JPS6066544A - インパルス性雑音に対する最適受信機 - 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】 く３・１〉発明の分野 この発明は、ディジタル信号伝送系にインパルス性雑音
が及ぼす影響を改善ブるために、適用する通イ８路のイ
ンパルス性雑音の確率密度関数〈ｐｆ、ｄ）を予め分析
・把握してａ３き、それをパラメータどして最尤検定を
行なうことにより、受信側単独で伝送特性を改善する同
期系の最適受信機に関づるものである。

〈３・２〉発明の背景 ディジタル信号伝送系に雑音が及ぼず影響あるいはそれ
に対する改善を考える場合、従来、そのほとんどはガウ
ス雑音が対象とされてきた。

一方、最近特に都市部で顕著な人工雑音の多くはインパ
ルス的な性質を持ち、これらをガウス雑音として取り扱
うのは無理がある。しかしながら、インパルス性雑音は
、その統計的な性質が非常に複雑であること力日ら、イ
ンパルス性雑音が伝送性１１に与える影響についての研
究は若干あるものの（参考文献１，２．３）、その特性
改善に関する検討はあまりなされていない。

インパルス性雑音に対する特性改善の方策どして、伝送
系の途中に非線形デバイスを挿入した場合についての解
析はＢｅ１ｌｏ（参考文献４）や本弁明名ら（参考文献
５）が行な−）でいる。しかし、インパルス性雑音に対
して最適な動作をりる最適受信機に関づる考察はまだほ
ど／νどなされていない。

〈３・３〉発明の目的 この発明の目的は、インパルス竹着１合の統ｉ；ｔ　ｔ
デルとして知られているＭ　１ｄｄｌｅｔｏｎ　（９考
文献６）のクラスΔ型インパルス性雑音モデルを導入し
、最尤検定を行なう同期式の最適受信機にＪ３いて、入
力ならびに同期信号波に対して線形１ｉｔ３　ｎとか２
乗演算のように、マイク１」プロ上ツリーにて実現容易
な処理によって良好な受信特性が１１ノられるようにし
た最適受信機を提焦り−ることにある。

〈３・４〉発明の要点 この発明は上記目的を達成するために、以下に順次詳述
でる式（２・１）で表わされる１ｙｌｉｄｄｌｅＬＯｎ
のクラスＡ型インパルス１１♀（１富モデルのｌｌイｒ
　率ｍ度関数Ｐ（ｚ）を、インパルス指数△か小さくて
（インパルス性が顕著な場合）、係数Ａ″／ｍ＋が充分
に小さいという条件のもとで、式（２・２）に示ずＪζ
うにｍ＝Ｍ≧３までの項でＰ（ｚ）と近似し、更にこの
Ｐ（Ｚ）についてその（Ｍ＋１）個の項の最大値か−う
なる分布を考え、式（２・３）に示ｔＰ（ｚ）で近似し
、この簡略化されたＰ（２）を九度比検定式に適用する
ことを特徴とする。その際に、す゛ンプル値に対する処
理が線形もしくは２乗操作に限定され、かつ、雑音の統
バ１的性質からＩｆられるパラメータかサンプル値に対
づ−る演算過程にＪｊいては定数項になってしまう最尤
検定式（３・８）をめ、演算処理をマイクロプロセッサ
にて容易に実現できるようにしたことを特徴とする。

〈３・５〉発明の栴成のＩＩ！論的背景〈３・５・１〉
九度比検定による最適受信機一般に、対象とづる雑音の
確率密度関数（＋１゜ｄ、ｆ）がＰ（ｚ）で与えられる
場合、同期式のＲ適量（ｆｆｉ　Ｂ３ｔは、データ１ビ
ツトの時間幅−Ｉ−の間に２値の同期信号Ｓ＋　（Ｕ　
＞、　Ｓ２　（ｔ　）と受信信号Ｘ（ｔ）をＮ回すンプ
リングし、式（１・１）に表わされる操作で最尤検定を
行なうことにＪ、って実現されることが良く知られてい
−る。

ここで、△（−）は九痘比であり、Δが１より小さいど
きに仮説Ｈ＋　（Ｓｔが送られた）を選択し、Δが１以
上のとさは仮説Ｈ２（Ｓ２が送られた）を選択づること
を式（１・１）は示している。

また、χ１１は受信信号波のη番目のサンプル値であり
、５１１１・５２１１は同期信号のη番目のサンプル値
で、 なる関係にある。ここで７１１は着］酋を表わづ確率変
数である。

＜　３−５　・２　＞　Ｍ　１ｄｄｌｅｔｏｎのクラス
△！”ｌｆ　ｆｒ−モデルの簡略化 インパルス性雑音は、Ｍｉｄｄｌｅｔｏｎの統計モデル
にａ＞いて、その帯域幅によってクラスＡ・クラスＢ・
クラスＣに分類される。受信機のフロントエンドの帯域
幅より雑音の帯域幅が狭いものがクラスＡ、広いものが
クラス８１両方を含むものがクラスＣである。この発明
による最適受信画では、その中でクラスＡに属する雑音
をインパルス性雑音モデルとして導入している。

クラス△型ピンパルス性雑音の確率密度関数（ｐ、ｄ、
ｆ）は、次式（２・１）で表わされる。

ここで７は実効値（６；＋０ｚｘ）で正規化された雑音
振幅である。ただしδＪはガウス雑音電力、Ω２Ａはイ
ンパルス雑音電力である。また八はインパルス指数と呼
ばれ、単位時間当りに受信機に入用するインパルス雑音
の平均個数とインパルスの平均持続時間との偵である。

また、１−′−δ２／Ω２＾とすると、 １＋「′　である、。

式（２・１）は、１ηが無限大の項まで含むなど、実際
に最適受信機の（芭成に）シ用りるには複雑であり、物
理的にも実現が困何である。

そこで式（２・１）がΔ’ａ、、、ｌＩ、、て重みイリ
されたカラス分布の和の形をなしていることに着目し、
インパルス指数Ａが小さくて（インパルス性が顕著な場
合）、係￥ｌ”／Ｉｎ＋が充分に小さい（１０−５以下
程度）という条件をつ■プることて゛、この式％式％ 更に式（２・２）にＪ５ける３つの項の最大値からなる
分布を考え、式〈２・３）に示１’？（Ｚ）どＪ５＜。

く３・５・３　＞　Ｉ！！Ｉ略式の尤度比軟定式への適
用最適受信鵬を実現するために九度比検定を行なう場合
、インパルス性肩１音の確率密度関数（ｐ。

−ｄ、ｆ）として式（２・１）のｐ＜ｚ＞を適用づるの
が理想的である。しかし、それは既に）小べたように、
ｍ　／Ｊ＜無限大の項まで含むなど、実際に受１３機を
動部的に実現するのが困難である。

そこで、式（２・３）に示す先にめた近似の／＼ ｐ、ｄ、ｆ、Ｐ（Ｚ）をｊ商用して、式（１−１＞の九
度比検定式を整理してみる。Ｐ（ｚ＞を適用した場合の
九度比検定式を次式（３・１）に示づ−０これの両辺の
対数をとると、次式（３・２）となる。

ｙ−ゑ００Δ（１） ここでや（Ｚ）＝Ｖ’２１：昂（ｚ）としておくと、上
式（３・２）は次式（３・４）のＪ、うに」換えられる
。

７Ｌ”ｌ これを更に変形づると次のようになる。

’ｅ　（ｚ　）　＝ｆ７ｅＡＰ　（ｚ　）　テアルカラ
、式（２，３）、より”（Ｚ）ｉよ次式。よう、な。。

列数関数が単調増加関数であることを考虞°するど、式
〈３・５）の対数をとることで、次式（３・７）のＪ、
うにＱ４　Ｆ７．、えられる。

ここで、係数１（ｍ、ｌ−ｍはＵＣ削的ＸＵ　ｔｙ七デ
ルのパラメータが定まると一程的に定まる定数項になっ
ていることが判る。従って、先に丸度比検定式変形して
めた式（３・４）に上記の式（３・）を入れると、次の
ような関係式かめられる。

この尤度比軟定式（３・８）に８３いて、Ｋｍ。

１−ｍは先に説明したように、統計的雑音モデルのパラ
メータδｍ、△が定まると一義的に定まる定数項である
。また、受信信号波のサンプル値χｎ。

同期信号のサンプル値５１１１・Ｓｚｎに対しては、線
形演棹ど２ｆｔ操作のみで処理できることが容易に判る
。従って、この式（３・８）に基づく最適受信機は、マ
イクロプロセッサを用いて容易に構成することができる
。

〈３・６〉実施例の説明 第１図はこの発明による最適受信１幾の構成を示してい
る。受信入力×（１）はＡ／Ｄ変換回ｖ８１によってサ
ンプリングされるとともにディジタル化され、そのサン
プル値χｎがマイクロプロセッサ（以下ＣＰＵと称する
）３のＩＮ端子に入力される。

同期クロックＣＫｌよ伝送速度を示づ一クロックで、そ
の周期は伝送データの１ビット時間幅下に等しい。この
同期クロックＣＫはＣＰＵ３の割込み端子Ｉ　ＮＴ２に
印加されるとともに、周波数逓イ８回路２に入力されて
Ｎ倍の周波数に変換される。この逓倍回路２の出力はＣ
ＰＵ３の割込み端子ＩＮＴ＋に印加されるとどもに、上
記Ａ／［〕変換回路１のタイミング信号として印加され
る。つまり受信人ノＩＸ　（ｔ　）は、逓倍回路２の出
力にＩＩ″ｉ１期しく、同期クロックＣＫのＮ倍の速度
で（データ伝送速度のＮ倍で）サンプリングされる。ま
たこのサンプリングタイミング信号がＣＩ）　Ｕ　３の
割込み端子ＩＮＴ＋にも印加される。

ＣＰｔＪ３は、プログラムメモリ５に格納された命令に
従い、またデータメモリ４のデータを参照して、以下に
説明づる最尤検定の処理を実行し、その検定結果を示す
信号をψＪ子ＲＤに出ツノづる。

」二足データメモリ４【こは、刹１音パラメータ；儲定
エリア４１と、同期信号８１．Ｓ２の波形デー少設定エ
リア７１２が含まれる。ＩＩ音パラメータ設定エリアｌ
１１１には、前述したインパルス指数△ａ３Ｊ：びイン
パルス雑音電力比［″の具体的な（１０が予め設定され
る。また波形データ設定エリア４２には、同期信号Ｓ１
と８２のそれぞれについて、１周期分の信号波形を等間
隔にＮ点でサンプリングしてディジタル化したデータＳ
ｉｎ　、Ｓ２ｎ　（ｎ　＝１゜２、・・・、Ｎ）がテー
ブルの形で予め設定される。

第２因はＣＰＬＩ３によって実行される最尤検定の処理
内容を示すフローチャートである。以下この図に従って
ＣＰＩＪ３の動作を順番に説明する。

動作開始時のイニシトル処理として、前掲の尤度比軟定
式（３・８）におけるｍの上限数Ｍおよび係数ＫｍとＬ
ｍ　（ｍ　＝０．１．２．−、Ｍ）を雑音パラメータに
基づいてめる。つまり、まず＾１ｊ込を禁止し、データ
メモリ４の雑音パラメータ設定上リア４１から前述のイ
ンパルス指数Ａを読取る（ステップ２０１）。次にその
鎖式に基づいて、△フｍ！を１０−５以下にする最も小
さい整数ＩＴＩをめ、その整数を前記Ｍとして記憶して
おく（ステップ２０２）。次にメモリ４のエリア４゛１
から読取ったインパルス指数Δおよびインパルス雑音電
ツノ比［−に基づいて、前掲の係数Ｋ１１ｌ、Ｌｍをそ
れぞれｍ−０，１，２，・・・２Ｍについて削算し、記
憶しておく（ステップ２０３）。以上の処理の後、ＩＮ
Ｔ＋およびＴ　Ｎ　−ｒ　２の割込を訂＋ｊＪし、割込
み持ちとする（ステップ２０４）。

端子［ＮＴ＋に割込み信号が印加されると、まずＣ；Ｐ
Ｕ３内のサンプリング回数カウンタｎを歩進する（ステ
ップ２０６）。続いてその時点の△、／ｌ）変換回路１
の出力、ずなわち受信入力Ｘ（【）のサンプル値Ｘｎを
読取り、所定のレジスタにストアする（ステップ２０７
）。次に、前記波形データ設定エリア４２の同期信号＄
１と＄２の波形データテーブルから、上記サンプリング
回数カウンタの計数値ηを引き数として、データＳ１［
１およびＳ２ｎを読取る（ステップ２０８）。

次に、前述のように読取ったχｎ、Ｓ＋ｎ、５２１）に
基づいて、 Ｃ＝（×ＩＴ−８２ｎ）２ １）＝　（Ｘｎ　−８ｔ　ｎ　）　２ を計篩する（ステップ２０９）。次に、１ｉｔｆ！した
Ｃ、Ｄと先のステップ２０３でめた係数１（ｍ。

ｌ　ｍに基づいて Ｅｌｌｌ　＝Ｋｎ１−　Ｃ＋Ｌｍ Ｆｍ　＝Ｋｍ　−［）十Ｌ−ｍ をｍ　＝０．１，２．・・・９Ｍまでについてそれぞれ
計粋ツ゛る（ステップ２１０）。次に、計算したＥｍの
最大値と「Ｉｌｌの最大値の差、ずなわちＶｎ＝ＭａＸ
（ＥＯ、Ｅ　＋　、　Ｅ２　、−Ｅ　Ｍ　）−Ｍａｘ（
Ｆｏ　、Ｆ＋　、Ｆ２、−ＦＭ）を計算し、このｙ口を
所定のレジスタに記憶しておく（ステップ２１１）、。

以」−が１回の割込みＩＮＴ＋に応谷した処理であり、
この処理が割込み信号ＩＮ丁１の発生のたびに実行され
、その結果データＶ＋、Ｖｚ、１７３・・・が順次蓄え
られる。そして、前記サンプリング回数カウンタｎの計
数値が前記Ｎになるど、前述した逓イ８回路２の作用か
ら明らかなように、ＣＰＵ３にυｊ込み信号ＪＮＴ２が
印加される。

υｊ込み信号ＩＮＴ２が印加されると、まず割込みＩ　
Ｎ　ｌ’　＋を禁止Ｊる（ステップ２１２）。続いて、
動作開始後の最初のυｊ込みＩＮＮ２２除き、それまで
のステップ２１１のＮ回の実行によってｙ　−Σｙｎ 丸＋１ を計算し、かつその値ｙをＯと比較りる（ステップ２１
４，２１５＞。そして、ｙ≧Ｏのときは仮説１−１２（
Ｓ２が送られた）を採用し、ｙ〈０のときは仮説Ｈ＋　
（Ｓｔが送られた）を採用し、その判定結果を出力端子
ＲＤに出力づる（ステップ２１６．２１７，２１８＞。

その後、前記サンプリング回数カウンタηをクリＡ７づ
るとともに、割込みＩＮＴ＋の禁止を解除し、割込み待
ちとづる（ステップ２１９）。以上の処理を繰り返づ。

〈３・７〉発明の効果 この発明による最適受信機は、インパルスｌ１１．　Ｉ
ｆ音の性質をＭ　１ｄｄｌｅＬｏｎのクラス△型刹１８
’Ｅデルに従って統Ｃ１的に把握し、そのパラメータを
Ｉ’１２尤（シ）定回路の動作パラメータという形でフ
ィードバックして動作させる方式であり、受信側のみて
伝送特性を改善することができる。

ＭｉｄｄｌｃＬｏｎのクラス△型翰音モデルの近似式を
、その係数Ａシｒｒ＋＋が充分に小さい（例えば１０−
５以下）として３以上のＭ次項までとることで、近似式
が適用できるインパルス指数ＡＩ：Ｉ）範囲が拡がる（
例えばＡが０．２５以上の場合にも近似式が適用可能と
なる）。

最尤検定式として式（３・８〉を採用づることで、ＣＰ
Ｕでの演鋒（よ線形並びに２乗演算に限定され、１回の
受信データナンプリング毎の演算ルーチンも簡単である
ため、小規模で低速のＣＰＵでも実現可能である。

雑音の統計的パラメータのフィードバックは、インパル
ス指数Ａとインパルス雑音電力比「′のみで良く、雑音
状態の変化に対づる対応が簡単である。

この発明の最尤検定式では、ＳＮ比の大小に制限がつい
てないため、ＳＮ比の大小にかかわらず最適受信機とし
て動作するため、ＬＯＢＤ方式（ＳＮ比が小さい領域で
のみ最適〉よりも有利である。

この発明では、同期りＯツクを１【することができれば
、２相ＰＳＫ　（位相シフトキーインク）に限らず、２
値ＦＳＫ　（周波数シフ１−キーイング）であっても動
作し、幅広い変復調力式に適用づることができる。

〈参考文献〉 （１）　Ｒ，Ｅ、　Ｚｔｅｍｅｒ　：　”Ｃｈａｒａｃ
ｔｅｒ　ｆＥ　ｒｒｏｒｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｉｅｓ　
ｆｏｒ　Ｍ−ａｒｙ　３ｉｇｎａｌｉｎｇ　ｉｎＩ　ｍ
ｐｕｌｓｉｖｅ　Ｎ　ｏｉｓｅ　Ｅ　ｍｖｉｒｏｎｍｅ
ｎｔｓ　”　Ｉ　Ｅ　ＥＩＥ　Ｔｒａｎｓ、　Ｃｏｍｍ
ｕｎ　、　Ｖｏｌ、　ＣＯＭ　−１５，Ｎｏ、１．ｐ、
３２．　ＦｅｂｒＵａｒＶ　１９６７゜＜２　）　Ｐ、
Ａ、Ｂｅ１ｌｏ　ａｎｄ　Ｒ，Ｅｓｌ＋５ｉｔｏ：　”
ＡＮｅｗ　Ｍｅｔｂｏｄ　ｆｏｒ　Ｑａｌｕｌａｔｉｎ
ｇ　Ｐｒｏｌ＋ａｂｉｌｉｔｉｅｓ　ｏｒ　Ｅ　ｒｒｏ
ｒｓ　［）ｕｅ　ｔｏ　［ｍｐｕｌｓｉｖｃ　Ｎｏ１ｓ
ｃ”Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　Ｔ　ｒａｎｓ、Ｃｏｍｍｕｎ　、
Ｖｏｌ、ＣＯＭ　−１７、Ｎｏ、３．、Ｐ、３６８．Ｊ
ｕｎｅ　１９６９゜（３）草尾寛、岡育生、森永規彦、
滑用敏彦二′インパルス性電磁干渉下にお【ノるＰＳＫ
信号の誤り重性性″　情報理論とその応用Ｊｔｌｌ究会
　１９８１年１２月 （４ン　△　、Ｂ　ｅｌｌＯａｎｄ　Ｒ，ＥＳＩＩＯ８
已ｏ：”ｆ３ｒｒｏｒ　ＰｒｏｂａＬ＋１ｌｉＨｅｓ　
Ｄｕｅ　ｔｏ　Ｉｍｐｕｌｓｉｖｅ　Ｎｏ１ｓｃｉｎ　
ｌ−ｉｎｅｌ−１ｎｅａｒａｎｄＨａｒｄ−１ｉ　ＤＰ
ＳＫＳｙｓｔｅｍｓ”　Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　Ｔ　ｒａｎｓ
、Ｃｏｍｍｕｎ　、Ｖｏｆ、ＣＯＭ　−１９，Ｎｏ、１
　、Ｐ、１　４．　ＦｅｂｒｕａｒＶ　１９７１゜ （５）草尾寛、岡育生、森永規彦、泪用敏彦：゛インパ
ルス性電磁干渉下にｄ３けるハードリミタ型中継器によ
５　Ｐ　Ｓ　Ｋ信号伝送特性゛′　信学技報ＥＭＣ，ノ
８１−７７　１９８２年１月（６）　Ｄ　、　Ｍ　１ｄ
ｄｌｅｔｏｎ：　”　３　ｔａｔｉｓｔｉｃａｌ−Ｐｌ
＋１ｓｉｃａｌ　１ｙｌｏｄｅｌｓ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎＣｅ　”
　Ｉ　ＥＥＥ　１ｒａｎｓ、　ＥｌｅｃｔＯｒｏｍａ（
１，Ｃｏｍｐａｔ　、　Ｖｏｌ、　１　ＥＭＣ−１９，
Ｎｏ、３．　Ｐ、　１０６、　Ａｕｏｕｓｔ　１９７７
゜

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る最適受信機の要部構成を示すブ
ロック図、第２図は第１図におけるＣＰＵによって実行
される最尤検定処理の内容を示すフローブーｐ−１−で
ある。 １・・・△／Ｄ変換回路 ２・・・周波数逓倍回路 ３・・・ＣＰＵ（マイク［Ｉブロロツリー）４・・・デ
ータメモリ ５・・・プログラムメモリ 特許出願人 滑　川　敏　彦 森　水　規　彦 山　内　健　次 立石電（幾株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ディジタル信号伝送系にインパルス性雑音が及ば
   Ｊ影響を改善づるために、対象とする雑音の確率密度関
   数を予め把握しておき、データ１ピッ１一時間幅下の間
   に受信信号χ（１）および２値の同１υＪ信８３．（ｔ
   ＞と５ｚ（ｔ）をＮ回すンプリングし、式（１・１）に
   表わされる操作で最尤検定を行なう最；＆受信機におい
   て、 雑音の統計モデルとして式（２・１）に表わされるＭ　
   １ｄｄｌｅｔｏｎのクラス△型インパルス着音モデルを
   導入し、 このＰ（ｚ）で表わされるＮ音の確率密度関数（ｐ、ｄ
   、ｆ）を上記最尤検定式に確率変数として適用するに際
   して、係数Ａ”／ｍｌが充分に小さいという条件のもと
   に、式（２・２）に示ずように、ｍ＝Ｍ≧３までの項で
   Ｐ（ｚ）と近似し、この近似式１）（Ｚ）を更に式（２
   ・３）に示すように、その（Ｍ＋１）個の項の最大値よ
   りなる△ 分布Ｐ（Ｚ）にて近似し、 この簡略化された近似式Ｐ（ｚ）について、式（１・１
   ）から式（３・８）に示づ゛ように変換された最尤検定
   式を適用し、 特開昭ＧＯ−ＧＧ５４４（２） と３２） この式（３・８）の演粋をマイクロブロセツリ−によっ
   て行なうことを特徴とづるインパルス性雑音に対する最
   適受信機。