JPH04183143A - 系列推定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、伝送路の特性の時間的な変動に追随して送信
信号系列の推定を行う系列推定装置に関する。

（従来の技術） 最尤系列推定装置（ＭＬＳＥ）は等化能力の最も優れた
等化方式として知られている（例えば、文献１：Ｇ、　
Ｄ、　Ｆｏｒｎｅｙ、　”Ｍａｘｉｍｕｍ　Ｌｉｋｅｌ
ｉｈｏｏｄ　ＳｅｑｕｅｎｃｅＥｓｔｉｍａｔｊｏｎ　
ｏｆ　Ｄｉｇｉｔａｌ　５ｅｑｕｅｎｃｅｓ　ｉｎ　ｔ
ｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｃｅ　ｏｆｉｎｔｅｒｓｙｍｂｏｌ
　１ｎｔｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅ、”ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎ
ｓａｃｔｉｏｎ　ｏｎＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｈｅｏ
ｒｙ、ｖｏｌ、ＩＴ−１８，ｎｏ、３．Ｍａｙ　１９７
２）。最尤系列推定装置は一般に単一の伝送路応答推定
器を備えており、伝送路推定は既知の系列を受信する際
にこの伝送路応答推定器を用いて行う。

また、伝送路の特性が時間的に変動する場合には、この
伝送路の特性の時間的な変動に追従させるような適応最
尤系列推定装置も提案されている（例えば、文献２　：
　Ｇ、　Ｕｎｇｅｒｂｏｅｃｋ、　”Ａｄａｐｔｉｖｅ
Ｍａｘｉｍｕｍ　Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ　Ｒｅｃｅｉｖ
ｅｒ　ｆｏｒ　Ｃａｒｒｉｅｒ−Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　
Ｄａｔａ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ
、”ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｃｏｍｍ
ｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、　ｖｏｌ、　Ｃ０Ｍ−２２，ｎ
ｏ、　５゜Ｍａｙ　１９７４）。適応最尤系列推定装置
は、まず既知系列を受信する際に伝送路応答を求め、そ
れ以後情報データ系列を受信するときは伝送路推定器を
適応アルゴリズムを用いて動作させ、伝送路応答を逐次
更新していくことで伝送路特性の時間的変動に追従して
いくことを特徴としている。しかし、適応最尤系列推定
装置では、伝送路特性が高速変動にする場合その伝送路
推定器の適応動作が追いつかなくなる。

これに対して、特願平２−２０３４３６では高速に変動
する伝送路に対しても追従することが可能な新しい形の
系列推定装置を提案している。この装置は、送信信号系
列のみならず伝送路の特性も未知であるとして、系列毎
に対応する伝送路応答を推定してビタビアルゴリズムを
適用することを特徴とする。伝送路応答の推定は、送信
信号系列候補、伝送路応答、受信信号の三者で定まる伝
送路方程式を系列毎に解くことによって行っている。

これは伝送路応答の最適解を逐次求めることに相当する
ので、特願平２−２０３４３６の系列推定装置は高速な
伝送路変動に対しても追従できる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、特願平２−２０３４３６の系列推定装置
では、送信信号系列候補のパターンによっては送信信号
系列候補、伝送路応答、受信信号の三者で定まる伝送路
方程式が本質的に解けず伝送路応答が不定になる場合が
存在するという欠点がある。

また、特願平２−２０３４３６の系列推定装置は解を逐
次得ているため、雑音などにより伝送路応答推定値が時
間毎に過度に敏感に変動して系列推定を誤るという失点
がある。

そこで、本発明の目的は、伝送路推定を系列毎に安定に
行いながら、高速に変動する伝送路に追従することが可
能な系列推定装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明に係る系列推定装置は、受信信号のサンプル値を
複数個記憶するレジスタと、前記レジスタから複数個の
前記サンプル値を入力し、複数の系列に対してそれぞれ
現時刻の伝送路応答を推定する伝送路応答計算回路と、
該伝送路応答計算回路で求めた複数の系列に対する前記
伝送路応答に応じて第１の重み係数と第２の重み係数群
とをそれぞれの系列に対して計算する重み係数制御回路
と、前記第１の重み係数と前記伝送路応答計算回路の出
力とを乗じる第１の乗算器と、前記第２の重み係数群と
過去の並び替えられた伝送路応答推定値列とを乗じる第
２の乗算器と、前記第１の乗算器の出力と前記第２の乗
算器の出力とを加算する加算器と、複数の系列に対して
前記加算器出力をそれぞれ現時刻の伝送路応答推定値と
して記憶する伝送路応答記憶回路と、該伝送路応答記憶
回路の出力として与えられる過去の伝送路応答推定値列
と前記伝送路応答計算回路の出力として与えられる前記
現時刻の伝送路応答との対応関係を複数の系列それぞれ
に対して生き残り系列の接続情報から調べ、前記対応関
係に応じて前記過去の伝送路応答推定値を並び替えて前
記過去の並び替えられた伝送路応答推定値列として出力
するマトリクススインチと、前記加算器が与える前記現
時刻の伝送路応答推定値に基づいてそれぞれの系列に対
しての仮想受信信号点を求め、前記受信信号のサンプル
値との距離を求めるブランチメトリック計算回路と、該
ブランチメトリック計算回路の出力を受けてビタビアル
ゴリズムにより受信信号を判定するとともに前記生き残
り系列の接続情報を前記マトリクススイッチに出力する
ビタビプロセッサと、から構成されることを特徴とする
。

（作用） 以下では、第４図に示すように主波に対して複数の遅延
波の応答が存在する伝送路を考える。伝送路インパルス
応答をベクトルｈｔＴ＝（ｈ、。、ｈｔｌ、・・・、ｈ
ｔＬ）、送信信号系列をベクトル’ｔ”＝（Ｓｔ、５ｔ
−１、・・・、５ｔ−Ｌ）、送信信号とは独立な観測過
程を含めた上での加法性伝送路雑音をｖｔとする。この
とき、時刻ｔでの受信器入力ｒ、は、式（１）示される
ようにベクトル塩とベクトル８体の畳込みと雑音の和で
与えられる。

づＴ→ ｒ（＝８１−ｈｔ＋Ｖｊ　、、、、、、、、、、、、、
、、、−、−−−−−−１−（１）この様子を第５図に
示す。以下、式（１）を時刻ｔでの伝送路方程式と呼ぶ
。

次に、時刻ｔ−Ｎ＋１から時刻ｔまでのＮ個の受信信号
から伝送路インパルス応答ベクトル塩を最小二乗推定す
る方法を述べる。まず、そのために時刻ｔ−Ｎ＋１から
時刻ｔまでＮ個の送信信号系列ベクトル塩（ｔ−Ｎ＋１
≦τ≦ｔ）から次のように送信信号行列Ｓ、を定義する
。

また、受信信号ベクトルｒｔ、雑音ベクトル■、を以下
で定義する。

？ｔＴ＝（ｒｔ−ｒｔ−ｘ−＝−ｒｔ−Ｎ＋１）　　　
　　（３）？、”＝（ｙ、　Ｖｔ−１、・・・、Ｖｔ−
Ｎ＋１）　　　　　（４）以上より、Ｎ時点にわたる伝
送路方程式は式（５）で書ける。

会＝ＳｔＴ風べ　　　　　　　　　（５）このとき、最
小二乗推定による伝送路インパル応答ベクトル坂＋ｌｓ
は、 ｈｔ＋１ｓ＝（ＳｔＴ’５ｔ）１．ＢｔＴ、ｒｔ（６）
で得られる（例えば、文献３：中溝［信号解析とシステ
ム同定］コロナ社、１９８８）。特に、インパルス応答
推定に用いる受信信号の数（Ｎ）が伝送路応答の数（Ｌ
＋１）に等しいときは送信信号行列Ｓ、が正方行列とな
るので、受信信号に単に送信信号行列５ｔＩ７）逆行列
をかけることで最小二乗推定による伝送路応答推定値が
得られる。

芽＝Ｓｔ−１・が　　　　　　　　　（７）−第２図に
示す特願平２−２０３４３６の系列推定装置は、全ての
送信信号行列Ｓｔ、すなわち取り得る送信信号の全ての
組み合せ（Ｓｔ、５ｔ−１、・・・、５ｔ−Ｌ−Ｎ＋１
）に対してそれぞれ伝送路応答推定値ベクトルＫｔ、　
Ｉｓの解を求め、それらを基に各時刻で送信信号の各組
み合せ（Ｓｔ、５ｔ−１、・・・、ａｔ−Ｌ−Ｎ＋１）
に対して式（８）に示す尤度（ブランチメトリック）を
計算する。

ｌｒｔ　”Ｓ風、ｔｓ１２（８） そして、この値の全時刻ｔに渡る和で定まる値（パスメ
トリック）を最小にする全時刻に渡る送信信号系列をビ
タビアルゴリズムにより求める。ここで、ビタビアルゴ
リズムを動作させるトレリス線図の状態は、送信信号行
列Ｓｔの成分に現れる送信信号の組み合せ（Ｓｔ、５ｔ
−１、・・・、５ｔ−Ｌ−Ｎ＋１）が定める。この意味
で、以下では送信信号の組み合せ（Ｓｔ、５ｔ−１５０
０１，５ｔ−Ｌ−Ｎ＋１）のことを単に状態と呼ぶこと
にする。ビタビアルゴリズムによって求めた最尤状態の
全時刻に渡る連なりが送信信号系列推定値となる。

さて、この特願平２−２０３４３６の系列推定装置では
式（６）あるいは式（７）で伝送路応答ベクトルｂｔ、
Ｉｓを求める際に、それぞれ行列（ＳｔＳｔ）、行列Ｓ
、　を計算している。そのため、行列Ｓ、　Ｓ、あるい
は行列Ｓｔが特異になる状態に対しては、そのままでは
伝送路応答を求めることができない。伝送路応答が不定
となるとブランチメトリック計算が行えず、ビタビアル
ゴリズムを動作させることができないという欠点がある
。これに対して、一般に伝送路変動は送信信号行列５ｔ
（７）成分に現れる信号の時間間隔（Ｌ＋Ｎ−１）Ｔ（
Ｔは送信シンボル時間間隔）において無視できるほど小
さいという性質がある。この性質を利用すれば、行列５
ｔＴＳｔあるいは行列Ｓ、が特異になる状態に対する伝
送路応答推定値ベクトルｈ、、　ｉｓとして、該状態に
遷移する生き残り系列の前時刻状態での伝送路応答推定
値ベクトルｈｔ−１，Ｉｓで代用することができる。す
なわち、基本的に本発明の系列推定装置は、行列５ｔＴ
Ｓ、あるいは行列Ｓ、が特異となる状態に対しては生き
残り系列が前時刻でとった状態に関する伝送路応答推定
値を利用し、行列ＳｔＴ′Ｓ、あるいは行列Ｓ、が非特
異となる状態に対しては受信信号に行列Ｓの逆行列をか
けて求めた伝送路応答を利用すように設定する。これに
より、ブランチメトリック計算回路に対して常に安定に
伝送路応答推定値を供給することができ、これを基に従
来のビタビアルゴリズムを動作させることにより、高速
に変動する伝送路に安定して追従することが可能な系列
推定装置が実現できる。

また、特願平２−２０３４３６の系列推定装置では、伝
送路応答推定値を毎時側逐次求めるだけで、各時刻の推
定値間の相関を利用していない。そのため、雑音により
それぞれの状態に対する伝送路応答推定値が各時刻で大
きく変化し、系列推定を誤ることがある。しかるに、雑
音を無視すれば、本来伝送路応答はドツプラー周波数に
従って連続的に変化するという性質がある。すなわち、
時変とはいえ、伝送路応答の変化はシンボル伝送間隔に
比べ一般に緩やかで、各時刻の伝送路応答の間には高い
相関がある。そこで、本発明に係る第２の系列推定装置
では、伝送路応答間の高い相関を利用するような変換操
作を新たに導入する。すなわち、それぞれの状態に対し
て、過去の時点での伝送路応答推定値と伝送路方程式を
解いて求めた現時点の推定値とからこの変換操作により
新たな現時点の推定値を得るようにする。これにより、
伝送路応答推定値が各時刻で大きく変化する現象を防止
でき、真の状態に対して安定して確からしい伝送路応答
推定値を求めることができるようになる。また、伝送路
応答推定値を平滑化することにより伝送路推定過程にお
ける雑音を効果的に取り除くことができる。その結果、
高速に変動する伝送路に安定して追従することが可能な
系列推定装置が実現できる。

以下では、変換操作として簡単な平均操作を選ぶ場合に
関して説明する。過去の複数の伝送路応答推定値から平
均操作により現時刻の推定値を求める際、平均操作に関
わる推定値に対する重みがすべて同一となる単純平均よ
り、重みが時刻とともに第３図に示すような負の指数関
数に従うような加重平均を選択した方が精度よく求まる
ことが多い。第３図は、時刻を以後の加重平均操作にお
ける時刻ｔの伝送路応答推定値ベクトルｈ、、Ｉｓに対
する重みの変化を示した図である。このように重みが負
の指数関数に従うような加重平均となるのは、例えば時
変系に適したＲＬＳアルゴリズム（例えば、文献３：コ
ーワン、グランド著、アダプテイブフィルターズ、プレ
ンティス・ホール、１９８５）においてフィルタ係数の
制御に関わる各時刻の判定誤差が忘却係数のべき乗によ
り重み付けされて加算されていくことに相当している。

また、一般に重みが負の指数関数的に減衰する加重平均
を行う場合、ＦＩＲ形構成フィルタに比べＩＩＲ形構成
のフィルタの方が少ないタップ数でその特性を実現でき
ることが知られている（例えば前記文献３）。本発明の
系列装置において、伝送路応答記憶回路１０５、マトリ
ックススイッチ１０６、第１の乗算器１０９、加算器１
１０、第２の乗算器１１１の部分はＩＩＲ形フィルタを
構成していることに相当しており、少ないハード規模で
加重平均を実現できる。また、マトリックススイッチ１
０６は生き残り系列の接続情報をビタビプロセッサから
受は取り、過去の複数時刻の伝送路応答推定値と現時刻
の伝送路応答推定値との対応関係を制御するが、平均操
作に関わる伝送路応答の数が少ないければ、この制御装
置の規模も小さい。

（実施例） 次に、図面を参照して本発明を説明する。第１図に本発
明に係る系列推定装置の一実施例を示す。

以下では、伝送路応答記憶回路１０５が記憶する過去の
伝送路応答推定値列として前時刻の伝送路応答推定値の
みとする例について述べる。

入力端子１０１に供給された時刻ｔでの受信器入力ｒ。

は、レジスタ１０２に記憶されるとともにブランチメト
リック計算回路１０７に送られる。レジスタ１０２に記
憶された時刻ｔ−Ｎ＋１から時刻ｔまでＮ個の受信信号
は伝送路応答計算回路１０３に入力される。伝送路応答
計算回路１０３は、式（６）ないし式（７）にしたがっ
て各状態に対してベクトルｈ、、　Ｉｓを計算する。式
（６）ないし式（７）における伝送路応答計算では、行
列（Ｓ、ＴＳｔ）−１、行列３．−１はともに送信信号
のみで決まるので、全ての状態、すなわち（Ｓｔ、５ｔ
−１１０１１，８ｌ−Ｌ−Ｎ＋１）の取り得る全ての送
信信号の組み合せに対してあらかじめ計算し、その結果
を記憶しておいてもよい。行列５ｔＴＳｔあるいは行列
Ｓ、が特異となる送信信号の組み合せに対しては、伝送
路応答計算回路１０３はあらかじめ定めた値（例えば０
）を出力し、ベクトルｈ、、Ｉｓが不定である旨を重み
係数制御回路１０４に伝える。ここでは、各状態に対し
て不定でない場合に得られる伝送路応答推定値を正当な
推定値と呼ぶ。重み係数制御回路１０４は、まず全ての
状態に対してそれぞれベクトル’ｔ、　Ｉｓが不定であ
るか否かを調べる。次に、不定である状態に対しては第
１の乗算器に対して出力する第１の重み係数を０、第２
の乗算器に対して出力する第２の重み係数を１に設定す
る。ここで第２の重み係数がそれぞれの状態に対して１
つずつしか用意されないのは、伝送路応答記憶回路が記
憶する過去の伝送路応答推定値列として前時刻の伝送路
応答推定値のみを扱っているからである。不定でない状
態に対しては、あらかじめ定めた２種類の重み係数、例
えば０．６と０．４とをそれぞれ第１、第２の重み係数
として設定する。なお、不定でない状態に対しても、伝
送路推定開始時、すなわち伝送路応答記憶回路１０５に
伝送路応答計算回路１０３で計算した伝送路応答が入力
されていない時に限り、第１、第２の重み係数としてそ
れぞれ１．０を設定し、伝送路応答計算回路１０３で計
算した現時刻の伝送路応答をそのまま用いるようにする
。

さて、第１の乗算器１０９は、全ての状態に対して第１
の重み係数を伝送路応答計算回路１０３が求めた現時刻
の伝送路応答ベクトルｈｔ、　Ｉｓに掛は合わせる。

第２の乗算器１１１は、全ての状態に対してマトリクス
スイッチ１０６が与える前時刻の並び替えられた伝送路
応答推定値ベクトルｈｔ−１’と第２の重み係数を掛は
合わせる。そして、第１の乗算器１０９の出力と第２の
乗算器１１１の出力とを加算器１１０で加算し、それぞ
れの状態に対して現時刻の伝送路応答推定値ベクトルｈ
、′を得る。伝送路応答計算回路１０３が求めた第１の
重み係数がＯ１第２の重み係数が１というように設定さ
れているので、現時刻の伝送路応答推定値ベクトルｈ、
′として自動的に前時刻の伝送路応答推定値ベクトルｈ
ｔ＝ｉ”が取られるようになっている。また、現時刻の
伝送応答推定値ベクトル塩′の発散を防ぐために、第１
の重み係数と第２の重み係数の和は常に１以下になるよ
うに設定する必要がある。

全ての状態に対して求めた現時刻の伝送路応答推定値ベ
クトルｈｔ゛は、伝送路応答記憶回路１０５に記憶され
るとともにブランチメトリック計算回路１０７に供給さ
れる。ここで、伝送路応答記憶回路１０５に記憶される
伝送路応答は変換操作を受けた後の推定値である。伝送
路応答記憶回路１０５に記憶されていた前時刻の伝送路
応答推定値ベクトルｈｔ−ｉ’はマトリクススイッチ１
０６に供給される。マトリクススイッチ１０６は、加算
器１１０において、各状態の現時刻の伝送路応答推定値
ベクトル塩″に対し該状態に遷移する系列が取った前時
刻状態に関する前時刻の伝送路応答推定値ベクトルｈｔ
−１’が正しく対応するように、ビタビプロセッサ１０
８が与える生き残り系列の接続情報に従って前時刻の伝
送路応答推定値ベクトルｈｔ−１’を並び替える。

さらに、ブランチメトリック計算回路１０７は、伝送路
応答記憶回路１０５が与える現時刻の伝送路応答推定値
ベクトルｈ、′を基に、取り得る全ての状態に対して式
（８）で定まるブランチメトリックを個別に計算する。

ブランチメトリック計算回路１０７は個々の状態に対し
て計算して得られたブランチメトリックをビタビプロセ
ッサ１０８に出力する。ビタビプロセッサ１０８は、式
（８）のメトリックの全ての時刻の和が最小となる系列
のある特定時刻の送信信号推定値を出力端子１１２に出
力するとともに、生き残り系列の接続情報をマトリクス
スイッチ１０６に供給する。ビタビプロセッサ１０８の
動作は文献１．２の系列推定装置と同様であるので、詳
細は省略する。

以上の実施例では、伝送路応答記憶回路１０５が記憶す
る過去の伝送路応答推定値列として前時刻の伝送路応答
推定値ベクトルｈｔ−１’のみとする例について述べた
が、過去の伝送路応答推定値としてベクトルｈｔ−１’
、ベクトル垣−タ、・・・など過去の複数時刻に渡る伝
送路応答推定値を記憶し、それらに対応した第２の重み
係数を係数群として持ち、伝送路応答の変換操作に利用
してもよい。また、以上の実施例では、重み制御回路１
０４は伝送路応答推定値の不定か否かのみで重み係数を
制御したが、不定の場合に加え、ブランチメトリック計
算回路１０７にとって好ましくない伝送路応答が伝送路
応答計算回路１０３から供給される場合にも適応的に重
み係数を設定してもよい。さらに、以上の実施例では、
主波に対して複数の遅延波が存在する伝送路をもとに説
明を行ったカミ主波に対して複数の先行波の応答が存在
するような伝送路、先行波と遅延波が混在するような伝
送路に対しても本発明の系列推定装置が有効であること
も明らかである。

（発明の効果） 以上に詳しく述べたように、本発明は少ない記憶量と小
さい装置規模で、雑音がある場合にも系列毎の伝送路推
定を常に安定に行い、高速に変動する伝送路に追従する
系列推定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る系列推定装置の一実施例を示すブ
ロック図、第２図は従来の系列推定装置を示すブロック
図、第３図は時刻を以後の加重平均操作における時刻ｔ
の伝送路応答推定値ベクトル坂、Ｉｓに対する重みの変
化を示した図、第４図は伝送路応答を説明するための図
、第５図は伝送路モデルを説明するための図である。 １０１．２０１．５０１・・・入力端子、１０２．２０
２．・・レジスタ、１０３．２０３・・・伝送路応答計
算回路、１０４・・・重み係数制御回路、１０５・・・
伝送路応答記憶回路、１０６−１．マトリクススイッチ
、１０７．２０４・・・ブランチメトリック計算回路、
ｌＯ８，２０５・・・ビタビプロセッサ、１０９・・・
第１の乗算器、１１０．５０４．５０５・・・加算器、
１１１・・・第２の乗算器、１１２．２０６．５０６・
・・出力端子、４０１・・・主波応答、４０２・・・遅
延波応答、５０２・・・遅延素子、５０３・・・乗算器
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 受信信号のサンプル値を複数個記憶するレジスタと、前
   記レジスタから複数個の前記サンプル値を入力し、複数
   の系列に対してそれぞれ現時刻の伝送路応答を推定する
   伝送路応答計算回路と、該伝送路応答計算回路で求めた
   複数の系列に対する前記伝送路応答に応じて第１の重み
   係数と第２の重み係数群とをそれぞれの系列に対して計
   算する重み係数制御回路と、前記第１の重み係数と前記
   伝送路応答計算回路の出力とを乗じる第１の乗算器と、
   前記第２の重み係数群と過去の並び替えられた伝送路応
   答推定値列とを乗じる第２の乗算器と、前記第１の乗算
   器の出力と前記第２の乗算器の出力とを加算する加算器
   と、複数の系列に対して前記加算器出力をそれぞれ現時
   刻の伝送路応答推定値として記憶する伝送路応答記憶回
   路と、該伝送路応答記憶回路の出力として与えられる過
   去の伝送路応答推定値列と前記伝送路応答計算回路の出
   力として与えられる前記現時刻の伝送路応答との対応関
   係を複数の系列のそれぞれに対して生き残り系列の接続
   情報から調べ、前記対応関係に応じて前記過去の伝送路
   応答推定値を並び替えて前記過去の並び替えられた伝送
   路応答推定値列として出力するマトリクススイッチと、
   前記加算器が与える前記現時刻の伝送路応答推定値に基
   づいてそれぞれの系列に対しての仮想受信信号点を求め
   、前記受信信号のサンプル値との距離を求めるブランチ
   メトリック計算回路と、該ブランチメトリック計算回路
   の出力を受けてビタビアルゴリズムにより受信信号を判
   定するとともに前記生き残り系列の接続情報を前記マト
   リクススイッチに出力するビタビプロセッサと、から構
   成されることを特徴とする系列推定装置。