(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報系列に基づいて順次生成される符号系列に対して、２つの符号系列に跨った連続する２ビットをパンクチャリングするパンクチャリング手段と、前記パンクチャリング手段がパンクチャリングを実行して得られたビット列に対して変調のためのマッピングを行う変調マッピング手段と、を備えた送信装置により送信された信号を受信する受信装置であって、
受信信号を検波して得られたビット列の、前記送信装置によるパンクチャ実行位置に対応する位置へダミービットを挿入するデ・パンクチャリング手段と、
前記デ・パンクチャリングによりダミービットが挿入された後の受信ビット列である入力ビット列の判定処理、および当該入力ビット列に基づいた、ＬＭＳアルゴリズムによる伝送路推定処理、を実行する最尤系列推定手段と、
前記デ・パンクチャリング手段によるダミービット挿入位置に基づいて、前記ＬＭＳアルゴリズムのステップサイズを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする受信装置。
【請求項２】
前記最尤系列推定手段がダミービットに基づいた伝送路推定処理を実行する場合、
前記制御手段は、前記ステップサイズを通常よりも小さい値に設定することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項３】
前記最尤系列推定手段がダミービットに基づいた伝送路推定処理を実行する場合、
前記制御手段は、前記ステップサイズを“０”に設定することを特徴とする請求項２に記載の受信装置。
【請求項４】
情報系列に基づいて順次生成される符号系列に対して、２つの符号系列に跨った連続する２ビットをパンクチャリングするパンクチャリング手段と、前記パンクチャリング手段がパンクチャリングを実行して得られたビット列に対して変調のためのマッピングを行う変調マッピング手段と、を備えた送信装置と、
請求項１、２または３に記載の受信装置と、
を備えることを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最尤系列推定を利用した受信処理を行う通信相手先に対して、情報系列を符号化し、さらに、パンクチャリングを実行して得られたビット列を送信する送信装置、当該送信装置の通信相手先となる受信装置、および通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の最尤系列推定技術の一例として、ビタビアルゴリズムを用いた最尤系列推定装置が下記特許文献１に記載されている。下記特許文献１に記載の最尤系列推定装置は、受信信号のブランチメトリックを算出するブランチメトリック作成回路と、ＡＣＳ（Add-Compare-Select：加算比較選択）処理を行う複数のＡＣＳ回路と、ビタビアルゴリズムのステート数（ＡＣＳ回路の数）と同数の伝送路推定回路と、を備え、ブランチメトリック作成回路から受け取ったブランチメトリックに基づいて各ＡＣＳ回路がパスメトリックを算出し、各伝送路推定回路が、対応するＡＣＳ回路から出力されるパスメトリックと生き残りパスを入力してステートごとに個別に伝送路推定動作を行うことにより、伝送路特性の変動に対する追随特性を改善している。
【０００３】
【特許文献１】特許第２８９４４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上記特許文献１に記載の最尤系列推定装置を適用した受信装置（受信側の通信装置）に対して、送信装置（送信側の通信装置）が任意の符号化率を設定しデータ伝送を行う場合について考える。この場合、送信装置では、送信する情報系列を所定の符号化率で符号化した後、パンクチャリングを実施して符号化率を調整する。一方、受信装置では、送信装置でのパンクチャリング則に従い、デ・パンクチャリング対応の処理を行う。すなわち、送信装置がパンクチャリングした（間引いた）ビットの位置にダミービットを挿入した上で復号処理を行う。このとき、送信装置が採用するパンクチャリング則によっては、受信装置の各伝送路推定回路により推定される伝送路推定値が複数のシンボル間に亘って更新されない場合があり、その結果、伝送路特性の変動に対する追随特性が劣化する、という問題があった。
【０００５】
また、ダミービットを挿入した上で復号処理を行うため、各伝送路推定回路の耐雑音性能が劣化する、という問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、パンクチャリングにより符号化率を変更した信号の送受信を行う通信システムにおいて、パンクチャリングによる影響を最小限に抑え、受信側での性能劣化を抑えた伝送路推定、を実現する送信装置を得ることを目的とする。
【０００７】
また、パンクチャリングされた信号を受信する場合であっても特性変動に対する追随特性劣化を抑えて伝送路を推定する受信装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、パンクチャリングを利用して生成した信号を送受信する通信システムの送信側の通信装置が備える送信装置であって、情報系列に基づいて順次生成される符号系列に対して、２つの符号系列に跨った連続する２ビットをパンクチャリングするパンクチャリング手段と、前記パンクチャリング手段がパンクチャリングを実行して得られたビット列に対して変調のためのマッピングを行う変調マッピング手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、送信装置は、２つの符号系列に跨った２ビットをパンクチャリングすることとしたので、隣り合う符号系列のパンクチャリングされずに残ったビット同一シンボルに割り当てて送信でき、受信側では、同相・直交成分の関係を入れ替える処理が不要となる。この結果、伝送路特性変動に対する追従性能が劣化するのを抑えた復調を実現できる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる受信装置、送信装置および通信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の送信装置の構成例を示す図である。本実施の形態の送信装置は、畳込み符号化部１０、パンクチャリング部２０および変調マッピング部３０を含み、通信装置における送信機としての役割を担う。なお、図１では、本実施の形態における特徴的な動作であるパンクチャリング処理を実現するための構成について示している。
【００１２】
図１に示した送信装置において、畳込み符号化部１０は、入力信号である情報系列に対して畳込み符号化処理を実行する。パンクチャリング部２０は、畳込み符号化部１０から入力されたビット列に対してパンクチャリングを行い、特定位置のビットが間引かれたビット列を出力する。変調マッピング部３０は、使用する変調方式に従い、パンクチャリング部２０から入力されたビット列のマッピングを行う。なお、「ｐn，ｑn」は、畳込み符号化処理部１０が上記処理を実行して得られるビット列（符号系列）を示し、「Ｉn，Ｑn」は、パンクチャリング部２０がビット列（ｐn，ｑn）に対して上記処理を実行して得られる、パンクチャリングされた（特定のビットが間引かれた）後のビット列を示している。また、「Ｓn」は、変調マッピング部３０が上記処理を実行して生成した送信シンボル列（送信信号）を示している。
【００１３】
図２は、実施の形態１の受信装置の構成例を示す図である。本実施の形態の受信装置は、直交検波部６０、デ・パンクチャリング部７０、最尤系列推定部８０および制御部９０を含み、通信装置における受信機としての役割を担う。なお、図２では、本実施の形態における特徴的な動作であるデ・パンクチャリング処理および最尤系列推定処理を実現するための構成について示している。
【００１４】
図２に示した受信装置において、直交検波部６０は、直交検波を行うことにより受信信号を復調する。デ・パンクチャリング部７０は、制御部９０の指示に従い、直交検波部６０から入力されたビット列に対するデ・パンクチャリングを行う。最尤系列推定部８０は、制御部９０の指示に従い、デ・パンクチャリング部７０から入力されたビット列についての最尤系列推定処理を行う。制御部９０は、デ・パンクチャリング部７０および最尤系列推定部８０に対して動作指示を行う。なお、「Ｒn」は受信信号を示し、「ＲＩn，ＲＱn」は、直交検波部６０が受信信号を検波して得られるビット列を示す。また、「Ｒｐn，Ｒｑn」は、デ・パンクチャリング部７０がビット列（ＲＩn，ＲＱn）に対して上記処理を実行して得られる、デ・パンクチャリングされた（特定位置にビットが挿入された）後のビット列を示し、「Ｄn」は、最尤系列推定部８０が上記処理を実行して得られる判定系列を示している。
【００１５】
つづいて、本実施の形態の送信装置および受信装置の詳細動作について説明する。ここでは、一例として、変調方式をＱＰＳＫ（位相変調）とし、送信装置の畳込み符号化部１０が、符号化率Ｒ＝１／２，拘束長Ｋ＝７で符号化処理を行う場合のデータ伝送動作を図面に基づいて説明する。なお、受信装置は、対向する送信装置（受信信号の送信元の送信装置）がパンクチャリングを行うビットの位置を予め認識しているものとする。
【００１６】
データ伝送を行う場合、送信側の通信装置を構成する送信装置（図１参照）では、まず、畳込み符号化部１０が、符号化率Ｒ＝１／２，拘束長Ｋ＝７の符号化処理を入力された情報系列に対して行い、入力１ビットに対して２ビットの符号系列（ｐn，ｑn）を生成し、この１ビットを符号化して得られる２ビット単位（符号系列単位）で、パンクチャリング部２０に対して出力する。
【００１７】
畳込み符号化部１０からの入力があった場合、パンクチャリング部２０は、入力信号（ｐn，ｑn）に対してパンクチャリングを行い、所望の符号化率となるように調整する。
【００１８】
図３−１および図３−２を用いて、本実施の形態におけるパンクチャリング方法を説明する。図３−１は、送信装置が送信する信号の最終的な符号化率（所望符号化率）をＲ＝３／４とする場合のパンクチャリング則の一例を示す図である。図３−１において、“１”はパンクチャリングを行わず、畳込み符号化部１０の出力をそのまま送信するビットを表し、“０”はパンクチャリングを行い、畳込み符号化部１０の出力を送信しないビットを表している。
【００１９】
図３−２は、図３−１のパンクチャリング則に従ったパンクチャリング動作を示す図である。図３−２に示したように、パンクチャリング部２０は、入力されたビット列の６ビットごとに、２つの符号系列に跨った連続する２ビットをパンクチャリングする（間引く）。したがって、パンクチャリング部２０へ（ｐn，ｑn）＝（ｐ0，ｑ0），（ｐ1，ｑ1），（ｐ2，ｑ2）が入力された場合、図３−１で示した“０”の位置に対応するｑ1，ｐ2は出力されずに、（Ｉn，Ｑn）＝（ｐ0，ｑ0），（ｐ1，ｑ2）のみが変調マッピング部３０に対して出力される。
【００２０】
パンクチャリング部２０から上記信号が入力された場合、変調マッピング部３０は、入力された（Ｉn，Ｑn）＝（ｐ0，ｑ0），（ｐ1，ｑ2）のＩnを同相成分、Ｑnを直交成分として、ＱＰＳＫに従うシンボルマッピングを行う。なお、この例では、上記パンクチャリングされた２ビットのペア（ｑ1とｐ2）の前後のビットであるｐ1とｑ2が同一シンボルにマッピングされる。
【００２１】
この結果、上記手順でマッピングされた信号の受信側では、パンクチャリングされずに残った（送信された）各ビットの同相・直交成分の関係を入れ替えずにデ・パンクチャリングすることが可能となり、受信信号が周波数偏差を有する場合でも追従性能が劣化するのを抑えた復調が可能となる。なお、上記パンクチャリング則を使用することとしたので、変調マッピング部３０のマッピング処理においても、ｐ1とｑ2を同一シンボルにマッピングするにあたってこれらの関係を入れ替えるなどの特別な処理は不要である。
【００２２】
上記処理により得られた信号（シンボル列）Ｓnは受信装置に向けて送信され、受信信号Ｒnとして受信側の通信装置を構成する受信装置（図２参照）に到達し、受信装置は、受信信号Ｒnから元の情報系列（送信装置が送信した情報系列）を再生する処理を実行する。
【００２３】
Ｒnを受信した受信装置では、まず、直交検波部６０が、受信信号Ｒnに対して直交検波を実行し、受信信号Ｒnを復調する。復調結果は、同相成分および直交成分からなる２ビットの情報（ＲＩn，ＲＱn）としてデ・パンクチャリング部７０へ入力される。
【００２４】
直交検波部６０からの入力があった場合、デ・パンクチャリング部７０は、制御部９０からの指示に従い、入力されたＲＩn系列（同相成分の系列）およびＲＱn系列（直交成分の系列）からなるビット列に対してデ・パンクチャリングを行い、上記送信装置のパンクチャリング部２０でパンクチャリングが実行される前と同じビット数の系列を生成する。具体的には、パンクチャリング部２０によりビットが間引かれ、送信されなかった成分の位置へダミービット“０”を挿入する。図４は、図３−１のパンクチャリング則に従ってパンクチャリングされた信号に対して実行するデ・パンクチャリング動作を示す図であり、この動作は、図３−２で示したパンクチャリング動作の逆の動作である。すなわち、図４に示したデ・パンクチャリング動作では、図３−１に示したパンクチャリング則の“０”が配置されている位置へダミービットを挿入する。デ・パンクチャリングを実行する位置（ダミービットを挿入する位置）は制御部９０から指定される。なお、デ・パンクチャリング部７０がデ・パンクチャリングの実行位置を予め認識しておき、制御部９０が実行位置の指定を行わない構成とすることも可能である。
【００２５】
この例では、デ・パンクチャリング部７０により生成され、最尤系列推定部８０に対して出力される信号（Ｒｐn，Ｒｑn）は、｛（ＲＩ0，ＲＱ0），（ＲＩ1，０），（０，ＲＱ2）｝となる。この結果、最尤系列推定部８０へは、Ｒ＝１／２で畳み込み符号化された信号と同じ形式の信号（Ｒｐn，Ｒｑn）が入力されるため、Ｒ＝１／２に対するビタビ復号を行うことが可能となる。
【００２６】
デ・パンクチャリング部７０からの入力があった場合、最尤系列推定部８０は、制御部９０から指示されたステップサイズδ（ゲインの一種）のＬＭＳ（Least  Mean  Square）アルゴリズムによる伝送路推定処理などを実行し、送信系列（送信装置により送信された情報系列）を推定する。なお、制御部９０は、デ・パンクチャリング部７０によるデ・パンクチャリングの実行位置に応じて、上記ステップサイズδを調整する。ステップサイズδの調整動作については後述する。
【００２７】
ここで、最尤系列推定部８０の構成および動作について詳細に説明する。図５は、最尤系列推定部８０の構成例を示す図であり、最尤系列推定部８０は、ビタビアルゴリズム処理部８１および複数の伝送路推定部８２−１〜８２−Ｍを備える。なお、伝送路推定部の数はビタビアルゴリズムのステート数と一致し、本実施の形態の例では２（Ｍ＝２）となる。
【００２８】
ビタビアルゴリズム処理部８１は、デ・パンクチャリング部７０から入力された信号（Ｒｐn，Ｒｑn）および各伝送路推定部から入力された伝送路推定値に基づいて、各ステートの生き残りパスを選択し、対応する伝送路推定部へ出力する。各伝送路推定部は、制御部９０からの制御信号が示すステップサイズδのＬＭＳアルゴリズムを用い、入力信号（Ｒｐn，Ｒｑn）およびビタビアルゴリズム処理部８１から入力された生き残りパスに基づいて伝送路推定値を更新する。
【００２９】
ステップサイズをδとしたＬＭＳアルゴリズムを使用する場合の最尤系列推定部８０のアルゴリズムは次の通りとなる。
【００３０】
次式（１）は、ビタビアルゴリズム処理部８１が選択する生き残りパスの時刻ｎのパスメトリックを表す。なお、ｘnはステートを示し、ビタビアルゴリズム処理部８１はすべてのステートについて、生き残りパスのパスメトリックを求める。
【００３１】
【数１】
0005001196.tif 000002
【００３２】
上式（１）のＨn［ｘn／ｘn-1］はパスメトリックを示し、これは次式（２）により更新される。
【００３３】
【数２】
0005001196.tif 000003
【００３４】
上式（２）のΓn［ｘn／ｘn-1］はブランチメトリックを示し、これは次式（３）により更新される。
【００３５】
【数３】
0005001196.tif 000004
【００３６】
上式（３）のｇn［ｘn-1］は伝送路推定値を示し、この伝送路推定値は、各伝送路推定部においてＬＭＳアルゴリズムを用いて更新される。伝送路推定値の更新処理は次式（４）で表される。各伝送路推定部（伝送路推定部８２−１〜８２−Ｍ）が対応するステートの伝送路推定値を更新することにより、すべてのステートについての伝送路推定値が得られ、それらはビタビアルゴリズム処理部８１への入力となる。
【００３７】
【数４】
0005001196.tif 000005
【００３８】
ここで、［ｘn］および［ｘn／ｘn-1］はそれぞれ、ステートｘnおよびパス遷移ｘn／ｘn-1により決定される値、ｘn／ｘSVn-1はｘnへの生き残りパス遷移、ｘn-1：ｘSVnはｘnへの生き残りパス遷移上の時刻（ｎ−１）におけるステートであり、Ｈnは時刻ｎにおけるパスメトリックを示す。なお、ステート数はＭV（ただし、この例ではＭ＝２，また、Ｖはビタビアルゴリズムのメモリ長）である。また、ｇは伝送路推定値であり、Ｊは送信系列の推定値である。
【００３９】
また、上式（４）の伝送路推定値の更新処理で使用されるステップサイズδは、０＜δ＜１で与えられるが、制御部９０は、この範囲内でステップサイズδを適宜変更するようにしてもよい。すなわち、デ・パンクチャリング部７０の出力信号（Ｒｐn，Ｒｑn）である｛（ＲＩ0，ＲＱ0），（ＲＩ1，０），（０，ＲＱ2）｝のうち、各受信信号成分として“０”の無い組合せ（すなわちダミービットを含まない組合せ）のときのステップサイズをδ1とし、各受信信号成分として“０”を含んだ組合せのときのステップサイズはδ2として、０＜δ2＜δ1＜１の関係を満たすようにステップサイズを設定する。
【００４０】
デ・パンクチャリング処理により挿入されたダミービット（“０”）を含んだ受信信号成分の場合、ダミービットは有意な信号成分ではないため、信号対雑音電力の比が悪い状態である。そのため、本実施の形態では、ステップサイズを小さく設定することで、常に同じステップサイズを使用する場合よりも耐雑音性能を向上させる。
【００４１】
なお、上記説明では、最終的な符号化率（所望符号化率）をＲ＝３／４とする場合の例について説明したが、他の符号化率とする場合も同様である。たとえば、所望符号化率をＲ＝５／６とする場合、図６−１に例示したパンクチャリング則に従った動作を行う。図６−２は、図６−１のパンクチャリング則を使用した場合のパンクチャリング動作を示した図であり、パンクチャリングによりｑ1，ｐ2，ｑ3，ｐ4が間引かれる様子を示している。また、図６−３は、所望符号化率をＲ＝６／１０とする場合のパンクチャリング則の一例を示す図であり、このパンクチャリング則を使用した場合のパンクチャリング動作を示した図が図６−４である。
【００４２】
このように、本実施の形態の送信装置では、パンクチャリング部がパンクチャリングを行う際に、前段の畳込み符号化部からの２系統の入力信号｛（ｐ1，ｑ1），…，（ｐn-1，ｑn-1），（ｐn，ｑn）に対して、ｑn-1→ｐnの順に連続でパンクチャリングを行うようにした（図３−１，図３−２参照）。これにより、パンクチャリングを実行して得られた信号をマッピングする変調マッピング部では、例えばＱＰＳＫのシンボルマッピングを行う際に、隣り合う符号系列のパンクチャリングされずに残ったビット（符号系列を構成する２ビットのうち、パンクチャリングされなかったビット）を同相成分・直交成分に割り当て１シンボルで送信できる。この結果、上記手順でマッピングされた信号を受信した受信装置では、ｑn-1とｐnの同相・直交成分の関係を入れ替えずにデ・パンクチャリングすることが可能となり、受信信号が周波数偏差を有するような場合でも追従性能が劣化するのを抑えた復調を実現できる。
【００４３】
また、本実施の形態の受信装置では、デ・パンクチャリングにより挿入されたビットを含んだ受信信号成分を用いて伝送路推定を行う場合、ＬＭＳアルゴリズムのステップサイズを通常よりも小さい値に設定することとした。これにより、常に同じステップサイズを使用する場合よりも耐雑音性能を向上させることができる。
【００４４】
実施の形態２．
つづいて、実施の形態２について説明する。なお、本実施の形態の送信装置および受信装置の構成は、上述した実施の形態１の送信装置および受信装置と同様である。本実施の形態では、受信装置の最尤系列推定部８０が使用するステップサイズδ（ＬＭＳアルゴリズムのステップサイズδ）の設定方法が実施の形態１と異なる。そのため、他の同一部分についての説明は省略する。
【００４５】
本実施の形態の制御部９０は、デ・パンクチャリング部７０の出力信号（Ｒｐn，Ｒｑn）である｛（ＲＩ0，ＲＱ0）,（ＲＩ1，０）,（０，ＲＱ2）｝のうち、各受信信号成分として“０”の無い組合せ（ダミービットが挿入されていない組合せ）のときのステップサイズを“δ”とし、各受信信号成分として“０”を含んだ組合せのときのステップサイズを“０”として設定する。すなわち、実施の形態１においてステップサイズを小さい値に設定していたタイミング（条件）で、ステップサイズを“０”とする。換言すれば、実施の形態１において「δ2＝０」を採用した場合に相当する。
【００４６】
このように、本実施の形態の受信装置では、デ・パンクチャリングにより挿入されたビットを含んだ受信信号成分を用いて伝送路推定を行う場合、ＬＭＳアルゴリズムのステップサイズを“０”に設定することとした。これにより、実施の形態１の受信装置と同様に、常に同じステップサイズを使用する場合よりも耐雑音性能を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明にかかる送信装置および受信装置は、無線通信システムに有用であり、特に、パンクチャリングの利用に伴う性能劣化を抑えた通信を実現する場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明にかかる送信装置の実施の形態１の構成例を示す図である。
【図２】本発明にかかる受信装置の実施の形態１の構成例を示す図である。
【図３−１】所望符号化率がＲ＝３／４の場合に使用するパンクチャリング則の一例を示す図である。
【図３−２】所望符号化率がＲ＝３／４の場合のパンクチャリング動作例を示す図である。
【図４】所望符号化率がＲ＝３／４の場合のデ・パンクチャリング動作例を示す図である。
【図５】実施の形態１の受信装置が備える最尤系列推定部の構成例を示す図である。
【図６−１】所望符号化率がＲ＝５／６の場合に使用するパンクチャリング則の一例を示す図である。
【図６−２】所望符号化率がＲ＝５／６の場合のデ・パンクチャリング動作例を示す図である。
【図６−３】所望符号化率がＲ＝６／１０の場合に使用するパンクチャリング則の一例を示す図である。
【図６−４】所望符号化率がＲ＝６／１０の場合のデ・パンクチャリング動作例を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  畳込み符号化部
２０  パンクチャリング部
３０  変調マッピング部
６０  直交検波部
７０  デ・パンクチャリング部
８０  最尤系列推定部
８１  ビタビアルゴリズム処理部
８２−１、８２−２、８２−Ｍ  伝送路推定部
９０  制御部
【図１】
0005001196.tif 000006
【図２】
0005001196.tif 000007
【図３−１】
0005001196.tif 000008
【図３−２】
0005001196.tif 000009
【図４】
0005001196.tif 000010
【図５】
0005001196.tif 000011
【図６−１】
0005001196.tif 000012
【図６−２】
0005001196.tif 000013
【図６−３】
0005001196.tif 000014
【図６−４】
0005001196.tif 000015