と実際の整合フィルタ部 2 3の出力信号との二乗平均誤差を採れば、以下のように書ける。

M=》' |z(k)-L s(m) x(k-m) (2) 但し、 z ( k )は整合フィルタ部 2 3の出力信号である。また、 s(m)は伝送路推定部 2 5で推定した伝送路のインパルス応答 h(m)が整合フィルタ部 2 3を通過したときの応答を表しており、整合フィルタ部 2 3の伝達関数を g(m)として、 s(m)= g(ⁿ) ^h(^m-n) (3)

n

と書ける。整合フィルタ 2 3の伝達関数 g(m)は伝送路のィンパルス応答 h(m)の時間反転複素共役を採ったものとなっているため、 s(m)は伝送路のインパルス応答の自己相関になる。また、式 (2) の最初の kに関する∑はシンボル系列の長さまで和を採り、後ろの mに関する∑は伝送路のインパルス応答の自己相関 _s(_m)が値を有する範囲で和を採り、また、式 (3) の nに関する∑は整合フィルタ部 2 3のタップ数だけ和を採る。また、このメトリックは、定数を乗算しても、定数を加算してもよい。

さて、上記の式 (1) または式 (2) に示した二乗平均誤差は、基本的なメトリックである力 ^s、計算が複雑なため、文献 1に示されるように、式 (4) に示すこれを変形した量をメトリックとして用いることが多い。 h(n-i) > :x(k)* h(n-k) (4)

但し、 Re[ ]は[ ]内の実数部を採ることを示し、 *は複素共役を採ることを示す。また、 nに関する∑は仮定したシンボル系列の長さまで和を採り、 i、 kに関する 2：は伝送路のインパルス応答の長さだけ和を採ることを示している。式 (4) は、シンボル系列と整合フィルタ部 3の出力の相互相関の実数部の 2倍から、シンボル系列と伝送路のインパルス応答の相互相関の自己相関を減ずることを意味している。式 (4) は、次のようにも変形できる。 x(i)* s(i-k)x(k) (5)

また、これに、定数を乗算しても、定数を加算してもよい。式 (5) のメトリックを用いて、第 6図に示す軟判定値計算部 2 8の処理を行うと、これは、次の式を実行することと等価になる。

L(n)=4Re x(n) fz(n)-∑ s(n-k)x(k)] (6)

k 但し、 kに関する∑は伝送路のィンパルス応答の自己相関 s(n-k)が値を有する範囲で k=n以外のときに和を採ることを意味する。このため、軟判定値計算部 2 8は式 (6)を演算してもよいことになる。

第 9図は、この発明の最尤系列推定器に用いる軟判定値計算部 2 8の別の実施例を示すブロック図であり、特に、前述した式（6 ) を利用して実現するものである。そして、第 6図と同じ要素には、同じ参照符号を付している。第 9図において、入力端子 2には、硬判定値推定部 2 7から出力されたシンボル系列が供給される。入力端子 2に供給されたシンポル系列は、そのまま記憶部 4に一時記憶される。また、入力端子 1 5には、伝送路推定部 2 5から伝送路のインパルス応答が入力される。そして、まず、自己相関計算部 4 1カ^ 入力端子 1 5から入力された伝送路のインパルス応答の自己相関（式 (3) ) を計算する。

この計算が終わるのを待って、積和部 4 3は、記憶部 4に記憶されているシンボル系列の最初のシンボルと自己相関計算部 4 1の出力である自己相関関数の時間原点を合わせて積和演算をする。具体的には、式 (6) の kに関する∑の演算を行う。積和部 4 3の出力は、減算部 4 4に出力される。また、減算部 4 4には入力端子 1 4が接続され、整合フィルタ部 2 3の最初の出力が、入力端子 1 4を介して供給される。そこで、減算部 4 4は、その整合フィルタ部 2 3の最初の出力から積和部 4 3の出力を減算する。減算が行なわれた減算部 4 4の出力は、乗算部 4 5に供給される。

次に、複素共役部 4 2が先の記憶部 4からの最初のシンボルから複素共役を採り、この出力が、乗算部 4 5に入力される。そこで、乗算部 4 5 は、複素共役部 4 2の出力と減算部 4 4の出力を乗算し、その結果を実数部選択部 4 6に出力する。実数部選択部 4 6は、乗算部 4 5から出力された乗算結果から実数のみを選択して出力する。そして、実数部選択部 4 6の出力が、第 1番目の軟判定値として出力端子 1 1から出力される。その後記憶部 4に記憶されているシンボル系列の 2番目のシンボルに対して同様の処理が行われ、第 2番目の軟判定値として出力端子 1 1 から出力され、以下同様に最後のシンボルまで処理が行われる。なお、式 (6) にある定数 4の乗算は、乗算部 4 5で行ってもよいし、省略してもよい。

さて、送信するバーストの長さに対して、伝送路が時間的に速く変化する場合、伝送路推定部 2 5で推定した伝送路のインパルス応答が定常とは見なせなくなる。この場合、整合フィルタ部 2 3の処理が、かえって性能を劣化させることがある。この場合、整合フィルタ部 2 3を無処理、もしくは、第 5図における記憶部 2 2の出力をそのまま硬判定値推定部 7に入力した方がよい。この場合にも、この発明に特徴的な軟判定値の計算は有効である。ただし、記憶部 2 2の出力をそのまま硬判定値推定部 7に入力した場合、記憶部 2 2の出力は、軟判定値計算部 2 8にも入力される。

なお、以上に説明した第 5図、第 6図、第 7図、、第 8図、第 9図では、この発明を構成する機能をブロックで表して、それぞれを個別のハードウエアで実現するように表現している力 s、 D S Pなどを用いて、ソフトウエアで機能を分割して実現することも可能である。第 1 0図は、この発明の最尤系列推定器の計算機シミュレーション結果の例を示す図である。横軸に 1 ビット当たりの信号電力と雑音電力密度の比 Eb/NO 、縦軸にビット誤り率を採っている。また、この場合、 G S Mシステムの条件を前提としている。第 1 0図は、この発明の最尤系列推定器が軟判定型のビタビアルゴリズムを用いた従来の最尤系列推定器とほぼ同じ性能を有することを示している。産業上の利用可能性

上述したように、この発明は、適応等化部の出力する硬判定推定値の送信シンボル系列あるいは送信ビット列から軟判定値を推定することができる。したがって、適応等化器の種類に関係なく、また、小さなメモリ容量と処理量で軟判定値を推定する軟判定値推定器を提供することができる。

さらに、この発明を用いた最尤系列推定器は、軟判定出力型のビタビアルゴリズムを用いることなく、硬判定値の系列を推定した後に軟判定値の系列を計算することができる。さらに、この計算は、硬判定値の系列と整合フィルタの出力と伝送路のィンパルス応答とから計算されるため、最尤系列推定器は、信頼度メモリが不要となり、小さなメモリと処理量で軟判定値を出力することができる。

Claims

請求の範囲

1、適応等化器で推定した送信シンボル系列に対するメトリックを計算する第 1のメトリック計算手段と、

前記送信シンボル系列の内で軟判定値を求める位置のシンボルの極性を反転したシンボル系列を生成すると共に、前記シンボル系列に対するメトリックを計算する第 2のメトリック計算手段と、

前記第 1のメトリック計算手段で得られたメトリックから前記第 2のメトリック計算手段で得られたメトリックを減ずる減算手段と、

前記減算手段の出力を前記送信シンボル系列内で軟判定値を求める位置のシンボルと乗算する乗算手段と、

を有することを特徴とする軟判定値推定器。

2、前記送信シンボル系列の内で軟判定値を求める位置のシンボルを極性を反転させたシンボル系列を生成するシンボル反転手段と、

適応等化器で推定した送信シンボル系列に対する第 1のメトリック、および前記シンボル系列に対する第 2のメトリックを順次計算するメトリック計算手段と、

前記第 1のメトリックから第 2のメトリックを減じる減算手段と、前記減算手段の出力を前記送信シンボル系列内で軟判定値を求める位置のシンボルと乗算する乗算手段と、

を有することを特徴とする軟判定値推定器。

3、前記メトリックは、伝送路のインパルス応答とメトリックの計算において対象としたシンボル系列との畳み込み演算によつて得られた信号と適応等化器への入力信号との二乗平均誤差と等価であるか、その定数倍あるいは定数加算したものであることを特徴とする請求項 1 もしくは 2に記載の軟判定値推定器。

4、適応等化器で推定した送信シンボルを変調方式に応じて送信ビット列に展開するビット展開手段と、

前記ビット展開手段で得られた送信ビット列に対するメトリックを計算する第 1のメトリック計算手段と、

前記送信ビット列内で軟判定値を求める位置のビットを反転したビット列を生成すると共に、前記ビット列に対するメトリックを計算する第 2 のメトリック計算手段と、

前記第 1のメトリツク計算手段で得られたメトリックから第 2のメトリック計算手段で得られたメトリックを減じる減算手段と、

前記ビット列内で軟判定値を求める位置のビットを土 1のバイポーラ値に変換するュニポーラ/バイポーラ変換手段と、

前記ュニポーラ/バイポーラ変換手段の出力を前記減算手段の出力と乗算する乗算手段と、

を有することを特徴とする軟判定値推定器。

5、適応等化器で推定した送信シンボルを変調方式に応じて送信ビット列に展開するビット展開手段と、

前記送信ビット列内で軟判定値を求める位置のビットを反転したビット列を生成するビット反転手段と、

前記ビット展開手段で得られた送信ビット列に対する第 1 のメトリック、および前記ビット反転手段から得られた前記ビット列に対する第 2 のメトリックを順次計算するメトリック計算手段と、

前記第 1のメトリックから第 2のメトリックを減じる減算手段と、前記送信ビット列内で軟判定値を求める位置のビットを ± 1のバイポーラ値に変換するュニポーラ/バイポーラ変換手段と、

前記ュニポーラ/バイポーラ変換手段の出力を前記減算手段の出力と乗算する乗算手段と、を有することを特徴とする軟判定値推定器。

6、入力信号から伝送路のィンパルス応答を推定する伝送路推定手段と、

前記伝送路のィンパルス応答に基づいたタップ係数によって、前記入力信号における雑音の影響を最小化する整合フィルタ手段と、

前記整合フィルタ手段の出力から、前記伝送路のィンパルス応答を用いて送信シンボル系列を最尤推定する硬判定値推定手段と、

前記硬判定値推定手段の出力から、前記整合フィルタ手段の出力と前記伝送路のィンパルス応答を用いて軟判定値を計算する軟判定値計算手段と、

を有することを特徴とする最尤系列推定器。

7、入力信号から伝送路のインパルス応答を推定する伝送路推定手段と、

前記入力信号から、前記伝送路のィンパルス応答を用いて送信シンボル系列を最尤推定する硬判定値推定手段と、

前記硬判定値推定手段の出力から、前記入力信号と前記伝送路のインパルス応答を用いて軟判定値を計算する軟判定値計算手段と、

を有することを特徴とする最尤系列推定器。

8、前記軟判定値計算手段は、

前記硬判定値推定手段から出力された推定送信シンボル系列に対するメトリックを計算する第 1のメトリック計算手段と、

前記推定送信シンボル系列の内で軟判定値を求める位置のシンボルの極性を反転したシンボル系列を生成すると共に、前記シンボル系列に対するメトリックを計算する第 2のメトリック計算手段と、

前記第 1のメトリック計算手段で得られたメトリックから前記第 2のメトリック計算手段で得られたメトリックを減算する減算手段と、前記減算手段の出力を前記推定送信シンボル系列の内で軟判定値を求める位置のシンボルと乗算する乗算手段と、

を有することを特徴とする請求項 6 もしくは 7に記載の最尤系列推定 9、前記軟判定値計算手段は、

前記硬判定値推定手段から出力された推定送信シンボル系列の内で軟判定値を求める位置のシンボルの極性を反転させたシンボル系列を生成するシンボル反転手段と、

前記硬判定値推定手段から出力された推定送信シンボル系列に対する第 1 のメトリック、および前記シンボル反転手段から出力された前記シンボル系列に対する第 2のメトリックを順次計算するメトリック計算手段と、

を有することを特徴とする請求項 6 もしくは 7に記載の最尤系列推定器。

1 0、前記メトリックは、

前記伝送路のインパルス応答とメトリックの計算において対象としたシンボル系列とから畳み込み積分演算により算出された出力を整合フィルタに通した出力と、前記整合フィルタ手段の出力との二乗平均誤差である力、前記二乗平均誤差を定数倍あるいは定数加算したものであることを特徴とする請求項 8もしくは 9に記載の最尤系列推定器。

1 1、前記メトリックは、

前記硬判定値推定手段で推定されたシンボル系列と整合フィルタ手段の出力の相互相関の実数部の 2倍から、前記メトリックの計算において対象としたシンボル系列と前記伝送路のインパルス応答との相互相関の自己相関を減じた算出値か、前記算出値に定数倍あるいは定数加算したものであることを特徴とする請求項 8 もしくは 9に記載の最尤系列推定

1 2、前記軟判定値計算手段は、

前記伝送路のインパルス応答の自己相関を計算する自己相関計算手段と、

前記硬判定値推定手段で推定した推定送信シンボル系列の軟判定値を求めるシンボルと自己相関計算手段で計算した自己相関の時間原点を合わせて積和を採る積和手段と、

軟判定値を求めるシンボルに対応する位置の前記整合フィルタ手段の出力から前記積和手段の出力を減算する減算手段と、

前記軟判定値を求めるシンボルの複素共役を採る複素共役手段と、前記減算手段の出力と前記複素共役手段の出力を乗算する乗算手段と、前記乗算手段の出力の実数部を採る実数部選択手段と、

を有することを特徴とする請求項 6に記載の最尤系列推定器。