JP5287846B2 - High performance transmission system, transmission method, receiver, and transmitter - Google Patents
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Description
本発明は、マルチパス伝送路を伝送媒体とする高性能伝送システム、伝送方法、受信機、及び送信機に関する。 The present invention relates to a high-performance transmission system using a multipath transmission line as a transmission medium, a transmission method, a receiver, and a transmitter.
移動通信における電波伝搬路では、送信アンテナから到来した電波が周囲の地形などに応じて反射を受け一群の波の集まりとなって受信機に到着する。そのため、品質の高い移動通信を実現する上で常に障害となっていたのが、これらの結果から生じるところのマルチパスフェージングと呼ばれる現象である。この問題を解決する無線通信方式の一つとして、周波数領域等化がある。これは、周波数利用効率に優れマルチパス環境下においても優れた特性を示すことから、次世代の移動通信システムへの適用が盛んに研究されている。 In a radio wave propagation path in mobile communication, radio waves arriving from a transmitting antenna are reflected according to the surrounding terrain and the like, and arrive at a receiver as a group of waves. Therefore, what has always been an obstacle to realizing high-quality mobile communications is a phenomenon called multipath fading that results from these results. One of the wireless communication methods for solving this problem is frequency domain equalization. Since this is excellent in frequency utilization efficiency and exhibits excellent characteristics even in a multipath environment, its application to next-generation mobile communication systems has been actively studied.
一方、次世代の移動通信では、更に高速な情報伝送が求められている。その関連技術としては、高速性とインタラクティブ性が要求される移動通信において、メモリ容量の増大といった回路規模の増加を生じることなく、タイムラグの少ない誤り訂正手段を提供するための高速ターボデコーダが、本発明者により提案されている(特許文献1参照)。
高速な情報伝送を実現するため、移動通信で用いられる変調方式は、従来のQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)から16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)、更に64QAMへと高密度化へ進化し続けている。しかし、移動通信特有のマルチパス干渉の影響は高密度変調になればなる程大きく、特性が極端に劣化する。 In order to realize high-speed information transmission, the modulation method used in mobile communication continues to evolve from the conventional QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) to 16 QAM (Quadrature Amplitude Modulation) and further to 64 QAM. However, the influence of multipath interference peculiar to mobile communication becomes larger as the density becomes higher, and the characteristics are extremely deteriorated.
これに関して、上述した関連技術では、高速性等が要求される移動通信において強力な誤り訂正手段を提供しているが、上記のような課題を特に認識してなされたものでないため、周波数利用効率の良い高密度変調を用いることによって生じたマルチパス環境下の特性劣化を克服することは困難である。 In this regard, the related technology described above provides a powerful error correction means in mobile communication that requires high speed and the like, but since it has not been made by specifically recognizing the above problems, frequency utilization efficiency It is difficult to overcome the characteristic degradation in a multipath environment caused by using a good high-density modulation.
本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、周波数利用効率の良い高密度変調を用いることによって生じたマルチパス環境下の特性劣化を克服する伝送方式を提供するものである。更に、そのような高性能伝送方式を採用した受信処理に対して処理規模を削減した方式を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a transmission method that overcomes characteristic degradation in a multipath environment caused by using high-density modulation with high frequency utilization efficiency. Furthermore, the present invention provides a method in which the processing scale is reduced with respect to the reception processing adopting such a high-performance transmission method.
上記目的を達成するため、本発明に係る高性能伝送システムは、伝送路を介して送信側及び受信側間を情報伝送する伝送システムであって、ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送する手段を有し、前記受信側は、前記複数の低密度変調波の受信を行うに際し、半環(セミリング)を用いたメトリック演算を行う検出器及び復号器を有し、前記検出器及び前記復号器の間を外部尤度値によって巡回させることによって送信情報を推定することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a high-performance transmission system according to the present invention is a transmission system for transmitting information between a transmission side and a reception side via a transmission line, and is equivalent to a high-density modulated wave transmitted by a Nyquist rate. In order to realize the transmission speed, it has means for transmitting a plurality of low density modulated waves at a speed exceeding the Nyquist rate, and the receiving side receives a semi-ring when receiving the plurality of low density modulated waves. The transmission information is estimated by circulating between the detector and the decoder by using an external likelihood value.
また、本発明に係る高性能伝送方法は、伝送路を介して送信側及び受信側間を情報伝送する伝送方法であって、ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送し、前記受信側で前記複数の低密度変調波の受信を行うに際し、検出器及び復号器が、半環(セミリング)を用いたメトリック演算を行い、前記検出器及び前記復号器の間を外部尤度値によって巡回させることによって送信情報を推定することを特徴とする。 The high-performance transmission method according to the present invention is a transmission method for transmitting information between a transmission side and a reception side via a transmission line, and realizes a transmission rate equivalent to a high-density modulated wave transmitted by a Nyquist rate. Therefore, when transmitting a plurality of low density modulated waves at a speed exceeding the Nyquist rate and receiving the plurality of low density modulated waves on the receiving side, the detector and the decoder used a semi-ring. The transmission information is estimated by performing a metric calculation and circulating between the detector and the decoder by using an external likelihood value.
また、本発明に係る受信機は、伝送路を介して送信側及び受信側間を情報伝送する伝送システムの受信機であって、ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、ナイキストレートを超える速度で伝送される複数の低密度変調波の受信を行うに際し、半環(セミリング)を用いたメトリック演算を行う検出器及び復号器を有し、前記検出器及び前記復号器の間を外部尤度値によって巡回させることによって送信情報を推定することを特徴とする。 The receiver according to the present invention is a receiver of a transmission system that transmits information between a transmission side and a reception side via a transmission line, and realizes a transmission rate equivalent to a high-density modulated wave transmitted by a Nyquist rate. Therefore, when receiving a plurality of low density modulated waves transmitted at a speed exceeding the Nyquist rate, a detector and a decoder for performing a metric calculation using a semi-ring are provided. Transmission information is estimated by cycling between decoders with external likelihood values.
また、本発明に係る送信機は、上記の受信機に対して、ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、ナイキストレートを超える速度で複数の低密度変調波を伝送することを特徴とする。 Further, the transmitter according to the present invention realizes a plurality of low density modulated waves at a speed exceeding the Nyquist rate in order to realize a transmission rate equivalent to the high density modulated wave transmitted by the Nyquist rate to the above receiver. It is characterized by transmitting.
本発明によれば、周波数利用効率の良い高密度変調を用いることによって生じたマルチパス環境下の特性劣化を克服する伝送方式を提供することできる。更に、そのような高性能伝送方式を採用した受信処理に対して処理規模を削減した方式を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a transmission method that overcomes characteristic degradation in a multipath environment caused by using high-density modulation with high frequency utilization efficiency. Furthermore, it is possible to provide a method in which the processing scale is reduced with respect to the reception processing adopting such a high-performance transmission method.
101 符号化部
102 インターリーバ
103 複数の低密度変調波を生成する変調器
104 ナイキストレートを超える速度の複数の低密度変調波
105 デカップリング処理手段
106 状態数の縮退を行うMMSE規範に基づく処理手段
107 検出器
108 インターリーバ
109 デインターリーバ
110 復号器
111 受信機
201 アルファメトリック更新回路
202 アルファメトリック用メモリ
203 アドレス制御用アップダウンカウンタ
204 ガンマメトリック供給回路
301 初段の演算処理部
302 ACS演算処理部
303 ガンマメトリック供給回路
601 ベータメトリック更新回路
602 複数段の縦続接続構成からなるACS演算処理部
603 ガンマメトリック供給回路
604 ベータメトリックとガンマメトリックの加算結果
605 ガンマメトリックの演算結果
701 ガード区間除去部
702 直並列変換部
703 FFT部
704 縮退用周波数領域MMSE部
705 IFFT部
706 並列直列変換部
805 残留干渉推定部
806 状態数の縮退を行うMMSE規範に基づく処理手段
807 検出器
808 インターリーバ
809 デインターリーバ
810 復号器
901 符号化部
902 インターリーバ
903 64QAM変調器
904 ナイキストレートの変調器出力波形
905 MMSE規範に基づく等化器
906 デマッパー
907 デインターリーバ
908 復号器
909 受信機DESCRIPTION OF
次に、本発明の実施形態について、図を参照しながら説明する。以下に説明する本発明の各実施形態に係る高性能伝送方式は、伝送路を介して送信側及び受信側間を情報伝送する伝送システム、伝送方法、受信機、及び送信機に適用したものである。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The high-performance transmission method according to each embodiment of the present invention described below is applied to a transmission system, a transmission method, a receiver, and a transmitter that transmit information between a transmission side and a reception side via a transmission line. is there.
[第1の実施形態]
第1の実施形態に係る高性能伝送方式において、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送することによってナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現する手段を有する。受信側は、複数の低密度変調波の受信を行うことに際し、半環(セミリング)を用いたメトリック演算手法を用いた検出器と復号器を有し、検出器と復号器の間を外部尤度値によって巡回させることによって送信情報を推定する。これにより、低密度変調の耐マルチパス干渉特性とナイキストレートを超える伝送速度によって、マルチパス環境下でも高密度変調波と同等の伝送速度で高性能伝送を実現することができる。[First Embodiment]
The high-performance transmission system according to the first embodiment includes means for realizing a transmission rate equivalent to a high-density modulated wave transmitted by a Nyquist rate by transmitting a plurality of low-density modulated waves at a rate exceeding the Nyquist rate. . The receiving side has a detector and a decoder using a metric calculation method using a semi-ring when receiving a plurality of low density modulated waves, and an external likelihood is provided between the detector and the decoder. The transmission information is estimated by cycling according to the degree value. Accordingly, high-performance transmission can be realized at a transmission rate equivalent to that of a high-density modulated wave even in a multipath environment by using a low-density modulation anti-multipath interference characteristic and a transmission rate exceeding Nyquist rate.
[第2の実施形態]
第2の実施形態に係る高性能伝送方式において、検出器で用いる半環を用いたメトリック演算は、送信側の低密度変調波の波形整形濾波器と伝送路のインパルス応答によって形成されたトレリス線図上の演算に対して、Max−log領域における半環であって、半環上の加法及び乗法の定義として、元a、bの和を最大値演算(MAX)とし、元a、bの積を通常の加算とする、[Second Embodiment]
In the high-performance transmission system according to the second embodiment, the metric calculation using the half ring used in the detector is a trellis line formed by the waveform shaping filter of the low-density modulated wave on the transmission side and the impulse response of the transmission line. For the calculation in the figure, a semi-ring in the Max-log domain, and as a definition of addition and multiplication on the semi-ring, the sum of elements a and b is set as a maximum value calculation (MAX), and elements a and b The product is normal addition,
[第3の実施形態]
第3の実施形態に係る高性能伝送方式において、受信側は、検出器の前段にトレリス線図の状態数の縮退を行うMMSE(Minimum Mean Square Error)規範に基づく処理手段を有し、検出器は、縮退された状態数によるトレリス線図を用いてメトリック演算を行う。これによれば、縮退量に応じて処理規模を指数関数的に削減することができる。[Third Embodiment]
In the high-performance transmission system according to the third embodiment, the receiving side has processing means based on the MMSE (Minimum Mean Square Error) standard for reducing the number of states of the trellis diagram before the detector. Performs a metric operation using a trellis diagram based on the number of degenerated states. According to this, the processing scale can be reduced exponentially according to the amount of degeneration.
[第4の実施形態]
第4の実施形態に係る高性能伝送方式において、検出器の前段のトレリス線図の状態数の縮退を行うMMSE規範に基づく処理手段は、送信側での低密度変調波の波形整形濾波器と伝送路のインパルス応答が形成するトレリス線に対して、送信における低密度変調波の波形整形濾波器が形成するトレリス線となるような縮退を行う。検出器は、縮退された状態数によるトレリス線図として低密度変調波の波形整形濾波器が形成するトレリス線図を用いてメトリック演算を行う。これにより、既知である送信側における低密度変調波の波形整形濾波器が形成するトレリス線図を受信側でのMMSE処理に用いることができ、処理規模を削減することができる。[Fourth Embodiment]
In the high-performance transmission system according to the fourth embodiment, the processing means based on the MMSE standard for reducing the number of states of the trellis diagram in the preceding stage of the detector includes a waveform shaping filter for a low-density modulated wave on the transmission side, and The trellis line formed by the impulse response of the transmission line is degenerated so as to become the trellis line formed by the waveform shaping filter of the low density modulated wave in transmission. The detector performs a metric operation using the trellis diagram formed by the waveform shaping filter of the low density modulated wave as the trellis diagram based on the number of degenerated states. As a result, a trellis diagram formed by a known low-density modulated wave waveform shaping filter on the transmission side can be used for the MMSE processing on the reception side, and the processing scale can be reduced.
[第5の実施形態]
第5の実施形態に係る高性能伝送方式において、送信側の低密度変調波の波形整形濾波器は、直線位相特性を有し、振幅成分のみで構成される。これにより、実軸のみの処理とすることができ、処理規模を半減することができる。[Fifth Embodiment]
In the high-performance transmission method according to the fifth embodiment, the waveform shaping filter of the low-density modulated wave on the transmission side has a linear phase characteristic and is composed of only amplitude components. Thereby, it can be set as a process only for a real axis, and the processing scale can be halved.
[第6の実施形態]
第6の実施形態に係る高性能伝送方式において、送信側は、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送することによってナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現する手段を有し、送信側での低密度変調波の波形整形濾波器は、直線位相特性を有する振幅成分のみで構成される。受信側は、複数の低密度変調波の受信を行うことに際し、半環を用いたメトリック演算手法を用いた検出器と復号器を有し、検出器と復号器の間を外部尤度値によって巡回させることにより送信情報を推定する。この構成で、検出器の前段にトレリス線図の状態数の縮退を行うMMSE規範に基づく処理手段を設ける。検出器は、縮退後の状態数によるトレリス線図を用いたメトリック計算を行うに際し、直線位相特性による振幅成分のみで構成される波形整形濾波器が形成する実軸あるいは虚軸成分のみによるトレリス線図を用いて演算を行う。これにより、検出器は縮退された状態数によるトレリス線図として実軸のみの処理とすることができ、処理規模を半減することができる。[Sixth Embodiment]
In the high-performance transmission method according to the sixth embodiment, the transmission side transmits a plurality of low density modulated waves at a speed exceeding the Nyquist rate, thereby realizing a transmission speed equivalent to the high density modulated wave transmitted by the Nyquist rate. The waveform shaping filter of the low-density modulated wave on the transmission side is configured only with an amplitude component having a linear phase characteristic. The reception side has a detector and a decoder using a metric calculation method using a half ring when receiving a plurality of low density modulated waves, and an external likelihood value is provided between the detector and the decoder. The transmission information is estimated by circulating. With this configuration, processing means based on the MMSE norm that performs degeneration of the number of states in the trellis diagram is provided in the preceding stage of the detector. When performing metric calculation using a trellis diagram based on the number of states after degeneration, the detector uses a trellis line consisting of only a real or imaginary axis component formed by a waveform shaping filter composed of only amplitude components based on linear phase characteristics. Calculation is performed using the figure. As a result, the detector can process only the real axis as a trellis diagram by the number of degenerated states, and the processing scale can be halved.
[第7の実施形態]
第7の実施形態に係る高性能伝送方式において、検出器における半環を用いたメトリック演算は、BCJR(Bahl, Cocke, Jelinek, Raviv)アルゴリズム或いはACS(Add, Compare, Select演算)におけるアルファメトリック演算及びベータメトリック演算の内、少なくとも一方のメトリック演算において、パイプライン化された複数段のガンマメトリックを供給する手段を有する。また、そのパイプライン化されたガンマメトリックを入力として複数段の縦続構成からなるACS演算手段を有する。さらに、その演算結果を入力としてステートメトリックを複数段(k段)毎に更新する手段を有する。これにより、処理速度をk倍にすることができ、高速な高性能伝送を実現することができる。[Seventh Embodiment]
In the high-performance transmission system according to the seventh embodiment, the metric calculation using the half ring in the detector is an alpha metric calculation in the BCJR (Bahl, Cocke, Jelinek, Raviv) algorithm or ACS (Add, Compare, Select calculation). And means for supplying a plurality of pipelined gamma metrics in at least one of the metric operations. In addition, it has an ACS computing means having a cascaded configuration of a plurality of stages with the pipelined gamma metric as an input. Furthermore, it has means for updating the state metric for each of a plurality of stages (k stages) with the calculation result as an input. As a result, the processing speed can be increased k times, and high-speed high-performance transmission can be realized.
[第8の実施形態]
第8の実施形態に係る高性能伝送方式において、検出器の前段のトレリス線図の状態数の縮退を行うMMSE規範に基づく処理手段は、送信側の低密度変調波の波形整形濾波器と伝送路のインパルス応答の直積をとった結果に対する共分散行列と、送信側の低密度変調波の波形整形濾波器と伝送路のインパルス応答の相互相関ベクトルを用いて作成された重み付け処理によってなされる。これにより、縮退処理をデジタル信号処理に適した高性能な線形演算とすることができる。[Eighth Embodiment]
In the high-performance transmission system according to the eighth embodiment, the processing means based on the MMSE standard for reducing the number of states of the trellis diagram in the previous stage of the detector includes a waveform shaping filter and a transmission of a low-density modulated wave on the transmission side This is done by a weighting process created using a covariance matrix for the result of the direct product of the impulse response of the path, and a cross-correlation vector of the waveform shaping filter of the low-density modulated wave on the transmission side and the impulse response of the transmission path. As a result, the degeneration process can be performed as a high-performance linear operation suitable for digital signal processing.
[第9の実施形態]
第9の実施形態に係る高性能伝送方式において、受信側は、複数の低密度変調波の受信を行う場合、検出器と復号器の間を外部尤度値によって循環させることで送信情報の推定を行うに際し、循環過程から得られた送信情報を元に、受信信号を実軸と虚軸成分とで独立して処理するためのデカップリング処理を挿入し、実軸成分と虚軸成分の相関を分離し状態数の削減を行う。これにより、実軸成分と虚軸成分の積の複雑度を和の複雑度に削減することができる。[Ninth Embodiment]
In the high-performance transmission scheme according to the ninth embodiment, when receiving a plurality of low density modulated waves, the receiving side estimates transmission information by circulating between a detector and a decoder using an external likelihood value. , Based on the transmission information obtained from the circulation process, insert a decoupling process to independently process the received signal with the real and imaginary axis components, and correlate the real and imaginary axis components. To reduce the number of states. Thereby, the complexity of the product of the real axis component and the imaginary axis component can be reduced to the sum complexity.
[第10の実施形態]
第10の実施形態に係る高性能伝送方式において、検出器の前段のトレリス線図の状態数の縮退を行うMMSE規範に基づく処理手段は、周波数領域の処理であって、周波数領域への変換後に状態数縮退後の信号になるべく重み付けを行った後、時間領域への変換を行って縮退後の信号を検出器の入力とする。これにより、遅延スプレッドの大きい伝送路に対しても縮退処理を低複雑度で実現できる。[Tenth embodiment]
In the high-performance transmission system according to the tenth embodiment, the processing means based on the MMSE standard for reducing the number of states of the trellis diagram in the previous stage of the detector is processing in the frequency domain, and after the conversion to the frequency domain After weighting the signal after the number of states is reduced as much as possible, conversion to the time domain is performed, and the signal after the reduction is used as an input of the detector. As a result, the degeneracy processing can be realized with low complexity even for a transmission line having a large delay spread.
[第11の実施形態]
第11の実施形態に係る高性能伝送方式において、処理手段は、複数の低密度変調波の受信を行う場合、検出器と復号器の間を外部尤度値によって循環させることで送信情報の推定を行うことに際し、循環過程から得られた送信情報を元に、残留干渉成分を再現し、受信信号から残留干渉成分を差し引いた後、MMSE規範に基づく処理によってトレリス線図の状態数の縮退を行い、縮退後の信号を検出器の入力とする。これにより、検出器が基としているトレリス線図の状態数を送信側のトレリス線図の状態数より小さくしても、再現された残留干渉成分によって補間されるので、更に受信側の処理規模を削減することができる。[Eleventh embodiment]
In the high-performance transmission system according to the eleventh embodiment, when receiving a plurality of low density modulated waves, the processing means estimates transmission information by circulating between the detector and the decoder with an external likelihood value. , The residual interference component is reproduced based on the transmission information obtained from the circulation process, the residual interference component is subtracted from the received signal, and then the number of states of the trellis diagram is reduced by processing based on the MMSE norm. The signal after degeneration is used as the detector input. As a result, even if the number of trellis diagrams on which the detector is based is smaller than the number of states on the trellis diagram on the transmission side, interpolation is performed using the reproduced residual interference component, so the processing scale on the receiving side is further reduced. Can be reduced.
[第12の実施形態]
第12の実施形態に係る高性能伝送方式において、送信側は、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送することによってナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現する手段と、伝送路の状態を検出する手段とを有する。送信側での低密度変調波の波形整形濾波器は、伝送路の状態に応じてそのインパルス応答或いは周波数応答の変更が可能である。これにより、伝送路が実現しうるキャパシティに迫ることができる。[Twelfth embodiment]
In the high-performance transmission system according to the twelfth embodiment, the transmission side transmits a plurality of low-density modulated waves at a speed exceeding the Nyquist rate, thereby realizing a transmission speed equivalent to the high-density modulated wave transmitted by the Nyquist rate. And means for detecting the state of the transmission line. The waveform shaping filter of the low density modulated wave on the transmission side can change its impulse response or frequency response according to the state of the transmission path. Thereby, it is possible to approach the capacity that the transmission path can realize.
[第13の実施形態]
第13の実施形態に係る高性能伝送方式において、送信側は、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送することによってナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現する手段と、伝送路の状態を検出する手段を有する。送信側での低密度変調波の波形整形濾波器は、伝送路の状態に応じてインパルス応答の変更が可能である。インパルス応答は、伝送路のインパルス応答に対して複素共役をとり、その時間軸を逆にしてできた波形に帯域制限した応答である。これにより、受信端で最大のSNR(Signal to Noise Ratio)とすることができ、実際の伝送路が実現しうるキャパシティに近づくことができる。[Thirteenth embodiment]
In the high-performance transmission system according to the thirteenth embodiment, the transmitting side transmits a plurality of low density modulated waves at a speed exceeding the Nyquist rate, thereby realizing a transmission speed equivalent to the high density modulated wave transmitted by the Nyquist rate. And means for detecting the state of the transmission line. The waveform shaping filter of the low-density modulated wave on the transmission side can change the impulse response according to the state of the transmission path. The impulse response is a response that is band-limited to a waveform obtained by taking a complex conjugate with respect to the impulse response of the transmission line and reversing the time axis. As a result, the maximum signal-to-noise ratio (SNR) can be achieved at the receiving end, and the capacity that can be realized by the actual transmission path can be approached.
[第14の実施形態]
第14の実施形態に係る高性能伝送方式において、送信側は、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送することによってナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現する手段と、伝送路の状態を検出する手段とを有する。送信側での低密度変調波の波形整形濾波器は、伝送路の状態に応じてその伝達関数の変更が可能である。伝達関数は、伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限用の伝達関数を掛けた関数である。これにより、遅延スプレッドが大きい場合でも処理規模を押さえることができる。[Fourteenth embodiment]
In the high-performance transmission system according to the fourteenth embodiment, the transmission side transmits a plurality of low-density modulated waves at a speed exceeding the Nyquist rate, thereby realizing a transmission speed equivalent to the high-density modulated wave transmitted by the Nyquist rate. And means for detecting the state of the transmission line. The waveform shaping filter of the low density modulated wave on the transmission side can change the transfer function according to the state of the transmission path. The transfer function is a function obtained by multiplying a function having a complex conjugate with respect to the transfer function of the transmission path by a transfer function for band limitation. As a result, the processing scale can be reduced even when the delay spread is large.
[第15の実施形態]
第15の実施形態に係る高性能伝送方式において、送信側は、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送することによってナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現する手段と、伝送路の状態を検出する手段とを有する。送信側での低密度変調波の波形整形濾波器は、伝送路の状態に応じてインパルス応答の変更が可能である。インパルス応答は、伝送路のインパルス応答に対して複素共役を取ってその時間軸を逆にしてできた波形に帯域制限を行った応答である。受信側は、複数の低密度変調波の受信を行うことに際し、半環を用いたメトリック演算手法を用いた検出器と復号器を有し、検出器と復号器の間を外部尤度値によって循環させることにより送信情報を推定する。この構成で、検出器の前段にトレリス線図の状態数の縮退を行うMMSE規範に基づく処理手段を有する。処理手段は、縮退後の状態数を持つトレリス線図として、伝送路の状態に応じた伝送路のインパルス応答に対して複素共役をとり、その時間軸を逆にしてできた波形に帯域制限した応答となるように処理する。これにより、受信端で最大のSNRを実現できるトレリス線図による検出を行うことができて、実際の伝送路が実現しうるキャパシティに近づくことができる。[Fifteenth embodiment]
In the high-performance transmission system according to the fifteenth embodiment, the transmission side transmits a plurality of low-density modulated waves at a speed exceeding the Nyquist rate, thereby realizing a transmission speed equivalent to the high-density modulated wave transmitted by the Nyquist rate. And means for detecting the state of the transmission line. The waveform shaping filter of the low-density modulated wave on the transmission side can change the impulse response according to the state of the transmission path. The impulse response is a response obtained by band-limiting a waveform obtained by taking a complex conjugate with respect to the impulse response of the transmission line and reversing its time axis. The reception side has a detector and a decoder using a metric calculation method using a half ring when receiving a plurality of low density modulated waves, and an external likelihood value is provided between the detector and the decoder. Transmission information is estimated by circulation. With this configuration, a processing unit based on the MMSE norm that reduces the number of states of the trellis diagram is provided at the front stage of the detector. The processing means takes a complex conjugate of the impulse response of the transmission line according to the state of the transmission line as a trellis diagram having the number of states after degeneration, and band-limits the waveform to a waveform obtained by reversing the time axis. Process to be a response. Thereby, detection by a trellis diagram capable of realizing the maximum SNR at the receiving end can be performed, and the capacity that can be realized by an actual transmission path can be approached.
[第16の実施形態]
第16の実施形態に係る高性能伝送方式において、送信側は、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送することによってナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現する手段と、伝送路の状態を検出する手段とを有する。送信側での低密度変調波の波形整形濾波器は、伝送路の状態に応じてその伝達関数の変更が可能である。伝達関数は、伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限用の伝達関数を掛けた関数である。受信側は、複数の低密度変調波の受信を行うことに際し、半環を用いたメトリック演算手法を用いた検出器と復号器を有し、検出器と復号器の間を外部尤度値によって循環させることにより送信情報を推定する。この構成で、検出器の前段にトレリス線図の状態数の縮退を行うMMSE規範に基づく処理手段を有する。処理手段は、縮退後の状態数を持つトレリス線図として、伝送路の状態に応じた伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限用の伝達関数を掛けた関数となるように処理する。これにより、受信端で最大のSNRを実現できるトレリス線図による検出を行うことができ、実際の伝送路が実現しうるキャパシティに近づくことができる。[Sixteenth Embodiment]
In the high-performance transmission system according to the sixteenth embodiment, the transmission side transmits a plurality of low-density modulated waves at a speed exceeding the Nyquist rate, thereby realizing a transmission speed equivalent to the high-density modulated wave transmitted by the Nyquist rate. And means for detecting the state of the transmission line. The waveform shaping filter of the low density modulated wave on the transmission side can change the transfer function according to the state of the transmission path. The transfer function is a function obtained by multiplying a function having a complex conjugate with respect to the transfer function of the transmission path by a transfer function for band limitation. The reception side has a detector and a decoder using a metric calculation method using a half ring when receiving a plurality of low density modulated waves, and an external likelihood value is provided between the detector and the decoder. Transmission information is estimated by circulation. With this configuration, a processing unit based on the MMSE norm that reduces the number of states of the trellis diagram is provided at the front stage of the detector. The processing means is a trellis diagram having the number of states after degeneration and is a function obtained by multiplying the transfer function of the transmission path according to the state of the transmission path by a complex conjugate with the transfer function for band limitation. Process as follows. As a result, detection by a trellis diagram capable of realizing the maximum SNR at the receiving end can be performed, and the capacity that can be realized by an actual transmission path can be approached.
[第17の実施形態]
第17の実施形態に係る高性能伝送方式において、送信側は、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送することによってナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現する手段と、伝送路の状態を検出する手段とを有する。送信側での低密度変調波の波形整形濾波器は、伝送路の状態に応じてその伝達関数の変更が可能である。その伝達関数は、伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限用の伝達関数を掛けた関数であり、その処理をマトリクスTを用いた演算によって実行する手段を有する。また、離散フーリエ変換マトリクスDを用いた演算によって、送信信号をブロック化した送信信号ベクトルSを変換する手段と、マトリクスで表現した伝送路をHとして、ブロック化した受信信号ベクトルrを、[Seventeenth embodiment]
In the high-performance transmission system according to the seventeenth embodiment, the transmission side transmits a plurality of low-density modulated waves at a speed exceeding the Nyquist rate, thereby realizing a transmission speed equivalent to the high-density modulated wave transmitted by the Nyquist rate. And means for detecting the state of the transmission line. The waveform shaping filter of the low density modulated wave on the transmission side can change the transfer function according to the state of the transmission path. The transfer function is a function obtained by multiplying a transfer function of the transmission path by a complex conjugate and a transfer function for band limitation, and has means for executing the processing by calculation using the matrix T. Further, a means for converting the transmission signal vector S obtained by blocking the transmission signal by calculation using the discrete Fourier transform matrix D, and a transmission signal represented by the matrix as H, and the reception signal vector r blocked by
図1は、本発明の一実施例に係る高性能伝送システムの構成を説明するものである。同図に示す伝送システムにおいて、上段が送信系(送信側又は送信機)を、下段が受信系(受信側又は受信機)をそれぞれ示している。 FIG. 1 illustrates the configuration of a high-performance transmission system according to an embodiment of the present invention. In the transmission system shown in the figure, the upper part shows a transmission system (transmission side or transmitter), and the lower part shows a reception system (reception side or receiver).
このうち、送信系は、同図に示すように、符号化器(Encoder)101、インターリーバ(Π)102、及び変調器(Tx Matrix)103を有し、ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送する。変調器103には、複数の低密度変調波の波形整形を行う波形整形濾波器が含まれる。
Among these, the transmission system includes an
また、受信系は、同図に示すように、複数の低密度変調波の受信を行うに際し、半環(セミリング)を用いたメトリック演算を行う半環型検出器(Semi-ring型Detector)から成る検出器107及び復号器110を有し、検出器107及び復号器110の間を対となるインターリーバ(Π)108及びデインターリーバ(Π−1)109を介して外部尤度値によって巡回させることによって送信情報を推定する。検出器107の前段には、後述する、デカップリング処理手段(Decoupling)105及び状態数の縮退を行うMMSE規範に基づく処理手段(Rx Matrix)106がそれぞれ設けられる。以下、各構成要素について詳述する。Also, as shown in the figure, the receiving system uses a semi-ring type detector (Semi-ring type Detector) that performs metric computation using a semi-ring (semi-ring) when receiving multiple low-density modulated waves. The
図1の上段に示す送信系において、送信情報は、先ず、符号化器101で符号化された後、インターリーバ102によって撹拌され、複数の低密度変調波を生成する変調器103へ入力される。本実施例では、ナイキストレートで送信する高密度変調である64QAMと同等の伝送速度を実現するために、変調器103は、複数の低密度変調波として三つのQPSKを生成する。この複数の低密度変調波は、ナイキストレートを超える速度で伝送され、本実施例では、同図の符号104に示すようにナイキスト間隔(Nyquist)の三分の一で送信される。この場合の伝送速度は、ナイキスト間隔で換算すると、2bit×3=6bitになる。一方、高密度変調波の伝送速度は、ナイキストレートで送信する64QAMの場合、ナイキスト間隔で換算すると、6bit×1=6bitである。従って、図1の送信系は、等価的に高密度変調である64QAMと同じ伝送速度を有することになる。同図の符号104に示すようにマルチパス伝送路を通過する前から、送信する段階で既に干渉成分が生じていることになる点に注意を要する。
In the transmission system shown in the upper part of FIG. 1, transmission information is first encoded by the
このようにして生成された複数の低密度変調波は、マルチパス伝送路を通過して受信端に到来する。複数の低密度変調波の受信は、図1の下段に示す受信系で行われる。この受信系を構成する受信機111は、半環(セミリング)によるメトリック演算を用いた検出器107と、送信系での符号化器101に対応する復号器110とを有している。検出器107と復号器110との間には、送信系で用いたインターリーバ102と同じ撹拌処理を行うインターリーバ108と、その逆過程の処理を行うデインターリーバ109とが介在して、ターボフィードバックと呼ばれるループが形成されている。また、検出器107と復号器110の間では、外部尤度と呼ばれる情報量が行き交い、このループ処理によって高性能な送信情報の推定が可能となる。
The plurality of low density modulated waves generated in this way arrives at the receiving end through the multipath transmission path. A plurality of low density modulated waves are received by the receiving system shown in the lower part of FIG. The receiver 111 constituting this reception system has a
以下、検出器110で用いる半環によるメトリック演算の構成(以下、「セミリング構成」又は「半環構成」とも呼ぶ。)について説明する。 Hereinafter, the configuration of the metric calculation by the half ring used in the detector 110 (hereinafter also referred to as “semi-ring configuration” or “half-ring configuration”) will be described.
セミリング構成は、高速化と低複雑化を実現するものであり、上述のターボフィードバックに基づくターボ原理を実現する手段である。抽象的概念を持つ代数的構造として知られる半環は、ベイズ統計学と密接な関係があり、ベイズ統計学の中心的な役割をはたす周辺化処理を半環により低複雑度で実現できることが、以下の文献に記載されている。 The semi-ring configuration realizes high speed and low complexity, and is a means for realizing the turbo principle based on the turbo feedback described above. The semi-ring, known as an algebraic structure with an abstract concept, is closely related to Bayesian statistics, and it is possible to realize marginalization processing that plays a central role in Bayesian statistics with a low degree of complexity. It is described in the following documents.
「1996年7月、アイ・イー・イー・イー・トランザクション・オン・インフォメーション・セオリ、第42巻、第4号、1072〜1092頁(IEEE Transactions on information theory, Vol.42, No.4, pp.1072-1092)」(参考文献1)
「2000年7月、アイ・イー・イー・イー・トランザクション・オン・インフォメーション・セオリ、第46巻、第2号、325〜343頁(IEEE Transactions on information theory, Vol.46, No.2, pp.325-343)」(参考文献2)"July 1996, IEE Transactions on Information Theory, Vol. 42, No. 4, pp. 1072-1922 (IEEE Transactions on information theory, Vol.42, No.4, pp .1072-1092) "(Reference 1)
“July 2000, IEE Transactions on Information Theory, Vol. 46, No. 2, pages 325-343 (IEEE Transactions on information theory, Vol.46, No.2, pp .325-343) "(Reference 2)
ターボ符号を復号するBCJRアルゴリズムやLDPCにおけるBelief Propagation(BP)といった処理は、ベイジアンネットワーク(BN)における確率伝搬の計算と見ることができる。この確率伝搬をグラフ上の遷移過程で計算するに当たって、周辺確率分布の計算が必要になってくる。この遷移毎に必要な周辺確率分布の計算をMax−Log領域の半環で実行し、最大事後確率を求めたのが、ターボ復号におけるMax−Log MAPと呼ばれるアルゴリズムである。なお、ターボ復号では、2を法とする有限体上の演算に対する確率伝搬となるが、本実施例の検出器107では、実数上の演算となる点に注意を要する。
Processing such as BCJR algorithm for decoding a turbo code and Belief Propagation (BP) in LDPC can be regarded as calculation of probability propagation in a Bayesian network (BN). In calculating this probability propagation in the transition process on the graph, it is necessary to calculate the marginal probability distribution. An algorithm called Max-Log MAP in turbo decoding is used to calculate the marginal probability distribution necessary for each transition in a semi-ring of the Max-Log region and obtain the maximum posterior probability. Note that in turbo decoding, probability propagation is performed for operations on a finite field modulo 2. However, in the
本実施例は、実数上の演算に際し、半環をマトリクスで構成してターボ原理を低複雑度で高速に行い、高性能な伝送方式を実現したものである。これは、マルチパス干渉に弱い高密度変調方式の代わりに、ナイキストレートを超える複数の低密度変調方式で実現したパーシャルレスポンスの進化系としてみることもできる信号波形に対して、干渉を除去するのではなく、逆にその干渉を利用して高い周波数利用効率を実現するものである。 In the present embodiment, a half ring is formed of a matrix and a turbo principle is performed at a low speed with a low complexity to realize a high-performance transmission system when performing arithmetic operations on real numbers. This eliminates interference for signal waveforms that can be seen as partial response evolution systems realized by multiple low-density modulation schemes that exceed Nyquist rate instead of high-density modulation schemes that are vulnerable to multipath interference. Instead, the interference is used to realize high frequency utilization efficiency.
以下、本実施例で用いる半環型検出器について説明する。 Hereinafter, the semi-ring detector used in this embodiment will be described.
図1に示す検出器107は、複数の低密度変調波を生成する変調器103による波形整形に対応したトレリス線図を用いて、BCJRアルゴリズムを使用している。半環は、このBCJRアルゴリズムを高速に低複雑度で実現する手法である。ここで、抽象的概念を持つ代数的構造として知られる半環によって、確率伝搬の計算が可能で、Max−Log領域やLog領域といった複雑度や信頼度に応じて使い分けができる。以下、その半環について説明する。
The
半環は、二つの演算子 A semi-ring is two operators
以下、A)Max−Log領域での半環(Semi-ring expression in max-log domain)、B)Log領域での半環(Semi-ring expression in log domain)、C)Max−Log領域での拡張型半環(Extended Semi-ring expression in max-log domain)、D)Log領域での拡張型半環(Extended Semi-ring expression in log domain)、E)Max−Log領域とLog領域でのハイブリッド型半環(1)(Hybrid Semi-ring expression (1) in max-log and log domain)、F)Max−Log領域とLog領域でのハイブリッド型半環(2)(Hybrid Semi-ring expression (2) in max-log and log domain)の順に説明する。 Hereinafter, A) Semi-ring expression in max-log domain, B) Semi-ring expression in log domain, C) Max-Log domain Extended Semi-ring expression in max-log domain, D) Extended Semi-ring expression in Log domain, E) Hybrid in Max-Log area and Log area Hybrid semi-ring expression (1) in max-log and log domain, F) Hybrid semi-ring expression (2) in Max-Log region and Log region (2) (Hybrid Semi-ring expression (2) ) in max-log and log domain).
A)Max−Log領域での半環
まず、上記[数10]式の関係を用いて、Max−Log−MAPアルゴリズムを次のように関連づける。この場合、BCJRアルゴリズムは、Max−Log領域での半環として解釈され、次式のように表される。A) Semi-ring in the Max-Log domain First, the Max-Log-MAP algorithm is related as follows using the relationship of the above [Equation 10]. In this case, the BCJR algorithm is interpreted as a semi-ring in the Max-Log domain and is expressed as:
この定義による半環は、BCJRアルゴリズムの近似値となるが、低複雑度で実現できる。 A half ring according to this definition is an approximation of the BCJR algorithm, but can be realized with low complexity.
B)Log領域での半環
次に、もう一つのBCJRアルゴリズムの解釈は、Log領域での半環であり、次式のように表される。B) Semi-ring in the Log domain Next, another interpretation of the BCJR algorithm is a semi-ring in the Log domain, which is expressed by the following equation.
この式のうち、ヤコビアン対数に基づく演算は、以下のように表される。 Of these equations, an operation based on the Jacobian logarithm is expressed as follows.
C)Max−Log領域での拡張型半環
次に、Max−Log領域での拡張型半環は、上記A)のMax−Log領域での半環の加法及び乗法を、2つの元a、bの和及び積からM個(Mは自然数)の元a1、a2、…、am、…、aM(mは、1≦m≦Mを満たす自然数)の和及び積に拡張したもので、以下のように表される。C) Extended semi-ring in the Max-Log region Next, the extended semi-ring in the Max-Log region is obtained by adding the half ring addition and multiplication in the Max-Log region of A) to two elements a, Expanded from the sum and product of b to M (M is a natural number) elements a 1 , a 2 , ..., a m , ..., a M (m is a natural number satisfying 1≤m≤M). It is expressed as follows.
D)Log領域での拡張型半環(Extended Semi-ring expression in log domain)
次に、Log領域での拡張型半環は、上記B)のLog領域での半環の加法及び乗法を、2つの元a、bの和及び積からM個(Mは自然数)の元a1、a2、…、am、…、aM(mは、1≦m≦Mを満たす自然数)の和及び積に拡張したもので、以下のように表される。D) Extended Semi-ring expression in log domain
Next, the extended semi-ring in the Log domain is obtained by adding the semi-ring addition and multiplication in the Log domain of B) to M (M is a natural number) elements a from the sum and product of the two elements a and b. 1 , a 2 ,..., A m ,..., A M (m is a natural number satisfying 1 ≦ m ≦ M) and is expressed as follows.
E)Max−Log領域とLog領域でのハイブリッド型半環(1)
次に、Max−Log領域とLog領域でのハイブリッド型半環(1)を以下のように定義する。E) Hybrid half ring in Max-Log region and Log region (1)
Next, the hybrid half ring (1) in the Max-Log region and the Log region is defined as follows.
F)Max−Log領域とLog領域でのハイブリッド型半環(2)
次に、Max−Log領域とLog領域でのハイブリッド型半環(2)を以下のように定義する。F) Hybrid half ring in Max-Log region and Log region (2)
Next, the hybrid semi-ring (2) in the Max-Log region and the Log region is defined as follows.
以上の定義を元に、半環構成の説明を行う。 Based on the above definition, the half-ring configuration will be described.
以下の例では、説明の都合上、状態数を4としているが、それ以外でも可能なことはいうまでもない。今、BCJRアルゴリズムのステートメトリックと、γメトリック(ガンマメトリック)とを、それぞれ、1行4列(1×4)のベクトルS[n]と、4行4列(4×4)の行列Γ[n]とする。即ち、行列Γ[n]は、以下のように表現される。 In the following example, for convenience of explanation, the number of states is set to 4, but it goes without saying that other numbers are possible. Now, the state metric and the γ metric (gamma metric) of the BCJR algorithm are respectively expressed as a 1 × 4 (1 × 4) vector S [n] and a 4 × 4 (4 × 4) matrix Γ [. n]. That is, the matrix Γ [n] is expressed as follows.
上式より、任意のK倍毎のステートメトリックベクトルを表すと、以下のようになる。 From the above equation, the state metric vector for every arbitrary K times is expressed as follows.
同図で、左側のアルファメトリック更新回路201は、αメトリックの逐次処理を行っており、1クロックでα[K・(n−1)]からα[K・(n)]へと、アルファメトリックベクトルの更新を行う。同図の場合、K=3になっているので、アルファメトリックは、3段毎に更新されていくことになり、その演算結果がアルファメトリック用メモリ202に蓄積される。蓄積されるメモリアドレスは、アドレス制御用のアップダウンカウンタ203で指定される。これによって、アルファメトリック用メモリ容量を1/Kに削減でき、更新速度をK倍に向上させることができる。
In the figure, an alpha
半環上のガンマメトリックの行列の積 Gamma-metric matrix product over a half ring
次に、上記のように供給されるガンマメトリックを入力として、アルファメトリック更新回路201の複数段の縦続接続構成からなるACS演算結果a11〜a14、a21〜a24、a31〜a34、a41〜a44を得る構成について、図3を参照しながら説明する。
Next, ACS calculation results a11 to a14, a21 to a24, a31 to a34, a41 to a44 having a plurality of cascade connection configurations of the alpha
同図に示すアルファメトリック更新回路において、初段の演算処理部301と、二段目以降のACS演算処理部302とには、ガンマメトリック供給回路303によりガンマメトリックが供給される。
In the alpha metric update circuit shown in the figure, a gamma metric is supplied from the gamma
初段の演算処理部301は、ガンマメトリックの加算演算を行う。その詳細な構成を図4に示す。同図に示すように、初段の演算処理部301は、ACS演算を簡略化し、加算器のみで構成できる。初段の演算処理部301による演算結果は、図3に示す二段目以降の並列成分からなるトレリス構造で構成されたACS演算処理部302へ入力される。
The first-stage
ACS演算処理部302は、並列成分からなるトレリス構造で構成される。本実施例では、ACS演算処理部302は一段の構成としているが、それはK=3の場合であるためで、それ以上の値のKを用いた場合、複数段の構成となる。この並列成分からなるトレリス構造で構成されたACS演算処理部302の詳細を図5に示す。同図に示すように、ACS演算処理部302は、加算器、コンパレータ(比較器)、及びマルチプレクサ(データセレクタ、信号切り替え器)等の論理回路で構成される。
The ACS
図3〜図5に示す回路による動作によって、本実施例のセミリング構成の検出器で用いられるステートメトリック更新回路は、通常のBCJRアルゴリズムに比べてK倍の高速化が実現される。 3 to 5, the state metric update circuit used in the semi-ring detector of the present embodiment can achieve K times faster than the normal BCJR algorithm.
なお、図2、図3、図5の中で用いられているコンパレータは、補正関数f(*)を含むこともでき、上述の色々な式によって関連づけられた半環を採用することが可能である。例えば、ヤコビアン対数を使ったLog領域での半環や、Max−Log領域やMax−LogとLog領域でのハイブリッド型半環などとなる。低複雑化の度合いや、BCJRアルゴリズムの精度の度合いによって、色々な使い分けができる。 The comparator used in FIGS. 2, 3 and 5 can also include a correction function f (*), and can adopt a semi-ring associated by the above-described various expressions. is there. For example, a semi-ring in the Log region using a Jacobian logarithm, a hybrid semi-ring in the Max-Log region, Max-Log and Log region, or the like. Depending on the degree of complexity and the degree of accuracy of the BCJR algorithm, various uses can be made.
外部尤度値を計算するためのLLR(Log-Likelihood ratio)の計算は、例えば以下の式によって直接的に計算できる(この例の場合は、状態数が8の場合でK=4で記している。)。 The LLR (Log-Likelihood ratio) for calculating the external likelihood value can be directly calculated by, for example, the following equation (in this example, when the number of states is 8 and K = 4, Yes.)
4倍速となり、
本実施例のセミリング構成の検出器で用いられるステートメトリック更新回路の他の例としては、unrolling方式によるものがある。この方式を採用し、状態数4の場合の例を図6に示す。同図の例では、K倍のβメトリックを一クロックで生成している。 Another example of the state metric update circuit used in the semi-ring detector of this embodiment is based on the unrolling method. FIG. 6 shows an example in which this method is adopted and the number of states is four. In the example shown in the figure, the K metric β metric is generated in one clock.
図6に示すステートメトリック更新回路は、ベータメトリック更新回路601、複数段の縦続接続構成からなるACS演算処理部602、及びガンマメトリック供給回路603を有している。同図において、符号604はベータメトリックとガンマメトリックの加算結果、符合605はガンマメトリックの演算結果をそれぞれ示している。
The state metric update circuit shown in FIG. 6 includes a beta
同図に示すステートメトリック更新回路において、右側のベータメトリック更新回路601により、ベータメトリックは一クロックでβ[K・(n+1)]からβ[K・n]へとK=3段毎に更新される。その演算処理結果は、複数段の縦続接続構成からなるACS演算処理部602へと入力される。
In the state metric update circuit shown in the figure, the beta
ACS演算処理部602は、通常のベータメトリック更新で使用される処理を多段構成にしたものである。従って、ACS演算処理部602は、ベータメトリックβ[K・n]
、即ち、The ACS
That is,
これにより、ガンマメトリック供給回路603により供給される、後方演算処理に必要なガンマメトリックも各段毎にパイプライン化される。ガンマメトリック供給回路603は、段が進む毎に1ステップ遅らせてガンマメトリックを供給する。段が進む毎に1ステップ遅らせる理由は、後方演算なので時間的には逆になるからである。これによって、処理が淀みなく進むことができる。このような動作の結果、縦続接続構成からなるACS演算処理部602の各段からベータメトリックとガンマメトリックの加算結果604を得ることができる。この加算結果604は、パイプライン化された状態で、かつ、各段が進むに従って1ステップずつ遅れるような構成で出力される。
As a result, the gamma metric supplied by the gamma
従って、本実施例の場合、3個の値が平行して淀みなく出力され、通常使われているBCJRアルゴリズムに比べて、K=3倍の処理速度を有することになる。また、Kの値を増やすように構成することにより、任意の処理速度の向上を図れることはいうまでもない。また、図中のガンマメトリック演算結果605は、アルファメトリックの時に説明した内容と同様なので説明を省略する。しかし、一点異なる点があるので記すと、更新方向がアルファメトリックは増加の方向であるのに対して、ベータメトリックは減少の方向である点である。このようにして得られたベータメトリックとガンマメトリックの加算結果と上述のアルファメトリックによって、LLRの演算を行うことができる。
Therefore, in this embodiment, three values are output in parallel without any stagnation, and the processing speed is K = 3 times that of the normally used BCJR algorithm. It goes without saying that any processing speed can be improved by increasing the value of K. Also, the gamma
このように半環構成によって、低複雑化と処理速度の向上を図ることができるが、本実施例では、図1に示すように更に低複雑化を実現する手段を講ずる。その一つは、図1に示す状態数の縮退を行うMMSE規範に基づく処理手段106を検出器107の前段に配置することである。 As described above, the semicircular configuration can reduce the complexity and improve the processing speed. However, in this embodiment, as shown in FIG. One of them is to arrange the processing means 106 based on the MMSE norm that performs the degeneration of the number of states shown in FIG.
状態数は、半環構成によるターボ処理規模を増大させる。そこで、検出器107と復号器110によるループ処理の前に状態数の縮退を行って処理規模の削減を行う。本実施例の場合、縮退は干渉波を含む信号とするMMSE規範に基づくマトリクス演算で実現している。本実施例で用いている方法は、送信側で行われた既知である低密度変調波の波形整形濾波器が形成するトレリス線図が形作る状態のみとする縮退処理を行っている。MMSE規範による処理は、本来、干渉波のない希望信号を出力するように処理されるが、状態数を縮退させる目的で使うのであるから、共分散行列の各要素についてみると自己相関が発生する。更に、相互相関ベクトルは、縮退後の干渉波との相関となることに注意を要する。以上を考慮して、縮退用マトリクス演算を行う。
The number of states increases the turbo processing scale with the semi-ring configuration. Therefore, before the loop processing by the
なお、本実施例の場合、送信側での低密度変調波の波形整形濾波器は、直線位相特性を有し、振幅成分のみで構成されているので、縮退後の波形は実軸成分と虚軸成分とで独立に処理することができ、検出器は、低複雑度化した実軸用と虚軸用の二面を持てばよい。即ち、複雑度が「(実軸の複雑度)×(虚軸の複雑度)」のオーダから、「(実軸の複雑度)+(虚軸の複雑度)」のオーダへ削減したことになる。 In the case of the present embodiment, the waveform shaping filter of the low-density modulated wave on the transmission side has a linear phase characteristic and is composed of only the amplitude component. The detection can be performed independently of the axis component, and the detector only needs to have two surfaces for the real axis and the imaginary axis with reduced complexity. That is, the complexity has been reduced from the order of “(real axis complexity) × (imaginary axis complexity)” to the order of “(real axis complexity) + (imaginary axis complexity)”. Become.
今、マルチパス伝送路を含む受信信号をr、送信側の低密度変調波の波形整形濾波器が形成するISI干渉(シンボル間干渉:Inter-Symbol Interference)を含む信号をdとすると、 Now, let r be a received signal including a multipath transmission path, and d be a signal including ISI interference (inter-symbol interference) formed by a waveform shaping filter of a low-density modulated wave on the transmitting side.
以上は、縮退後の信号として、既知である送信側での低密度変調波の波形整形濾波器の波形を用いた場合で、しかも、直線位相特性を有し、振幅成分のみで構成されているので、縮退後の波形は実軸成分と虚軸成分とで独立に処理することができ、縮退による状態数の削減効果と実軸虚軸独立処理による削減効果により、検出器107を低複雑度で実現した実施例である。
The above is a case where the waveform of the waveform shaping filter of the low-density modulated wave on the transmission side, which is known, is used as the degenerated signal, and has a linear phase characteristic and is composed only of an amplitude component. Therefore, the waveform after the degeneration can be processed independently for the real axis component and the imaginary axis component, and the
次に、状態数の縮退を行うMMSE規範に基づく処理手段106の処理規模を削減した実施例について説明する。そのために用いた手段として、本実施例では、縮退用のMMSE規範に基づく処理106の前段にI(In-phase:同相)軸、Q(Quadrature:直交位相)軸を独立して処理できるような仕組みであるデカップリング処理手段105を配置している。通常、IQ成分は、相互に相関を持った形で受信されるが、デカップリング処理手段105によってIQ相互の相関を分離し、MMSE規範に基づく処理手段106の処理規模を削減している。
Next, an embodiment will be described in which the processing scale of the processing means 106 based on the MMSE norm that reduces the number of states is reduced. As a means used for this purpose, in this embodiment, the I (In-phase) axis and the Q (Quadrature) axis can be processed independently before the
即ち、IQ成分の相互に相関を持った形の信号に対してMMSE規範に基づく処理を行うには、[数32]に示すように複素演算が必要になり、複雑度が増す。これに対して、IQ相互の相関を分離してI軸、Q軸に対する信号を独立して処理できれば、複素演算処理が無くなり、処理規模を削減することができるのである。 That is, in order to perform processing based on the MMSE standard for signals having a mutually correlated form of IQ components, a complex operation is required as shown in [Equation 32], and complexity increases. On the other hand, if the correlation between IQs is separated and signals for the I axis and Q axis can be processed independently, complex arithmetic processing is eliminated, and the processing scale can be reduced.
以下、デカップリング処理手段105の具体的な実施例を説明する。
Hereinafter, a specific embodiment of the
デカップリング処理には、線形処理と非線形処理による方法があるが、本実施例では非線形処理を使っている。 There are two methods for decoupling processing, linear processing and non-linear processing. In this embodiment, non-linear processing is used.
今、マルチパス伝送路を伝搬して受信された信号を、 Now, the signal received through the multipath transmission line is
また、f(l)はマルチパス伝送路の係数で、 F (l) is a coefficient of the multipath transmission line,
デカップリング処理後の受信信号を、 Received signal after decoupling processing
同様に、 Similarly,
ここで、 here,
即ち、デカップリング処理によってIQ相互に相関を持った信号を分離し、I軸、Q軸独立して処理できるようになる。なお、これらの処理は、後述する残留干渉成分を差し引いてMMSE処理する方法と合わせて行うことも可能である。 That is, a signal having a correlation with IQ is separated by decoupling processing, and can be processed independently of the I axis and the Q axis. Note that these processes can be performed together with a method of performing MMSE processing by subtracting residual interference components described later.
次に、図1の処理手段106による周波数領域におけるMMSE規範を用いた縮退処理について説明する。 Next, degeneration processing using the MMSE norm in the frequency domain by the processing means 106 of FIG. 1 will be described.
図7は、マルチパス伝送路の周波数領域での推定値を用いてMMSE規範により縮退を行う処理手段の構成例を示す。同図に示す処理手段は、図1の処理手段106に相当する処理を行うもので、ガード区間除去部(GI deletion)701、直並列変換部(S/P)702、FFT部703、縮退用周波数領域MMSE部(MMSE weight)704、IFFT部705、及び並列直列変換部(P/S)706を有している。
FIG. 7 shows an example of the configuration of processing means for performing degeneration according to the MMSE standard using estimated values in the frequency domain of a multipath transmission path. The processing means shown in the figure performs processing corresponding to the processing means 106 of FIG. 1, and includes a guard interval removal unit (GI deletion) 701, a serial / parallel conversion unit (S / P) 702, an
同図において、受信信号は、先ずガード区間除去部701により、送信側にて付加されたサイクリックプリフィックス(CP)が除去され、その後、直列並列変換部702でパラレル化され、FFT部703へ入力される。その入力は、FFT部703により時間領域の信号から周波数領域の信号へ変換され、その後で、縮退を行うため、周波数領域MMSE部704にて、以下の重み付け処理が行われる。
In the figure, the received signal is first subjected to removal of the cyclic prefix (CP) added on the transmission side by the guard
本実施例では、送信側での低密度変調波の波形整形濾波器が形成する信号となるべく縮退を行うので、以下のようになる In the present embodiment, the signal generated by the waveform shaping filter of the low-density modulated wave on the transmission side is degenerated as much as possible, so that
次に、IFFT部705にて時間領域の信号へ変換を行い、並列直列変換部706にてシリアル化したデータを得る。以上の処理で、周波数領域におけるMMSE規範を用いた縮退処理が完了する。この周波数領域におけるMMSE規範を用いた縮退処理は、遅延を全て位相情報に変えてしまうので、遅延スプレッドの大きい伝送路に対しても縮退処理を低複雑度で実現できる。
Next, the
次に、本発明の第2の実施例について説明する。本実施例に係る伝送システムは、受信側で、ターボループから得られた残留干渉成分を再現し、受信信号から差し引いた後、MMSE規範に基づく縮退処理を行うものである。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the transmission system according to the present embodiment, the residual interference component obtained from the turbo loop is reproduced on the receiving side and subtracted from the received signal, and then the degeneration processing based on the MMSE standard is performed.
図8は、本実施例を適用した受信機であり、図1の受信機111に相当する。図8と図1のブロック間の関係は、処理手段806と106、検出器807と107、インターリーバ808と108、デインターリーバ809と109、復号器810と110とがそれぞれ対応している。以下、図1の構成要素と重複する部分についてはその説明を省略又は簡略化し、その重複部分を除く特徴的な部分のみを説明する。
FIG. 8 shows a receiver to which the present embodiment is applied, and corresponds to the receiver 111 of FIG. 8 and 1 correspond to processing means 806 and 106,
図8に示す受信機において、検出器807と復号器810の間を巡回するLLRは、インターリーバ808の出力からフィードバックされて、それを元に残留干渉推定部(Replica)805で残留干渉成分が再現される。その成分を使って状態数の縮退を行うMMSE規範に基づく処理手段806は、受信信号から差し引いた後、MMSE処理を行って検出器807へと出力する。
In the receiver shown in FIG. 8, the LLR that circulates between the
検出器807では、送信側の低密度変調の波形整形濾波器が形成するトレリス線図を簡略化した形でメトリック計算を行う。このため、検出器807の処理規模が削減できる。また、このような削減が行われたとしても、送信側の低密度変調の波形整形濾波器が形成するトレリス線図と受信側の検出器が想定するトレリス線図の誤差分を残留干渉推定部805が生成する残留干渉成分がキャンセルするので、特性劣化は生じない。
The
このループ処理の中に、上述のデカップリング処理も含めることができ、残留干渉成分のキャンセル処理とデカップリング処理を同時に行うことも可能である。 The loop processing can include the above-described decoupling processing, and the residual interference component cancellation processing and decoupling processing can be performed simultaneously.
以上説明した実施例は、送信側で伝送路の状態が未知の場合であるが、以下説明する実施例は、送信側で伝送路の状態が既知の場合である。 The embodiment described above is a case where the state of the transmission path is unknown on the transmission side, but the embodiment described below is a case where the state of the transmission path is known on the transmission side.
送信側で伝送路の状態が既知の場合、同一送信電力内でISI干渉を増強すると、更に良い性能を示す。この場合、図1の複数の低密度変調波を生成する変調器103で用いられる波形整形濾波器は、伝送路の状態に応じて、そのインパルス応答或いは周波数応答の変更が可能であり、本実施例では、以下の方式を元に制御されている。
When the state of the transmission path is known on the transmission side, better performance can be obtained by increasing ISI interference within the same transmission power. In this case, the waveform shaping filter used in the
この方式は、情報理論的側面から見ると、干渉のある通信路で干渉をキャンセルするのではなく、それを取り込むことによってキャパシティを上げることに相当し、それを更に進めて、その干渉を伴う伝搬路の最大通信路容量を引き出すことに相当する。今までそれを実現できる受信方式が実現可能なレベルで達成できていなかったが、本実施例によれば、比較的低複雑度で高速に最大通信路容量に近い特性を引き出すことが可能になる。 From the information theoretical point of view, this method is equivalent to increasing the capacity by introducing interference rather than canceling it in the channel with interference, and it is accompanied by the interference. This corresponds to extracting the maximum channel capacity of the propagation path. Until now, a reception method that can realize this has not been achieved at a level that can be realized, but according to the present embodiment, it is possible to draw out characteristics close to the maximum channel capacity at a relatively low complexity and at high speed. .
今、送信信号波s(t)のフーリエ変換をS(ω)とする。マルチパス伝送路の伝達関数をH(ω)、受信端に置けるノイズ分散をσ2とすると、受信SNRは、Now, the Fourier transform of the transmission signal wave s (t) is S (ω). If the transfer function of the multipath transmission path is H (ω) and the noise variance at the receiving end is σ 2 , the received SNR is
他シンボルからの干渉波との相関は零であるとして、上式で送信電力一定の元に受信SNRを最大化する送信信号波形を考える。SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)ではなく、SNRを最大化している点に注意を要する。 Assuming that the correlation with interference waves from other symbols is zero, consider the transmission signal waveform that maximizes the received SNR based on the constant transmission power in the above equation. It should be noted that SNR is maximized, not SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio).
Schwarzの不等式より、F1(ω)、F2(ω)が複素関数であるとすると、From the Schwarz inequality, if F 1 (ω) and F 2 (ω) are complex functions,
従って、送信信号の波形整形は、帯域制限の元で以下のようになる。 Therefore, the waveform shaping of the transmission signal is as follows under band limitation.
即ち、送信側における低密度変調波の波形整形濾波器は、マルチパス伝送路のインパルス応答に対して複素共役をとり、その時間軸を逆にした整形を行えば、受信SNRを最大化できることが分かる。更に、これにナイキストレートを超える速度で伝送するように帯域制限すれば、本実施形態の変調器103となる。
That is, the waveform shaping filter for the low-density modulated wave on the transmission side can maximize the reception SNR by shaping the complex conjugate of the impulse response of the multipath transmission line and reversing its time axis. I understand. Furthermore, if the band is limited so as to transmit at a speed exceeding the Nyquist rate, the
或いは、伝送の状態に応じて、[数54]に示すように伝送路の伝達関数に対して複素共役をとり、これにナイキストレートを超える速度で伝送する帯域制限用の伝達関数を掛けても、本実施例の変調器103とすることができる。
Alternatively, depending on the transmission state, as shown in [Equation 54], a complex conjugate may be taken with respect to the transfer function of the transmission line, and this may be multiplied by a band limiting transfer function for transmission at a speed exceeding the Nyquist rate. The
このようにして生成された複数の低密度変調波は、マルチパス伝送路を通過して受信端に到着する。受信側での検出器107の前段に設置されたトレリス線図の状態数の縮退を行うMMSE規範に基づく処理手段106は、縮退後の状態数を持つトレリス線図として、マルチパス伝送路のインパルス応答に対して複素共役をとり、その時間軸を逆にした整形を行った波形に帯域制限した応答となるように処理する。検出器107は、同縮退後の状態数によるトレリス線図を用いてメトリック計算を行う。
The plurality of low density modulated waves generated in this way passes through the multipath transmission path and arrives at the receiving end. The processing means 106 based on the MMSE standard for reducing the number of states of the trellis diagram installed in the front stage of the
或いは、周波数領域処理で構成して、受信側での検出器107の前段に設置されたトレリス線図の状態数の縮退を行うMMSE規範に基づく処理手段106は、縮退後の状態数を持つトレリス線図として伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限用の伝達関数を掛けた関数となるように処理する。一方、検出器107は、同縮退後の状態数によるトレリス線図を用いてメトリック計算を行う。このように構成することも可能である。
Alternatively, the processing means 106 based on the MMSE standard configured by frequency domain processing and performing reduction of the number of states of the trellis diagram installed in the front stage of the
次に、本発明の第3の実施例について説明する。本実施例に係る伝送システムは、上述の方式を更に進めて、ナイキストレートを超える伝送波形とSNR最大化送信マトリクス処理並びにマルチパス干渉波形をマトリクス表現とし、特異値分解による直交化手法を用いた伝送方式を適用したものである。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the transmission system according to the present embodiment, the above-described method is further advanced, and the transmission waveform exceeding the Nyquist rate, the SNR maximizing transmission matrix processing, and the multipath interference waveform are represented in matrix, and the orthogonalization method using singular value decomposition is used. The transmission method is applied.
今、ブロック化した受信信号ベクトルをr、送信信号ベクトルをs、離散フーリエ変換マトリクスをDとし、伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限処理を施したところの伝送路の状態に応じて伝達関数の変更が可能な処理を干渉強調型帯域制限マトリクスTとし、マトリクス表現した伝送路をH及びノイズベクトルをNとすると、受信信号ベクトルrは次式で表される。 A transmission path obtained by performing band-limiting processing on a function obtained by taking a complex conjugate with respect to the transfer function of the transmission path, where r is a received signal vector, s is a transmission signal vector, and D is a discrete Fourier transform matrix. If the processing that can change the transfer function in accordance with the state is an interference-emphasized band limiting matrix T, and the transmission path expressed in matrix is H and the noise vector is N, the received signal vector r is expressed by the following equation.
従って、本実施例は、検出器と復号器の間をLLRによって循環させることがないので、ターボループによる循環遅延のない高性能伝送方式を実現することができる。 Therefore, in this embodiment, since there is no circulation between the detector and the decoder by the LLR, it is possible to realize a high-performance transmission system without a cyclic delay due to the turbo loop.
次に、本発明の実施例の効果を示すため、上述の構成を元に、ProakisのChannelモデルB、ChannelモデルC、等レベル5パスモデル及びマルチパスの無いAWGN(Additive White Gaussian Noise)チャネルを用いてシミュレーションを行った結果を示す。 Next, in order to show the effect of the embodiment of the present invention, based on the above-described configuration, Proakis's Channel model B, Channel model C, equal level 5-pass model, and AWGN (Additive White Gaussian Noise) channel without multipath are used. The result of having used it for the simulation is shown.
本実施例と比較する比較例は、64QAMで、64QAMと同等の伝送速度を実現する複数の低密度変調波として、三つのQPSK信号を使った場合を示す。信号帯域幅は、双方とも同じである。また、送信側の処理としては、送信側で伝搬路の状態が未知の場合と送信側で伝搬路の状態が既知の場合とで行っている。 A comparative example to be compared with the present embodiment shows a case where three QPSK signals are used as a plurality of low-density modulated waves that realize 64QAM and a transmission rate equivalent to 64QAM. Both signal bandwidths are the same. Further, processing on the transmission side is performed when the state of the propagation path is unknown on the transmission side and when the state of the propagation path is known on the transmission side.
初めに、送信側で伝搬路の状態が未知の場合のシミュレーション結果(図10、図11)を示し、次に送信側で伝搬路の状態が既知の場合のシミュレーション結果(図12)を示す。 First, simulation results (FIGS. 10 and 11) when the propagation path state is unknown on the transmission side are shown, and then simulation results (FIG. 12) when the propagation path state is known on the transmission side are shown.
1)伝送路がAWGNチャネルの場合
比較例の64QAMのシミュレーションモデルで用いた伝送システムの構成を図9に示す。同図に示す伝送システムにおいて、上段は送信系を、下段が受信系をそれぞれ示している。1) When the transmission path is an AWGN channel FIG. 9 shows the configuration of the transmission system used in the 64QAM simulation model of the comparative example. In the transmission system shown in the figure, the upper part shows a transmission system and the lower part shows a reception system.
図9の送信系では、送信情報は、先ず符号化器901で符号化された後、インターリーバ902によって撹拌され、64QAMの変調器903へ入力される。この変調器903の出力波形は、同図の符号904に示すようにナイキスト間隔と一致し、そのナイキストレートで送信される。
In the transmission system of FIG. 9, transmission information is first encoded by the
図9の受信系を構成する受信機909では、受信信号が、MMSE規範に基づく等化器905により処理され、デマッパー906により信号点からメトリック計算を行ってLLRが算出され、デインターリーバ907により送信系で用いたインターリーバの逆過程の処理が行われ、復号器908へ入力される。そして、復号器908の出力が受信機909から出力される。
In the
図9に示す比較例の高密度変調波(64QAM)を用いた場合の符号化方法、インターリーバ、復号方法及びMMSE規範での処理方法は、上述した本実施例の複数の低密度変調波(QPSK)を使った方法と全く同じである。 The encoding method, interleaver, decoding method and processing method based on the MMSE standard when using the high-density modulated wave (64QAM) of the comparative example shown in FIG. This is exactly the same as the method using QPSK.
図10に、本実施例(Proposed method)の3つのQPSKを用いた場合と、比較例の64QAMを用いた場合とで、シミュレーションを行った結果(横軸:Eb/No、縦軸:BER)を示す。シミュレーションの条件は、符号化率R=0.793651、情報ビット長=500ビット、フレーム長=630ビット、信号数=630/Mに設定した。FIG. 10 shows the results of simulation in the case of using three QPSKs of the present example (Proposed method) and the case of using 64QAM of a comparative example (horizontal axis: E b / N o , vertical axis: BER). The simulation conditions were as follows: coding rate R = 0.793651, information bit length = 500 bits, frame length = 630 bits, and number of signals = 630 / M.
これによると、比較例の64QAMの場合、符号化率R=0.793651による誤り訂正が掛かっているので、符号化していない64QAMそのものより符号化利得に相当する分特性が改善されている。これに対し、本実施例の3つのQPSKを用いた方式は、更に特性が改善されている。このことから、高密度変調波(64QAM)の代わりに複数の低密度変調波(QPSK)をナイキストレートを超える速度で伝送することにより、同一送信電力でより高い周波数利用効率が達成できることが確認された。 According to this, in the case of 64QAM of the comparative example, since error correction is performed at the coding rate R = 0.793651, the characteristics corresponding to the coding gain are improved compared to the uncoded 64QAM itself. On the other hand, the characteristics of the system using the three QPSKs of this embodiment are further improved. This confirms that higher frequency utilization efficiency can be achieved with the same transmission power by transmitting a plurality of low density modulated waves (QPSK) at a speed exceeding the Nyquist rate instead of the high density modulated waves (64QAM). It was.
2)伝送路がProakisのChannelモデルB、ChannelモデルCの場合
次に、図11に、本実施例(Proposed method)の3つのQPSKを用いた場合と、比較例の64QAMを用いた場合とで、マルチパス伝送路でのシミュレーションを行った結果(横軸:Eb/No(energy-per-bit to noise density ratio)、縦軸:BER(Bit Error Rate))を示す。比較例の64QAMを用いたシミュレーションモデルでは、特性劣化が著しいので、それ以外の比較例として、周波数利用効率は1/3になるが、ナイキストレートで伝送するQPSKも比較例とした。シミュレーションの条件は、上記と同様に、符号化率R=0.793651、情報ビット長=500ビット、フレーム長=630ビット、信号数=630/Mに設定した。2) When the transmission path is Proakis's Channel model B and Channel model C Next, FIG. 11 shows a case where three QPSKs of this embodiment (Proposed method) are used and a case where 64QAM of a comparative example is used. , result of a simulation of a multipath transmission channel shows a (horizontal axis:: E b / N o ( energy-per-bit to noise density ratio), the vertical axis BER (bit Error Rate)). In the simulation model using 64QAM of the comparative example, the characteristic deterioration is significant, and as a comparative example other than that, the frequency utilization efficiency is 1/3, but QPSK transmitted by Nyquist rate is also used as a comparative example. The simulation conditions were set as follows: coding rate R = 0.793651, information bit length = 500 bits, frame length = 630 bits, and number of signals = 630 / M.
このシミュレーション結果は、送信側で伝搬路の状態が未知の場合である。使われるマルチパス伝送路は、ProakisのChannelモデルBとChannelモデルCであり、いずれも等化器評価用のチャネルモデルなので、ChannelモデルBからChannelモデルCになるに従って、かなりの特性劣化を生じる。このチャネルモデルを用いて、本実施例の3つのQPSKを用いた場合と比較例の64QAM及びQPSKを用いた場合との特性比較を行った。 This simulation result is obtained when the state of the propagation path is unknown on the transmission side. The multipath transmission lines used are Proakis's Channel model B and Channel model C, both of which are channel models for equalizer evaluation. Therefore, as the channel model B changes to the channel model C, considerable characteristic degradation occurs. Using this channel model, the characteristics were compared between the case of using the three QPSKs of the present example and the case of using 64QAM and QPSK of the comparative example.
図11に示すシミュレーション結果によると、本実施例の方式は、劣化の最も厳しいProakisのChannelモデルCでも、周波数利用効率1/3のQPSKより良い特性を示している。そのことから、高密度変調になればなる程、移動通信特有のマルチパス干渉の影響を受けることが分かった。また、本実施例の方式がはるかにマルチパス干渉に対する耐性があることも分かった。その結果、高密度変調波(64QAM)の代わりに複数の低密度変調波(QPSK)をナイキストレートを超える速度で伝送することにより、マルチパス干渉の影響を受けずに同一送信電力でより高い周波数利用効率が達成できることが確認された。 According to the simulation results shown in FIG. 11, the method of this example shows better characteristics than QPSK with a frequency utilization efficiency of 1/3 even in Proakis's Channel model C, which is the most severely deteriorated. Therefore, it was found that the higher the density modulation, the more affected by multipath interference peculiar to mobile communication. It was also found that the method of this example is much more resistant to multipath interference. As a result, by transmitting a plurality of low density modulated waves (QPSK) instead of high density modulated waves (64QAM) at a speed exceeding the Nyquist rate, a higher frequency can be obtained with the same transmission power without being affected by multipath interference. It was confirmed that the utilization efficiency could be achieved.
3)送信側で伝送路の状態が既知の場合で等レベル5パスモデルを用いた場合
次に、図12に、本実施例のセミリング構成を用いた縮退型ターボ受信による方式(QPSK×3(=64QAM))を採用して、送信側で伝搬路の状態が既知の場合と、送信側で伝送路の状態が未知の場合とで、等レベル5パスモデルを用いたマルチパス伝送路でのシミュレーションを行った結果(横軸:Eb/No、縦軸:BER)を示す。シミュレーションの条件は、上記と同様に、符号化率R=0.793651、情報ビット長=500ビット、フレーム長=630ビット、信号数=630/Mに設定した。3) When the transmission path state is known on the transmission side and the equi-level five-path model is used Next, FIG. 12 shows a scheme (QPSK × 3 (degenerate turbo reception) using the semi-ring configuration of this embodiment. = 64QAM)), and when the state of the propagation path is known on the transmission side and when the state of the transmission line is unknown on the transmission side, the multi-path transmission line using the equi-level 5-path model The results of simulation (horizontal axis: E b / N o , vertical axis: BER) are shown. The simulation conditions were set as follows: coding rate R = 0.793651, information bit length = 500 bits, frame length = 630 bits, and number of signals = 630 / M.
送信側で伝送路の状態が既知の場合、伝送路の状態に応じて干渉波の増強を図るようにした。即ち、低密度変調波の波形整形濾波器のインパルス応答或いは周波数応答を伝送路の状態に応じて、[数55]或いは[数54]に従って、帯域制限内で同一送信電力の元で変化させた。この干渉を増強する方法は、受信端におけるSINRベースでなく、SNRベースで最大になるように伝送路の状態を用いて、帯域制限内で送信側の処理を施したものである。使用しているチャネルモデルは、等レベル5パスモデルである。 When the state of the transmission line is known on the transmission side, the interference wave is enhanced according to the state of the transmission line. That is, the impulse response or frequency response of the waveform shaping filter of the low-density modulated wave is changed according to the state of the transmission line, according to [Equation 55] or [Equation 54], within the band limitation and under the same transmission power. . In this method of enhancing interference, processing on the transmission side is performed within the band limitation using the state of the transmission path so that the maximum is based on SNR, not SINR at the receiving end. The channel model used is an equilevel 5-pass model.
図12に示すシミュレーション結果によると、送信側で伝搬路の状態が既知の場合、同一送信電力内で干渉を増強すると、送信側で伝送路の状態が未知の場合よりも更に良い性能を示すことが分かった。このことは、情報理論的側面から見ると、干渉のある通信路で干渉をキャンセルするのではなく、それを取り込むことによってキャパシティを上げることに相当し、それを更に進めてその干渉を伴う伝搬路の最大通信路容量を引き出すことに相当する。その結果、従来の方式では、それを実現できる受信方式が実現可能なレベルで達成できていなかったが、本実施例によれば、比較的低複雑度で高速に最大通信路容量に近い特性を引き出すことが確認された。 According to the simulation result shown in FIG. 12, when the state of the propagation path is known on the transmission side, if the interference is increased within the same transmission power, the transmission side shows a better performance than when the state of the transmission path is unknown. I understood. From an information-theoretic perspective, this is equivalent to increasing the capacity by incorporating the interference rather than canceling it in a channel with interference, and propagating with the interference further. This is equivalent to extracting the maximum communication channel capacity of the channel. As a result, the conventional method has not been able to achieve a reception method capable of realizing it, but according to the present embodiment, the characteristics close to the maximum channel capacity at high speed with relatively low complexity. It was confirmed to pull out.
以上、実施の形態及び実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態及び実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.
この出願は、2008年2月29日に出願された日本出願特願2008−049886号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。 This application claims the priority on the basis of Japanese application Japanese Patent Application No. 2008-049886 for which it applied on February 29, 2008, and takes in those the indications of all here.
以上説明したように、本発明によれば、マルチパス伝送路を伝送媒体とする高性能伝送システム、伝送方法、受信機、及び送信機に利用可能である。 As described above, according to the present invention, the present invention can be used for a high-performance transmission system, a transmission method, a receiver, and a transmitter using a multipath transmission line as a transmission medium.
Claims (20)
ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送する手段を有し、
前記受信側は、前記複数の低密度変調波の受信を行うに際し、半環(セミリング)を用いたメトリック演算を行う検出器及び復号器を有し、前記検出器及び前記復号器の間を外部尤度値によって巡回させることによって送信情報を推定することを特徴とする高性能伝送システム。A transmission system for transmitting information between a transmission side and a reception side via a transmission line,
In order to realize a transmission speed equivalent to a high-density modulated wave transmitted by Nyquistrate, it has means for transmitting a plurality of low-density modulated waves at a speed exceeding Nyquistrate,
The receiving side has a detector and a decoder for performing a metric operation using a semi-ring when receiving the plurality of low density modulated waves, and the detector and the decoder are externally connected. A high-performance transmission system, characterized in that transmission information is estimated by cycling according to a likelihood value.
前記検出器は、前記半環を用いたメトリック演算として、前記波形整形濾波器と前記伝送路のインパルス応答が形成するトレリス線図上の演算に対してMax−log領域における半環であって、前記半環上の加法及び乗法の定義として、元a、bの和を最大値演算(MAX)とし、元a、bの積を通常の加算とする、
The detector is a semi-ring in the Max-log region as a metric operation using the semi-ring, with respect to an operation on a trellis diagram formed by the impulse response of the waveform shaping filter and the transmission line, As the definitions of addition and multiplication on the half ring, the sum of elements a and b is the maximum value operation (MAX), and the product of elements a and b is normal addition.
前記検出器は、縮退された状態数によるトレリス線図を用いてメトリック演算を行うことを特徴とする請求項2記載の高性能伝送システム。The receiving side has processing means based on a MMSE (Minimum Mean Square Error) standard for performing degeneracy of the number of states of the trellis diagram in the previous stage of the detector,
The high-performance transmission system according to claim 2, wherein the detector performs a metric operation using a trellis diagram based on a degenerated state number.
前記検出器は、縮退された状態数によるトレリス線図として、前記波形整形濾波器が形成するトレリス線図を用いてメトリック演算を行うことを特徴とする請求項3記載の高性能伝送システム。The processing means performs the degeneration of the number of states so that the trellis line formed by the waveform shaping filter with respect to the trellis line formed by the impulse response of the waveform shaping filter and the transmission line,
4. The high-performance transmission system according to claim 3, wherein the detector performs a metric operation using a trellis diagram formed by the waveform shaping filter as a trellis diagram according to a degenerated state number.
BCJR(Bahl, Cocke, Jelinek, Raviv)アルゴリズム或いはACS(Add, Compare, Select)演算におけるアルファメトリック演算及びベータメトリック演算の内、少なくとも一方のメトリック演算において、パイプライン化された複数段のガンマメトリックを供給する手段と、
該パイプライン化されたガンマメトリックを入力として複数段の縦続構成からなるACS演算手段と、
該演算結果を入力としてステートメトリックを複数段(k段)毎に更新する手段と、
を有することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の高性能伝送システム。The detector is
A pipelined multi-stage gamma metric is used in at least one of the alpha metric calculation and beta metric calculation in the BCJR (Bahl, Cocke, Jelinek, Raviv) algorithm or ACS (Add, Compare, Select) calculation. Means for supplying;
ACS calculation means comprising a cascaded configuration of a plurality of stages with the pipelined gamma metric as input,
Means for updating the state metric for each of a plurality of stages (k stages) with the calculation result as an input;
The high-performance transmission system according to claim 1, comprising:
前記波形整形濾波器は、前記伝送路の状態に応じてそのインパルス応答或いは周波数応答の変更が可能であることを特徴とする請求項3から11のいずれか1項に記載の高性能伝送システム。The transmission side has means for detecting the state of the transmission path,
The high-performance transmission system according to any one of claims 3 to 11, wherein the waveform shaping filter is capable of changing an impulse response or a frequency response in accordance with a state of the transmission path.
前記波形整形濾波器は、前記伝送路の状態に応じてインパルス応答の変更が可能であって、該インパルス応答は、伝送路のインパルス応答に対して複素共役をとりその時間軸を逆にしてできた波形に帯域制限した応答であることを特徴とする請求項2から12のいずれか1項に記載の高性能伝送システム。The transmission side has means for detecting the state of the transmission path,
The waveform shaping filter can change the impulse response according to the state of the transmission line, and the impulse response can be obtained by taking a complex conjugate with respect to the impulse response of the transmission line and reversing its time axis. The high-performance transmission system according to any one of claims 2 to 12, wherein the response is a band-limited response to the waveform.
前記波形整形濾波器は、前記伝送路の状態に応じてその伝達関数の変更が可能であって、該伝達関数は、伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限用の伝達関数を掛けた関数であることを特徴として構成される請求項2から12のいずれか1項に記載の高性能伝送システム。The transmission side has means for detecting the state of the transmission path,
The waveform shaping filter can change its transfer function according to the state of the transmission line, and the transfer function is a band limiting function in a function that takes a complex conjugate with respect to the transfer function of the transmission line. The high-performance transmission system according to claim 2, wherein the high-performance transmission system is configured to be a function obtained by multiplying a transfer function.
前記処理手段は、前記縮退後の状態数を持つトレリス線図として、前記伝送路の状態に応じた伝送路のインパルス応答に対して複素共役をとりその時間軸を逆にしてできた波形に帯域制限した応答となるように処理することを特徴とする請求項13記載の高性能伝送システム。The waveform shaping filter can change the impulse response according to the state of the transmission line, and the impulse response can be obtained by taking a complex conjugate with respect to the impulse response of the transmission line and reversing its time axis. This is a response with band limitation applied to
The processing means, as a trellis diagram having the number of states after the degeneration, forms a band in a waveform obtained by taking a complex conjugate with respect to the impulse response of the transmission line according to the state of the transmission line and reversing its time axis. 14. The high-performance transmission system according to claim 13, wherein processing is performed so as to obtain a limited response.
前記処理手段は、前記縮退後の状態数を持つトレリス線図として、前記伝送路の状態に応じた伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限用の伝達関数を掛けた関数となるように処理することを特徴とする請求項14記載の高性能伝送システム。The waveform shaping filter can change its transfer function according to the state of the transmission line, and the transfer function is a band limiting function in a function that takes a complex conjugate with respect to the transfer function of the transmission line. A function multiplied by a transfer function,
The processing means, as a trellis diagram having the number of states after the degeneracy, multiplies a transfer function for a band limit by a function that takes a complex conjugate with respect to the transfer function of the transmission line according to the state of the transmission line. 15. The high-performance transmission system according to claim 14, wherein processing is performed so as to be a function.
前記送信側は、ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送する手段と、前記伝送路の状態を検出する手段と、前記低密度変調波の波形整形を行う波形整形濾波器とを有し、
前記波形整形濾波器は、前記伝送路の状態に応じてその伝達関数の変更が可能であって、前記伝達関数は、前記伝送路の伝達関数に対して複素共役をとった関数に帯域制限用の伝達関数を掛けた関数であり、その処理をマトリクスTを用いた演算によって実行する手段を有し、
離散フーリエ変換マトリクスDを用いた演算によって送信信号をブロック化した送信信号ベクトルSを変換する手段を有し、
マトリクスで表現した伝送路をHとして、ブロック化した受信信号ベクトルrを、
前記送信側は、前記複数の低密度変調波の受信を行うことに際し、受信ユニタリーマトリクスUHによって変換する手段を有し、送信ユニタリーマトリクスVによって変換された送信信号ベクトルS’を
The transmission side detects means for transmitting a plurality of low-density modulated waves at a speed exceeding the Nyquist rate, and detects the state of the transmission path, in order to realize a transmission rate equivalent to the high-density modulated wave transmitted by the Nyquist rate. Means, and a waveform shaping filter for shaping the waveform of the low density modulated wave,
The waveform shaping filter can change its transfer function according to the state of the transmission line, and the transfer function is a band limiting function that is a complex conjugate of the transfer function of the transmission line. A function obtained by multiplying the transfer function by the following, and having means for executing the process by an operation using the matrix T,
Means for converting a transmission signal vector S obtained by blocking a transmission signal by a calculation using a discrete Fourier transform matrix D;
Assuming that the transmission path expressed in a matrix is H, the received signal vector r that is blocked is
The transmission side has means for converting by the reception unitary matrix UH when receiving the plurality of low density modulated waves, and transmits the transmission signal vector S ′ converted by the transmission unitary matrix V.
ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、複数の低密度変調波をナイキストレートを超える速度で伝送し、
前記受信側で前記複数の低密度変調波の受信を行うに際し、検出器及び復号器が、半環(セミリング)を用いたメトリック演算を行い、前記検出器及び前記復号器の間を外部尤度値によって巡回させることによって送信情報を推定することを特徴とする高性能伝送方法。A transmission method for transmitting information between a transmission side and a reception side via a transmission line,
In order to achieve the same transmission speed as high-density modulated waves transmitted by Nyquistrate, multiple low-density modulated waves are transmitted at a speed exceeding Nyquistrate,
When receiving the plurality of low density modulated waves on the receiving side, the detector and the decoder perform a metric calculation using a semi-ring, and an external likelihood is provided between the detector and the decoder. A high-performance transmission method characterized in that transmission information is estimated by cycling according to a value.
ナイキストレートで送信する高密度変調波と同等の伝送速度を実現するため、ナイキストレートを超える速度で伝送される複数の低密度変調波の受信を行うに際し、半環(セミリング)を用いたメトリック演算を行う検出器及び復号器を有し、前記検出器及び前記復号器の間を外部尤度値によって巡回させることによって送信情報を推定することを特徴とする受信機。A receiver of a transmission system for transmitting information between a transmission side and a reception side via a transmission line,
In order to achieve the same transmission speed as high-density modulated waves transmitted by Nyquistrate, metric calculation using a semi-ring when receiving multiple low-density modulated waves transmitted at a speed exceeding Nyquistrate A receiver having a detector and a decoder for performing transmission, and estimating transmission information by circulating between the detector and the decoder with an external likelihood value.
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