JP2560911B2 - 系列推定装置 - Google Patents

Description

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

（従来の技術） 最尤系列推定装置（MLSE）は等化能力の最も優れた等
化方式として知られている（例えば、文献1:G.D.Forne
y,“Maximum Likelihood Sequence Estimation of Digi
tal Sequences in the presence of intersymbol inter
eference,"IEEE Transaction on Information Theory,v
ol.IT−18,no.3,May 1972）。最尤系列推定装置は一般
に単一の伝送路応答推定器を備えており、伝送路応答の
推定はこれを用いて既知の系列を受信する際に行う。

また、伝送路の特性が時間的に変動する場合には、こ
の伝送路の特性の時間的な変動に追従させるような適応
最尤系列推定装置も提案されている（例えば、文献2:G.
Ungerboeck,“Adaptive Maximum Likelihood Receiver
for Carrier−Modulated Data Transmission Systems,"
IEEE Transaction on Communications,vol.COM−22,no.
5,May 1974）。適応最尤系列推定装置は、まず既知系列
を受信する際に伝送路応答を求め、それ以後情報データ
系列を受信するとき適応アルゴリズムなどを用いて伝送
路推定器を動作させ、伝送路応答を逐次更新していくこ
とで伝送路特性の時間的変動に追従していくことを特徴
としている。しかし、伝送路特性が高速変動にする場合
は、伝送路推定器の適応動作が追いつかなくなり、適応
最尤系列推定装置による良好な系列推定は困難である。

これに対して、特願平２−203436では高速に変動する
伝送路に対しても追従することが可能な新しい型の系列
推定装置を提案している。この装置は、送信信号系列の
みならず伝送路の特性も未知であるとして、系列毎に対
応する伝送路応答を推定してビタビアルゴリズムを適用
することを特徴とする。伝送路応答の推定は、送信信号
系列候補、伝送路応答、受信信号の三者で定まる伝送路
方程式を系列毎に解くことによって行っている。これは
伝送路応答の最適解を逐次求めることに相当するので、
特願平２−203436の系列推定装置は高速な伝送路変動に
対しても追従できる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、特願平２−203436の系列推定装置で
は、送信信号系列候補のパターンによっては送信信号系
列候補、伝送路応答、受信信号の三者で定まる伝送路方
程式が本質的に解けず、伝送路応答が不定になる場合が
存在するという欠点がある。また、特願平２−203436の
系列推定装置は解を逐次得ているため、雑音などにより
伝送路応答推定値が時間毎に過度に敏感に変動し、系列
推定を誤るという欠点がある。

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

（課題を解決するための手段） 本発明に係る第１の系列推定装置は、受信信号のサン
プル値を複数個記憶するレジスタと、前記レジスタから
複数個の前記サンプル値を入力し複数の系列に対してそ
れぞれ現時刻の伝送路応答を直接解法により推定する伝
送路応答計算回路と、前記伝送路応答計算回路で求めた
複数の系列に対する前記伝送路応答の正当性を検査し、
正当である場合は現時刻の伝送路応答として前記伝送路
応答計算回路の出力を、正当でない場合は現時刻の伝送
路応答として前時刻の複数の伝送路応答から生き残り系
列の接続情報が指示する前時刻の伝送路応答を出力する
伝送路特性検査回路と、前記伝送路特性検査回路が出力
する伝送路応答を複数の系列に対してそれぞれ複数時刻
分記憶する伝送路特性記憶回路と、前記伝送路応答記憶
回路が記憶した前記現時刻の伝送路応答に基づいてそれ
ぞれの系列に対しての仮想受信信号点を求め前記受信信
号のサンプル値との距離を求めるブランチメトリック計
算回路と、前記ブランチメトリック計算回路の出力を受
けてビタビアルゴリズムにより受信信号を判定するとと
もに生き残り系列の接続情報を前記伝送路応答検査回路
に出力するビタビプロセッサと、から構成されることを
特徴とする。

また、本発明に係る第２の系列推定装置は、受信信号
のサンプル値を複数個記憶するレジスタと、前記レジス
タから複数個の前記サンプル値を入力し複数の系列に対
してそれぞれ現時刻の伝送路応答を直接解法により推定
する伝送路応答計算回路と、前記伝送路応答計算回路で
求めた複数の系列に対する前記伝送路応答の正当性を検
査し、正当である場合は現時刻の伝送路応答として前記
伝送路応答計算回路の出力を、正当でない場合は現時刻
の伝送路応答として前時刻の複数の伝送路応答から生き
残り系列の接続情報が指示する前時刻の伝送路応答を出
力する伝送路特性検査回路と、前記伝送路特性検査回路
が出力する伝送路応答を複数の系列に対してそれぞれ複
数時刻分記憶する伝送路特性記憶回路と、前記伝送路特
性記憶回路から供給されるそれぞれの系列に対する現在
と過去複数時刻分の前記伝送路応答からあらかじめ定め
る変換規則に従ってそれぞれ伝送路応答変換値を求める
伝送路応答変換回路と、前記伝送路応答変換回路が与え
る伝送路応答変換値に基づいてそれぞれの系列に対して
の仮想受信信号点を求め前記受信信号のサンプル値との
距離を求めるブランチメトリック計算回路と、前記ブラ
ンチメトリック計算回路の出力を受けてビタビアルゴリ
ズムにより受信信号を判定するとともに生き残り系列の
接続情報を前記伝送路応答検査回路に出力するビタビプ
ロセッサと、から構成されることを特徴とする。

（作用） 以下では、第４図に示すように主波に対して複数の遅
延波の応答が存在する伝送路を考える。伝送路インパル
ス応答をベクトル_t ^T＝（h_t ⁰,h_t ¹,…,h_t ^L）（上付き添
字Ｔは転置を意味する）、送信信号系列をベクトル_t ^T
＝（s_t,s_t-1,…,s_t-L）、観測過程の雑音を含めた送信
信号とは独立な加法性雑音をv_tとする。このとき、時刻
ｔでの受信器入力r_tは、式（１）で示されるようにベク
トルh_tとベクトル_ｔとの畳み込みと雑音の和で与えら
れる。

r_t＝_t ^T・_ｔ＋v_t （１） この様子を第５図に示す。以下、式（１）を時刻ｔで
の伝送路方程式と呼ぶ。

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

また、受信信号ベクトル_ｔ、雑音ベクトル_ｔを以
下で定義する。_t ^T ＝（r_t,r_t-1,…,r_t-N+1） （３）_t ^T ＝（v_t,v_t-1,…,v_t-N+1） （４） 以上より、Ｎ時点にわたる伝送路方程式は式（５）で
書ける。_ｔ ＝S_t ^T・_ｔ＋_ｔ （５） このとき、最小二乗推定による伝送路インパルス応答
ベクトル_t,lsは、_t,ls ＝（S_t ^T・S_t）^-1・S_t ^T・_ｔ （６） で得られる。（例えば、文献3:中溝「信号解析とシステ
ム同定」コロナ社、1988）。特に、インパルス応答推定
に用いる受信信号の数（Ｎ）が伝送路応答の数（Ｌ＋
１）に等しいときは送信信号行列S_tが正方行列となるの
で、受信信号に単に送信信号行列S_tの逆行列をかけるこ
とで最小二乗推定による伝送路応答推定値が得られる。_t,ls ＝S_t ^-1・_ｔ （７） 第３図に示す特願平２−203436の系列推定装置は、全
ての送信信号行列S_t、すなわち取り得る送信信号の全て
の組み合せ（S_t、S_t-1、…、S_t-L-N+1）に対して、それ
ぞれ伝送路応答推定値ベクトル_t,lsの解を求める。そ
して、現時刻から次の時刻への遷移に対して式（８）で
求める尤度（ブランチメトリック）計算においてそれぞ
れの伝送路応答推定値を用いる。

|r_t+1−_t+1 ^T・_t,ls|² （８） ただし、_t+1 ^T＝（S_t+1、S_t,…、S_t-L+1） そして、この値の全時刻に渡る和で定まる値（パスメ
トリック）を最小にする全時刻に渡る送信信号系列をビ
タビアルゴリズムにより求める。ここで、ビタビアルゴ
リズムを動作させるトレリス線図の状態は、送信信号行
列S_tの成分に現れる送信信号の組み合せ（s_t,s_t-1,…,s
_t-L-N+1）が定める。この意味で、以下では送信信号の
組み合せ（s_t,s_t-1,s_t-L-N+1）のことを単に状態と呼ぶ
ことにする。ビタビアルゴリズムによって求めた最尤状
態の全時刻に渡る連なりが送信信号系列推定値となる。

さて、この特願平２−203436の系列推定装置では、式
（６）あるいは式（７）で伝送路応答ベクトル_t,lsを
求める際にそれぞれ行列（S_t ^TS_t）^-1、行列S_t ^-1を計算
している。そのため、行列S_t ^TS_tあるいは行列S_tが特異
になる状態に対しては、そのままでは伝送路応答を求め
ることができない。伝送路応答が不定となるブランチメ
トリック計算が行えず、ビタビアルゴリズムを動作させ
ることができないという欠点がある。これに対して、一
般に伝送路変動は送信信号行列S_tの成分に現れる信号の
時間間隔（Ｌ＋Ｎ−１）において無視できるほど小さい
という性質がある。この性質を利用すれば、行列S_t ^TS_t
あるいは行列S_tが特異になる状態に対する伝送路応答推
定値ベクトル_t,lsとして、該状態に遷移する生き残り
系列の前時刻状態での伝送路応答推定値ベクトルベクト
ル_ｔ−1,lsで代用することができる。すなわち、本発
明に係る第１の系列推定装置では、行列S_t ^TS_tあるいは
行列S_tが特異となる状態に対しては生き残り系列が前時
刻でとった状態に関する伝送路応答推定値を利用し、行
列S_t ^TS_tあるいは行列S_tが非特異となる状態に対しては
受信信号にそれぞれの行列の逆行列をかけて求めた伝送
路応答を利用するように設定する。これにより、ブラン
チメトリック計算回路に対して常に安定に伝送路応答推
定値を供給することができ、これを基に従来のビタビア
ルゴリズムを動作させれば、高速に変動する伝送路に安
定して追従することが可能な系列推定装置を実現でき
る。

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

（実施例） 次に、図面を参照して本発明を説明する。

第１図に本発明に係る第１の系列推定装置の一実施例
を示す。入力端子101に供給された時刻ｔでの受信器入
力r_tは、レジスタ102に記憶されるとともにブランチメ
トリック計算回路106に送られる。レジスタ102に記憶さ
れた時刻ｔ−Ｎ＋１から時刻ｔまでＮ個の受信信号は伝
送路応答計算回路103に入力される。伝送路応答計算回
路103は、式（６）ないし式（７）にしたがって各状態
に対してベクトル_t,lsを計算し、伝送路応答検査回路
104に出力する。式（６）ないし式（７）における伝送
路応答計算では、行列（S_t ^TS_t）^-1、行列S_t ^-1はともに
送信信号のみで決まるので、全ての状態、すなわち
（s_t,s_t-1,…,s_t-L-N+1）の取り得る全ての送信信号の
組み合せに対してあらかじめ計算し、その結果を記憶し
ておいてもよい。行列S_t ^TS_tあるいは行列S_tが特異とな
る送信信号の組み合せに対しては、伝送路応答計算回路
103はあらかじめ定めた値（例えば０）を出力し、ベク
トル_t,lsが不定である旨を伝送路応答検査回路104に
伝える。ここでは、各状態に対して不定でない場合に得
られる伝送路応答推定値を正当な推定値と呼ぶ。伝送路
応答検査回路104は、全ての状態に対してそれぞれベク
トル_t,lsが不定であるか否かを検査し、不定でないと
きはそのベクトル_t,lsの値をそのまま伝送路応答記憶
回路105に出力する。不定であるときは、まずその状態
に接続する生き残りパスが前時刻でとった状態をビタビ
プロセッサ107から供給される生き残り系列の接続情報
から調べる。次に前時刻でとった状態に対応する前時刻
の伝送路応答推定値ベクトル_ｔ−1,lsを伝送路応答記
憶回路105から読み出し、その値を現時刻の伝送路応答
推定ベクトル_t,lsとし、再び伝送路記憶回路105に出
力する。したがって、伝送路記憶回路105には全ての状
態に対して常に正当な伝送路応答推定値が記憶させる。
伝送路記憶回路105はこれらの伝送路応答推定値をブラ
ンチメトリック計算回路106に出力する。ブランチメト
リック計算回路106は、この伝送路応答推定値を基に取
り得る全ての状態に対して式（８）で定まるブランチメ
トリックを個別に計算する。ブランチメトリック計算回
路106は個々の状態に対して計算して得られたブランチ
メトリックをビタビプロセッサ107に出力する。ビタビ
プロセッサ107は、式（８）のメトリックの全ての時刻
の和が最小となる系列のある特定時刻の送信信号推定値
を出力端子108に出力する。ビタビプロセッサ107の動作
は文献１、２、または特願平２−203436の系列推定装置
と同様であるので、詳細は省略する。

第２図に本発明に係る第２の系列推定装置の一実施例
を示す。第１図の系列推定装置の伝送路応答記憶回路10
5（第２図では伝送路記憶回路205に相当）とブランチメ
トリック計算回路106（第２図ではブランチメトリック
計算回路207に相当）との間に、伝送路応答変換回路206
を挿入した構成になっている。伝送路応答変換回路206
は、伝送路応答検査回路204と同様にビタビプロセッサ2
08から生き残り系列の接続情報を供給されるとともに、
伝送路記憶回路205から現時刻の伝送路応答推進値ベク
トル_t,lsだけでなく、過去の時刻に対する伝送路応答
推定値ベクトル_ｔ−1,ls、ベクトル_ｔ−2,ls，…の
供給を受ける。そして、伝送路応答変換回路206は、生
き残り系列の接続情報に基づいて現時刻の全ての状態に
対して現時刻の該状態に対する伝送路応答推定値ベクト
ル_t,lsと、該状態に遷移する生き残りパスに関する過
去の複数時刻に対する伝送路応答推定値ベクトル
_ｔ−1,ls、ベクトル_ｔ−2,ls…とからあらかじめ定め
た変換操作により、新たな現時刻の該状態に対する伝送
路応答推定値ベクトル_ｔを求める。例えば、現時刻と
過去２時刻の伝送路応答推定値から新たな現時刻の推定
値を単純平均により求める場合、 １）該状態の現時刻の伝送路応答推定値ベクトル_t,ls
を伝送路応答記憶回路205より得る、 ２）該状態に遷移する生き残りパスが１時刻前、２時刻
前に通った状態をビタビプロセッサ208から供給された
生き残り系列の接続情報から調べる、 ３）２）で調べた１時刻前、２時刻前の状態に対する過
去のその時刻の伝送路応答推定値ベクトル_ｔ−1,ls、
ベクトル_ｔ−2,lsを伝送路応答記憶回路205より得
る、 ４）新たな現時刻の該状態に対する伝送路応答推定値ベ
クトル_ｔを_ｔ ＝（_t,ls＋_ｔ−1,ls＋_ｔ−2,ls）/3 （９） により求める、 というようにすればよい。この変換操作により伝送路応
答推定値は平滑化され、伝送路推定過程における雑音は
効果的に取り除かれる。また、変換操作により伝送路応
答推定値には過去の推定値と高い相関を持つような慣性
が付与され、ブランチメトリック計算回路で利用する伝
送路応答に連続性が存在するようになる。すなわち、伝
送路応答推定値が各時刻で大きく変化する現象を防止で
き、真の状態に対して安定して確からしい伝送路応答推
定値を求めることができるようになる。本実施例では、
伝送路応答変換回路206における変換操作として単純平
均を用いたが、加重平均などの他の線形操作、しきい値
を設けて複数の伝送路応答推定値を選択的に用いて平均
をとるなど他の非線形な統計操作を施してもよい。

以上の実施例では、伝送路応答検査回路104または204
は伝送路応答推定値の不定か否かのみを検査したが、不
定の場合に加え、ブランチメトリック計算回路106また
は207にとって好ましくない伝送路応答が伝送路応答計
算回路103から供給される場合も選択的に不定の場合と
同じく正当な推定値ではないとして処理し、前時刻の伝
送路応答推定値を代替値とする操作を行ってもよい。さ
らに、以上の実施例では、主波に対して複数の遅延波が
存在する伝送路をもとに説明を行ったが、主波に対して
複数の先行波の応答が存在するような伝送路、先行波と
遅延波が混在するような伝送路に対しても本発明の系列
推定装置が有効であることは明らかである。

（発明の効果） 以上に詳しく述べたように、本発明に係る系列推定装
置は、雑音がある場合にも系列毎の伝送路推定を常に安
定に行い、高速に変動する伝送路に追従することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る第１の系列推定装置の一実施例を
示すブロック図、第２図は本発明に係る第２の系列推定
装置の一実施例を示すブロック図、第３図は従来の系列
推定装置を示すブロック図、第４図は伝送路応答を説明
するための図、第５図は伝送路モデルを説明するための
図である。 101,201,301,501……入力端子、102,202,302……レジス
タ、103,203 303……伝送路応答計算回路、104,204……
伝送路応答検査回路、105,205……伝送路応答記憶回
路、206……伝送路応答変換回路、106,207,304……ブラ
ンチメトリック計算回路、107,208,305……ビタビプロ
セッサ、108,209,305,506……出力端子、401……主波応
答、402……遅延波応答、502……遅延素子、503……乗
算器、504,505……加算器。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】受信信号のサンプル値を複数個記憶するレ
   ジスタと、前記レジスタから複数個の前記サンプル値を
   入力し複数の系列に対してそれぞれ現時刻の伝送路応答
   を直接解法により推定する伝送路応答計算回路と、前記
   伝送路応答計算回路で求めた複数の系列に対する前記伝
   送路応答の正当性を検査し、正当である場合は現時刻の
   伝送路応答として前記伝送路応答計算回路の出力を、正
   当でない場合は現時刻の伝送路応答として前時刻の複数
   の伝送路応答から生き残り系列の接続情報が指示する前
   時刻の伝送路応答を出力する伝送路特性検査回路と、前
   記伝送路特性検査回路が出力する伝送路応答を複数の系
   列に対してそれぞれ複数時刻分記憶する伝送路特性記憶
   回路と、前記伝送路応答記憶回路が記憶した前記現時刻
   の伝送路応答に基づいてそれぞれの系列に対しての仮想
   受信信号点を求め前記受信信号のサンプル値との距離を
   求めるブランチメトリック計算回路と、前記ブランチメ
   トリック計算回路の出力を受けてビタビアルゴリズムに
   より受信信号を判定するとともに生き残り系列の接続情
   報を前記伝送路応答検査回路に出力するビタビプロセッ
   サと、から構成されることを特徴とする系列推定装置。
2. 【請求項２】受信信号のサンプル値を複数個記憶するレ
   ジスタと、前記レジスタから複数個の前記サンプル値を
   入力し複数の系列に対してそれぞれ現時刻の伝送路応答
   を直接解法により推定する伝送路応答計算回路と、前記
   伝送路応答計算回路で求めた複数の系列に対する前記伝
   送路応答の正当性を検査し、正当である場合は現時刻の
   伝送路応答として前記伝送路応答計算回路の出力を、正
   当でない場合は現時刻の伝送路応答として前時刻の複数
   の伝送路応答から生き残り系列の接続情報が指示する前
   時刻の伝送路応答を出力する伝送路特性検査回路と、前
   記伝送路特性検査回路が出力する伝送路応答を複数の系
   列に対してそれぞれ複数時刻分記憶する伝送路特性記憶
   回路と、前記伝送路特性記憶回路から供給されるそれぞ
   れの系列に対する現在と過去複数時刻分の前記伝送路応
   答からあらかじめ定める変換規則に従ってそれぞれ伝送
   路応答変換値を求める伝送路応答変換回路と、前記伝送
   路応答変換回路が与える伝送路応答変換値に基づいてそ
   れぞれの系列に対しての仮想受信信号点を求め前記受信
   信号のサンプル値との距離を求めるブランチメトリック
   計算回路と、前記ブランチメトリック計算回路の出力を
   受けてビタビアルゴリズムにより受信信号を判定すると
   ともに生き残り系列の接続情報を前記伝送路応答検査回
   路に出力するビタビプロセッサと、から構成されること
   を特徴とする系列推定装置。