(57)【要約】  周波数利用効率の良い高密度変調を用いることによって生じたマルチパス環境下の特性劣化を克服する伝送方式を提供する。高性能伝送方式において、送信側は、ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送する手段を有する。受信側は、複数の低密度変調波の受信を行うに際し、半環を用いたメトリック演算を用いた検出器と復号器を有し、検出器と復号器の間を外部尤度値によって巡回させることにより送信情報を推定する。
2009107712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送路を介して送信側及び受信側間を情報伝送する伝送システムであって、
ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送する手段を有し、
前記受信側は、前記複数の低密度変調波の受信を行うに際し、半環（セミリング）を用いたメトリック演算を行う検出器及び復号器を有し、前記検出器及び前記復号器の間を外部尤度値によって巡回させることによって送信情報を推定することを特徴とする高性能伝送システム。
【請求項２】
前記送信側は、前記複数の低密度変調波の波形整形を行う波形整形濾波器を有し、
前記検出器は、前記半環を用いたメトリック演算として、前記波形整形濾波器と前記伝送路のインパルス応答が形成するトレリス線図上の演算に対してＭａｘ−ｌｏｇ領域における半環であって、前記半環上の加法及び乗法の定義として、元ａ、ｂの和を最大値演算（ＭＡＸ）とし、元ａ、ｂの積を通常の加算とする、
【数１】
2009107712.tif 000057
の式に従い演算を行うことを特徴とする請求項１記載の高性能伝送システム。
【請求項３】
前記受信側は、前記検出器の前段に前記トレリス線図の状態数の縮退を行うＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）規範に基づく処理手段を有し、
前記検出器は、縮退された状態数によるトレリス線図を用いてメトリック演算を行うことを特徴とする請求項２記載の高性能伝送システム。
【請求項４】
前記処理手段は、前記波形整形濾波器と伝送路のインパルス応答が形成するトレリス線に対して前記波形整形濾波器が形成するトレリス線となるように状態数の縮退を行い、
前記検出器は、縮退された状態数によるトレリス線図として、前記波形整形濾波器が形成するトレリス線図を用いてメトリック演算を行うことを特徴とする請求項３記載の高性能伝送システム。
【請求項５】
前記波形整形濾波器は、直線位相特性を有し、振幅成分のみで構成されることを特徴とする請求項４記載の高性能伝送システム。
【請求項６】
前記検出器は、縮退後の状態数によるトレリス線図を用いたメトリック計算を行うにあたり、前記波形整形濾波器が形成する実軸あるいは虚軸成分のみによるトレリス線図を用いて演算を行うことを特徴とする請求項５記載の高性能伝送システム。
【請求項７】
前記検出器は、
ＢＣＪＲ（Bahl, Cocke, Jelinek, Raviv）アルゴリズム或いはＡＣＳ（Add, Compare, Select）演算におけるアルファメトリック演算及びベータメトリック演算の内、少なくとも一方のメトリック演算において、パイプライン化された複数段のガンマメトリックを供給する手段と、
該パイプライン化されたガンマメトリックを入力として複数段の縦続構成からなるＡＣＳ演算手段と、
該演算結果を入力としてステートメトリックを複数段（ｋ段）毎に更新する手段と、
を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の高性能伝送システム。
【請求項８】
前記処理手段は、前記波形整形濾波器と伝送路のインパルス応答の直積をとった結果に対する共分散行列と、前記波形整形濾波器と伝送路のインパルス応答の相互相関ベクトルとを用いて作成された重み付け処理を行うことを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載の高性能伝送システム。
【請求項９】
前記受信側は、前記検出器と前記復号器の間を外部尤度値によって循環させることで送信情報の推定を行うに際し、循環過程から得られた送信情報を元に、受信信号を実軸と虚軸成分とで独立して処理するためのデカップリング処理を行う手段を有し、実軸成分と虚軸成分の相関を分離し状態数の削減を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の高性能伝送システム。
【請求項１０】
前記処理手段は、周波数領域の処理であって、周波数領域への変換後、前記状態数の縮退後の信号になるべく重み付けを行った後、時間領域への変換を行い、該縮退後の信号を前記検出器の入力とすることを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載の高性能伝送システム。
【請求項１１】
前記処理手段は、前記検出器と復号器の間を外部尤度値によって循環させることで送信情報の推定を行うことに際し、循環過程から得られた送信情報を元に、残留干渉成分を再現し、受信信号から前記残留干渉成分を差し引いた後、前記ＭＭＳＥ規範に基づく処理によってトレリス線図の状態数の縮退を行い、該縮退後の信号を前記検出器の入力とすることを特徴とする請求項３、４、６、８、及び１０のいずれか１項に記載の高性能伝送システム。
【請求項１２】
前記送信側は、前記伝送路の状態を検出する手段を有し、
前記波形整形濾波器は、前記伝送路の状態に応じてそのインパルス応答或いは周波数応答の変更が可能であることを特徴とする請求項３から１１のいずれか１項に記載の高性能伝送システム。
【請求項１３】
前記送信側は、前記伝送路の状態を検出する手段を有し、
前記波形整形濾波器は、前記伝送路の状態に応じてインパルス応答の変更が可能であって、該インパルス応答は、伝送路のインパルス応答に対して複素共役をとりその時間軸を逆にしてできた波形に帯域制限した応答であることを特徴とする請求項２から１２のいずれか１項に記載の高性能伝送システム。
【請求項１４】
前記送信側は、前記伝送路の状態を検出する手段を有し、
前記波形整形濾波器は、前記伝送路の状態に応じてその伝達関数の変更が可能であって、該伝達関数は、伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限用の伝達関数を掛けた関数であることを特徴として構成される請求項２から１２のいずれか１項に記載の高性能伝送システム。
【請求項１５】
前記波形整形濾波器は、前記伝送路の状態に応じてインパルス応答の変更が可能であって、該インパルス応答は、伝送路のインパルス応答に対して複素共役をとりその時間軸を逆にしてできた波形に帯域制限を行った応答であり、
前記処理手段は、前記縮退後の状態数を持つトレリス線図として、前記伝送路の状態に応じた伝送路のインパルス応答に対して複素共役をとりその時間軸を逆にしてできた波形に帯域制限した応答となるように処理することを特徴とする請求項１３記載の高性能伝送システム。
【請求項１６】
前記波形整形濾波器は、前記伝送路の状態に応じてその伝達関数の変更が可能であって、該伝達関数は、伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限用の伝達関数を掛けた関数であり、
前記処理手段は、前記縮退後の状態数を持つトレリス線図として、前記伝送路の状態に応じた伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限用の伝達関数を掛けた関数となるように処理することを特徴とする請求項１４記載の高性能伝送システム。
【請求項１７】
伝送路を介して送信側及び受信側間を情報伝送する伝送システムであって、
前記送信側は、ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送する手段と、前記伝送路の状態を検出する手段と、前記低密度変調波の波形整形を行う波形整形濾波器とを有し、
前記波形整形濾波器は、前記伝送路の状態に応じてその伝達関数の変更が可能であって、前記伝達関数は、前記伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限用の伝達関数を掛けた関数であり、その処理をマトリクスＴを用いた演算によって実行する手段を有し、
離散フーリエ変換マトリクスＤを用いた演算によって送信信号をブロック化した送信信号ベクトルＳを変換する手段を有し、
マトリクスで表現した伝送路をＨとして、ブロック化した受信信号ベクトルｒを、
【数２】
2009107712.tif 000058
の式で表現したとき、
【数３】
2009107712.tif 000059
の式に従い特異値分解する手段を有し、
前記送信側は、前記複数の低密度変調波の受信を行うことに際し、受信ユニタリーマトリクスＵＨによって変換する手段を有し、送信ユニタリーマトリクスＶによって変換された送信信号ベクトルＳ’を
【数４】
2009107712.tif 000060
の式に従い検出することを特徴とする高性能伝送システム。
【請求項１８】
伝送路を介して送信側及び受信側間を情報伝送する伝送方法であって、
ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送し、
前記受信側で前記複数の低密度変調波の受信を行うに際し、検出器及び復号器が、半環（セミリング）を用いたメトリック演算を行い、前記検出器及び前記復号器の間を外部尤度値によって巡回させることによって送信情報を推定することを特徴とする高性能伝送方法。
【請求項１９】
伝送路を介して送信側及び受信側間を情報伝送する伝送システムの受信機であって、
ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、ナイキストレートを超える速度で伝送される複数の低密度変調波の受信を行うに際し、半環（セミリング）を用いたメトリック演算を行う検出器及び復号器を有し、前記検出器及び前記復号器の間を外部尤度値によって巡回させることによって送信情報を推定することを特徴とする受信機。
【請求項２０】
請求項１９記載の受信機に対して、ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、ナイキストレートを超える速度で複数の低密度変調波を伝送することを特徴とする送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチパス伝送路を伝送媒体とする高性能伝送システム、伝送方法、受信機、及び送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動通信における電波伝搬路では、送信アンテナから到来した電波が周囲の地形などに応じて反射を受け一群の波の集まりとなって受信機に到着する。そのため、品質の高い移動通信を実現する上で常に障害となっていたのが、これらの結果から生じるところのマルチパスフェージングと呼ばれる現象である。この問題を解決する無線通信方式の一つとして、周波数領域等化がある。これは、周波数利用効率に優れマルチパス環境下においても優れた特性を示すことから、次世代の移動通信システムへの適用が盛んに研究されている。【０００３】
一方、次世代の移動通信では、更に高速な情報伝送が求められている。その関連技術としては、高速性とインタラクティブ性が要求される移動通信において、メモリ容量の増大といった回路規模の増加を生じることなく、タイムラグの少ない誤り訂正手段を提供するための高速ターボデコーダが、本発明者により提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３２０２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高速な情報伝送を実現するため、移動通信で用いられる変調方式は、従来のＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）から１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、更に６４ＱＡＭへと高密度化へ進化し続けている。しかし、移動通信特有のマルチパス干渉の影響は高密度変調になればなる程大きく、特性が極端に劣化する。【０００５】
これに関して、上述した関連技術では、高速性等が要求される移動通信において強力な誤り訂正手段を提供しているが、上記のような課題を特に認識してなされたものでないため、周波数利用効率の良い高密度変調を用いることによって生じたマルチパス環境下の特性劣化を克服することは困難である。【０００６】
本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、周波数利用効率の良い高密度変調を用いることによって生じたマルチパス環境下の特性劣化を克服する伝送方式を提供するものである。更に、そのような高性能伝送方式を採用した受信処理に対して処理規模を削減した方式を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る高性能伝送システムは、伝送路を介して送信側及び受信側間を情報伝送する伝送システムであって、ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送する手段を有し、前記受信側は、前記複数の低密度変調波の受信を行うに際し、半環（セミリング）を用いたメトリック演算を行う検出器及び復号器を有し、前記検出器及び前記復号器の間を外部尤度値によって巡回させることによって送信情報を推定することを特徴とする。【０００８】
また、本発明に係る高性能伝送方法は、伝送路を介して送信側及び受信側間を情報伝送する伝送方法であって、ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送し、前記受信側で前記複数の低密度変調波の受信を行うに際し、検出器及び復号器が、半環（セミリング）を用いたメトリック演算を行い、前記検出器及び前記復号器の間を外部尤度値によって巡回させることによって送信情報を推定することを特徴とする。【０００９】
また、本発明に係る受信機は、伝送路を介して送信側及び受信側間を情報伝送する伝送システムの受信機であって、ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、ナイキストレートを超える速度で伝送される複数の低密度変調波の受信を行うに際し、半環（セミリング）を用いたメトリック演算を行う検出器及び復号器を有し、前記検出器及び前記復号器の間を外部尤度値によって巡回させることによって送信情報を推定することを特徴とする。【００１０】
また、本発明に係る送信機は、上記の受信機に対して、ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、ナイキストレートを超える速度で複数の低密度変調波を伝送することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、周波数利用効率の良い高密度変調を用いることによって生じたマルチパス環境下の特性劣化を克服する伝送方式を提供することできる。更に、そのような高性能伝送方式を採用した受信処理に対して処理規模を削減した方式を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例に係る高性能伝送システムの全体構成を示す概略ブロック図である。
【図２】図１に示す受信側のセミリング構成の検出器で用いられるステートメトリック更新回路の構成を示す概略ブロック図である。
【図３】図２に示すガンマメトリック供給回路の全体構成を示す概略ブロック図である。
【図４】図３に示す初段の演算処理部の構成を示す概略ブロック図である。
【図５】図３に示す二段目以降の複数段の縦続接続からなるＡＣＳ演算処理部の構成を示す概略ブロック図である。
【図６】図１に示す受信側のセミリング構成の検出器（半環型検出器）で用いられるステートメトリック更新回路において、Ｋ倍の処理速度で外部尤度値を計算するためのＬＬＲを出力するｕｎｒｏｌｌｉｎｇ方式を用いた場合の構成を示す概略ブロック図である。
【図７】図１に示す受信側の状態数の縮退を行うＭＭＳＥ規範に基づく処理手段の構成を示す概略ブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係る伝送システムにおいて、ターボループから得られた残留干渉成分を再現し受信信号から差し引いた後ＭＭＳＥ規範に基づく縮退処理を行う場合の受信機の構成を示す概略ブロック図である。
【図９】本発明の実施例に対する比較例の６４ＱＡＭのシミュレーションモデルで用いた伝送システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図１０】本発明の実施例において、伝送路がＡＷＧＮチャネルの場合のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例において、マルチパス伝送路の場合のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例において、送信側で伝送路の状態が未知の場合と既知の場合のシミュレーション結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１３】
１０１  符号化部
１０２  インターリーバ
１０３  複数の低密度変調波を生成する変調器
１０４  ナイキストレートを超える速度の複数の低密度変調波
１０５  デカップリング処理手段
１０６  状態数の縮退を行うＭＭＳＥ規範に基づく処理手段
１０７  検出器
１０８  インターリーバ
１０９  デインターリーバ
１１０  復号器
１１１  受信機
２０１  アルファメトリック更新回路
２０２  アルファメトリック用メモリ
２０３  アドレス制御用アップダウンカウンタ
２０４  ガンマメトリック供給回路
３０１  初段の演算処理部
３０２  ＡＣＳ演算処理部
３０３  ガンマメトリック供給回路
６０１  ベータメトリック更新回路
６０２  複数段の縦続接続構成からなるＡＣＳ演算処理部
６０３  ガンマメトリック供給回路
６０４  ベータメトリックとガンマメトリックの加算結果
６０５  ガンマメトリックの演算結果
７０１  ガード区間除去部
７０２  直並列変換部
７０３  ＦＦＴ部
７０４  縮退用周波数領域ＭＭＳＥ部
７０５  ＩＦＦＴ部
７０６  並列直列変換部
８０５  残留干渉推定部
８０６  状態数の縮退を行うＭＭＳＥ規範に基づく処理手段
８０７  検出器
８０８  インターリーバ
８０９  デインターリーバ
８１０  復号器
９０１  符号化部
９０２  インターリーバ
９０３  ６４ＱＡＭ変調器
９０４  ナイキストレートの変調器出力波形
９０５  ＭＭＳＥ規範に基づく等化器
９０６  デマッパー
９０７  デインターリーバ
９０８  復号器
９０９  受信機
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について、図を参照しながら説明する。以下に説明する本発明の各実施形態に係る高性能伝送方式は、伝送路を介して送信側及び受信側間を情報伝送する伝送システム、伝送方法、受信機、及び送信機に適用したものである。【００１５】
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る高性能伝送方式において、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送することによってナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現する手段を有する。受信側は、複数の低密度変調波の受信を行うことに際し、半環（セミリング）を用いたメトリック演算手法を用いた検出器と復号器を有し、検出器と復号器の間を外部尤度値によって巡回させることによって送信情報を推定する。これにより、低密度変調の耐マルチパス干渉特性とナイキストレートを超える伝送速度によって、マルチパス環境下でも高密度変調波と同等の伝送速度で高性能伝送を実現することができる。【００１６】
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る高性能伝送方式において、検出器で用いる半環を用いたメトリック演算は、送信側の低密度変調波の波形整形濾波器と伝送路のインパルス応答によって形成されたトレリス線図上の演算に対して、Ｍａｘ−ｌｏｇ領域における半環であって、半環上の加法及び乗法の定義として、元ａ、ｂの和を最大値演算（ＭＡＸ）とし、元ａ、ｂの積を通常の加算とする、【００１７】
【数５】
2009107712.tif 000003
の式に従い演算を行う。これにより、複数の低密度変調波の受信の処理規模を削減することができる。【００１８】
［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る高性能伝送方式において、受信側は、検出器の前段にトレリス線図の状態数の縮退を行うＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）規範に基づく処理手段を有し、検出器は、縮退された状態数によるトレリス線図を用いてメトリック演算を行う。これによれば、縮退量に応じて処理規模を指数関数的に削減することができる。【００１９】
［第４の実施形態］
第４の実施形態に係る高性能伝送方式において、検出器の前段のトレリス線図の状態数の縮退を行うＭＭＳＥ規範に基づく処理手段は、送信側での低密度変調波の波形整形濾波器と伝送路のインパルス応答が形成するトレリス線に対して、送信における低密度変調波の波形整形濾波器が形成するトレリス線となるような縮退を行う。検出器は、縮退された状態数によるトレリス線図として低密度変調波の波形整形濾波器が形成するトレリス線図を用いてメトリック演算を行う。これにより、既知である送信側における低密度変調波の波形整形濾波器が形成するトレリス線図を受信側でのＭＭＳＥ処理に用いることができ、処理規模を削減することができる。【００２０】
［第５の実施形態］
第５の実施形態に係る高性能伝送方式において、送信側の低密度変調波の波形整形濾波器は、直線位相特性を有し、振幅成分のみで構成される。これにより、実軸のみの処理とすることができ、処理規模を半減することができる。【００２１】
［第６の実施形態］
第６の実施形態に係る高性能伝送方式において、送信側は、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送することによってナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現する手段を有し、送信側での低密度変調波の波形整形濾波器は、直線位相特性を有する振幅成分のみで構成される。受信側は、複数の低密度変調波の受信を行うことに際し、半環を用いたメトリック演算手法を用いた検出器と復号器を有し、検出器と復号器の間を外部尤度値によって巡回させることにより送信情報を推定する。この構成で、検出器の前段にトレリス線図の状態数の縮退を行うＭＭＳＥ規範に基づく処理手段を設ける。検出器は、縮退後の状態数によるトレリス線図を用いたメトリック計算を行うに際し、直線位相特性による振幅成分のみで構成される波形整形濾波器が形成する実軸あるいは虚軸成分のみによるトレリス線図を用いて演算を行う。これにより、検出器は縮退された状態数によるトレリス線図として実軸のみの処理とすることができ、処理規模を半減することができる。【００２２】
［第７の実施形態］
第７の実施形態に係る高性能伝送方式において、検出器における半環を用いたメトリック演算は、ＢＣＪＲ（Bahl, Cocke, Jelinek, Raviv）アルゴリズム或いはＡＣＳ（Add, Compare, Select演算）におけるアルファメトリック演算及びベータメトリック演算の内、少なくとも一方のメトリック演算において、パイプライン化された複数段のガンマメトリックを供給する手段を有する。また、そのパイプライン化されたガンマメトリックを入力として複数段の縦続構成からなるＡＣＳ演算手段を有する。さらに、その演算結果を入力としてステートメトリックを複数段（ｋ段）毎に更新する手段を有する。これにより、処理速度をｋ倍にすることができ、高速な高性能伝送を実現することができる。【００２３】
［第８の実施形態］
第８の実施形態に係る高性能伝送方式において、検出器の前段のトレリス線図の状態数の縮退を行うＭＭＳＥ規範に基づく処理手段は、送信側の低密度変調波の波形整形濾波器と伝送路のインパルス応答の直積をとった結果に対する共分散行列と、送信側の低密度変調波の波形整形濾波器と伝送路のインパルス応答の相互相関ベクトルを用いて作成された重み付け処理によってなされる。これにより、縮退処理をデジタル信号処理に適した高性能な線形演算とすることができる。【００２４】
［第９の実施形態］
第９の実施形態に係る高性能伝送方式において、受信側は、複数の低密度変調波の受信を行う場合、検出器と復号器の間を外部尤度値によって循環させることで送信情報の推定を行うに際し、循環過程から得られた送信情報を元に、受信信号を実軸と虚軸成分とで独立して処理するためのデカップリング処理を挿入し、実軸成分と虚軸成分の相関を分離し状態数の削減を行う。これにより、実軸成分と虚軸成分の積の複雑度を和の複雑度に削減することができる。【００２５】
［第１０の実施形態］
第１０の実施形態に係る高性能伝送方式において、検出器の前段のトレリス線図の状態数の縮退を行うＭＭＳＥ規範に基づく処理手段は、周波数領域の処理であって、周波数領域への変換後に状態数縮退後の信号になるべく重み付けを行った後、時間領域への変換を行って縮退後の信号を検出器の入力とする。これにより、遅延スプレッドの大きい伝送路に対しても縮退処理を低複雑度で実現できる。【００２６】
［第１１の実施形態］
第１１の実施形態に係る高性能伝送方式において、処理手段は、複数の低密度変調波の受信を行う場合、検出器と復号器の間を外部尤度値によって循環させることで送信情報の推定を行うことに際し、循環過程から得られた送信情報を元に、残留干渉成分を再現し、受信信号から残留干渉成分を差し引いた後、ＭＭＳＥ規範に基づく処理によってトレリス線図の状態数の縮退を行い、縮退後の信号を検出器の入力とする。これにより、検出器が基としているトレリス線図の状態数を送信側のトレリス線図の状態数より小さくしても、再現された残留干渉成分によって補間されるので、更に受信側の処理規模を削減することができる。【００２７】
［第１２の実施形態］
第１２の実施形態に係る高性能伝送方式において、送信側は、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送することによってナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現する手段と、伝送路の状態を検出する手段とを有する。送信側での低密度変調波の波形整形濾波器は、伝送路の状態に応じてそのインパルス応答或いは周波数応答の変更が可能である。これにより、伝送路が実現しうるキャパシティに迫ることができる。【００２８】
［第１３の実施形態］
第１３の実施形態に係る高性能伝送方式において、送信側は、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送することによってナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現する手段と、伝送路の状態を検出する手段を有する。送信側での低密度変調波の波形整形濾波器は、伝送路の状態に応じてインパルス応答の変更が可能である。インパルス応答は、伝送路のインパルス応答に対して複素共役をとり、その時間軸を逆にしてできた波形に帯域制限した応答である。これにより、受信端で最大のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）とすることができ、実際の伝送路が実現しうるキャパシティに近づくことができる。【００２９】
［第１４の実施形態］
第１４の実施形態に係る高性能伝送方式において、送信側は、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送することによってナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現する手段と、伝送路の状態を検出する手段とを有する。送信側での低密度変調波の波形整形濾波器は、伝送路の状態に応じてその伝達関数の変更が可能である。伝達関数は、伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限用の伝達関数を掛けた関数である。これにより、遅延スプレッドが大きい場合でも処理規模を押さえることができる。【００３０】
［第１５の実施形態］
第１５の実施形態に係る高性能伝送方式において、送信側は、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送することによってナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現する手段と、伝送路の状態を検出する手段とを有する。送信側での低密度変調波の波形整形濾波器は、伝送路の状態に応じてインパルス応答の変更が可能である。インパルス応答は、伝送路のインパルス応答に対して複素共役を取ってその時間軸を逆にしてできた波形に帯域制限を行った応答である。受信側は、複数の低密度変調波の受信を行うことに際し、半環を用いたメトリック演算手法を用いた検出器と復号器を有し、検出器と復号器の間を外部尤度値によって循環させることにより送信情報を推定する。この構成で、検出器の前段にトレリス線図の状態数の縮退を行うＭＭＳＥ規範に基づく処理手段を有する。処理手段は、縮退後の状態数を持つトレリス線図として、伝送路の状態に応じた伝送路のインパルス応答に対して複素共役をとり、その時間軸を逆にしてできた波形に帯域制限した応答となるように処理する。これにより、受信端で最大のＳＮＲを実現できるトレリス線図による検出を行うことができて、実際の伝送路が実現しうるキャパシティに近づくことができる。【００３１】
［第１６の実施形態］
第１６の実施形態に係る高性能伝送方式において、送信側は、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送することによってナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現する手段と、伝送路の状態を検出する手段とを有する。送信側での低密度変調波の波形整形濾波器は、伝送路の状態に応じてその伝達関数の変更が可能である。伝達関数は、伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限用の伝達関数を掛けた関数である。受信側は、複数の低密度変調波の受信を行うことに際し、半環を用いたメトリック演算手法を用いた検出器と復号器を有し、検出器と復号器の間を外部尤度値によって循環させることにより送信情報を推定する。この構成で、検出器の前段にトレリス線図の状態数の縮退を行うＭＭＳＥ規範に基づく処理手段を有する。処理手段は、縮退後の状態数を持つトレリス線図として、伝送路の状態に応じた伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限用の伝達関数を掛けた関数となるように処理する。これにより、受信端で最大のＳＮＲを実現できるトレリス線図による検出を行うことができ、実際の伝送路が実現しうるキャパシティに近づくことができる。【００３２】
［第１７の実施形態］
第１７の実施形態に係る高性能伝送方式において、送信側は、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送することによってナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現する手段と、伝送路の状態を検出する手段とを有する。送信側での低密度変調波の波形整形濾波器は、伝送路の状態に応じてその伝達関数の変更が可能である。その伝達関数は、伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限用の伝達関数を掛けた関数であり、その処理をマトリクスＴを用いた演算によって実行する手段を有する。また、離散フーリエ変換マトリクスＤを用いた演算によって、送信信号をブロック化した送信信号ベクトルＳを変換する手段と、マトリクスで表現した伝送路をＨとして、ブロック化した受信信号ベクトルｒを、【００３３】
【数６】
2009107712.tif 000004
の式で表現したときに、【００３４】
【数７】
2009107712.tif 000005
の式に従い特異値分解する手段とを有する。受信側は、複数の低密度変調波の受信を行うことに際し、受信ユニタリーマトリクスＵＨによって変換する手段を有し、送信ユニタリーマトリクスＶによって変換された送信信号ベクトルＳ’を【００３５】
【数８】
2009107712.tif 000006
の式に従い検出する。これにより、検出器と復号器の間を外部尤度値によって循環させることにより送信情報を推定することが無いので、循環による遅延のない高性能伝送方式を実現することができる。
【実施例１】
【００３６】
図１は、本発明の一実施例に係る高性能伝送システムの構成を説明するものである。同図に示す伝送システムにおいて、上段が送信系（送信側又は送信機）を、下段が受信系（受信側又は受信機）をそれぞれ示している。【００３７】
このうち、送信系は、同図に示すように、符号化器（Encoder）１０１、インターリーバ（Π）１０２、及び変調器（Tx Matrix）１０３を有し、ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送する。変調器１０３には、複数の低密度変調波の波形整形を行う波形整形濾波器が含まれる。【００３８】
また、受信系は、同図に示すように、複数の低密度変調波の受信を行うに際し、半環（セミリング）を用いたメトリック演算を行う半環型検出器（Semi-ring型Detector）から成る検出器１０７及び復号器１１０を有し、検出器１０７及び復号器１１０の間を対となるインターリーバ（Π）１０８及びデインターリーバ（Π−１）１０９を介して外部尤度値によって巡回させることによって送信情報を推定する。検出器１０７の前段には、後述する、デカップリング処理手段（Decoupling）１０５及び状態数の縮退を行うＭＭＳＥ規範に基づく処理手段（Rx Matrix）１０６がそれぞれ設けられる。以下、各構成要素について詳述する。【００３９】
図１の上段に示す送信系において、送信情報は、先ず、符号化器１０１で符号化された後、インターリーバ１０２によって撹拌され、複数の低密度変調波を生成する変調器１０３へ入力される。本実施例では、ナイキストレートで送信する高密度変調である６４ＱＡＭと同等の伝送速度を実現するために、変調器１０３は、複数の低密度変調波として三つのＱＰＳＫを生成する。この複数の低密度変調波は、ナイキストレートを超える速度で伝送され、本実施例では、同図の符号１０４に示すようにナイキスト間隔（Nyquist）の三分の一で送信される。この場合の伝送速度は、ナイキスト間隔で換算すると、２ｂｉｔ×３＝６ｂｉｔになる。一方、高密度変調波の伝送速度は、ナイキストレートで送信する６４ＱＡＭの場合、ナイキスト間隔で換算すると、６ｂｉｔ×１＝６ｂｉｔである。従って、図１の送信系は、等価的に高密度変調である６４ＱＡＭと同じ伝送速度を有することになる。同図の符号１０４に示すようにマルチパス伝送路を通過する前から、送信する段階で既に干渉成分が生じていることになる点に注意を要する。【００４０】
このようにして生成された複数の低密度変調波は、マルチパス伝送路を通過して受信端に到来する。複数の低密度変調波の受信は、図１の下段に示す受信系で行われる。この受信系を構成する受信機１１１は、半環（セミリング）によるメトリック演算を用いた検出器１０７と、送信系での符号化器１０１に対応する復号器１１０とを有している。検出器１０７と復号器１１０との間には、送信系で用いたインターリーバ１０２と同じ撹拌処理を行うインターリーバ１０８と、その逆過程の処理を行うデインターリーバ１０９とが介在して、ターボフィードバックと呼ばれるループが形成されている。また、検出器１０７と復号器１１０の間では、外部尤度と呼ばれる情報量が行き交い、このループ処理によって高性能な送信情報の推定が可能となる。【００４１】
以下、検出器１１０で用いる半環によるメトリック演算の構成（以下、「セミリング構成」又は「半環構成」とも呼ぶ。）について説明する。【００４２】
セミリング構成は、高速化と低複雑化を実現するものであり、上述のターボフィードバックに基づくターボ原理を実現する手段である。抽象的概念を持つ代数的構造として知られる半環は、ベイズ統計学と密接な関係があり、ベイズ統計学の中心的な役割をはたす周辺化処理を半環により低複雑度で実現できることが、以下の文献に記載されている。【００４３】
「１９９６年７月、アイ・イー・イー・イー・トランザクション・オン・インフォメーション・セオリ、第４２巻、第４号、１０７２〜１０９２頁（IEEE Transactions on information theory, Vol.42, No.4, pp.1072-1092）」（参考文献１）
「２０００年７月、アイ・イー・イー・イー・トランザクション・オン・インフォメーション・セオリ、第４６巻、第２号、３２５〜３４３頁（IEEE Transactions on information theory, Vol.46, No.2, pp.325-343）」（参考文献２）【００４４】
ターボ符号を復号するＢＣＪＲアルゴリズムやＬＤＰＣにおけるＢｅｌｉｅｆ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ（ＢＰ）といった処理は、ベイジアンネットワーク（ＢＮ）における確率伝搬の計算と見ることができる。この確率伝搬をグラフ上の遷移過程で計算するに当たって、周辺確率分布の計算が必要になってくる。この遷移毎に必要な周辺確率分布の計算をＭａｘ−Ｌｏｇ領域の半環で実行し、最大事後確率を求めたのが、ターボ復号におけるＭａｘ−Ｌｏｇ  ＭＡＰと呼ばれるアルゴリズムである。なお、ターボ復号では、２を法とする有限体上の演算に対する確率伝搬となるが、本実施例の検出器１０７では、実数上の演算となる点に注意を要する。【００４５】
本実施例は、実数上の演算に際し、半環をマトリクスで構成してターボ原理を低複雑度で高速に行い、高性能な伝送方式を実現したものである。これは、マルチパス干渉に弱い高密度変調方式の代わりに、ナイキストレートを超える複数の低密度変調方式で実現したパーシャルレスポンスの進化系としてみることもできる信号波形に対して、干渉を除去するのではなく、逆にその干渉を利用して高い周波数利用効率を実現するものである。【００４６】
以下、本実施例で用いる半環型検出器について説明する。【００４７】
図１に示す検出器１０７は、複数の低密度変調波を生成する変調器１０３による波形整形に対応したトレリス線図を用いて、ＢＣＪＲアルゴリズムを使用している。半環は、このＢＣＪＲアルゴリズムを高速に低複雑度で実現する手法である。ここで、抽象的概念を持つ代数的構造として知られる半環によって、確率伝搬の計算が可能で、Ｍａｘ−Ｌｏｇ領域やＬｏｇ領域といった複雑度や信頼度に応じて使い分けができる。以下、その半環について説明する。【００４８】
半環は、二つの演算子【００４９】
【数９】
2009107712.tif 000007
からなる。この半環上の加法と乗法は、以下の関係がある。【００５０】
【数１０】
2009107712.tif 000008
半環は、加法に対して単位元を持ち、ｍで表している。同様に、乗法に対しても単位元を持ち、【００５１】
【数１１】
2009107712.tif 000009
で表している。加法における零元は、ｍである。【００５２】
以下、Ａ）Ｍａｘ−Ｌｏｇ領域での半環（Semi-ring expression in max-log domain）、Ｂ）Ｌｏｇ領域での半環（Semi-ring expression in log domain）、Ｃ）Ｍａｘ−Ｌｏｇ領域での拡張型半環（Extended Semi-ring expression in max-log domain）、Ｄ）Ｌｏｇ領域での拡張型半環（Extended Semi-ring expression in log domain）、Ｅ）Ｍａｘ−Ｌｏｇ領域とＬｏｇ領域でのハイブリッド型半環（１）(Hybrid Semi-ring expression (1) in max-log and log domain)、Ｆ）Ｍａｘ−Ｌｏｇ領域とＬｏｇ領域でのハイブリッド型半環（２）(Hybrid Semi-ring expression (2) in max-log and log domain)の順に説明する。【００５３】
Ａ）Ｍａｘ−Ｌｏｇ領域での半環
まず、上記［数１０］式の関係を用いて、Ｍａｘ−Ｌｏｇ−ＭＡＰアルゴリズムを次のように関連づける。この場合、ＢＣＪＲアルゴリズムは、Ｍａｘ−Ｌｏｇ領域での半環として解釈され、次式のように表される。【００５４】
【数１２】
2009107712.tif 000010
この式で示されるように、半環上の加法は、２つの元ａ、ｂの和を最大値演算として、また半環上の乗法は、２つの元ａ、ｂの積を通常の加算として、それぞれ定義される。これらの関係より、上記［数１０］式の“ｍ”は、“−∞”に、【００５５】
【数１３】
2009107712.tif 000011
は、“０”に、それぞれ対応することになる。【００５６】
この定義による半環は、ＢＣＪＲアルゴリズムの近似値となるが、低複雑度で実現できる。【００５７】
Ｂ）Ｌｏｇ領域での半環
次に、もう一つのＢＣＪＲアルゴリズムの解釈は、Ｌｏｇ領域での半環であり、次式のように表される。【００５８】
【数１４】
2009107712.tif 000012
この式で示されるように、半環上の加法は、２つの元ａ、ｂの和をヤコビアン対数に基づく演算として、また半環上の乗法は、２つの元ａ、ｂの積を通常の加算として、それぞれ定義される。【００５９】
この式のうち、ヤコビアン対数に基づく演算は、以下のように表される。【００６０】
【数１５】
2009107712.tif 000013
この式において、ｆ（＊）は補正関数を示し、ルックアップテーブル（look-up table）を用いて演算される。補正関数ｆ（＊）が理想的に作用すると、この定義による半環は、ＢＣＪＲアルゴリズムそのものになる。【００６１】
Ｃ）Ｍａｘ−Ｌｏｇ領域での拡張型半環
次に、Ｍａｘ−Ｌｏｇ領域での拡張型半環は、上記Ａ）のＭａｘ−Ｌｏｇ領域での半環の加法及び乗法を、２つの元ａ、ｂの和及び積からＭ個（Ｍは自然数）の元ａ１、ａ２、…、ａｍ、…、ａＭ（ｍは、１≦ｍ≦Ｍを満たす自然数）の和及び積に拡張したもので、以下のように表される。【００６２】
【数１６】
2009107712.tif 000014
この式の定義による半環は、ＢＣＪＲアルゴリズムの近似値となる。【００６３】
Ｄ）Ｌｏｇ領域での拡張型半環（Extended Semi-ring expression in log domain）
次に、Ｌｏｇ領域での拡張型半環は、上記Ｂ）のＬｏｇ領域での半環の加法及び乗法を、２つの元ａ、ｂの和及び積からＭ個（Ｍは自然数）の元ａ１、ａ２、…、ａｍ、…、ａＭ（ｍは、１≦ｍ≦Ｍを満たす自然数）の和及び積に拡張したもので、以下のように表される。【００６４】
【数１７】
2009107712.tif 000015
この式のうち、初めの式をヤコビアン対数に基づく演算とすると、以下のようになる。【００６５】
【数１８】
2009107712.tif 000016
この式において、ｆ（＊）は補正関数を示し、ルックアップテーブル（look-up table）を用いて演算される。補正関数ｆ（＊）が理想的に作用すると、この定義による半環は、ＢＣＪＲアルゴリズムそのものになる。【００６６】
Ｅ）Ｍａｘ−Ｌｏｇ領域とＬｏｇ領域でのハイブリッド型半環（１）
次に、Ｍａｘ−Ｌｏｇ領域とＬｏｇ領域でのハイブリッド型半環（１）を以下のように定義する。【００６７】
【数１９】
2009107712.tif 000017
この式で示される【００６８】
【数２０】
2009107712.tif 000018
は、Ｍａｘ値と二番目のＭａｘ値との差を示している。これによって、ルックアップテーブル（look-up table）のサイズと入力信号の数を減らすことができる。【００６９】
Ｆ）Ｍａｘ−Ｌｏｇ領域とＬｏｇ領域でのハイブリッド型半環（２）
次に、Ｍａｘ−Ｌｏｇ領域とＬｏｇ領域でのハイブリッド型半環（２）を以下のように定義する。【００７０】
【数２１】
2009107712.tif 000019
Ｔｒｅｅ構造を用いた場合、この式中のｍｉｎ（＊）の処理結果は、二番目のＭａｘ値となる。この式の定義による半環は近似値であるが、性能はＭａｘ−Ｌｏｇ領域とＬｏｇ領域の間になる。【００７１】
以上の定義を元に、半環構成の説明を行う。【００７２】
以下の例では、説明の都合上、状態数を４としているが、それ以外でも可能なことはいうまでもない。今、ＢＣＪＲアルゴリズムのステートメトリックと、γメトリック（ガンマメトリック）とを、それぞれ、１行４列（１×４）のベクトルＳ［ｎ］と、４行４列（４×４）の行列Γ［ｎ］とする。即ち、行列Γ［ｎ］は、以下のように表現される。【００７３】
【数２２】
2009107712.tif 000020
上記［数２２］式を用いて、時刻ｎのステートメトリックベクトルＳ［ｎ］を表すと、以下のようになる。【００７４】
【数２３】
2009107712.tif 000021
この式は、ＢＣＪＲアルゴリズムにおけるαメトリック（アルファメトリック）とβメトリック（ベータメトリック）の両方に適用することができる。【００７５】
上式より、任意のＫ倍毎のステートメトリックベクトルを表すと、以下のようになる。【００７６】
【数２４】
2009107712.tif 000022
例えば、式［数２４］を元にαメトリックを例にとると、本実施例のセミリング構成の検出器で用いられるステートメトリック更新回路は、図２のように、アルファメトリック更新回路２０１、アルファメトリック用メモリ（Memory for alpha in metric）２０２、アップダウンカウンタ（U/D converter）２０３、及びガンマメトリック供給回路２０４により、構成される。【００７７】
同図で、左側のアルファメトリック更新回路２０１は、αメトリックの逐次処理を行っており、１クロックでα［Ｋ・（ｎ−１）］からα［Ｋ・（ｎ）］へと、アルファメトリックベクトルの更新を行う。同図の場合、Ｋ＝３になっているので、アルファメトリックは、３段毎に更新されていくことになり、その演算結果がアルファメトリック用メモリ２０２に蓄積される。蓄積されるメモリアドレスは、アドレス制御用のアップダウンカウンタ２０３で指定される。これによって、アルファメトリック用メモリ容量を１／Ｋに削減でき、更新速度をＫ倍に向上させることができる。【００７８】
半環上のガンマメトリックの行列の積【００７９】
【数２５】
2009107712.tif 000023
は、予め計算されており、同図では、【００８０】
【数２６】
2009107712.tif 000024
として、【００８１】
【数２７】
2009107712.tif 000025
なる表現のガンマメトリックを用いる。このガンマメトリックは、ガンマメトリック供給回路２０４により、上記更新を行うアルファメトリック更新回路２０１へと供給される。また、次のアルファメトリックの更新のために、次のガンマメトリックＡ１［ｎ−１］、Ａ２［ｎ−１］、Ａ３［ｎ−１］及びＡ４［ｎ−１］が待機していて、淀みなく供給されるようになっている。【００８２】
次に、上記のように供給されるガンマメトリックを入力として、アルファメトリック更新回路２０１の複数段の縦続接続構成からなるＡＣＳ演算結果ａ１１〜ａ１４、ａ２１〜ａ２４、ａ３１〜ａ３４、ａ４１〜ａ４４を得る構成について、図３を参照しながら説明する。【００８３】
同図に示すアルファメトリック更新回路において、初段の演算処理部３０１と、二段目以降のＡＣＳ演算処理部３０２とには、ガンマメトリック供給回路３０３によりガンマメトリックが供給される。【００８４】
初段の演算処理部３０１は、ガンマメトリックの加算演算を行う。その詳細な構成を図４に示す。同図に示すように、初段の演算処理部３０１は、ＡＣＳ演算を簡略化し、加算器のみで構成できる。初段の演算処理部３０１による演算結果は、図３に示す二段目以降の並列成分からなるトレリス構造で構成されたＡＣＳ演算処理部３０２へ入力される。【００８５】
ＡＣＳ演算処理部３０２は、並列成分からなるトレリス構造で構成される。本実施例では、ＡＣＳ演算処理部３０２は一段の構成としているが、それはＫ＝３の場合であるためで、それ以上の値のＫを用いた場合、複数段の構成となる。この並列成分からなるトレリス構造で構成されたＡＣＳ演算処理部３０２の詳細を図５に示す。同図に示すように、ＡＣＳ演算処理部３０２は、加算器、コンパレータ（比較器）、及びマルチプレクサ（データセレクタ、信号切り替え器）等の論理回路で構成される。【００８６】
図３〜図５に示す回路による動作によって、本実施例のセミリング構成の検出器で用いられるステートメトリック更新回路は、通常のＢＣＪＲアルゴリズムに比べてＫ倍の高速化が実現される。【００８７】
なお、図２、図３、図５の中で用いられているコンパレータは、補正関数ｆ（＊）を含むこともでき、上述の色々な式によって関連づけられた半環を採用することが可能である。例えば、ヤコビアン対数を使ったＬｏｇ領域での半環や、Ｍａｘ−Ｌｏｇ領域やＭａｘ−ＬｏｇとＬｏｇ領域でのハイブリッド型半環などとなる。低複雑化の度合いや、ＢＣＪＲアルゴリズムの精度の度合いによって、色々な使い分けができる。【００８８】
外部尤度値を計算するためのＬＬＲ（Log-Likelihood ratio）の計算は、例えば以下の式によって直接的に計算できる（この例の場合は、状態数が８の場合でＫ＝４で記している。）。【００８９】
【数２８】
2009107712.tif 000026
ここで、【００９０】
【数２９】
2009107712.tif 000027
である。これによって、ステートメトリック更新の場合で、四つのＬＬＲが同時に得られ
４倍速となり、【００９１】
【数３０】
2009107712.tif 000028
となる。なお、上式は、状態数が８の場合で記述している。【００９２】
本実施例のセミリング構成の検出器で用いられるステートメトリック更新回路の他の例としては、ｕｎｒｏｌｌｉｎｇ方式によるものがある。この方式を採用し、状態数４の場合の例を図６に示す。同図の例では、Ｋ倍のβメトリックを一クロックで生成している。【００９３】
図６に示すステートメトリック更新回路は、ベータメトリック更新回路６０１、複数段の縦続接続構成からなるＡＣＳ演算処理部６０２、及びガンマメトリック供給回路６０３を有している。同図において、符号６０４はベータメトリックとガンマメトリックの加算結果、符合６０５はガンマメトリックの演算結果をそれぞれ示している。【００９４】
同図に示すステートメトリック更新回路において、右側のベータメトリック更新回路６０１により、ベータメトリックは一クロックでβ［Ｋ・（ｎ＋１）］からβ［Ｋ・ｎ］へとＫ＝３段毎に更新される。その演算処理結果は、複数段の縦続接続構成からなるＡＣＳ演算処理部６０２へと入力される。【００９５】
ＡＣＳ演算処理部６０２は、通常のベータメトリック更新で使用される処理を多段構成にしたものである。従って、ＡＣＳ演算処理部６０２は、ベータメトリックβ［Ｋ・ｎ］
、即ち、【００９６】
【数３１】
2009107712.tif 000029
を初期値として後方演算処理を縦続的に行うことになる。【００９７】
これにより、ガンマメトリック供給回路６０３により供給される、後方演算処理に必要なガンマメトリックも各段毎にパイプライン化される。ガンマメトリック供給回路６０３は、段が進む毎に１ステップ遅らせてガンマメトリックを供給する。段が進む毎に１ステップ遅らせる理由は、後方演算なので時間的には逆になるからである。これによって、処理が淀みなく進むことができる。このような動作の結果、縦続接続構成からなるＡＣＳ演算処理部６０２の各段からベータメトリックとガンマメトリックの加算結果６０４を得ることができる。この加算結果６０４は、パイプライン化された状態で、かつ、各段が進むに従って１ステップずつ遅れるような構成で出力される。【００９８】
従って、本実施例の場合、３個の値が平行して淀みなく出力され、通常使われているＢＣＪＲアルゴリズムに比べて、Ｋ＝３倍の処理速度を有することになる。また、Ｋの値を増やすように構成することにより、任意の処理速度の向上を図れることはいうまでもない。また、図中のガンマメトリック演算結果６０５は、アルファメトリックの時に説明した内容と同様なので説明を省略する。しかし、一点異なる点があるので記すと、更新方向がアルファメトリックは増加の方向であるのに対して、ベータメトリックは減少の方向である点である。このようにして得られたベータメトリックとガンマメトリックの加算結果と上述のアルファメトリックによって、ＬＬＲの演算を行うことができる。【００９９】
このように半環構成によって、低複雑化と処理速度の向上を図ることができるが、本実施例では、図１に示すように更に低複雑化を実現する手段を講ずる。その一つは、図１に示す状態数の縮退を行うＭＭＳＥ規範に基づく処理手段１０６を検出器１０７の前段に配置することである。【０１００】
状態数は、半環構成によるターボ処理規模を増大させる。そこで、検出器１０７と復号器１１０によるループ処理の前に状態数の縮退を行って処理規模の削減を行う。本実施例の場合、縮退は干渉波を含む信号とするＭＭＳＥ規範に基づくマトリクス演算で実現している。本実施例で用いている方法は、送信側で行われた既知である低密度変調波の波形整形濾波器が形成するトレリス線図が形作る状態のみとする縮退処理を行っている。ＭＭＳＥ規範による処理は、本来、干渉波のない希望信号を出力するように処理されるが、状態数を縮退させる目的で使うのであるから、共分散行列の各要素についてみると自己相関が発生する。更に、相互相関ベクトルは、縮退後の干渉波との相関となることに注意を要する。以上を考慮して、縮退用マトリクス演算を行う。【０１０１】
なお、本実施例の場合、送信側での低密度変調波の波形整形濾波器は、直線位相特性を有し、振幅成分のみで構成されているので、縮退後の波形は実軸成分と虚軸成分とで独立に処理することができ、検出器は、低複雑度化した実軸用と虚軸用の二面を持てばよい。即ち、複雑度が「（実軸の複雑度）×（虚軸の複雑度）」のオーダから、「（実軸の複雑度）＋（虚軸の複雑度）」のオーダへ削減したことになる。【０１０２】
今、マルチパス伝送路を含む受信信号をｒ、送信側の低密度変調波の波形整形濾波器が形成するＩＳＩ干渉（シンボル間干渉：Inter-Symbol Interference）を含む信号をｄとすると、【０１０３】
【数３２】
2009107712.tif 000030
によって、縮退用の重みベクトル【０１０４】
【数３３】
2009107712.tif 000031
を得ることができる。【０１０５】
以上は、縮退後の信号として、既知である送信側での低密度変調波の波形整形濾波器の波形を用いた場合で、しかも、直線位相特性を有し、振幅成分のみで構成されているので、縮退後の波形は実軸成分と虚軸成分とで独立に処理することができ、縮退による状態数の削減効果と実軸虚軸独立処理による削減効果により、検出器１０７を低複雑度で実現した実施例である。【０１０６】
次に、状態数の縮退を行うＭＭＳＥ規範に基づく処理手段１０６の処理規模を削減した実施例について説明する。そのために用いた手段として、本実施例では、縮退用のＭＭＳＥ規範に基づく処理１０６の前段にＩ（In-phase：同相）軸、Ｑ（Quadrature：直交位相）軸を独立して処理できるような仕組みであるデカップリング処理手段１０５を配置している。通常、ＩＱ成分は、相互に相関を持った形で受信されるが、デカップリング処理手段１０５によってＩＱ相互の相関を分離し、ＭＭＳＥ規範に基づく処理手段１０６の処理規模を削減している。【０１０７】
即ち、ＩＱ成分の相互に相関を持った形の信号に対してＭＭＳＥ規範に基づく処理を行うには、［数３２］に示すように複素演算が必要になり、複雑度が増す。これに対して、ＩＱ相互の相関を分離してＩ軸、Ｑ軸に対する信号を独立して処理できれば、複素演算処理が無くなり、処理規模を削減することができるのである。【０１０８】
以下、デカップリング処理手段１０５の具体的な実施例を説明する。【０１０９】
デカップリング処理には、線形処理と非線形処理による方法があるが、本実施例では非線形処理を使っている。【０１１０】
今、マルチパス伝送路を伝搬して受信された信号を、【０１１１】
【数３４】
2009107712.tif 000032
とすると、【０１１２】
【数３５】
2009107712.tif 000033
ここで、ｓ（ｎ）は送信信号で、【０１１３】
【数３６】
2009107712.tif 000034
で表される。【０１１４】
また、ｆ（ｌ）はマルチパス伝送路の係数で、【０１１５】
【数３７】
2009107712.tif 000035
である。【０１１６】
デカップリング処理後の受信信号を、【０１１７】
【数３８】
2009107712.tif 000036
とすると、【０１１８】
【数３９】
2009107712.tif 000037
の演算を施すことによって、【０１１９】
【数４０】
2009107712.tif 000038
と【０１２０】
【数４１】
2009107712.tif 000039
が一対一の関係として描ける。【０１２１】
同様に、【０１２２】
【数４２】
2009107712.tif 000040
の演算を施すことによって、【０１２３】
【数４３】
2009107712.tif 000041
と【０１２４】
【数４４】
2009107712.tif 000042
が一対一の関係として描ける。【０１２５】
ここで、【０１２６】
【数４５】
2009107712.tif 000043
及び【０１２７】
【数４６】
2009107712.tif 000044
は、ターボループからの送信信号推定値である。【０１２８】
即ち、デカップリング処理によってＩＱ相互に相関を持った信号を分離し、Ｉ軸、Ｑ軸独立して処理できるようになる。なお、これらの処理は、後述する残留干渉成分を差し引いてＭＭＳＥ処理する方法と合わせて行うことも可能である。【０１２９】
次に、図１の処理手段１０６による周波数領域におけるＭＭＳＥ規範を用いた縮退処理について説明する。【０１３０】
図７は、マルチパス伝送路の周波数領域での推定値を用いてＭＭＳＥ規範により縮退を行う処理手段の構成例を示す。同図に示す処理手段は、図１の処理手段１０６に相当する処理を行うもので、ガード区間除去部（GI deletion）７０１、直並列変換部（S/P）７０２、ＦＦＴ部７０３、縮退用周波数領域ＭＭＳＥ部（MMSE weight）７０４、ＩＦＦＴ部７０５、及び並列直列変換部（P/S）７０６を有している。【０１３１】
同図において、受信信号は、先ずガード区間除去部７０１により、送信側にて付加されたサイクリックプリフィックス（ＣＰ）が除去され、その後、直列並列変換部７０２でパラレル化され、ＦＦＴ部７０３へ入力される。その入力は、ＦＦＴ部７０３により時間領域の信号から周波数領域の信号へ変換され、その後で、縮退を行うため、周波数領域ＭＭＳＥ部７０４にて、以下の重み付け処理が行われる。【０１３２】
本実施例では、送信側での低密度変調波の波形整形濾波器が形成する信号となるべく縮退を行うので、以下のようになる【０１３３】
【数４７】
2009107712.tif 000045
ここで、【０１３４】
【数４８】
2009107712.tif 000046
は、マルチパス伝送路の周波数領域での推定値、Ｎはサンプル数、σｎ２はノイズ分散である。【０１３５】
次に、ＩＦＦＴ部７０５にて時間領域の信号へ変換を行い、並列直列変換部７０６にてシリアル化したデータを得る。以上の処理で、周波数領域におけるＭＭＳＥ規範を用いた縮退処理が完了する。この周波数領域におけるＭＭＳＥ規範を用いた縮退処理は、遅延を全て位相情報に変えてしまうので、遅延スプレッドの大きい伝送路に対しても縮退処理を低複雑度で実現できる。
【実施例２】
【０１３６】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例に係る伝送システムは、受信側で、ターボループから得られた残留干渉成分を再現し、受信信号から差し引いた後、ＭＭＳＥ規範に基づく縮退処理を行うものである。【０１３７】
図８は、本実施例を適用した受信機であり、図１の受信機１１１に相当する。図８と図１のブロック間の関係は、処理手段８０６と１０６、検出器８０７と１０７、インターリーバ８０８と１０８、デインターリーバ８０９と１０９、復号器８１０と１１０とがそれぞれ対応している。以下、図１の構成要素と重複する部分についてはその説明を省略又は簡略化し、その重複部分を除く特徴的な部分のみを説明する。【０１３８】
図８に示す受信機において、検出器８０７と復号器８１０の間を巡回するＬＬＲは、インターリーバ８０８の出力からフィードバックされて、それを元に残留干渉推定部（Replica）８０５で残留干渉成分が再現される。その成分を使って状態数の縮退を行うＭＭＳＥ規範に基づく処理手段８０６は、受信信号から差し引いた後、ＭＭＳＥ処理を行って検出器８０７へと出力する。【０１３９】
検出器８０７では、送信側の低密度変調の波形整形濾波器が形成するトレリス線図を簡略化した形でメトリック計算を行う。このため、検出器８０７の処理規模が削減できる。また、このような削減が行われたとしても、送信側の低密度変調の波形整形濾波器が形成するトレリス線図と受信側の検出器が想定するトレリス線図の誤差分を残留干渉推定部８０５が生成する残留干渉成分がキャンセルするので、特性劣化は生じない。【０１４０】
このループ処理の中に、上述のデカップリング処理も含めることができ、残留干渉成分のキャンセル処理とデカップリング処理を同時に行うことも可能である。【０１４１】
以上説明した実施例は、送信側で伝送路の状態が未知の場合であるが、以下説明する実施例は、送信側で伝送路の状態が既知の場合である。【０１４２】
送信側で伝送路の状態が既知の場合、同一送信電力内でＩＳＩ干渉を増強すると、更に良い性能を示す。この場合、図１の複数の低密度変調波を生成する変調器１０３で用いられる波形整形濾波器は、伝送路の状態に応じて、そのインパルス応答或いは周波数応答の変更が可能であり、本実施例では、以下の方式を元に制御されている。【０１４３】
この方式は、情報理論的側面から見ると、干渉のある通信路で干渉をキャンセルするのではなく、それを取り込むことによってキャパシティを上げることに相当し、それを更に進めて、その干渉を伴う伝搬路の最大通信路容量を引き出すことに相当する。今までそれを実現できる受信方式が実現可能なレベルで達成できていなかったが、本実施例によれば、比較的低複雑度で高速に最大通信路容量に近い特性を引き出すことが可能になる。【０１４４】
今、送信信号波ｓ（ｔ）のフーリエ変換をＳ（ω）とする。マルチパス伝送路の伝達関数をＨ（ω）、受信端に置けるノイズ分散をσ２とすると、受信ＳＮＲは、【０１４５】
【数４９】
2009107712.tif 000047
となる。ここで、ｔｍは信号判定時刻である。【０１４６】
他シンボルからの干渉波との相関は零であるとして、上式で送信電力一定の元に受信ＳＮＲを最大化する送信信号波形を考える。ＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise Ratio）ではなく、ＳＮＲを最大化している点に注意を要する。【０１４７】
Ｓｃｈｗａｒｚの不等式より、Ｆ１（ω）、Ｆ２（ω）が複素関数であるとすると、【０１４８】
【数５０】
2009107712.tif 000048
等号は、【０１４９】
【数５１】
2009107712.tif 000049
の時だけ成立する。ここで、kは任意の定数である。【０１５０】
【数５２】
2009107712.tif 000050
と置くと、【０１５１】
【数５３】
2009107712.tif 000051
となる。送信電力が一定であるから、右辺は一定である。その条件で、左辺が最大になるのは、【０１５２】
【数５４】
2009107712.tif 000052
の時だけである。この時、受信ＳＮＲは最大になる。【０１５３】
従って、送信信号の波形整形は、帯域制限の元で以下のようになる。【０１５４】
【数５５】
2009107712.tif 000053
ここで、ｈ＊（ｔ）は、マルチパス伝送路のインパルス応答の複素共役である。【０１５５】
即ち、送信側における低密度変調波の波形整形濾波器は、マルチパス伝送路のインパルス応答に対して複素共役をとり、その時間軸を逆にした整形を行えば、受信ＳＮＲを最大化できることが分かる。更に、これにナイキストレートを超える速度で伝送するように帯域制限すれば、本実施形態の変調器１０３となる。【０１５６】
或いは、伝送の状態に応じて、［数５４］に示すように伝送路の伝達関数に対して複素共役をとり、これにナイキストレートを超える速度で伝送する帯域制限用の伝達関数を掛けても、本実施例の変調器１０３とすることができる。【０１５７】
このようにして生成された複数の低密度変調波は、マルチパス伝送路を通過して受信端に到着する。受信側での検出器１０７の前段に設置されたトレリス線図の状態数の縮退を行うＭＭＳＥ規範に基づく処理手段１０６は、縮退後の状態数を持つトレリス線図として、マルチパス伝送路のインパルス応答に対して複素共役をとり、その時間軸を逆にした整形を行った波形に帯域制限した応答となるように処理する。検出器１０７は、同縮退後の状態数によるトレリス線図を用いてメトリック計算を行う。【０１５８】
或いは、周波数領域処理で構成して、受信側での検出器１０７の前段に設置されたトレリス線図の状態数の縮退を行うＭＭＳＥ規範に基づく処理手段１０６は、縮退後の状態数を持つトレリス線図として伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限用の伝達関数を掛けた関数となるように処理する。一方、検出器１０７は、同縮退後の状態数によるトレリス線図を用いてメトリック計算を行う。このように構成することも可能である。
【実施例３】
【０１５９】
次に、本発明の第３の実施例について説明する。本実施例に係る伝送システムは、上述の方式を更に進めて、ナイキストレートを超える伝送波形とＳＮＲ最大化送信マトリクス処理並びにマルチパス干渉波形をマトリクス表現とし、特異値分解による直交化手法を用いた伝送方式を適用したものである。【０１６０】
今、ブロック化した受信信号ベクトルをｒ、送信信号ベクトルをｓ、離散フーリエ変換マトリクスをＤとし、伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限処理を施したところの伝送路の状態に応じて伝達関数の変更が可能な処理を干渉強調型帯域制限マトリクスＴとし、マトリクス表現した伝送路をＨ及びノイズベクトルをＮとすると、受信信号ベクトルｒは次式で表される。【０１６１】
【数５６】
2009107712.tif 000054
次に、送信ユニタリーマトリクスＶおよび受信ユニタリーマトリクスＵＨによる行列処理を行って、ユニタリー処理後の受信ベクトルをｙとすると、受信ベクトルｙは次式で表される。【０１６２】
【数５７】
2009107712.tif 000055
ここで、Ｎ’は受信ユニタリー演算後のノイズベクトルで、雑音強調は生じないで雑音電力の変化はない。また、ｓ’は送信ユニタリー演算後の送信信号ベクトルである。Λは、特異値行列で対角行列であるから、ｙより簡単にｓ’を、更に送信信号ベクトルＳ’を得ることができる。即ち、送信信号ベクトルＳ’は、【０１６３】
【数５８】
2009107712.tif 000056
の如く検出することができる。【０１６４】
従って、本実施例は、検出器と復号器の間をＬＬＲによって循環させることがないので、ターボループによる循環遅延のない高性能伝送方式を実現することができる。【０１６５】
次に、本発明の実施例の効果を示すため、上述の構成を元に、ＰｒｏａｋｉｓのＣｈａｎｎｅｌモデルＢ、ＣｈａｎｎｅｌモデルＣ、等レベル５パスモデル及びマルチパスの無いＡＷＧＮ（Additive White Gaussian Noise）チャネルを用いてシミュレーションを行った結果を示す。【０１６６】
本実施例と比較する比較例は、６４ＱＡＭで、６４ＱＡＭと同等の伝送速度を実現する複数の低密度変調波として、三つのＱＰＳＫ信号を使った場合を示す。信号帯域幅は、双方とも同じである。また、送信側の処理としては、送信側で伝搬路の状態が未知の場合と送信側で伝搬路の状態が既知の場合とで行っている。【０１６７】
初めに、送信側で伝搬路の状態が未知の場合のシミュレーション結果（図１０、図１１）を示し、次に送信側で伝搬路の状態が既知の場合のシミュレーション結果（図１２）を示す。【０１６８】
１）伝送路がＡＷＧＮチャネルの場合
比較例の６４ＱＡＭのシミュレーションモデルで用いた伝送システムの構成を図９に示す。同図に示す伝送システムにおいて、上段は送信系を、下段が受信系をそれぞれ示している。【０１６９】
図９の送信系では、送信情報は、先ず符号化器９０１で符号化された後、インターリーバ９０２によって撹拌され、６４ＱＡＭの変調器９０３へ入力される。この変調器９０３の出力波形は、同図の符号９０４に示すようにナイキスト間隔と一致し、そのナイキストレートで送信される。【０１７０】
図９の受信系を構成する受信機９０９では、受信信号が、ＭＭＳＥ規範に基づく等化器９０５により処理され、デマッパー９０６により信号点からメトリック計算を行ってＬＬＲが算出され、デインターリーバ９０７により送信系で用いたインターリーバの逆過程の処理が行われ、復号器９０８へ入力される。そして、復号器９０８の出力が受信機９０９から出力される。【０１７１】
図９に示す比較例の高密度変調波（６４ＱＡＭ）を用いた場合の符号化方法、インターリーバ、復号方法及びＭＭＳＥ規範での処理方法は、上述した本実施例の複数の低密度変調波（ＱＰＳＫ）を使った方法と全く同じである。【０１７２】
図１０に、本実施例（Proposed method）の３つのＱＰＳＫを用いた場合と、比較例の６４ＱＡＭを用いた場合とで、シミュレーションを行った結果（横軸：Ｅｂ／Ｎｏ、縦軸：ＢＥＲ）を示す。シミュレーションの条件は、符号化率Ｒ＝０．７９３６５１、情報ビット長＝５００ビット、フレーム長＝６３０ビット、信号数＝６３０／Ｍに設定した。【０１７３】
これによると、比較例の６４ＱＡＭの場合、符号化率Ｒ＝０．７９３６５１による誤り訂正が掛かっているので、符号化していない６４ＱＡＭそのものより符号化利得に相当する分特性が改善されている。これに対し、本実施例の３つのＱＰＳＫを用いた方式は、更に特性が改善されている。このことから、高密度変調波（６４ＱＡＭ）の代わりに複数の低密度変調波（ＱＰＳＫ）をナイキストレートを超える速度で伝送することにより、同一送信電力でより高い周波数利用効率が達成できることが確認された。【０１７４】
２）伝送路がＰｒｏａｋｉｓのＣｈａｎｎｅｌモデルＢ、ＣｈａｎｎｅｌモデルＣの場合
次に、図１１に、本実施例（Proposed method）の３つのＱＰＳＫを用いた場合と、比較例の６４ＱＡＭを用いた場合とで、マルチパス伝送路でのシミュレーションを行った結果（横軸：Ｅｂ／Ｎｏ（energy-per-bit to noise density ratio）、縦軸：ＢＥＲ（Bit Error Rate））を示す。比較例の６４ＱＡＭを用いたシミュレーションモデルでは、特性劣化が著しいので、それ以外の比較例として、周波数利用効率は１／３になるが、ナイキストレートで伝送するＱＰＳＫも比較例とした。シミュレーションの条件は、上記と同様に、符号化率Ｒ＝０．７９３６５１、情報ビット長＝５００ビット、フレーム長＝６３０ビット、信号数＝６３０／Ｍに設定した。【０１７５】
このシミュレーション結果は、送信側で伝搬路の状態が未知の場合である。使われるマルチパス伝送路は、ＰｒｏａｋｉｓのＣｈａｎｎｅｌモデルＢとＣｈａｎｎｅｌモデルＣであり、いずれも等化器評価用のチャネルモデルなので、ＣｈａｎｎｅｌモデルＢからＣｈａｎｎｅｌモデルＣになるに従って、かなりの特性劣化を生じる。このチャネルモデルを用いて、本実施例の３つのＱＰＳＫを用いた場合と比較例の６４ＱＡＭ及びＱＰＳＫを用いた場合との特性比較を行った。【０１７６】
図１１に示すシミュレーション結果によると、本実施例の方式は、劣化の最も厳しいＰｒｏａｋｉｓのＣｈａｎｎｅｌモデルＣでも、周波数利用効率１／３のＱＰＳＫより良い特性を示している。そのことから、高密度変調になればなる程、移動通信特有のマルチパス干渉の影響を受けることが分かった。また、本実施例の方式がはるかにマルチパス干渉に対する耐性があることも分かった。その結果、高密度変調波（６４ＱＡＭ）の代わりに複数の低密度変調波（ＱＰＳＫ）をナイキストレートを超える速度で伝送することにより、マルチパス干渉の影響を受けずに同一送信電力でより高い周波数利用効率が達成できることが確認された。【０１７７】
３）送信側で伝送路の状態が既知の場合で等レベル５パスモデルを用いた場合
次に、図１２に、本実施例のセミリング構成を用いた縮退型ターボ受信による方式（ＱＰＳＫ×３（＝６４ＱＡＭ））を採用して、送信側で伝搬路の状態が既知の場合と、送信側で伝送路の状態が未知の場合とで、等レベル５パスモデルを用いたマルチパス伝送路でのシミュレーションを行った結果（横軸：Ｅｂ／Ｎｏ、縦軸：ＢＥＲ）を示す。シミュレーションの条件は、上記と同様に、符号化率Ｒ＝０．７９３６５１、情報ビット長＝５００ビット、フレーム長＝６３０ビット、信号数＝６３０／Ｍに設定した。【０１７８】
送信側で伝送路の状態が既知の場合、伝送路の状態に応じて干渉波の増強を図るようにした。即ち、低密度変調波の波形整形濾波器のインパルス応答或いは周波数応答を伝送路の状態に応じて、［数５５］或いは［数５４］に従って、帯域制限内で同一送信電力の元で変化させた。この干渉を増強する方法は、受信端におけるＳＩＮＲベースでなく、ＳＮＲベースで最大になるように伝送路の状態を用いて、帯域制限内で送信側の処理を施したものである。使用しているチャネルモデルは、等レベル５パスモデルである。【０１７９】
図１２に示すシミュレーション結果によると、送信側で伝搬路の状態が既知の場合、同一送信電力内で干渉を増強すると、送信側で伝送路の状態が未知の場合よりも更に良い性能を示すことが分かった。このことは、情報理論的側面から見ると、干渉のある通信路で干渉をキャンセルするのではなく、それを取り込むことによってキャパシティを上げることに相当し、それを更に進めてその干渉を伴う伝搬路の最大通信路容量を引き出すことに相当する。その結果、従来の方式では、それを実現できる受信方式が実現可能なレベルで達成できていなかったが、本実施例によれば、比較的低複雑度で高速に最大通信路容量に近い特性を引き出すことが確認された。【０１８０】
以上、実施の形態及び実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態及び実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。【０１８１】
この出願は、２００８年２月２９日に出願された日本出願特願２００８−０４９８８６号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【０１８２】
以上説明したように、本発明によれば、マルチパス伝送路を伝送媒体とする高性能伝送システム、伝送方法、受信機、及び送信機に利用可能である。
【図１】
2009107712.tif 000061
【図２】
2009107712.tif 000062
【図３】
2009107712.tif 000063
【図４】
2009107712.tif 000064
【図５】
2009107712.tif 000065
【図６】
2009107712.tif 000066
【図７】
2009107712.tif 000067
【図８】
2009107712.tif 000068
【図９】
2009107712.tif 000069
【図１０】
2009107712.tif 000070
【図１１】
2009107712.tif 000071
【図１２】
2009107712.tif 000072
【国際調査報告】
2009107712.tif 000073
2009107712.tif 000074
2009107712.tif 000075