(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の局の間で共通の通信チャンネルを用いてディジタルデータメッセージを送信するためのシステムであって：
前記データメッセージをアドレスおよび制御情報を含むデータパケット内に集約するためのアセンブリング手段（２０，２０’）と；
前記データパケットを前記局から前記共通チャンネル上で適切なデータ表現波形または変調を用いて送信するための送信手段（２４，２４’）と；
時間重畳された可能性のあるデータパケットを含む前記データパケットを表する合成波形を受信するための受信手段と（２６）；
前記受信した合成波形を、少なくとも１つのパケットを復号するために処理するための処理手段（４４）と；
前記少なくとも１つの復号されたパケットを表す波形を再構築し、それを前記受信された合成波形から引き算して残留波形を獲得し、ここで前記残留波形が更に少なくとも１つの別のパケットを復号するために処理を受けるようにする手段（４６，４８）と；
より強い重畳パケットが受信されたときに、そのより強い重畳パケットが処理されるようにパケット処理の先取りをするための手段（１９）と；そして
部分的に処理されたパケットの状態を格納するための手段（１１）とを含む、前記システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムに於いて、復号される最初のパケットが最大信号強度を有する前記システム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムに於いて、復号される次のパケットが次に大きな信号強度を有する前記システム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムに於いて、前記より強い重畳パケットが複数受信されると複数のパケットが先取りされて格納される前記システム。
【請求項５】
請求項４記載のシステムに於いて、前記より強い重畳パケットが処理された後に、格納されている最も強いパケットが処理再開のために選択される前記システム。
【請求項６】
複数の局の間で共通の通信チャンネルを用いてディジタルデータメッセージを送信するための方法であって；
前記データメッセージをアドレスおよび制御情報を含むデータパケット内に集約し；
前記データパケットを前記局から前記共通チャンネル上で適切なデータ表現波形または変調を用いて送信し；
時間重畳された可能性のあるデータパケットを含む前記データパケットを表す合成波形を受信し；
前記受信した合成波形を、少なくとも１つのパケットを復号するために処理し；
前記少なくとも１つの復号されたパケットを表す波形を再構築し、それを前記受信された合成波形から引き算して残留波形を獲得し、ここで前記残留波形が更に少なくとも１つの別のパケットを復号するために処理を受けるようにし；
前記処理中により強い重畳パケットが受信された場合に、パケットの処理を先取りし；
部分的に処理されたパケットの状態を格納し；
前記より強い重畳パケットを復号し；
前記より強い重畳パケットを表す波形を再構築し、そしてそれを前記受信された合成波形から引き算して残留波形を獲得し；そして
前記先取りされたパケットの処理を再開する、以上のステップを含む前記方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法に於いて、前記より強い重畳パケットが複数受信された場合に複数のパケットが先取りされかつ格納されることのできる前記方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法に於いて、前記より強い重畳パケットが処理された後に格納されている最も強いパケットが処理再開のために選択される前記方法。
【請求項９】
請求項６記載の方法に於いて、復号される最初のパケットが最大の信号強度を有する前記方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法に於いて、次に復号されるパケットが次に大きな信号強度を有する前記方法。
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はパケット送信システムに関わり、更に詳細にはパケットデータ送信システムに於けるパケットデータクラッシュ制御問題を制御するための方法に関する。
従来の技術
パケットデータシステムは、２つまたは更に多くの当事者間でデータを送信するためのシステムと、同様に光ファイバーまたは有線接続でデータ交換するためのシステムを含み、これにはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）として知られているシステムも含まれる。パケットデータシステムの共通の特徴は、２つまたはそれ以上の受信機間でコンテンションが許されている事である。コンテンションは２つまたはそれ以上の送信機が同一チャンネルを同時に使用しようと試みる際に発生し、クラッシュを引き起こす。クラッシュの事態に対処するために種種の方法が採用されてきており、その中で最も重要なのは自動再送信要求（ＡＲＱ）である。
パケットデータシステムに於いて、送信用のデータは固定サイズのブロックの中に集約されている。受信者−発信者情報と、同様に通常誤り訂正符号または検出情報が付加されて、図１に示すようなパケットを形成する。パケットはまた好適にパケット番号を含み、１つの方向で送信される複数のデータパケットは、受信されたパケットの肯定確認を反対方向に搬送する。これは肯定確認搬送”ピギーバック（piggy-back）”として知られている。もしも発信機が先に送信されたパケットの肯定確認を予め定められた遅延時間後に受信しない場合は、新たなパケットよりも優先してそのパケットを送信する。更に詳細には、全ての送信されたパケットもまた再送遅延待ち行列またはパイプの中に入力される。もしもそれらが肯定確認されないかまたはパイプから出てくる前に再送待ち行列から除去されない場合は、新たなデータ待ち行列の代わりに再送待ち行列に優先順位が与えられる。パケットが再送されると、これはまた再送パイプの先頭に再入力され、そのパケットが再び肯定確認されない場合はそれが肯定確認されるまで何度も何度も再送されるようにする。この様にしてパケットデータシステムは最終的には確実なメッセージ配送という特性と調和することが出来る。
逆向きまたは肯定確認リンク上でのパケットの一時的な損失に対して耐性のあるパケットデータシステムを提供するために、累積肯定確認を採用することが好適である。これは最後に受信されたパケットではなくて間隙無しに連続して受信された順番の中の最大パケット番号を肯定確認することを含む。例えばパケット．．５，６，８，９，１０．．が受信された場合、肯定確認番号は６であり、パケット７が失われたことを反映している。しかしながらパケット７の再送が成功裏に受信されると直ちに、肯定確認番号は１０または次の間隙の先頭にジャンプ出来る。この様にして受信に成功した全てのパケットを、受信した各々のパケットを個別に肯定確認する必要もなく再送パイプから消去する事が出来る。
パケットデータシステムはしばしば”網”として構成され、この中で全ての構成要素は原則的に全ての相手への情報を受信出来る。パケット無線システムに於いて、構成要素は発信元からその宛先に直接到達することに失敗したパケットに対して中継器として動作することが出来る。この場合、構成要素としてはそれらに対して向けられることを意図していないパケットを受信して、必要に応じてそれらの中継を助けられるようにすることが重要な関心事である。従ってもしも意図されたパケットがより強い意図されていないパケットとのクラッシュで破壊される場合、より強いパケットを受信して復号することも関心事である。
伝搬遅延が異なるためそして／または送信時間がまちまちであるため、先に受信されたパケットを処理している半ばで干渉パケットが受信される可能性がある。従来技術に於いて、従来技術はより強いパケットからのクラッシュの発生を検出してより弱いパケットの処理を放棄出来ることが知られている。この場合、パケットデータ網の別の構成要素へ中継されることが要求されているはずのより強いパケットが少なくとも復号される。しかしながら、より弱いパケットは失われる。この処理は先取(preemption)と呼ばれ、パケットデータ受信機は既にパケット復号操作が開始されているときに、もしもより強いパケットの受信が始まると先取される。
クラッシュに対する耐性を増した上記技術を採用したパケットデータシステムは、最適なトラヒック量を負担する場合に最大処理量を実現できる。この最大トラヒック搬送容量は新たな送信パケットの数を増やそうとすることがクラッシュの数を増やす様な場合に生じ、従って旧いパケットの再送回数が試行されるトラヒックの増加を上回り、処理量が減少する。本発明の目的は、従来技術で知られているクラッシュ制御よりもさらに効果的な方法により、処理量の著しい改善を可能とすることである。
発明の目的と要約
本発明の１つの実施例によれば、累積肯定確認、自動送信、中継支援、誤り訂正符号、受信者−発信者情報およびパケット番号付けを含む、メッセージ信頼性制御のための通常の戦略を有するパケットデータ送信システムを構築することが出来る。加えて、本発明は更に強力なクラッシュ制御手段を含み、これは復号に成功したパケットの信号波形を引き算することで下層のパケットの復号が出来るようにすることを含む。
本発明の別の実施例によれば、複数の局の間で共通通信チャンネルを用いてディジタルデータメッセージを送信するためのシステムが開示されている。本発明によればデータメッセージは、アドレスおよび制御情報を含むデータパケットの中に集約される。次にデータパケットはその局から共通チャンネルを介して適切なデータ表現波形または変調を用いて送信される。データパケットを表す合成波形は、時間重畳された可能性のあるデータパケットを含み、少なくとも１つのパケットを復号するように処理される。少なくとも１つの復号されたパケットを表す波形が再構築され、受信された合成波形から引き算されて残留波形が得られる。次に残留波形は少なくとも１つの更に別のパケットの復号を試みて更に処理される。
【図面の簡単な説明】
本発明に基づく構成を次に更に詳しく、添付図に図示された添付の実施例を参照して説明する、ここで：
図１はパケットを図示する。
図２はＣＤＭＡ送信機および受信機の基本図である。
図３は本発明の１つの実施例に基づく引き算復調器の機能図である。
図４は図３に図示された信号強度処理手段の機能図である。そして
図５は本発明の１つの実施例に基づくパケットクラッシュ引き算用ビタビ復号器を図示する。
実施例の詳細な説明
、米国特許第５，１５１，９１９号には重畳信号、すなわち合成信号を復調するための新奇な技術が開示されており、そこでは最初に最も強い信号強度のものを復調し、続いてそれを次に最も強いものを復調する前に合成信号から引き算して交互に信号強度を減じて行く方法が開示されている。各々の段で、下層の干渉信号を合わせたものは最強のものの復調に影響を与えるほど大きなものであってはならない。従って重畳している干渉信号の数は、希望する信号対干渉信号比（Ｃ／Ｉ）およびその信号強度分布に依存して許容される。
図２は従来型ＣＤＭＡシステムを図示する。ＲＦ通信チャンネル上を送信されるディジタル情報はＣＤＭＡ符号化器２０で符号化される。符号化された信号は混合器２２内でＲＦ搬送波を変調するために使用される。変調された搬送波は送信アンテナ２４を経由して空気(air)インタフェースを介して送信される。その他のディジタル情報が別の送信機（２．．．ｎ）から同様に送信されるはずである。無線受信機２５の受信アンテナ２６は合成ＲＦ信号を受信し、別の混合器２８を用いてその合成信号を復調する。希望する信号が合成信号から抽出されるが、それはＣＤＭＡ符号化器２０内で希望する信号を最初に符号化するために使用された対応する符号を合成信号に掛け算することで行われる。理論的に適切な信号のみの相関が取られ復号器３４内で再構築される。
復号器３４の詳細な実施例を次に図３を参照して説明する。同一通信チャンネル内で重畳している複数の符号化された信号がアンテナ２６で合成ＲＦ信号として受信される。復調器２８は受信されたＲＦ信号を処理するために便利な周波数に変換する。この様な便利な周波数は、例えばゼロ周波数（ＤＣ）の周辺であって、合成信号は実数および虚数ＩおよびＱ成分を有する複素係数成分で構成されている。
第一ディジタル処理ブロック４０は第一符号発生器３２を含み、復調される第一信号の符号と整合するように設定される。第一ディジタル処理ブロック４０内の符号発生器３２で設定されるべき個別の符号は任意に選択されるが、本発明の提出された実施例では符号が発生される順番は信号強度に基づいている。信号強度処理手段２９は合成信号を構成している各信号の相対信号強度を監視している。セルラシステムの場合、もしも移動体交換機センタ（ＭＳＣ）または基地局（ＢＳ）が、各々の移動体無線電話通信の予想されるまたは実際の信号強度を監視するか、またはＭＳＣまたはＢＳが信号強度処理装置２９の仕事を実行する。
信号強度は信号強度処理装置２９で検出されるか、または信号強度の履歴モデルに基づいて予測出来ることが理解されるであろう。信号強度処理装置２９の機能を実行するためのハードウェア構成を表す機能ブロック図を図４を参照して次に説明する。当業者には理解されるであろうが、これらの機能は適切にプログラムされたマイクロプロセッサを用いて実現することも可能である。アンテナ２６で受信された全合成信号は掛け算器１００の中で二乗され、１ビット周期内のチップ周期の数に渡って積分器１０６の中で積分される。平方根回路１０７はビット周期に渡る合成信号の実効（ＲＭＳ）値を決定する。
同時に残留信号が掛け算器１０２で受信される。残留信号は全合成信号からそれ以前に復号された信号を減算したもので構成されている。残留信号には復号されるべき信号のローカル符号発生器１０４で発生された拡散符号が掛け算される。掛け算器１０２からの相関出力信号はまた、同じビット周期に渡って積分器１０８の中で、ビットクロック信号で制御されて積分される。積分時間に渡る平均または積分された電圧値は正または負の極性を持つはずである。従って、ビット極性判定装置１１０は信号極性を検出し、信号を絶対値装置１１４に送信し、これは遅延１１２で遅延された積分器１０８の出力信号の符号が常に正となるように保証している。絶対値装置１１４は例えば、ビット極性判定装置１１０で制御される反転器である。
平均相関信号（Ｂ）の絶対値は割り算器１１６の中で、同一ビット周期の全合成信号の二乗（Ａ2）のＲＭＳ値の平方根で割り算され正規化された値とされる。言葉を変えれば、復号信号Ｂの相関強度がそのビット周期に対する信号の全合成強度で割り算されて正規化される。復号信号の正規化された相関は信号平均装置１１８で数ビット周期に渡って累積され、その復号信号に対する相対平均強度が生成される。信号の多重経路フェージングが存在するため、復調信号の正確な平均信号を決定するためには実際のビット周期の数はおよそ１０程度である。各々のローカル符号はメモリ１２０の中にそれに関連する平均強度値と共に格納される。順序選別器１２２はこれらの平均信号強度値の各々を比較しそれらを最も強いものから最も弱いものまで選別する。この時点で順序選別器１２２は最強信号のローカル拡散符号をローカル符号発生器１０４に送信し、次のデータビット周期で最強信号が常に復調され抽出されるようにする。弱い強度の信号は順序選別器１２２で決定された信号強度の順序に従って復調される。順序選別器１２２の機能はソフトウェア順序選択プログラムを用いて容易に実現できるはずである。
１つのセル内の複数の移動体局の信号強度は常に変化するため、本発明の更に別の実施例では信号強度優先順位を並べ替えるために線形予測分析（ＬＰＡ）を使用している。簡単に述べると、相対信号強度の履歴モデルがメモリ内に格納されていて、どの信号が次の瞬間に最大強度となる可能性が高いかを外挿するために使用される。ＬＰＡは波形の次の値が過去の値に決定された重み係数を掛けられた重み付き和であるとの前提に立っている。既知のフィルタアルゴリズムを用いてこの分析が実現できる。同様の方法で、別の信号復号および測定の手順を実際に実施することなく最強信号を効果的に予測することが可能である。
合成信号の符号化の実際の結果および信号強度優先順位順序が、予測精度が不十分であったりまたはシステム条件が変更されたためにエラーを生じると、信号強度処理装置２９は実際の信号強度順序を反映するために符号順序を並べ替える。その次に変調処理が繰り返されて、合成信号の個別の符号化信号が最大信号強度から最小信号強度の順番で復号される。この繰り返し処理はデータを損失したりトラヒックに割り込みを掛けることは無い、何故ならば合成信号は処理ブロック４０の遅延５０の中に格納されているためである。遅延５０は単なるメモリ装置である。その結果、合成信号は一度最適な復号順序が決定されると遡及的に再処理される。
第一符号発生器３２の出力信号を相関器３０で受信された合成信号で復号することにより、第一符号に対応する個別信号が合成信号から抽出される。相関信号は低域濾波フィルタ４２でフィルタを掛けられ、雑音および無関係の信号で生成された干渉波が除去される。低域濾波フィルタ４２の代わりに、多数決回路または積分ダンプ回路を使用して相関信号の帯域幅またはビット速度を減じたり狭くすることが出来る。低域濾波フィルタ４２で生成された出力信号は更に誤り訂正復号器４４で処理され、これは最終的に信号強度またはビット速度を下層ディジタル情報まで低減する。復号された情報信号はその最終宛先に達する前に更に別の信号処理を受ける。
誤り訂正された出力信号もまた再符号化器／再変調器４６に供給され、直前に復号された波形を再構築する。復号信号を再構築／再符号化する目的は、それを合成信号から引き算器４８で取り除くことである。遅延メモリ５０は、最初の復号を行い続いて第一復号信号を再構築するのに必要な処理時間の間合成信号を格納する。
第一信号が復号され引き算された、残留合成信号が引き算器４８から第二ディジタル処理ブロック４０’に入力され、これは第一ブロック４０と類似している。２つのディジタル処理ブロック４０および４０’の間の唯一の違いは第二符号発生器３２’が処理されるべき第二信号に対応する符号に整合するようにプログラムされている点のみである。本発明の提出された実施例に於いて、復調されるべき第二信号は次に大きな信号強度を有する信号である。当業者には理解されるであろうが、第二信号処理ブロック４０’はハードウェアの冗長を避けるために第一信号処理ブロック４０と再帰的に使用できるように実装できる。第二信号処理ブロック４０’は第二復号信号を誤り訂正復号器４４’から生成し、そして再構築された第二信号を引き算器４０’で遅延された合成信号から引き算する。２つの信号が除去された残留合成信号が信号処理の第三段に通され、このように続けられる。
上記の原理をパケットデータクラッシュ制御問題に適用することにより、２つの信号のより強い方を復調して、復調器がＣ／Ｉ比が１またはより大きなもの、何故ならばもしも分子がより大きな信号で分母がより小さな信号の場合Ｃ／Ｉ比は１より大きく無ければならないため、に機能出来るようにすることが可能である。復調の能力は必要であれば復号を通して十分な量のインテリジェント帯域幅拡張を使用することにより保証することが出来る。たとえ選択された復調方法が１よりも大きなＣ／Ｉ比を必要とするとしても、２つのまたはそれ以上の同様レベルの重畳信号を連結復調を用いて同時に復調することが可能である。連結復調は１つの送信信号を重畳された変調の各々に対して同時に仮定し、これらの仮定を受信されるべき合計信号の予測に使用することを含む。実際の受信信号が次に予測された合計信号と比較され、受信信号と一番整合する仮定が取り出される。信号がＮ台の送信機から同期して受信される場合は、連結復調器の方法はＭの２Ｎ−１乗状態のビタビシーケンス最充予測器を用いて実現できる、ここでＭは記号アルファベットの大きさである（バイナリーではＭ＝２）。
本発明によれば、累積肯定確認、自動送信、中継支援、誤り訂正符号、受信者−発信者情報およびパケット番号付けを含む、メッセージ信頼性制御のための通常の戦略を有するパケットデータ送信システムを構築することが出来る。加えて、パケットデータ受信機は従来技術に比較して更に強力なクラッシュ制御手段を実現している。本発明に基づくクラッシュ制御手段は、成功裏に復号されたパケットの信号波形を引き算して下層パケットを復号することを含む。パケット無線受信機は通常パケットの到着を表示する既知のビットパターンを検出するための相関器を含む。この相関器は最初に低信号レベルで受信されたパケットに応答してトリガが掛けられ、パケットの復号が開始される。相関器はその一方で運転状態のまま放置され、到着の可能性がある別の重畳パケットを検出する。もしも第一パケットの復号が完了する前に相関器にトリガが掛けられると、その復号は中断されその復号器の状態はメモリ、例えば”スタック”上に格納される。次に復号器は第一パケットより”先取”のある新たなパケットの復号を開始する。第二パケットの復号が完了すると、その再構築された波形が信号から引き算され残留信号が残る。次に元のパケットの復号が再開されるが、これは格納されていた復号器状態のスタックを”ポップ”オフして残留信号の処理を継続する。原理的に第二パケットは第三のより強力なパケットに先取を取られ、復号器状態の第二組は第一格納状態の次にスタック上に格納される。第三パケットの復号が完了して引き算された後に、状態の第二組がスタックから呼び戻され復号が完了してその引き算がされた後に、残留信号が再び処理されて第一パケットの復号が完了する。原理的にクラッシュされたパケットが失われる必要は無いが、実際的にはどれだけの数のクラッシュが同時に解消されるかには制限がある。
先取は下記の方法で動作する。受信信号は連続的にサンプリングされ、ディジタル化されそして適当に既知の無線または有線信号Ａ／Ｄ変換技術の任意の１つを用いてバッファメモリの中に供給される。例えば、無線の場合、対数極技術が米国特許第５，０４８，０５９号の中に記載されており、予測不能レベルで間欠的に到着する信号のディジタル化に良く適している。
各々のパケットは多数の既知の信号を含むことが出来て、これらはバッファメモリサンプルの中をスライド式ディジタル相関器を用いて連続的に検索される。もしも相関器が十分高いレベルの相関結果に達すると、これは既知の単純なパターンが存在することを指示し、復号用のパケットが存在すると見なされ復号操作が相関器で指示されるサンプルバッファ内の位置を用いて指令される。この復号操作の間、相関器は受信された後続パケットに対してスライドを移しながら検索を継続する。もしも後続のパケットが十分強力なレベルで受信されると、相関器は再びトリガを掛けこれは別の復号操作を開始する。もしも同時に唯１つの復号操作のみが実施できるので有れば、最も大きな初期相関値を有する復号操作が好適に最初に完了される。示されているようにもしも成功すると、例えば循環冗長チェック（ＣＲＣ）符号により復号が丁度完了した信号波形が再構築され、米国特許第５，１５１，９１９号に開示されているように引き算される。もしも必要で有れば中断中の復号操作が再開されるが、これはクラッシュを検出する際の遅延に起因する何らかのエラーを回避するために、丁度引き算されたパケットに着手する前の時点へ戻って行われる。これは、これとは別に相関器が現在復号されているバッファサンプルのいくつか前を検索するように構成することで回避することが出来る。
先取、復号、クラッシュ引き算、および再開の処理工程は好適に反復的に行われ、相関器に最初に検出されたがその復号が中断されていた全てのパケットが結果として完全に復号されるようにしている。通常の技量の当業者には理解されるであろうが、その様な復号操作はプログラム可能信号処理装置（ＤＳＰ）で実行することが可能であり、別の操作を実行するために先取された復号操作の状態変数を格納することは、暫定変数用のスタックを再帰的または再入可能的として知られているプログラミング形式で使用することにより実現できる。結局最も早く検出されたパケットを復号してそれを引き算した後、全バッファは再び処理され、丁度引き算されたパケットによって合成信号からそれ以前には隠されていたより微弱な下層パケットを相関器が検出出来るかが確認される。
上記の方法で発見されかつ成功裏に復号された全てのパケットが、受信者／発信者情報およびパケット番号に基づいてメッセージの中に集約される。もしも現行の受信機がこれらのメッセージのいずれかの中継に従事している場合は、それはその送信機に対して間隙無しに受信した最も大きなパケット番号を肯定確認させるようにしなければならない。それはそこから直前に受信された送信機に対して、その局を通して逆方向に送信するためのデータに加えて個別のメッセージシーケンスに対するピギーバック肯定確認を含む送信用パケットを構築することで行われる。次に送信用パケットが送信待ち行列に入力される。個別のパケットまたはメッセージを中継する必要があるか否かを局が判断する技術に関する完全な説明は従来技術の中に示されている。
先の説明は既に復号されたパケットを引き算することによるクラッシュ除去に重点を置いている。同様の信号レベルの２つのパケットが重畳している様な状況ではこの方法で復号することが出来ず、代わりに連結復調技術が採用される。簡単のために、これはパケット検出相関用の代替技術と同時に説明される。
パケットが既に成功裏に復号されたかを判定するために循環冗長チェック（ＣＲＣ）符号を使用することは既に説明した。全てのサンプルを処理した後に、スライド式窓に対してＣＲＣチェックを実施し、そのサンプルが有効メッセージの終了を表しているかを検出する事も可能である。この様にして、ＣＲＣチェックはまたメッセージ検出機能も実行する。スライド式ＣＲＣチェックは分析およびシミュレーションの結果、メッセージ処理の１つまたはいくつか前または後の記号に対して誤った指示を示す場合があることが知られている。本発明の１つの特徴によれば、これは送信前にビット順序スクランブルを行い復号の前にスクランブル解除を行うことで防止できる、ここで変調付加スクランブルマスクを使用した場合は復号前に受信機で変調引き算される。もしもスクランブルマスクが間違ったシフトに対して引き算されると、この送信機で適用されたマスクを相殺しないので、有効メッセージを復号しない。これらの手法の１つまたは複数を使用することにより、メッセージシフトに対する誤ったＣＲＣは防止される。
連結復調技法に基づけば、全てのサンプルは全てのメッセージの開始点の可能性があると見なされる。図５はデータパケットを復号し引き算するためのビタビ復号器の構成を示す。図５は基本的な構成要素しか示していないが、パケット処理装置のその他の構成要素、例えば同期相関およびチャンネル推定、暗号解読、ヘッダ復号、ＣＲＣ誤り検出等は簡略化のために省いてある。理解されるであろうが省略された構成要素は本発明を完全に実施するための一部を構成するように意図しているが、ビタビ処理装置の説明には重要では無い。
ビタビ処理装置はディジタル化された信号サンプルを無線受信連鎖から、複素数形式で符号化された復号速度で受け取る。以下の説明はパケット内で送信されたデータが速度１／３コンボリューション符号で符号化されているとの任意仮定に基づいているが、その他の符号および速度も同等に十分使用できる。
ビタビ処理装置は三つ組で受信されたサンプルを処理する、これは選択された速度１／３符号に対応し、これは元情報記号の全てに対して３つの符号化された記号を生成する。各々の処理サイクルの後、１つの追加元データ記号が復号され残留複素値の対応する三つ組が出力され、これは復号された信号が引き算された後に最も良く推定される対応する３つの受信信号サンプルに等しい。残留信号の後続の三つ組は出力ストリームを形成し、これは同様のビタビ処理装置で再び処理し、直前に復号されたパケットでマスクされていた下層パケットを復号することが出来る。
次に図５を参照して信号引き算ビタビ処理装置の動作を説明する。復号器は複数の状態メモリを含み、各々は未だ解かれていない情報ビットシーケンスの仮定の数に対応している。各々のシーケンスは最小Ｌ−１ビット仮定で識別され、ここでＬは符号の制限長である。もしも図７に例示されているようにＬ＝５の場合、これは結果としてバイナリ状態番号１０として示されているように、
２L-1＝２4＝１６状態
となる。
各々の番号が付けられた状態と関連して経路履歴メモリ１１が存在し、その状態に導くビット仮定の履歴を含み、
kＺij
で表記される残留三つ組に対応し、ここでｉは三つ組が関連されているビットの指標を示し、ｊは三つ組の３つの複素値の１つを識別し、そしてｋはＺijの候補値のどの状態が格納されているかを識別する。
また各々の状態には経路距離格納器１３が関連づけられていて、これは仮定ビットシーケンスがその受信機に送信されたシーケンスにどれだけ似ているかを示す値を含む。復号の周期は制御装置１９で制御されている。
各々の過去の状態に対して、制御装置は新たなビット仮定（ｂ）ｉを追加し、４ビットの状態番号と共に符号化器制限長（ブロック長）、すなわち現在の例では５ビット、に等しいその番号を得る。ビットのブロックは符号化器のローカルコピー処理１８に提供され、もしも５ビットが正しく仮定された場合受信されると予想されるはずの符号化された三つ組ビットが得られる。これらの３つの符号化されたビットＰ１，Ｐ２，Ｐ３は次にチャンネルモデル１７を用いて処理され、これは送信用符号化器からデルタ距離計算機１６の入力までの送信経路がどの様に符号化ビットに影響を与えたかをモデル化している。無線チャンネルは無線経路減衰と同様に送信信号に対して位相角回転を与えたり、また内部記号干渉を引き起こす信号の遅延部を追加したりする。チャンネルの影響は既知のビットパターンまたは同期ワードを用いて推定することが可能であり、これはまたパケットの開始を検出するために有用である。最初に同期ワードを使用して行われるチャンネル推定は、下記の明細書に開示されている技術を用いて各ビットの復号の後に更新される。
米国特許第５，０６３，５７３；米国特許第５，１８５，７６４；米国特許第５，１６４，９６１；米国特許第５，１９９，０４７；米国特許第５，０８１，６５１；米国特許第５，２９７，１６９；米国特許第５，３３５，２５０；米国特許第５，５７７，０６８；米国特許５，５５７，６４５；および米国特許第５，６７３，２９１。
上記の特許および明細書は、既知のビットパターンを用いて伝搬経路特性の推定を行うこと、また同様に推定を既知のビットを復号した後に更新することの事例を提供している。
後者の特許明細書はまた、本発明の提出された実施例の中で実施されているように信号を同時に復調及びび復号するための技術の事例を提供している。従って、チャンネルモデル１７のパラメータは最初に推定され次々に更新される。チャンネルパラメータは符号化されたブール代数値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を予想される受信複素値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に変換するために使用され、これらは実際に受信された値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とデルタ距離(delta-metric)計算機１６内で比較される。デルタ距離計算機１６は残留信号の三つ組を形成する：
kＺi1＝Ｒ１−Ｒ１
kＺi2＝Ｒ２−Ｒ２
kＺi3＝Ｒ３−Ｒ３
ここでＲ推定値は状態番号ｋのビットを用いて計算される。
三つの残留値の二乗和もその仮定に対するデルタ距離値として計算される。このデルタ距離値は加算器１４で経路距離格納番号ｋから呼び出された経路距離値に加算され、更新された経路距離の候補を得る。候補経路距離はこの様にして、そのバイナリー状態番号が最も左側のビット位置の状態対、最も旧い未解読のビット仮定に対して計算される。候補経路距離の各々の対が比較器１５の中で比較され、２つの中の小さな方が識別される。最も適した先行状態が、そこからデルタ距離を加算することによって新たな距離が導き出される状態として識別される。
より小さな距離が継承者／残留者状態用の新たな距離となり、その番号は丁度処理された先行状態の状態番号（ｋ，ｋ＋８）のバイナリ桁を左側にシフトすることで得られ、最も旧いビットは左から脱落し最も新しく仮定されたビットｂｉが第一位置にシフトされる。加えて、最適先行状態に関連する経路履歴メモリの旧い内容は左に１位置ずらされて継承者状態の経路履歴となり、最適先行状態が番号ｋであったか番号ｋ＋８であったかに基づいて１を一つ分または０を一つ分右端部分にシフトされる。
更に、最適先行状態の経路メモリ内の残留三つ組（ｚ値）の列が三つ組一つ分左シフトされて、継承者状態の経路メモリ内に格納される残留列となり、最適先行者に関連してデルタ距離計算機１６から新たに計算された三つ組が残留メモリの右端にシフトされる。
全ての状態対が０および１両方の新たなビット仮定で処理されると、先行状態の数は元の状態の数と同一となり、経路履歴メモリは１入力分延長される。残留三つ組と復号されたビット値を含む最も左（最も旧い）の入力は、次に最も小さな経路距離を有する状態から選択されて、復号値格納器１２の中にシフトされる。全ての状態の経路履歴は次に１つづつ最も旧い（右端）入力を削除することで短縮される。これで復号の１周期が完了し、復号器は元の状態に戻るが値は更新されていて、復号値格納器１２内には１つの余分の入力が追加されている点が異なる。
全ての復号された情報ビットは復号器の３つの部分を通過することが分かるであろう、これらは次のように説明できる：
・ビットが全く決定されない（状態番号内のビット）
・ビットが部分的に決定される（経路履歴内の候補の番号の１つ）
・ビットが最終的に決定される（復号値格納器１２内）
ビットが”全く決定されていない”状態に留まっている復号器周期の数は、ビット内の状態番号の長さに等しく、これは符号の制限長（符号化レジスタの長さ）よりも１つ小さい。ビットが”部分的に決定される”状態に留まっている復号器周期の数は、経路履歴メモリ１１の長さに等しく、これは有る程度任意である。経験的に約４制限長、決定遅延または決定深さと呼ばれる場合もある、以上の経路履歴長を用いても復号器の性能が著しく改善されることが無いことが示されている。データパケットの場合のように有限長のビットを復号する場合によっては、経路履歴を切りつめ、復号されるブロックサイズにほぼ等しい経路履歴長を用いて最終ビット決定を行うことを避けることが可能である。続いて各々の候補ブロックが誤り検出符号に適合するか試験され、これはここでも参照されている、米国特許第５，５７７，０５３記載されているように最も小さな経路距離を有する状態から開始される。上記の参照明細書の教えを用いて、もしも雑音のために、最小距離の状態が誤りを含み誤りチェックに失敗すると、別の状態が誤りチェックを通過する機会が生じる。テイルバイティング（tail-biting）（環状符号化および復号化）が使用される場合、復号器はまた先の信号サンプルを選択的に連続して再処理しある満足のいく復号基準が満たされるまで再試行することが可能である。
この点に於いて、本発明によれば最終的に決定された情報記号シーケンスに関連する残留値もまた復号器から出力され、これは直前に復号されたパケットを引き算されたものの最適推定の入力を表す。引き算はデルタ距離計算機１６内でデルタ距離が形成された時点で明示的に行われる。引き算される信号パケットに対する多数の候補が試験され、最も適した１つが最終的に格納された引き算残留値と共に選択される。引き算残留値をビタビ経路履歴の中に格納することにより、戻って追従し最終的に復号されたデータシーケンスを遡及的引き算の中で使用する必要が回避される。これはメモリを節約するが、計算時間の節約にはならない、何故ならば復号されたシーケンスを引き算の中で使用する処理過程は、符号化ビット三つ組Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を形成するための記録を行い；符号化されたビット三つ組にチャンネルモデル１７を使用した演算を行い；推定信号サンプルを受信された信号サンプルから引き算し、そして残留誤差を最小とするためにチャンネルモデル１７を更新する手順を含むためである。この様な遡及的引き算は上記の提出された実施方法では回避されるが、遡及的引き算を排除しているわけでは無い、何故ならばある環境によってはこれは既に復号されたパケットの最適な引き算と成りうるからである。これは第一経路中のチャンネルモデルの更新がかなりの信号減衰率を被る未知信号を復号するために最適と妥協した１つのアルゴリズムに基づいて行われたが、誤りチェックを通過した後このビットパターンが正確に既知となった場合に生じる。第二チャンネル更新アルゴリズムは、データパターンが既知の場合に任意の減衰率に追従するのに最適化された遡及的引き算の中で使用される。
しかしながら得られてしまう最終的な残留値は先の信号サンプルまたは同様の残留信号と連結されて、同一型式のパケット処理に再入力されて、上に被さっていたより強力なパケットが引き算される前は検出も復号もされなかった、下層に横たわるより微弱なパケットを検出し復号する。
しかしながら連結復調技法は、予め定められた数の可能性のある重畳パケット、例えば２に対して構成されなければならない。各々のパケットは任意のビット順序またはモジュロ付加スクランブルの後にコンボリューション的に符号化され、また連結復調技法は同時に２つの未知の重畳されたパケットを連結ビタビＳＭＬＳＥアルゴリズムを用いて復号することを試みる。各々の新たな記号が処理された後、ビタビ状態の復号された内容は最初に仮のスクランブル解除信号を適用してＣＲＣに対してチェックが行われる。もしもこの状態が有効メッセージを保持していない場合、または仮のスクランブル解除信号が正しくないデータシフトに適用された場合は、ＣＲＣは正しい結果を出さない。しかしながら、状態が正しいビット配列でメッセージの復号を継続するとき、ＣＲＣは正しい結果となりそのメッセージ抽出されて更に処理される。更に、ビタビＳＭＬＳＥアルゴリズムは、可能性のある第二下層パケットを復号する可能性を改善するためにそれに対してＣＲＣがチェックを行わなかった仮定状態を切り離す事が可能である。ビタビＳＭＬＳＥアルゴリズムはまた、更に第三パケットを検索するために処理能力を解放して使用するように初期化することが出来る。
ビタビＳＭＬＳＥアルゴリズムが使用される場合、仮定および受信信号波形サンプルの誤差を状態メモリの中に格納することが可能である。これは実際上は元の受信信号から仮定メッセージを引き算した残留値を表す。この残留値を再び既に説明した技術のいずれかを用いてより微弱なパケットを発見するために再帰的に処理することが可能である。この様にして、全ての重畳パケットを原理的に復号することが可能であり、これは雑音で規定された信号強度限界まで続けて行われる。
本発明に基づくパケットデータシステムは、２つのクラッシュしたパケットの弱い方を喪失してより強い方のみを復号するシステムよりも、複数のクラッシュが性能を低下させる前にトラヒックの処理レベルをかなり大きく向上させることが理解されるであろう。
本発明の特定の実施例を説明しかつ図示してきたが、修正変更が当業者によって行えるであろうから、本発明ははそれらに限定されるもので無いことが理解されよう。本明細書はいかなる全ての修正もここに開示され特許請求がなされている本発明の精神並びに範囲の中に含まれるものと意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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