JPH0471382B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、デイジタル信号処理に適した相関検
波を行う信号受信回路の構成に関する。

〔概要〕

本発明は、複数のデイジタル信号が合成された
信号を入力し、相関検波により最尤推定を行う信
号受信回路において、 受信出力を二値量子化して複数の信号にサンプ
リングし、サンプリングされた各信号について重
み付けおよび積分をデイジタル信号で実行するこ
とにより、 集積化に適する信号受信回路を提供するもので
ある。

〔従来の技術〕

近年、電話加入者線を用いて高速デイジタル伝
送を行うデイジタル総合サービス網ISDNが拡充
されてきている。これは、従来からの電話サービ
スをデイジタル信号伝送に置き換え、同時に数
10kb／ｓないし数100kb／ｓの範囲の高速データ
伝送を行つて、フアクシミリやビデオテツクスな
どのサービスを提供する技術である。

このデイジタル信号の受信機を構成する検波回
路は、直接検波、位相検波、あるいは相関検波な
どの方式がある。位相検波には、大別して遅延検
波と同期検波とがある。遅延検波は、１タイムス
ロツト前の信号を基準位相として次のタイムスロ
ツトの信号との位相差を検出する。同期検波は、
受信信号から変調成分を取り除き基準位相搬送波
を抽出してこれと信号との位相差を検出する。

相関検波は、受信信号が微弱で加法的雑音に埋
もれているとき、受信入力といくつかの既知信号
波形との相関の大きさから、受信入力がこれらの
どれを含むかを決定して検出する。整合フイルタ
は一般的には受動線形フイルタであるが、信号波
形に関する情報が伝達関数に組み込まれた一種の
相関フイルタとみなすことができる。

第３図は、相関検出回路の一例を示すブロツク
構成図である。第３図において、INは受信信号
入力端子、参照番号３１，３２，３３は乗算回
路、参照番号３４，３５，３６は積分回路、参照
番号３７は比較回路、OUTは判定結果出力端子
である。

信号s_iｔに対する整合フイルタは、s_iｔに関す
る情報が伝達関数に組み込まれ、s_iｔを含む入力
に対しては時間t₀においてs_iｔの２乗積分値を出
力に含んでいる。この入出力関係は、受信側にお
ける信号発生器の出力s_iｔと受信入力との相関積
分によつて満たすことができる。したがつて、相
関検出回路は整合フイルタと等価である。この両
者による理想検出器の構成は最適受信機と呼ばれ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、このような従来の相関検出を行う信
号受信回路では、アナログ信号の乗算および積分
が必要であり、デイジタル化および集積化を行う
場合には、このハードウエアの実現は必ずしも容
易でなく、仮に実現できたとしても処理時間が大
幅に増えるなどの問題点があつた。

本発明は、このような従来の問題点を解決する
もので、デイジタル信号処理を容易にするととも
に、集積化に適した相関検波による信号受信回路
を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、Ｔ秒間隔で異なるＭ種類の信号波形
の内の一つが順次入力する信号入力端子と、この
信号入力端子に入力された受信信号の必要帯域外
の雑音成分を除去する受信フイルタと、Ｍ個の異
なる重み信号を発生する重み信号発生回路と、上
記受信フイルタの出力が一方の入力に接続され、
上記重み信号発生回路の出力が他方の入力に接続
され、それぞれの積をとるＭ個の乗算回路と、こ
の乗算回路の各出力を積分する積分手段と、この
積分手段の各出力を比較するデイジタルデータ比
較回路と、このデイジタルデータ比較回路で相関
検出を行い最適受信波形が識別されて出力される
出力端子とを備えた信号受信回路において、上記
受信フイルタの出力を二値量子化する二値量子化
回路と、この量子化された二値信号を所定の周波
数でサンプリングして上記乗算回路に出力するサ
ンプリング回路とを含み、上記積分手段は、レジ
スタおよびこのレジスタの出力値と上記乗算回路
の出力値とを加算する加算回路により構成された
ことを特徴とする。

〔作用〕

本発明は、受信信号を二値量子化した後にサン
プリングし、適切な重み信号を付加して積分した
各値を比較検定することにより、受信信号の最尤
推定が可能になる。また、受信信号を二値量子化
した後にサンプリングするために、レジスタと加
算回路とによりデイジタル信号の積分回路を構成
することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例方式を図面に基づいて説
明する。

第１図は、本発明の一実施例を示すブロツク構
成図である。第１図において、伝送路から入力端
子INを介して入力された信号は、受信フイルタ
１に受信される。受信フイルタ１の出力には、二
値量子化回路２、さらにサンプリング回路３を介
して乗算回路４，５，６，７の一方の入力が接続
される。乗算回路４，５，６，７の他方の入力に
は、それぞれ重み信号発生回路８，９，１０，１
１の出力が接続される。乗算回路４，５，６，７
の出力には、それぞれ加算回路１２，１３，１
４，１５の一方の入力が接続され、その出力は、
レジスタ１６，１７，１８，１９を介して加算回
路１２，１３，１４，１５の他方の入力にフイー
ドバツクされる。一方、レジスタ１６，１７，１
８，１９の出力がデイジタルデータ比較回路２０
の入力に接続され、その出力が受信信号識別結果
として出力端子OUTに送出される。

以下、この実施例回路の動作について詳細に説
明する。ここで、この受信器に対向する送信器
は、４種類の送信波形をＴ秒間隔で伝送路に送出
するものとする。

伝送路から入力端子INに入力された受信信号
は、受信フイルタ１で必要帯域外の雑音成分が除
去され、伝送路で発生した歪みの補正および波形
整形が行われ、二値量子化回路２に入力される。
二値量子化回路２では、受信フイルタ１からの入
力信号を適当な基準電圧レベルを用いて二値信号
に変換する。この二値信号は、サンプリング回路
３でＮ／Ｔ〔Hz〕の周波数をもつクロツク信号に
よりサンプリングされる。Ｎは任意の正の整数で
ある。得られたデータは、順次乗算回路４，５，
６，７へ並列に入力される。一方、重み信号発生
回路８，９，１０，１１からは、Ｎ／Ｔ〔Hz〕の
周波数で重み信号が出力され、乗算回路４，５，
６，７に入力される。これらのデータにより得ら
れた４通りの乗算結果は、加算回路１２，１３，
１４，１５でレジスタ１６，１７，１８，１９の
内容と加算され、再びレジスタ１６，１７，１
８，１９に格納される。

このレジスタ１６，１７，１８，１９の内容
は、受信信号のＴ秒ごとの区切りでリセツトされ
る。

レジスタ１６，１７，１８，１９の内容は、デ
イジタルデータ比較回路２０で同レジスタの内容
がリセツトされる直前に比較され、四つのレジス
タ１６，１７，１８，１９のうち、最大値を示す
レジスタに対応した重み信号発生回路の番号が受
信信号識別結果としてデイジタルデータ比較回路
２０から出力される。

以上説明したように、重み信号の決めかたが本
発明の受信回路の特性を決定する最も重要な要素
になる。したがつて、以下重み信号の決定方法に
ついて説明する。

第２図は、本発明の信号受信回路を用いた伝送
系全体をモデル化した図である。第２図におい
て、送信器２１においてＴ秒間隔でＭ種類の異な
つた波形を送信する。Ｍは正の整数であり、第１
図に示した実施例回路ではＭ＝４の場合である。
伝送路２２では、波形の歪みが発生しないものと
仮定する。これは、実施例回路の受信フイルタ１
で十分に伝送路２２の歪みを除去することができ
る場合に相当する。加算回路２３において、平均
パワーσ²の白色ガウス雑音が外部から加わるもの
とする。

二値量子化回路２およびサンプリング回路３で
Ｔ秒の間にＮ回のサンプリングを行う。サンプリ
ングした結果をベクトルX_p＝（X_p1，X_p2，……，
X_pN）で表す。ここで、ｐはｐ番目の送信に対す
る受信信号サンプル値ベクトルである。Ｍ個の乗
算回路２４に対して、Ｍ通りの送信波形に対応し
た重み付けベクトルW_q＝（W_q1，W_q2，……，
W_qN）（ｑ＝１，……，Ｍ）が定められている。
各乗算回路２４では、入力サンプル値ベクトル
X_Pと重み付けベクトルW_qとの積がとられる。す
なわち、 y_p,q＝_N 〓ⁱ⁼¹ X_piW_qi＝X_p・W_q ……(1) になる。ここで、・はベクトルの内積を示す。

デイジタルデータ比較回路２０はy_p，_q（ｑ＝
１，……，Ｍ）のうちの最大値をとるものを選択
し、受信信号識別結果として出力する。識別結果
をq_pとすると、 q_0p＝MAX（y_p1，y_p2，……，y_pM） ……(2) となる。また、送信信号をサンプル値ベクトルで S_p,q＝（S_p,q,1，S_p,q,2，……，S_p,q,N） ……(3) と表し、受信回路で二値化されたサンプル値ベク
トル｛X_p｝に対して、ベイズ判定（最尤度検定）
を行うと、ｐ番目の判定結果は、 q_0p＝ MAXp ｑ＝１〜Ｍ（X_p／S_q） ……(4) により決定される。

次に、ｐ（X_p／S_q）の計算を行う。受信信号サ
ンプル値ベクトルの各サンプル点間に干渉がな
く、独立であると仮定すると、ここで計算しよう
としている送信信号ベクトルS_qに対して、現受信
ベクトルX_pが発生する確率は、対応するサンプ
ル点ごとに計算した事後確率の積となる。雑音と
して平均パワーσ²の白色ガウス雑音を仮定してい
るから、 ｐ（X_p／S_q）＝_N 〓ⁱ⁼¹ １／２｛１＋x_pierf（S_q,i／2σ）｝
……(5) となる。ここで誤差関数erf（・）の値が１に対し
て小さいため、高次項は無視できると仮定し、こ
の高次項を無視すると、 ｐ（X_p／S_q）＝（１／２）^N｛１＋_N 〓ⁱ⁼¹ x_pierf（S_q,i／2σ）｝
……(6) となる。以上により第(6)式を評価することにより
受信ベクトルX_pから送信ベクトルを推定するこ
とが可能となることが分かる。第(6)式の値は、
｛ ｝内の第２項により決定されるが、第２項は
ベクトルX_pとベクトル｛erf（S_q,i／2σ）｝の内積で
あるから、式の形から重み付けベクトルとして、 W_pi＝erf（S_q,i／2σ） ……(7) と定めることにより、二値量子化を前提とした場
合の最尤受信回路を構成することができる。

なお、この第(7)式で送信信号のサンプル値S_p,i
は送信波形から決定できる。またσについては実
測等により雑音電力σxσを仮定することにより決
定できる。S_p,iとσとが決定されれば、誤差関数
erf（・）の計算が可能となり重み付けベクトルの
値が決まる。

以上の構成では、受信信号は二値量子化されて
いるために、デイジタル信号処理を容易に行うこ
とができる。すなわち、乗算回路は （二値）×（多値） の乗算であるため実質的には加算回路で実現する
ことができ、ハードウエア量および演算時間が大
である（多値）×（多値）の乗算を避けることがで
きる。

〔発明の効果〕

本発明の信号受信回路は、以上説明したよう
に、デイジタル信号処理が容易になり、集積化に
適した相関検波受信回路を実現することができ
る。したがつて、経済的にも優れた高速デイジタ
ル伝送を可能にすることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク構成
図。第２図は本発明信号受信回路を用いた伝送系
全体を示すブロツク構成図。第３図は従来例相関
検出回路を示すブロツク構成図。 １……受信フイルタ、２……二値量子化回路、
３……サンプリング回路、４，５，６，７……乗
算回路、８，９，１０，１１……重み信号発生回
路、１２，１３，１４，１５……加算回路、１
６，１７，１８，１９……レジスタ、２０……デ
イジタルデータ比較回路、３１，３２，３３……
乗算回路、３４，３５，３６……積分回路、３７
……比較回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｔ秒間隔で異なるＭ種類の信号波形の内の一
   つが順次入力する信号入力端子と、 この信号入力端子に入力された受信信号の必要
   帯域外の雑音成分を除去する受信フイルタと、 Ｍ個の異なる重み信号を発生する重み信号発生
   回路と、 上記受信フイルタの出力が一方の入力に接続さ
   れ、上記重み信号発生回路の出力が他方の入力に
   接続され、それぞれの積をとるＭ個の乗算回路
   と、 この乗算回路の各出力を積分する積分手段と、 この積分手段の各出力を比較するデイジタルデ
   ータ比較回路と、 このデイジタルデータ比較回路で相関検出を行
   い最適受信波形が識別されて出力される出力端子
   と を備えた信号受信回路において、 上記受信フイルタの出力を二値量子化する二値
   量子化回路と、 この量子化された二値信号を所定の周波数でサ
   ンプリングして上記乗算回路に出力するサンプリ
   ング回路と を含み、 上記積分手段は、レジスタおよびこのレジスタ
   の出力値と上記乗算回路の出力値とを加算する加
   算回路により構成された ことを特徴とする信号受信回路。