JP2004248217A - 受信装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボ符号などを復号する場合に、変調方式がいずれであっても良好に復号できるようにする。
【解決手段】受信信号の変調方式を判断する変調方式判断手段２０４と、変調方式判断手段で判断した変調方式に対応した復調方式で復調を行う復調手段２０１と、変調方式判断手段で判断された変調方式に応じた重み付け係数を生成させて、その生成された重み付け係数を、復調手段が出力する復調信号又は復調信号の平均値に乗算した上で、ノーマライズ処理を行うノーマライザ２０２と、ノーマライザの出力を復号する復号手段２０３とを備えた。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばターボ符号化された伝送信号を受信して復号するのに適用して好適な受信装置及び受信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ブロック単位で、組織的畳み込み符号とインターリーブ処理とが組み合わされた符号化により生成された符号であるターボ符号により、データを効率良く伝送することが行われている。図７は、送信側でターボ符号を生成させるターボ符号器の構成例を示した図である。入力された情報信号は、組織ビットとしてパラレル／シリアル変換部１５に供給すると共に、第１の符号化部１１に供給し、さらにインターリーバ１３を介して第２の符号化部１２に供給する。第１，第２のの符号化部１１，１２では、組織的畳み込み符号（ｎ，ｋ）による符号化が行われる。切り替え部１４では、インターリーバ１３でのインターリーブに対応して、２つの組織的畳み込み符号を交互に切り替えて出力させ、パラレル／シリアル変換部１５に供給する。
【０００３】
パラレル／シリアル変換部１５では、供給される組織ビットと第１，第２のパリティビットを所定の順序でシリアルデータに変換して、ターボ符号化されたデータとして出力させる。
【０００４】
このようにターボ符号化されて伝送された信号を受信する側では、例えば図８に示すターボ復号器を使用して復号が行われる。受信して得た入力信号は、シリアル／パラレル変換部２１に供給されて、組織ビットと第１，第２のパリティビットとに分離して、分離された組織ビットと第１のパリティビットを、第１のマップ復号部２２に供給し、第２のパリティビットを第２のマップ復号部２３に供給する。マップアルゴリズムと称される軟出力復号アルゴリズムで復号処理を行う。
【０００５】
第１のマップ復号部２２では、組織ビットと第１のパリティビットとデインターリーバ２５から供給されるデータとを使用して、復号を行う。第１のマップ復号部２２で復号されたデータは、インターリーバ２４を介して第２のマップ復号部２３に供給し、第２のマップ復号部２３では、インターリーバ２４から供給されるデータと、第２のパリティビットとを使用して復号を行う。インターリーバ２４とデインターリーバ２５とは、それぞれ相互に逆の並び替え処理を行うものであり、符号化処理時のインターリーブに対応した長さで並び替えが行われる。
【０００６】
ターボ符号の復号を行う際には、この第１のマップ復号部２２での復号と、インターリーバ２４でのインターリーブと、第２のマップ復号部２３での復号と、デインターリーバ２５でのデインターリーブとを、必要回数繰り返す処理が行われる。
【０００７】
そして、複数回の繰り返しで第２のマップ復号部２３で復号されたデータを、デインターリーバ２６に供給して、符号化時のインターリーブに対応したデインターリーブを行い、その並び替えられたデータを復号出力とする。
【０００８】
ここで、マップ（ＭＡＰ）復号について説明する。符号化を行い、符号語ｗｊを送ったとき、正しく復号できるのは、受信語ｙが符号語ｗｊの符号領域Ｒｊに入る場合である。従って、この場合の正しい復号の確率Ｐｃは、各符号語が送られる確率をＰ（ｗｊ）とすると、以下の式のようになる。
【０００９】
【数１】

【００１０】
この式において、結合確率Ｐ（ｗｊ，ｙ）＝Ｐ（ｗｊ）・Ｐ（ｙ｜ｗｊ）が最大になるようにすれば良い。結局、ある与えられた受信語ｙに対し条件付き確率Ｐ（ｙ｜ｗｊ）を最大とする符号語が送られたと判断すれば良い。条件付き確率Ｐ（ｙ｜ｗｊ）は事後確率と呼び、この符号語が送られたと推定する復号を最大事後確率復号（ｍａｘｉｍｕｍ ａ ｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｄｅｃｏｄｉｎｇ：ＭＡＰ復号）と言う。このアルゴリズムについては、非特許文献１に詳細に説明されている。
【００１１】
【非特許文献１】
Ｌ．Ｒ．Ｂａｈｌ，Ｊ．Ｃｏｃｋｅ，Ｆ．Ｊｅｌｉｎｅｋ，Ｊ．Ｒａｖｉｖによる論文“Ｏｐｔｉｍａｌ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｎｅｒ Ｃｏｄｅｓ ｆｏｒ Ｍｉｎｉｍｉｚｉｎｇ Ｓｙｍｂｏｌ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ，Ｖｏｌ．ＩＴ−２０，Ｍａｒｃｈ １９７４， ｐｐ． ２８４〜７
従来、
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなターボ符号を受信装置内で復号するターボ復号器は、その復調器に入力される信号の各ビットパワーの分散は、適応されている変調方式に大きく依存する問題があった。このため、一様な手法でターボ復号器への入力信号を正規化してしまうと、ターボ復号器への入力信号の尤度情報を精度良く表現できなくなってしまい、復号特性が劣化する問題があった。
【００１３】
例えば、Ｗ−ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ−Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｓｅｓｓ ）方式と称される、ＣＤＭＡ技術とターボ符号を用いた携帯電話用の無線通信システムの場合には、伝送信号の変調方式として、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ ）と１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ）との２種類の変調方式を適応的に適用することが検討されているが、このような２種類の変調方式の伝送信号が１つのターボ復号器に入力するように構成してあると、上述した復号特性の劣化がられない問題があった。
【００１４】
変調方式の適応的な適用を行う際には、例えば以下のような手順で変調方式が設定される。ここでは、基地局と端末局との間で無線通信を行う場合の例としてある。
１．基地局から送信された信号の受信品質を端末で測定する。
２．端末は、受信品質測定結果を基地局に通達する。
３．基地局は、端末から報告された受信品質に基づき、符号化率・変調度数を決定する。
４．基地局は、送信パラメータを端末に送信し、そのパラメータに基づきデータを送信する。
５．端末は、送信パラメータを受信し、そのパラメータに基づきデータ受信処理を行う。
以上の手順を周期的に繰り返し実行して、そのときの無線通信状況に応じた変調方式を設定する。
【００１５】
なお、ここではターボ符号を復号する際の問題について述べたが、同様な復号前の信号に対して正規化が必要な他の符号化方式の場合にも、同様の問題がある。
【００１６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ターボ符号の如き符号を復号する場合に、変調方式がいずれであっても良好に復号できるようにすることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、受信信号の変調方式を判断し、その判断した変調方式に対応した復調方式で復調処理を行い、判断された変調方式に応じた重み付け係数を生成させて、その生成された重み付け係数を、復調処理で得た復調信号又はその復調信号の平均値に乗算した上で、ノーマライズ処理を行い、そのノーマライズ処理された信号を復号するようにしたものである。
【００１８】
本発明によると、復号前のノーマライズ処理が変調方式に応じて最適化され、信号が持っている尤度情報を効率良く表現することが可能になり、復号器での復号特性を十分引き出すことが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本例の無線通信システムの全体構成を示した例である。送信装置１００では、入力信号をターボ符号器１０１に供給して、ターボ符号とする符号化を行い、そのターボ符号化された信号を、変調器１０２に供給して、無線送信用に変調して、通信路（無線通信路）に送出させる。変調器１０２での変調については、ここではＱＰＳＫと１６ＱＡＭの２種類の変調方式が用意されており、そのときの状態に応じて、そのＱＰＳＫ方式と１６ＱＡＭ方式の何れか一方の変調方式で変調して送出する。変調方式を選択する処理の詳細については後述する。
【００２１】
送信装置１００から無線送信された信号を受信する受信装置２００では、受信信号を復調器２０１に供給して復調し、復調器２０１で復調された信号を、ノーマライザ２０２に供給して正規化する。ノーマライザ２０２で正規化された信号は、ターボ復号器２０３に供給して、ターボ符号からの復号処理を行う。その復号された復号結果を受信信号として出力させる。
【００２２】
復調器２０１では、ＱＰＳＫ方式で変調された信号の復調と、１６ＱＡＭ方式で変調された信号の復調の、２種類の復調が行える構成としてあり、制御部２０４からの指示で、いずれか一方の方式の復調を行うようにしてある。但し、制御チャンネルなどの特定の信号を受信する際には、いずれか一方の復調方式に固定的に設定される場合もある。
【００２３】
ノーマライザ２０２では、復調器２０１で復調された信号の正規化処理（ノーマライズ処理）を行うが、その正規化処理を行う上で、そのとき受信した信号の変調方式に応じて生成された重み付け係数を乗算する構成としてある。
【００２４】
図２は、ノーマライザ２０２の構成例を示した図である。本例のノーマライザ２０２は、入力信号をバッファ２１１に供給して一時蓄積させ、そのバッファ２１１に蓄積された入力信号の平均レベルを入力データ平均部２１２で算出する。入力信号バッファ２１１は、入力信号を１コードブロックサイズ分だけ蓄積可能なバッファ（記憶手段）である。入力データ平均部２１２で算出された平均値は、除算器２１３に供給して、入力信号を平均値で除算する処理を行う。ここまでの処理がノーマライザとしての一般的なノーマライズ処理（正規化処理）であるが、本例においては、さらに除算器２１３の出力を、乗算器２１４に供給して、重み付け係数計算部２１５で計算された重み付け係数を乗算し、その重み付け係数が乗算された信号を出力信号とする。重み付け係数計算部２１５には、この受信装置２００の制御部２０４（図１参照）から変調情報が供給されて、その変調情報に基づいた計算により重み付け係数を発生させる。この変調情報と重み付け係数との関係については後述する。
【００２５】
図１の説明に戻ると、ノーマライザ２０２の出力信号は、図１に示したターボ復号器２０３に入力させて、ターボ符号からの復号を行う。このターボ復号器２０３としては、例えば従来例として図９に示す構成が適用される。
【００２６】
ターボ復号器２０３で復号された信号（復号結果）は、受信装置２００で得られた受信データとして出力させる。受信データに含まれる制御データについては制御部２０４に供給する。
【００２７】
このシステムで通信を行う際には、受信装置２００側では、制御チャンネルを受信して、制御部２０４で制御情報を取得して、その制御チャンネルに含まれる制御データで指定されたユーザデータチャンネルを受信する処理が行われる。図３（ａ），（ｂ）は、下りユーザデータチャンネルと下り制御チャンネルの伝送状態を示した図である。ここで本例においては、ある程度の周期で、下り制御チャンネルで、そのときにユーザデータチャンネルで伝送される信号の変調方式に関する情報が含まれる。そして、図３（ａ）に示した下りユーザデータチャンネルの受信処理を行う際には、まず制御チャンネルを受信して、その制御チャンネルから得た変調方式の情報を、制御部２０４で判断して、復調部２０１での復調方式を、指示された変調方式に対応した復調方式（ここではＱＰＳＫ方式の復調と１６ＱＡＭ方式の復調のいずれか）を設定する。
【００２８】
この復調器２０１での復調方式の設定と同時に、ノーマライザ２０２の重み付け係数計算部２１５にも、受信信号の変調方式の情報を送る。そして、重み付け係数計算部２１５では、指示された変調方式に対応した重み付け係数を発生させて、その発生された重み付け係数を、ノーマライザ２０２内で受信信号に乗算させて、信号レベルを調整する。
【００２９】
ここで、ＱＰＳＫ方式で変調された信号を受信した場合と、１６ＱＡＭ方式で変調された信号を受信した場合とで、重み付け係数がどのように設定されるかについて説明すると、図４は、１６ＱＡＭ方式で変調した信号のコンスタレーションであり、変調信号は、図中の１６点のいずれかの位置が示されることになる。図５は、ＱＰＳＫ方式で変調した信号のコンスタレーションであり、図中の４点のいずれかの位置が示されることになる。図４，図５いずれの場合にも、変調シンボルパワー＝１０ａ２ とした場合の例である。このように１６ＱＡＭ方式とＱＰＳＫ方式とで同じシンボルパワーが割当てられていた場合には、振幅が異なっているので、重み付け係数を変えて正規化することで、ノーマライザ２０２の出力レベルを、いずれの変調方式の信号を受信した場合であっても、ほぼ等しくすることが可能になる。
【００３０】
１６ＱＡＭ方式とＱＰＳＫ方式の場合には、図４，図５を比較すると判るように、１６ＱＡＭ方式の平均振幅は２ａであり、ＱＰＳＫ方式の平均振幅は、√５ａであるので、重み付け係数として、１６ＱＡＭ方式の場合よりもＱＰＳＫ方式の場合の方を大きく設定しておく必要がある。図４，図５の例の場合の具体例としては、重み付け係数の比として、例えば、〔１６ＱＡＭ方式〕：〔ＱＰＳＫ方式〕＝２：√５と設定すれば、ノーマライザ２０２の出力レベルをいずれの方式でもほぼ一定にすることが可能になり、ノーマライザ２０２での正規化が従来よりも効率良く行えることになる。
【００３１】
従って、本例のノーマライザ２０２でノーマライズされた信号を復号器２０３で復号することで、ターボ復号器２０３に入力するレベルが常時良好に正規化された信号となり、ターボ復号器２０３に入力する信号の尤度情報を効率良く表現できることになり、常時良好なターボ符号からの復号が可能になる。また、ノーマライザで最適にノーマライズすることができることで、より少ないビット数のデータとして、復号器に入力させることが可能になり、復号器が扱うビット数を削減できることになり、復号器の回路規模の削減にも貢献する。
【００３２】
図６は、従来のノーマライザ（即ち変調方式に対応した正規化を行ってないノーマライザ）で処理した信号を復号した場合の、ＱＰＳＫ方式での特性ａと、１６ＱＡＭ方式での特性ｂと、本例のノーマライザ２０２でノーマライズされた信号を復号器２０３で復号した場合の、ＱＰＳＫ方式での特性ｃと、１６ＱＡＭ方式での特性ｄを示したものである。図６の縦軸はブロックエラーレート（ＢＬＥＲ：符号化及び復号化が行われるデータブロック単位でのエラーレート）を示したものである。
【００３３】
この図６に示すように、ＱＰＳＫ方式での特性ａ，ｃについては、従来と本例の場合とで、特性にほとんど違いがないが、１６ＱＡＭ方式での特性については、本例の特性ｄの方が従来の特性ｂよりもエラーレートが低く、大きく特性が改善されていることが判る。
【００３４】
なお、上述した実施の形態では、ノーマライザの構成として、除算器２１３での除算後の信号に対して、乗算器で重み付け係数を乗算する構成としたが、その他の位置で重み付け係数を乗算しても良い。例えば、図７に示したように、入力データ平均部２１２で算出された平均値に対して、重み付け係数計算部２１５で計算された重み付け係数を乗算する乗算器２１６を設けて、その乗算器２１６で平均値に重み付け係数が乗算された信号を、除算器２１３に供給して、入力信号を除算するようにし、除算器２１３の出力をノーマライザの出力信号とする構成としても良い。このような構成としても、上述した実施の形態の場合と同様の効果が得られるものである。
【００３５】
また、上述した実施の形態では、ターボ符号化された信号を復号する場合に適用した例について説明したが、その他の符号化信号を復号する場合の、その前段で行われるノーマライズ処理にも適用可能である。例えば、畳み込み符号として送信された信号を受信して、ビタビ復号を行う場合に、その前段で必要なノーマライザでの処理に、本例の処理を適用することで、ビタビ復号で必要な尤度情報が効率良く表現された信号を扱えることになり、良好なビタビ復号が可能になる。
【００３６】
また、上述した実施の形態では、本例の処理を行う専用の受信装置として構成させたが、例えばパーソナルコンピュータ装置などのデータ処理装置に、無線通信を行うボードなどを組み込み、データ処理装置内でのソフトウェア処理で、上述した正規化処理を行うようにしても良い。
【００３７】
また、上述した実施の形態では、変調方式としてＱＰＳＫ方式と１６ＱＡＭ方式の２種類の変調方式が適応的に適用される例について説明したが、その他の変調方式が組み合わされる場合にも適用可能である。
【００３８】
また、上述した実施の形態では、無線通信を行う例について説明したが、同様な受信処理を行う有線通信用の受信処理にも適用可能である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によると、復号前のノーマライズ処理が変調方式に応じて最適化され、信号が持っている尤度情報を効率良く表現することが可能になり、復号器での復号特性を十分引き出すことが可能となり、変調方式がいずれであっても、常時良好な復号ができる効果を有する。
【００４０】
また、ノーマライザで変調方式を問わずに最適にノーマライズすることができることで、より少ないビット数のデータとして、復号器に入力させることが可能になり、復号器が扱うビット数を削減できることになり、復号器の回路規模の削減にも貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態によるノーマライザの構成例を示すブロック図である。
【図３】適応変調通信方式を説明するためのデータチャンネルと制御チャンネルの構成例を示す説明図である。
【図４】１６ＱＡＭのコンスタレーションを示す説明図である。
【図５】ＱＰＳＫのコンスタレーションを示す説明図である。
【図６】本発明と従来の処理の特性を比較した特性図である。
【図７】本発明の他の実施の形態によるノーマライザの構成例を示すブロック図である。
【図８】ターボ符号器の構成例を示したブロック図である。
【図９】ターボ復号器の構成例を示したブロック図である。
【符号の説明】
１００…送信装置、１０１…ターボ符号器、１０２…変調器、２００…受信装置、２０１…復調器、２０２…ノーマライザ、２０３…ターボ復号器、２０４…制御部、２１１…入力信号バッファ、２１２…入力データ平均部、２１３…除算器、２１４…乗算器、２１５…重み付け係数計算部、２１６…乗算器

Claims (6)

1. 受信信号の変調方式を判断する変調方式判断手段と、
   前記変調方式判断手段で判断した変調方式に対応した復調方式で復調を行う復調手段と、
   前記変調方式判断手段で判断された変調方式に応じた重み付け係数を生成させて、その生成された重み付け係数を、前記復調手段が出力する復調信号又は復調信号の平均値に乗算した上で、ノーマライズ処理を行うノーマライザと、
   前記ノーマライザの出力を復号する復号手段とを備えた
   受信装置。
2. 請求項１記載の受信装置において、
   前記復号手段は、ブロック単位で組織的畳み込み符号による符号化とインターリーブとが組み合わされて符号化されたターボ符号を復号する復号手段である
   受信装置。
3. 請求項１記載の受信装置において、
   前記変調方式判断手段は、送信元からの制御データに基づいて変調方式を判断する
   受信装置。
4. 受信信号の変調方式を判断し、その判断した変調方式に対応した復調方式で復調処理を行い、
   前記判断された変調方式に応じた重み付け係数を生成させて、その生成された重み付け係数を、前記復調処理で得た復調信号又はその復調信号の平均値に乗算した上で、ノーマライズ処理を行い、そのノーマライズ処理された信号を復号する
   受信方法。
5. 請求項４記載の受信方法において、
   前記復号は、ブロック単位で組織的畳み込み符号による符号化とインターリーブとが組み合わされて符号化されたターボ符号の復号である
   受信方法。
6. 請求項４記載の受信方法において、
   前記変調方式の判断は、送信元からの制御データに基づいた判断である
   受信方法。

Images