JP4101653B2 - インターリーバ・メモリ内の復調データのスケーリング - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受信されエンコードされたインターリーブ信号を復調してデコードする方法、特に軟判定の復調された出力信号のデ・インターリーブとスケーリングに関する。この種の方法は、強度に減衰するチャネルを介して、エンコードされたインターリーブ信号を受信する受信機に特に有用である。このチャネルは、ワイヤレスのチャネル搬送通信信号やブロードキャスト信号だけでなく、信号の非ワイヤレスのチャネルを表す減衰信号でもありうる。この手法は、チャネル不足を解消するためにソースコードビットのインターリービングを行う、モデム、携帯電話、デジタルオーディオブロードキャスティングシステム、デジタルテレビシステム及び他のシステムで利用されうる。
【０００２】
米国特許公報No.5,241,563では、畳み込まれてエンコードされたインターリーブ受信信号のデ・インターリービングとデコーディングが開示されている。送信前にデジタル信号をインターリーブし、受信後にデータをデ・インターリーブすることは、チャネルエラーのバーストを時間的に広げさせ、上述したように、強度に減衰するチャネル、または信号が異なる長さの２以上の経路上での複数パス信号として到達するときに特に有用である。この種の受信信号をデコードするには、種々の技術が知られており、一つの技術はビタビ・アルゴリズムである。このアルゴリズムでは、畳み込みコードのトレリス構造を利用する。どのような畳み込みコードでも、ビタビデコーダの出力は、受信シーケンス上に最大限に配置された一連の評価情報数字である。
【０００３】
米国特許公報No.6,125,136に開示されているように、畳み込みコードはメモリを含み、畳み込みエンコーダの出力コードは、ｋ個のソースデジットの入力ごとに生成されるｎビット列であり、比率k/nがコード率である。畳み込みコードでは、最適なデコードプロセスは、復調されたビット列を表すコードトレリスを通る単一パスを見つける。送信されたコード列は、トレリスを通る特定のパスに対応する。受信機は、受信されたシーケンスに対応する最も可能性の高いパスを決定し、パスを生成したデコードされたデータシーケンスを特定するためにこのパスを利用する。米国特許公報No.6,125,136に開示されているように、この種のトレリスでコード化された信号を利用するシステムは、直接的なシーケンス拡散スペクトラム通信システムであり、例えば、北米で標準的に採用されているCDMAシステムである。この種のCDMAシステムでは、信号は、強度に減衰するチャネル上を、一般にはマルチパス受信信号として送信される。
【０００４】
この種のCDMAシステムでは、利用される受信機の一つのタイプは、率がマルチパス受信信号の光線を結合する、よく知られたいわゆるレーキ受信機である。レーキ受信機または他の種類の優れた受信機は、デ・インターリーブの後、デコードデータを得るためのビタビデコーダに供給される、軟判定の復調出力ワードを生成する。
【０００５】
さらに、デジタル受信機内の軟判定スケーリングと量子化方法は、ビタビ前方エラー訂正アルゴリズムの一部として、メモリ量と受信機内の演算の複雑さとを低減することが知られている。それをするために、信号電力の概算は適切なスケーリングを適用するために用いられ、ビットは過度のオーバーフロー（クリッピング）またはアンダーフロー（エラーの予想外の挿入）なしに廃棄されうる。スケーリングの公知の手法は、固定のスケーリング・ファクターの応用と、データの全フレームのバッファリングと、ワードサイズのダイナミックレンジまたは軟判定の復調された出力ワードの長さ内の選択ポイントへのその手段のマッピングとを含む。固定されたスケーリング・ファクタの応用は、アンダーフローとオーバーフローによる情報の損失を招きやすい。その手段を選択ポイントにマッピングすることは、極度にメモリを消費する。
【０００６】
R.Steele著でPentech Press Limited, London, 1992, 再版1994刊行のハンドブック「移動無線通信」の４章347〜398ページには、チャネルコーディング、インターリービング技術、畳み込みコード及びビタビアルゴリズムを記述する。特に、350〜353ページでは、デ・インターリービング・メモリを用いるブロック・デ・インターリービングが記述されている。あるブロック・デ・インターリーバにおいて、受信機では、デ・インターリーバは、一度に１カラム、デ・インターリービング・メモリが満たされるまでデ・インターリービング・メモリを駆動し、一度に１ロウのシンボルを除去し、送信機側でインターリンビング・メモリの反転置換を行う。他のブロック・デ・インターリーバでは、シンボルは一度に１ロウずつ書き込まれる。あるブロック・インターリーバ／デ・インターリーバでは、インターリービングはかなりの遅延を起こす。他のブロック・インターリーバ／デ・インターリーバでは、インターリーバの遅延はわずかであり、端末相互間の遅延は主にデ・インターリーバによる。
【０００７】
本発明の目的は、復調へのデコードの最適化を達成する復調方法とエンコードされたインターリーブ信号のデコード方法とを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、軟判定の復調出力ワードのスケーリングとデ・インターリービングがメモリ利用の削減でなされる方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、スケーリングがデコーダの入力ワードと処理の必要性とを考慮に入れてなされる方法を提供することにある。
【００１０】
本発明によれば、
インターリーブ信号を復調してデコードする方法であって、
受信されエンコードされたインターリーブ信号を復調して、軟判定の復調出力ワードを生成し、
前記軟判定の復調出力ワードをデ・インターリーブしてスケーリングし、デ・インターリーブされスケールされたワードを生成し、前記スケーリングは一度に複数の連続した復調出力ワードに対して行われ、前記複数の連続した復調出力ワードの隣接した復調出力ワードに対して略同一の値をもつスケーリングファクタを適用し、前記デ・インターリーブされスケールされたワードはワード長が削減されたワードであり、
前記デ・インターリーブされスケールされたワードをデコードする。
【００１１】
好適な実施形態において、デ・インターリンビングメモリは、ワード長が削減された軟判定の復調出力ワードで充填される。デ・インターリービングメモリが充填されている間、ワード長が削減されたワードのオーバーフローまたはアンダーフローがチェックされ、スケーリング・ファクタが調整される。アンダーフローの場合には、スケーリングファクタは増加される。オーバーフローの場合には、スケーリングファクタは減少される。
【００１２】
好ましくは、適用される変更されたスケーリング・ファクタとともに、インターリービングメモリの充填の間に、スケールファクタが変更されるメモリ位置が記録され、インターリービングメモリの充填の後、インターリービングメモリ全体の正常化を介して、一律のスケーリングが決定される。追加のメモリを用いないこの種の適切な最適化は、デコーディングがビタビアルゴリズムを用いてなされるとき特に有効である。不意の消去やオーバーフロー状態になる現在のフレームのスケールファクタを調整することは、以前のフレームからの情報を使用しなくてすむ。一律のスケーリング・ファクタの使用は重要である。その理由は、ビタビ・アルゴリズムは、適切にスケールされた連続的な入力ワードを受信するとき、すなわち軟判定のスケーリングが使用されるトレースバックメモリの長さに対して少なくとも一定であるとき、よりよく実行されるためである。デ・インターリーバにおけるビットの再配列はこの制限の範囲を広げる。その結果、安全策はインターリービング・フレーム全体に対してスケールファクタを一定に維持することである。
【００１３】
デ・インターリーバメモリがいったん充填されて、一律のスケーリングが適用されると、デ・インターリービング動作が行われる。この種のデ・インターリービング動作はそれ自体知られている。
【００１４】
他の実施形態において、スケーリングはデ・インターリービングメモリにてなされ、スケーリングファクタの決定は、複数の連続的に復調されワード長の削減された出力ワードをデ・インターリービングメモリに書込みながら、デジタルローパスフィルタリングを介してなされる。この種の計画において、ローパスフィルタの出力はサンプル＆ホールドブロックに渡され、スケールファクタのみが、インターリーバ・フレームの境界で変更される。
【００１５】
受信機がワイヤレス通信システムにて使用される拡散スペクトラムCDMA受信機の場合、好ましくは、受信機は最大率結合を使用するマルチパス受信信号における光線を結合するタイプの復調器を有する。この種の復調器は、レーキ受信機か、他の優れたレシオ結合復調器でありうる。
【００１６】
ビタビデコード等の最大可能デコーディングの場合、復調器は対数可能性率である軟判定復調出力ワードを提供する。対数可能性率の入力では、ビタビアルゴリズムのみがトレリスにおけるパス測定基準の加算等の加算演算を行う必要がある。ここで、ビタビアルゴリズムは乗算演算を行う必要がなくなる。この種の乗算演算は、処理能力をより必要とし、加算演算よりもメモリの使用率が高い。ビタビデコーダは、畳み込みエンコード入力ワードを予定している。
【００１７】
図面において同一の参照番号は同じものを示している。
【００１８】
図１は、送信機２、チャネル３及びレシーバ４を有するシステム１を示している。チャネルはバーストエラーチャネルである。送信機２において、エンコードとインターリーブが適用される。受信機４において、デ・インターリービングとデコーディングが適用される。インターリービングは、固有の一対一の決定論的手法におけるバイナリまたは非バイナリ列の順序を再配列する処理である。この処理の逆は、元の順序の並びへのデ・インターリービングである。このシステムの一例は、北米標準のCDMAシステム等のセルラー無線システムである。このシステムは、インターリービングがチャネルのバーストエラー特性を解決するために適用される無線または有線のシステムである。
【００１９】
図２は送信機２のブロック図である。送信機２において、データソース２０はエンコーダ２１にデータを供給する。インターリーバ２２でエンコードされたデータのインターリーブを行った後、変調器２３はチャネル３を介して受信機４に変調されエンコードされたインターリーブ信号を送信する。エンコーダ２１は畳み込みコードを供給する。受信機４は例えばビタビアルゴリズムを介して畳み込みデコーディングを適用する。
【００２０】
図３は本発明による受信機４のハードウェアとソフトウェアがミックスしたブロック図である。ソフトウェア機能を実行するために、この種の受信機は、従来技術から容易に認識されるように、（不図示の）ＲＯＭとＲＡＭを備えたプロセッサを有する。受信機４は、Ｎ（Ｎは整数）ビットの軟判定の復調された出力ワードを生成する。受信機４はさらに、フルになるまで一度に複数の連続した出力ワードで充填されるデ・インターリービングメモリ３１を有する。復調された出力ワードは、デ・インターリービングメモリ３１の連続したカラムに書き込まれる。書込みとスケーリングが完了すると、デ・インターリービング動作が行われ、デ・インターリーブされスケールされた入力ワードが一度に一列ずつ、一例では所望のビタビデコーダ内のデコーダ３２に供給される。復調器３０は最大可能性率を与えるレーキ受信機を有する。デ・インターリービングメモリ３１とプロセッサにより形成されるデ・インターリーバは、他の優れたハードウェア及び／またはソフトウェア構造を持っていてもよい。ソフトウェア決定復調出力ワードをデ・インターリービングメモリ３１に書き込むと、最上位側ビットをＮビットワードから取る演算３２にて、ワードのワード長はＮビットからＭビットに削減される。これにより、ビタビアルゴリズムがＮビットの正確さを必要とせず、メモリを節約できる。ブロック３３において、デ・インターリービングメモリ３１に書き込まれるべき軟判定の復調された出力ワードのそれぞれごとに、Ｍビットに削減されたワードから新しいスケールファクタが決定され、その新しいスケールファクタはブロック３４に格納される。
【００２１】
図４は本発明によるスケールファクタを決定する第１の実施形態を示すフローチャートである。まず、スケールファクタは、デ・インターリービングメモリ３１に書き込まれるべき削減ワードそれぞれごとに決定される。ｉ番目の軟判定用の新しいスケールファクタの決定を示しており、ｉはデ・インターリービングメモリ３１全体に及ぶ直線変数である。初期スケールファクタＳＦは、以前のフレームから決定されるか、初期推定や他の方法で決定される。処理はブロック４０で開始する。ブロック４１において、オーバーフロー状態から脱出したか否かがチェックされる。オーバーフローは、オーバーフローカウンタＯｖによりモニタされる。オーバーフローの場合には、オーバーカウンタＯｖはブロック４２において、Ov++で示されるように、インクリメントされる。ブロック４３において、アンダーフロー状態を脱出したか否かがチェックされる。アンダーフローは、アンダーフローカウンタUfによりモニタされる。アンダーフローの場合には、アンダーフローカウンタUfはブロック４４において、Uf++で示すように、インクリメントされる。もし、オーバーフローとアンダーフローのどちらも脱出していない場合は、スケールファクタSFを適用する必要がない。ブロック４５において、オーバーフローカウンタOvが所定のしきい値max_Ovを超えたか否かがチェックされる。もしそうなら、ブロック４６において、新規のスケールファクタはSF=SF*0.7と決定され、オーバーフローカウンタOvはリセットされてOv=0になり、オーバーフローが起こったインデックスｉは配列SF_indexes[j]に記録される。SF_indexes[j]＝ｉのとき、ｊは配列インデックスであり、対応する新しく決定されたスケールファクタＳＦは配列SF_values[j++]に記録され、SF_values[j++]=SFのとき、j++は配列インデックスである。乗算ファクタ0.7は３ｄB減少に対応する。他の削減ファクタが適用されてもよい。同様に、ブロック４７において、アンダーフローカウンタUfが所定のしきい値max_Ufを超えたか否かがチェックされ、もしそうなら、スケールファクタSFは、SF=SF*1.4、Uf=0、SF_indexes[j]=i、SF_values[j++]=SFに増加される。
【００２２】
その後、ブロック４９において、新規のスケールファクタSFはインデックスｉ用に適用される。オーバーフロー状態が持続する場合、クリッピング効果をもつ非常に高いレベルの信号を受信すると、スケールファクタは一連のワードに対して減らされる。例えば、１０連続のオーバーフローの場合、スケールファクタが以前のより高い値に戻るために、２０ワードを要する。アンダーフロー状態が続く場合も同様である。一律のスケールファクタがデ・インターリービングメモリ３１全体で決定される実施形態において、デ・インターリービングメモリ３１全体を充填して初期スケーリングを行った後、配列SF_indexes[j]すなわち適用されるスケールファクタの位置と、SF_values[j++]すなわち対応して適用されるスケールファクタとで記録された情報が用いられる。特に、ビタビデコーダを適用するとき、この種の浄化が非常に切望される。このように、記録された情報から、良好の全体的なスケーリングファクタがデ・インターリービングメモリ３１用に決定される。その配列から、どのインデックスｉでスケールファクタＳＦが適用され、その適用されるインデックスが、再度新たなスケールファクタが適用される前に、インデックスｉから、何回適用されるかが知られる。そこで、スケールファクタ全体は、所定のスケールファクタの発生率と対応して記録されたスケールファクタとの積の和をデ・インターリービングメモリ３１の長さによって割った値として計算されうる。スケールファクタ全体を決定した後、デ・インターリービングメモリ３１は、適用されるスケーリングファクタが適用される各位置ごとに再書込みされる。これにより、格納された削減ワードを正規化されたスケールファクタで再スケールすることができ、前記決定されたスケールファクタ全体は、以前に適用されたスケールファクタで分割される。
【００２３】
図５は本発明によるスケールファクタを決定する第２の実施形態を示す図である。新規のスケールファクタを決定するために、長さＮの全長ワードに対して絶対値演算６０を行い、デジタルローパスフィルタ６１に入力される。ブロック６２において、デジタルローパスフィルタ６１の出力ワードに対して絶対値演算の逆数演算を行う。デジタルローパスフィルタ６１は、ソフトビットの実質的にインターリービングフレームで演算を行う。この場合、サンプル＆ホールドブロック６３は、インターリービングフレームの間に、適用されるスケールファクタが変更しないように用いられねばならない。その代わりに、インターリービングフレームの長さ全体に対して動作する和とダンプ演算でありうる。いずれの場合でも、次のフレーム用のスケーリングファクタを引き出すために用いられる１フレームからのデータを増幅する。
【００２４】
上述した観点で、添付される特許請求の範囲で定義されるように、本発明の精神と範囲内で種々の変形がなされることは当業者にとって明らかであり、本発明は開示される例に限定されない。「備える(comprising)」という用語は、特許請求の範囲で列挙される以外の他の要素やステップの存在を除外しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 送信機、チャネル及び受信機を有するシステムを概略的に示す図。
【図２】 送信機のブロック図。
【図３】 本発明による受信機を示す図。
【図４】 本発明によるスケールファクタを決定する第１の実施形態を示すフローチャート。
【図５】 本発明によるスケールファクタを決定する第２の実施形態を示す図。

Claims (10)

1. エンコードされたインターリーブ信号を復調してデコードする方法であって、
   受信されエンコードされたインターリーブ信号を復調して、軟判定の復調出力ワードを生成し、
   前記軟判定の復調出力ワードをデ・インターリーブしてスケーリングし、デ・インターリーブされスケールされたワードを生成し、前記スケーリングは一度に複数の連続した復調出力ワードに対して行われ、前記複数の連続した復調出力ワードの隣接した復調出力ワードに対して同一の値をもつスケーリングファクタを適用し、前記デ・インターリーブされスケールされたワードはワード長が削減されたワードであり、
   前記デ・インターリーブされスケールされたワードをデコードし、
   最初に前記複数の連続した復調出力ワードに対して中間スケーリングファクタを適用し、その後、前記隣接した復調出力ワードに同一のスケーリングファクタが適用されるように前記中間スケーリングファクタから新たな前記スケーリングファクタを決定することを特徴とする方法。
2. 前記中間スケーリングファクタから前記スケーリングファクタを決定することにより、前記複数の連続した復調出力ワードごとに一律のスケーリングファクタを付与することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記中間スケーリングファクタの前記適用は、前記複数の連続した復調出力ワードを前記デ・インターリービングメモリに書き込む間になされ、前記中間スケーリングファクタから前記スケーリングファクタを決定することは、前記デ・インターリービングメモリ内の同じ場所に反映されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. エンコードされインターリーブされた信号を受信する受信機であって、
   前記受信されエンコードされたインターリーブ信号を復調し、軟判定の復調出力ワードを生成する復調器と、
   前記軟判定の復調出力ワードのデ・インターリービングとスケーリングを行うデ・インターリービングとスケーリングメモリであって、前記受信機が一度に複数の連続した復調出力ワード用の前記デ・インターリービング＆スケーリングメモリ内のデ・インターリーブされスケールされたワードを生成し、これにより、前記複数の連続した復調出力ワードの隣接した復調出力ワードに対して同一の値をもつスケーリングファクタを適用し、前記デ・インターリーブされスケールされたワードがワード長が削減されたワードであるデ・インターリービング＆スケーリングメモリと、
   前記デ・インターリーブされスケールされたワードをデコードするデコーダと、を備え、
   最初に前記複数の連続した復調出力ワードに中間スケーリングファクタを適用し、その後、前記隣接した復調出力ワードに同一のスケーリングファクタが適用されるように前記中間スケーリングファクタから新たな前記スケーリングファクタを決定することを特徴とする受信機。
5. 前記デ・インターリービングメモリに前記複数の連続した復調出力ワードを書き込んでいる間に、前記中間スケーリングファクタを適用し、前記中間スケーリングファクタから前記スケーリングファクタを決定することは、前記デ・インターリービングメモリ内の同じ場所に反映されることを特徴とする請求項４に記載の受信機。
6. 現在の復調出力ワードが所定数のアンダーフローを表すならば、前記現在の復調出力ワード用に以前決定された中間スケールファクタを増大することを特徴とする請求項４に記載の受信機。
7. 現在の復調出力ワードが所定数のオーバーフローを表すならば、前記現在の復調出力ワード用に以前決定された中間スケーリングファクタを減少させることを特徴とする請求項４に記載の受信機。
8. 前記中間スケーリングファクタから前記スケーリングファクタを決定するとき、前記複数の連続した復調出力ワードごとに一律のスケーリングファクタを付与することを特徴とする請求項４に記載の受信機。
9. 前記復調器は、レーキ受信機であることを特徴とする請求項４に記載の受信機。
10. 前記デコーダは、ビタビデコーダであることを特徴とする請求項４に記載の受信機。

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