(57)【要約】  隣接するシンボルの位相シフトを推定するために、二層コヒーレントアプローチをD-PSK復調器は利用する。各々の受信シンボルが可能性のある信号星座図値の１つである確率のセットを発生する。２つの隣接するシンボルの間の可能性のある位相差の各々の確率のセットも発生する。この確率セットは、特定の数学的操作に従って、ソフトビット情報にその後変換される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信チャネルからシンボルを受信することと、
各々の受信シンボルがその可能性のある信号星座図値の１つである前記確率を推定することと、
２つの隣接する受信シンボルの前記位相差が、対応するDPSK変調表に従った可能性のある位相差の１つである前記確率の数値を求めることと、
前記位相差が可能性のある位相差の１つである確率を表わしている確率のセット、または、位相差が選択された確率よりも大きな確率を持っているいくつかの可能性のある位相差の１つである確率セット、に基づいて、２つの隣接するシンボルの前記位相差によって表わされるソフトビット情報の数値を求めることと、
を具備する差動位相偏移変調（DPSK）復調の方法。
【請求項２】
各々の受信シンボルが対応するDPSK変調表に従った全ての可能性のある信号星座図値の１つである前記確率が、受信シンボルの中のノイズの前記統計的特性に基づいて決定される請求項１記載の方法。
【請求項３】
２つの隣接した受信シンボルが選択された値よりも大きな確率を持っている信号星座図値、または、可能性のある信号星座図値の１つである前記確率のセットに基づいて、２つの隣接した受信シンボルの位相差の前記確率が決定される請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記位相差が前記対応するDPSK復調に従った可能性のある位相差の１つである前記確率のセットと、または、位相差が選択された値よりも大きな確率を持っているいくつかの可能性のある位相差の１つである前記確率のセットと、に基づいて２つの隣接するシンボルの位相差によって表わされる前記ソフトビット情報が計算される請求項１記載の方法。
【請求項５】
通信チャネルからシンボルを受信するように配置され、構成された受信器と、
各々の受信シンボルがその可能性のある信号星座図値の１つである前記確率を推定するための論理手段と、
２つの隣接した受信シンボルの前記位相差が、対応するDPSK変調表に従った可能性のある位相差の１つである前記確率の数値を求めるための論理手段と、
前記位相差が可能性のある位相差の１つである確率を表わしている確率のセット、または、前記位相差が選択された確率よりも大きな確率を持っているいくつかの可能性のある位相差の１つである確率のセット、に基づいて、２つの隣接するシンボルの前記位相差によって表わされるソフトビット情報の数値を求めるための論理手段と、
を具備するDPSK復調のための装置。
【請求項６】
各々の受信シンボルが対応するDPSK変調表に従った全ての可能性のある信号星座図値の１つである前記確率を、受信シンボルの中のノイズの前記統計的特性に基づいて決定するための手段を前記確率を推定するための手段が具備する請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記確率を推定するための論理手段が、２つの隣接するシンボルの位相差が、２つの隣接するシンボルが選択された値よりも大きな確率を持っている信号星座図値またはそれらの可能性のある信号星座図値の１つである前記確率のセットに基づいて決定された可能性のある位相差の１つである前記確率を決定するための手段を含む請求項５記載の装置。
【請求項８】
前記ソフトビット情報の数値を求めるための論理手段が、前記位相差が前記対応するDPSK復調に従った可能性のある位相差の１つである前記確率のセット、または、前記位相差が選択された値よりも大きな確率を持っているいくつかの可能性のある位相差の１つである前記確率のセット、に基づいてソフトビット情報の数値を求めるための論理手段を具備する請求項５記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、差動位相偏移変調（Differential Phase Shift Keying:D-PSK）復調技術に一般的に関連している。
【０００２】
差動位相偏移変調は、現代の無線通信の中で使われる１つのポピュラーな変調技術である。通信チャネルから受信した２つの隣接するシンボルに適応した差動/相関技術を、１つの典型的なD-PSK復調は利用している。これは“非コヒーレント”技術と呼ばれている。２つの隣接する受信シンボルは伝搬路の中の同じ未知の位相回転に左右されると言う前提に基づいて、このようなD-PSK技術は最適化される。しかしながら、加法性ホワイトガウスノイズまたは静的チャネルまたはチャネル推定が利用できるいくつかの場合において、一般的なD-PSK技術は既知のチャネル情報を利用しない。そして、それ故に、最適なパフォーマンスを提供しない。基本的な非コヒーレント／相関アプローチに基づいて、異なるチャネルの特性を想定し、異なる最適基準を利用することによって、いくつかのバリエーションが提案されていた。このような提案は以下の文献の中で記述されている。
【０００３】
D. Divsalar and M. Simon, “MPSKのマルチプルシンボル差動検出(Multiple-symbol differential detection of MPSK),” IEEE Trans. Communication, vol. 38, no. 3, Mar. 1990, pp. 300-308; 
P.C.Wong and P.T. Mathiopoulos, “CCIとAWGNの組み合わせ環境におけるπ／４シフトDQPSKシステムで検出された差動の評価及び非冗長誤り訂正分析(Nonredundant error correction analysis and evaluation of differential detected pi/4-shift DQPSK systems in a combined CCI and AWGN environment),” IEEE Trans. Vehicular Technology, vol. 41, no.1 Feb. 1992, pp. 35-48; 
T. C. Hewavithana and M. Brookes, “畳み込み符号のビタビ復号のためのDQPSK復調のための軟判定(Soft decisions for DQPSK demodulation for the Viterbi decoding of the convolutional codes),” Proceedings of 2003 International Conference on Acoustic, Speech and Signal Processing, pp. IV-17-IV-20.
搬送波の位相が変調されている全ての変調フォーマットに、“位相偏移変調”（Phase-shift keying:PSK）は言及している。搬送波が２つの異なる位相で変調される際、変調方式は”バイナリーPSK“と呼ばれる。搬送波が４つの異なる位相で変調されれば、変調方式は”四相位相偏移変調“（Quadratic PSK : QPSK）と呼ばれる。 無線通信、ネットワーキング、802.11、WLAN、RFID、802.15ブルートゥースなどにおいて、PSKフォーマットは広く使われている。送信機/受信機側で符号化/復号の方法でPSKとD-PSKでは異なる。１つの絶対参照に関すると言うよりもむしろ、以前のシンボルに関する１つのシンボルの位相シフトによって、D-PSK（Differential-PSK）変調は情報ビットを表わす。D-PSKに関して、２つの隣接するシンボルの間の位相シフトは２ビットを表わす。
【０００４】
米国特許文献の中で、様々なD-PSKアプリケーションが記述されている。以下のリストは単なる例示にすぎない。
【０００５】
4035767 - Chin (July 12, 1977);
4696056 - Morita (September 22, 1987);
5193223 - Walczak (March 9, 1993);
5528631 - Hayashi (June 18, 1996);
5202643 - Sato (April 13, 1993);
5363410 - Hayashi (November 8, 1994);
5379323 - Nakaya (January 3, 1995);
5369378 - Iinuma (November 29, 1994);
5550506 - Tsumura (August 27, 1996);
5550868 - Boccuzzi (August 27, 1996);
5814816 - Nadolink (September 29, 1998);
5446422 - Mattila (August 29, 1995);
5369378 - Kosaka (November 29, 1994);
5438592 - Boccuzzi (August 1, 1995);
6097768 - Janesch (August 1, 2000).
【発明の概要】
【０００６】
この文書で請求の範囲に記載され、及び/または記述された発明は、D-PSK復調に新しいアプローチを提供する。理想的な通信チャネルは全くないので、標準的なD-PSK信号星座図上の受信シンボルのそれぞれの理想的な場所から、受信シンボルはいくらかそれている。通信チャネルのノイズによって、シンボルは歪んでいるので実際の位置は変位している。典型的なD-PSK復調において、２つの隣接する受信シンボルの位相差は、これら２つのシンボルの相関によって推定される。これは非コヒーレント技術と通常呼ばれる。いくつか知られている復調マッピング表に従って、推定される位相差に対応しているデータビットを決めるために、推定される位相差がその後使用される。
【０００７】
対称的に、各々のシンボルを同定し、いくつかの可能性のある前もって決定される値である隣接するシンボルの位相差の確率の数値を求めるために、この発明の中で取られているアプローチは二層コヒーレント検出に頼っている。コヒーレント検出の中で、適応できる信号星座図について、理想的な信号星座図シンボルの各々から距離においてどのくらい近いかに基づいて、１つの受信シンボルは同定される。これはコヒーレントなD-PSK復調という結果になる。従って、受信シンボルを解釈し同定するために、アルゴリズムの異なるタイプを、この中で記述されている発明は表わしている。
【０００８】
発明によると、第１に、例えば、加法性ホワイトガウスノイズ（AWGN）歪みに左右されやすい第１の受信シンボルを使用し、第１の受信シンボルがその適切な信号星座図上の可能性のある値の各々（例えば、差動四相位相偏移変調（DQPSK）において、各々のシンボルのために４つの可能性のある値がある。）と一致しているという確率を示す確率のセットが計算される。第２に、ノイズの歪みに左右される第２のシンボル（次の受信シンボル）のために、第２の受信シンボルがその適切な信号星座図上の可能な値の各々と一致しているという確率を示している確率のセットが計算される。確率の２つのセット（隣接するシンボルの各々のための１つ）を使用して、適応できるD-PSK変調表の中で明記されている可能性のある位相差の各々に、第１のシンボルと第２のシンボルの間の位相差が一致しているかどうかに関して決定される。それから、例えば“０”または“１”であるビットの確率を示しているソフトビット情報を解釈するために、位相差の確率が使われる。
【０００９】
この中で記述されているD-PSK復調アプローチは、復調のパフォーマンスを著しく改善する。例として、一般的なDQPSK復調方法と比べて典型的なS/N比（Signal to Noise Ratio : SNR）として１から３dBの範囲に、この改良がある。加えて、より正確なソフトビット情報（ビットが０または１かどうかの確率）を、この中で記述されているアプローチは出力する。現代の無線通信システムにおいて典型的なデザインである誤り訂正復号器のよいパフォーマンスを保証するために、このような情報の正確さは重要である。
【００１０】
この中で記述されているD-PSK復調の利点は、それが低い計算複雑さを必要とするということである。従って、現存するシステムの中に実装することは簡単で費用がかからない。
【００１１】
発明の利点と追加的な特徴は、その後の記述の中で述べられるだろう、そして、一部では記述から明らかであるだろう、または、発明の実行によって学習されるであろう。発明の利点は、添付した図と同様に請求の範囲と文書の説明の中で特に指摘され、発明の構造によって達成され実現されるだろう。
【００１２】
前述の一般的な記述と次の詳細な記述の両方は、模範的で説明的であり、クレームされているように発明のさらなる説明を提供するように意図されていると言うことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
説明の目的のために、各々のシンボルのために４つの可能性のある値を持つ、差動四相位相偏移変調（Differential Quadratic Phase Shift Keying: D-QPSK）として知られるD-PSKの特別なタイプを一例として使用して本発明を付随している図は描いている。付加的な記述とともに例は発明の原理を説明し、当業者に発明を製作し使用することを可能する。一般的なD-PSKシステムにも本発明は適応可能であることが理解される。
【図１】図１は、発明が利用されている環境を描いているブロック図である。
【図２ａ】図２ａは例としてのDQPSK変調のためのシンボルの２つの信号星座図をグラフを用いて表わす。
【図２ｂ】図２ｂは例としてのDQPSK変調のためのシンボルの２つの信号星座図をグラフを用いて表わす。
【図３】図３は、発明によるDQPSK変調のための光学二層コヒーレント検波のフローチャートである。
【図４】図４は、発明による方法と、典型的なDQPSK方法のビット誤り率(bit error rate:BER)を比較しているグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
説明の簡略化のために、各々のシンボルについて４つの可能性のある値を持つ差動四相位相変調方式（Differential-Quadratic Phase Shift Keying: D-QPSK）として知られるD-PSKの特別のタイプを例として使用することによって、発明が描かれている。しかしながら、一般的なD-PSKシステムに発明は適用できると言うことが理解されるべきである。
【００１５】
図１は、発明が利用される環境を描いているブロック図である。参照番号１６０によって図１の中に一般的に示されているD-PSK復調器を、発明は対象としている。一般的に、D-PSK変調を可能にするためには、いくつかのソースから入力データビット１１０を、送信機１０２が受信する。特定のアルゴリズムに従って冗長ビットを加えることによって、誤り訂正符号化器１１２はデータビット１１０を符号化する。誤り訂正符号化データビット１１４はD-QPSK変調器１２０の入力に、その後、連結される。D-QPSK変調器１２０は入力バイナリデータビットをシンボル１２４のストリームに変換する。２つの隣接するシンボルの間の位相差は、表１の中で明記される。図２の中で示されるように、シンボル１２４は２つの信号星座図上に通常示される。
【００１６】
下の表１、これはDQPSK変調表の例である、に従って一つのシンボルから次のシンボルへの位相シフトとして、連続する入力データビット１１４の各々のペアーが解釈される。
【表１】
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【００１７】
一度シンボル１２４が発生されると、それらのシンボルは、送信機１３０によって搬送波１３２上に変調され、送信される。受信機１３８のフロントエンド１４０でシンボル１２４によって変調された信号を、受信機１３８が受信する。典型的に、受信した信号からチャネル歪みを取り除き、受信したシンボル１５２を出力するチャネル等化１５０を、受信機は含むだろう。シンボル１５２をデータビットとして解釈することはD-QPSK変調器１６０の機能である。１７０において誤り訂正復号、これは送信機の中で誤り訂正符号化器１１２の逆関数を行っている、の後、出力データビット１８０は入力データビット１１０に一致しているべきである。
【００１８】
発明はD-QPSK復調器１６０に関連する。D-QPSK復調器１６０は、チャネル等化１５０からの出力シンボルを受信し、詳細は下で記述されているが、表１に基づいて、例えばビットが１または０である確率であるソフトビット情報として隣接するシンボルの間の位相差を解釈する。
【００１９】
-
簡単化のために、AWGNチャネル内の２つの隣接するシンボルを考える。チャネル情報が利用できるどの場合にも、発明の中で取られるアプローチがまた適用可能である。通信チャネルはノイズの歪みに左右されやすいので、図２ａと図２ｂの中に見られるD-PQSK星座図上のシンボルの理想的な位置とは受信シンボルは正確には一致しない。図２aに示す４つの値（ｅj・π/4, ｅj・3π/4, ｅ-j・3π/4, ｅ-j・π/4）の１つを、第１のシンボルが仮に取るとする。D-QPSK変調表（表１）で特定される４つの可能性のある位相シフトによると、第２のシンボルは図２ｂに示される(ｅj・π/2, −１, ｅ-j・π/2,１)の１つであるべきである。
【００２０】
図２ａと図２ｂは、DQPSK変調の種概念である、DQPSK変調のシンボルの２つの信号星座図を、図を用いて表わしている。図２ａに示される第１の信号星座図はそれぞれ信号星座図の上左象限、上右象限、下左象限、下右象限内のシンボル２０２，シンボル２０４，シンボル２０６、シンボル２０８を含む。図２ｂに示される第２の信号星座図は、シンボル２１２、シンボル２１４、シンボル２１６、シンボル２１８を含む。
【００２１】
送信機において、表１に示されるDQPSK変調表の中で、前のシンボルに関するシンボルの位相シフトが明記される。例えば、表１に示すように、入力ビット“０，０”を表わすためには、前のシンボルの位相に関して次のシンボルの位相がπ／４シフトされるべきである。ビット“０，１”を表わすためには、前のシンボルに関して次のシンボルの位相シフトが−π／４であるべきである。入力ビット“１、０”を表わすためには、前のシンボルに対して次のシンボルが3π／４位相シフトされるべきである。入力ビット“１，１”を表わすためには、前のシンボルに関して次のシンボルの位相が−３π／４シフトされるべきである。
【００２２】
復調器１６０は、シンボルが受信された際、そのシンボルを調査し、データビットに位相シフトの意味を負わせるために、シンボルからシンボルへの位相差を決定する。従って、もし直ぐ前のシンボルに関して、シンボルが−π／４位相シフトしていたら、そのシンボルによって表わされるデータビットは“０、１”であるべきである。他の例として、もし直ぐ前のシンボルに関して、特定のシンボルが3π／４の位相シフトを持っていれば、そのシンボルはビット”１，０“を表わすべきである。
【００２３】
ノイズが全くない状態の、理想的な通信チャネルでは、前のシンボルに関して受信シンボルの位相シフトであると、受信シンボルが容易く認められるだろう。しかしながら、理想的な通信チャネルは存在しない。典型的に、チャネル等化の後でさえ、図２ａと図２ｂに示される位相星座図上に示されている丸の１つに、受信シンボルは正確にはあたらないだろう。それどころか、受信シンボルはいくらか歪み、従って、受信シンボルは２つの位相星座図の中に示される理想的にプロットされたシンボルの１つから、いくらか離れ、またはいくらかそれてプロットされるであろう。
【００２４】
受信シンボルが同定され、２つの隣接するシンボルの位相差が決定される方法において、特に記述される典型的な復調方式と本発明によって提供される復調処理は異なる。位相差を同定するための計算のセットまたは典型的なアルゴリズムを使用するよりもむしろ、図３に関して一般的に説明されている確率計算のセットを発明は使用している。
【００２５】
図３は発明によるD-QPSK復調のための光学二層コヒーレント検波のフローチャートである。説明の簡素化のために、例えはD-QPSKに基づいている。しかし、D-PSKの全ての形に発明は適用可能である。
【００２６】
ステップ３０２で、２つの隣接した受信シンボルｒ１と受信シンボルｒ２の入力がある。
【００２７】
ステップ３０４で、二層コヒーレント検波が実行される。この二層コヒーレント検波はガウシアンノイズを想定している。図２ａの中に示されるシンボルの信号星座図の各々であるｒ１の確率が生成される。これらの確率は、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４で示される。図２ｂで示されるシンボルの信号星座図の１つであるｒ２の確率もまた生成される。これらの確率はＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４で示される。
【００２８】
従って、第１の受信シンボルｒ１について、例えば図２ａで示される受信シンボルの４つの可能性のある値、特に(ｅj・π/4 , ｅj・3π/4 , ｅ-j・3π/4 , ｅ-j・π/4)、の各々と受信シンボルが一致しているという４つの確率が計算される。同様に、第２の受信シンボルｒ２について、例えば、図２ｂの中に示される受信シンボルの４つの可能性のある値、例えば（ｅj・π/２,−１, ｅ-j・π/２,１）の値、の各々と受信シンボルが一致しているという４つの確率が計算される。
【００２９】
ステップ３０６で、２つの確率のセット（第１のシンボルのための１つと第２のシンボルのための１つ）を使用しながら、(ｅj・π/4 , ｅj・3π/4 , ｅ-j・3π/4 , ｅ-j・π/4)の１つである第１のシンボルと第２のシンボルの間の位相差の確率の数値を求めるために、更なる計算が行われる。例えば、π／４である位相差の確率は
F1 = P11P21 + P12 P22 + P13P23 + P14 P24………………...(1)
のように計算される。
【００３０】
式（１）は、位相差がπ／４である確率が、第１のシンボルと第２のシンボルの位相結合の４つの確率、例えば、第１のシンボルがｅj・π/4であり第２のシンボルがｅj・π/２である確率（Ｐ11Ｐ21として計算される）と、第１のシンボルがｅj・3π/4であり第２のシンボルが−１である確率（Ｐ12Ｐ22として計算される）と、第１のシンボルがｅ-j・3π/4であり第２のシンボルがｅ-j・π/２である確率（Ｐ13Ｐ23として計算される）と、第１のシンボルがｅ-j・π/4であり第２のシンボルが１である確率（Ｐ14Ｐ24として計算される）、の関数であるという意味がある。
【００３１】
同様に、それぞれＦ２、Ｆ３、Ｆ４で示される位相差がｅj・3π/4 , ｅ-j・3π/4 , ｅ-j・π/4である確率は
F2 = P11 P22 + P12 P23 + P13 P24 + P14 P21………………...(2)
F3 = P11 P23 + P12 P24 + P13 P21 + P14 P22………………...(3)
F4 = P11 P24 + P12 P21 + P13 P22 + P14 P23………………...(4)
として数値が求められる。
【００３２】
ステップ３０８で、第１のシンボルと第２のシンボルの間の位相差に一致している確率のセット、例えばＦ１とＦ２とＦ３とＦ４、は“ソフト”ビット情報、例えばビットが“０”または“１”である確率、にその後変換される。“ｂ０”と“ｂ１”が２つの値“０”と“１”の１つを取っている状態で、“ｂ０ｂ１”によって２つの位相差を表わしているビットが示されている。Pb0(0)によってビット“b０”が“０”である確率を示し。それは
Pb0(0)=(F1 +F4)/ (F1 +F2 +F3 +F4)   (5)
として数値が求められる。
【００３３】
同様に、
Pb0(1)=(F2 +F3)/ (F1 +F2 +F3 +F4),   (6)
Pb1(0)=(F1 +F2)/ (F1 +F2 +F3 +F4),   (7)
と
Pb1(1)=(F3 +F4)/ (F1 +F2 +F3 +F4),   (8)
として求められる。
【００３４】
従って、典型的な方法で行われているように２つの隣接するシンボルの間の相関関係をみること（例えば、非コヒーレント検波）よりもむしろ、（１）２つの隣接するシンボルが適用できる信号星座図の理想的な信号星座図シンボルの１つである確率（例えば、二層コヒーレント検波）、（２）そしてステップ（１）において得られた確率に基づいた、同じ通信チャネルを通って受信した２つの隣接するシンボルの間の特定の位相差の確率を、上に記述したプロセスが解析する。
【００３５】
図４は、この中で記述されているDQPSK例の復調技術と、典型的なDQPSK復調技術とのパフォーマンスの比較の図式を用いた表現である。ビット誤り率（Bit Error Rate:BER）においてかなりのパフォーマンスの改善、特に、関心のある典型的なS/N比（Signal to Noise Ratio:SNR）の中で１から２dBをこの中で記述されている技術は明らかに示している。
【００３６】
結論
本発明の様々な実施形態が上で記述されていたが、制限ではなく例えによって提案されているということが理解されるべきである。発明の範囲と趣旨から離れることなしに、形と詳細の中に様々な変化が、その中に作られることができることは当業者には明らかであるだろう。従って、次のような請求項とそれらの均等物に応じて本発明は専ら定義されるべきである。
【図１】
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【図２ａ】
2010538578.tif 000005
【図２ｂ】
2010538578.tif 000006
【図３】
2010538578.tif 000007
【図４】
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【国際調査報告】
2010538578.tif 000009
2010538578.tif 000010
2010538578.tif 000011