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JPH06505374A - エラーバースト検出 - Google Patents

エラーバースト検出

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JPH06505374A
JPH06505374A JP4505830A JP50583092A JPH06505374A JP H06505374 A JPH06505374 A JP H06505374A JP 4505830 A JP4505830 A JP 4505830A JP 50583092 A JP50583092 A JP 50583092A JP H06505374 A JPH06505374 A JP H06505374A
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ブリテイッシュ・テレコミュニケーションズ・パブリック・リミテッド・カンパニー
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    • H03M13/41Sequence estimation, i.e. using statistical methods for the reconstruction of the original codes using the Viterbi algorithm or Viterbi processors
    • HELECTRICITY
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  • Error Detection And Correction (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 エラーバースト検出 本発明は、デジタル方式でコード化された情報、特に、それに限定するものでは ないがデジタル方式でコード化されたスピーチにおけるエラーバーストの発生の 評価に関する。
従来技術の説明 データがビットあるいはエラー補正コードのようなエラー保護方式を使用せずに 送信されるとき、それは任意の特定のビットが正確に受信されたか否かを受信機 において伝えることができない。このような方式が使用される場合、エラーバー スト検出は可能であるが、エラーの発生が対処できる限度を越える場合には失敗 する。両方の場合において、個々のビットエラーの検出が不可能であることは自 明である。しかしながら、多くのタイプのチャンネルにおいてエラーは相関され る、すなわちエラーがバーストにおいて発生する傾向がある。本発明の目的は発 生されるエラーが高い確率である受信の周期を識別すること、換言すると、バー ストの発生および持続時間を推定することである。
それ故、1つの観点において、本発明は、(a)1以上のビットおよびシンボル に対する信頼性を示す尤度信号を各シンボルに対して生成するために変調された 信号を復調する手段と、 (b)尤度信号を受信し、それぞれ第1の比較的エラーのない状態および第2の 比較的エラーしやすい状態と類似する状態にあるチャンネルの確率を示す第1お よび第2の確率信号を各シンボルに対して生成し、第1の確率信号が尤度信号の 関数であり、シンボルの少なくとも1つおよび第1の記憶されたパラメータに関 する第1および第2の確率信号が状態間の移行の確率の推定を表し、第2の確率 信号が尤度信号の関数であり、シンボルの少なくとも1つおよび第2の記憶され たパラメータに関する第1および第2の確率信号が状態間の移行の確率の推定を 表している制御手段と、(c)第1および第2の確率信号の相対的な大きさに依 存して、チャンネルの状態を示す決定信号を生成する比較手段とを具備している デジタル方式でコード化された信号を搬送する送信チャンネル変調信号によって 受信する装置を提供する。
本発明の別の観点においては、 (a)シンボルの状態に対応する1以上のビットおよびシンボルの状態が正しい 確率を示す尤度信号を受信されたシンボルに対して生成するために変調された信 号を復調する手段と、 (b)シンボルおよび他のシンボルに対する尤度信号の関数としてシンボルが間 違っているかどうかを示す決定信号を受信されたシンボルに対して生成する手段 と、(c) 出力スピーチ信号を生成するためにシンボルに対応するビットのみ を処理することができるスピーチ復調手段とを具備しているデジタル方式でコー ド化されたスピーチ信号を搬送する変調された信号を復調する装置が提供される 。
本発明のさらに別の観点においては、 (i)一連の変調されたシンボルを受信し、(11)シンボルに対する信号の信 頼性を示す尤度信号を各シンボルに対して生成し、 (i i i)第1の確率信号が尤度信号の関数であり、シンボルおよび第1の 記憶されたパラメータの少なくとも1つに対する第1および第2の確率信号が状 態間の移行の確率の推定を表し、第2の確率信号が尤度信号の関数であり、シン ボルおよび第2の記憶されたパラメータの少なくとも1つに対する第1および第 2の確率信号が状態間の移行の確率の推定を表しており、それぞれ第1の比較的 エラーのない状態および第2の比較的エラーしやすい状態と類似する状態にある チャンネルの確率を示す第1および第2の確率信号を各シンボルに生成し、 (1v)チャンネルの状態を示す決定信号を第1および第2の信号の相対的な大 きさに依存して生成することを特徴としている変調されたデジタル信号を受信す る方法を提供する。
別の観点において、本発明は、 (i)ビットシーケンスを生成するために入力信号を復調し、 (11)シンボルが正確に復調される確率を示す尤度信号を各復調されたシンボ ルに対して生成し、fi i i)シンボルおよびシーケンスの他のシンボルに 対する尤度信号の関数として、シンボルが間違って復調されているかどうかを示 す信号を各シンボルに対して生成し、(iv)出力スピーチ信号を生成するため にシンボルから得られるピットシーケンスのビットのみを処理することを特徴と しているデジタル方式でコード化されたスピーチ信号を搬送する変調された信号 の復調方法を提供する。
本発明のその他の観点は、請求の範囲において述べられる。
図面の簡単な説明 図1は、送信チャンネルの理論的なモデルを示し、図2は、確率すと尤度1の間 の関係をグラフで示し、図3は、本発明による受信装置の1形式のブロック図で ある。
実施例 この実施例は、デジタルコードスピーチの受信に関する。
スピーチは、通常のようにデジタル形式で送信される各フレームに対して1組の パラメータを生成するためにフレームベースでコード化されると仮定される。典 型的なフレーム周期は20m5である。送信されたビットはエラー補正コードを 使用してコード化されてもよく、保護されなくてもよく、あるいは幾つかのビッ トは保護されるが、その他のビットは保護されないでもよい。送信チャンネルの エラーのバーストは、通常、保護されたビットおよび保護されないビットの両方 の崩壊を導く。スピーチ信号ダにおける崩壊されたビットを復調する効果は、実 質的に容認できない。それ故、それはエラ−バーストの開始および終了を推定す ることが提案され、崩壊されたパラメータは先行するフレームからのパラメータ によって置換され、極端な場合におけるデコーダの出力は押さえられる。
推定に関するソース情報は、当然受信された信号である。
所定のビットあるいはシンボルはエラーが発生するかどうか(あるいは、保護さ れたシステムにおいて検出可能な数量上のエラーが発生するかどうか)を示すこ とはできないが、例えば直角位相振幅変調(QAM)システムにおいて正確な所 定のビットあるいはシンボルの尤度1 (t)の表示を得ることは可能であり、 QAM配置における最も近い点からの受信された信号の位相平面の距離はこのよ うな表示を与える。所望の尤度値の生成はビタビ(VNerbi)イコライザあ るいはビタビデコーダの使用による既知の方法で達成されるので、さらに詳細に は説明しない。
推定のために採用された手順はトレーニングシーケンス中に第1にチャンネルの 統計の観察を含み、原則としてこれは実際に使用されるチャンネルであるが、実 際には典型的なチャンネルにおけるこれらの試験を行うのにさらに便利であり、 全ての後続する受信に対してその結果を使用する。実際に観察された尤度の値は 、これらの統計に照らして翻訳される。
翻訳は、チャンネル特性の理論的なモデルの考えによって助成される。この実施 例において使用されたモデルは、推定コード用のGllberj氏によって提案 された( 「CapacNy ofa Burst−NoisCChxnnel J 、 Be1l Sys、 Technical Journal。
S!p+ 1960) 2状態マルコフ(Mxrkov)チャンネルである。
1つの良状態は低いエラー動作におけるチャコ/ネルを表し、2つ目の「不良」 状態はエラーバースト中のエラーを表す。
状態図は図1に示されている。チャンネルは「良」 (すなわち、低いエラー) 状態にあると仮定する。ビットはエラーである確率e を有するチャンネルによ って送信され、モデルは良状態のままであるか、「不良」状態へ移行するかどう かを決定する。この説明では一時に1つのデータビットの伝送を仮定するので、 この決定は各ビットに対して行われる。単一の送信されたシンボルが1以上のビ ットを搬送するシステム(例えばQAMを使用する)において、決定は1シンボ ルにつき1度行い、尤度1 (t)および下記に参照されるエラー推定は1シン ボルにつき1度慢られる。エラーバーストはまれであるので、「伝送」は通常良 好な状態のままであるように行われる(確率a )。しかしながら、時折(確率 1−2g 「不良」状態に移行する。モデルはこの状態で移行確率a6.。
a によって決定されるような1つ以上のビット周期を経過g し、それが良状態に戻るまで確率ebを有するエラーを生成する。移行確率(そ の2つのみが独立である)はエラーバーストの平均持続時間および周波数を決定 する。このように不良状態(すなわち、平均バースト長)の経過時間の平均持続 時間は次の通りである。
ここで「時間」はビット周期の数として表されている。同様に、バースト間の周 期の平均持続時間は次の通りであり、バーストの平均反復周期はtb +tgで あるので、周波数は次の通りである。
以下にさらに詳細に説明されるように、モデルに対する移行確率およびエラー率 e、ehはトレーニングシーケンスから決定される。
これらのパラメータが確立されると、実際の送信の受信中の観察された尤度の値 の翻訳の問題は、モデル状態がいつでもチャンネルの現在の状態に最も近似する モデル状態を決定するために観察された尤度を有するモデル状態に相関するもの となる。
まず、時間tにおいて観察された尤度1 (t)は2つの観測結果、すなわちチ ャンネルがそれぞれ良状態あるいは不良状態にある観察された確率b あるいは す、を形成するために処理される。チャンネル統計が標準的な偏差σ 、びわを 有する平均値m 、m5についての尤度の値の通常の分布を表すと仮定されると 、確率は図2、あるいは次のように示さそれらを計算する代りにbの値に対する 検索表を構成するために使用されることもできる。m 、σ 等の推定、および 2g b、(Dおよびbg (t)を決定する式(3)および(4)の使用に代るもの として、それは確率のヒストグラムを集めることもできる。これはトレーニング シーケンス中に、1から1+61までの尤度の各間隔に関するバーストビット数 n、(1−1+61)および非バーストビット数n(1−1+δ1)を数えるこ とによって行われ、次のように計算し、その結果は検索表を形成するために記憶 される。式(3)および(4)の計算は、相対的な尤度範囲と対照して表に記憶 されるす、b、の値を検索するステップによって置換される。
この方法は良好な結果を与えるが、実際的な問題としてmb以下でm 以上の尤 度の値がmbあるいはm gに等しい値よりもそれぞれ悪いあるいは良い状態の 低い確率を実際には表さないことに注目され、所望ならば関係は点線によって示 されるように変えられる。
bbとbgの間の相関およびモデルは、モデルが良状態あるいは不良状態にある 確率p (t)、p)(t)を定め、Viterbiアルゴリズムを使用するこ とによって実行される。
このプロセスにおいて、J、(0)、pg (0)はそれぞれ値0.5を有する と仮定される。
最大値ではなく2つの項の和が代りに使用されることに注目すべきである。1つ の項が通常支配するので実質的な差は小さい。最大値の使用は対数トメ、インに おいて動作する時にさらに便利である。p (t)およびp5 (t)の値は時 間tで状態を確実に決定するために使用され、出力インジケータEが不良状態で 1であり、良状態で0である場合、次の通りである。
X! p、(t) ) pb(?J の場合 E x O−−−(71工fp、 (切<p、(t)O場合 E・1−−− (8)計算を容易にするため、対数値 で作業し、計算は負の対数値に大文字を書込む(すなわち、P −−In p  、Abgg −1n ab g $ )ことによって行い、式(2)乃至(6)は次のように なる。
式(7)および(8)の不等式は当然逆にされる。
さらに、これは単一バスアルゴリズムであり、時間tにおけるビットの結果はも っと後の時間における1 (t)の観察された値を認めず、所望ならばビタビア ルゴリズムは変換して使用される。
トレーニングシーケンスにおいて得られるデータからのa、a 、a a 、m  、m 、σ およびabの導出gg bb gb’ bg g b gについ て以下説明する。採用された手順は通常のチャンネルによってデータを送ること であり、受信したとき受信されたデータは送信されたデータと比較されるので、 間違って受信されたビットは識別される。
全体でn個のビットが送られると仮定する。受信されたデータは、ビットがエラ ーバースト中(不良状態)に受信されていると考えられ、エラーバースト間に受 信されると決定するために処理される。このため、エラーバーストの構成を決定 することが必要である。例えばバーストはエラーで始まり、エラーで終り、少な くとも2つのエラーを含み、エラー間の良好なビットはX個以下である。Xは通 常10である。ツク−ビットの数n は数えることができる。バースト間に受信 されるビットの数はn =n−n である。平均/く−スト長tはn/n であ り、式(1)より次のように得られる。
be バースト間の平均の長さはt −n /n、であり、式(2)より次のように得 られる。
その代りに、エラー率によってチャンネルのエラー特性を表すことはさらに便利 である。チャンネルの平均エラー率はeであり、「良」状態においてはe であ り、不良状態においてはe であるとする。]つの状態あるいは別の任意の瞬す 間における確率p 、p を定める( p b + p g−1)。
bg ’ = Cgps ” ’bpb = ’、p、” e、 (1−p)p、 ( e、−eρ・e−e3 n=叩 および nh−npb l l e がeおよびebと比較して小さい場合、近似的にm 、σ 1m およびσ 、を推定するため、以下の式がgb 使用される。
その代りに、それぞれエラーがないときおよびエラーが存在するときの観察され た尤度は、)く−ストおよび非ノく−スト期間中の尤度に近似する。
ここでn は正確に受信されたビット数である。
に こでnlは正しくない受信されたビット数である。
a 、a a 、a 、M 、a 、Mb、abの導出gg gb’ bb b g g−g が記載されており、1組のパラメータを与える。しかしながら、所望な特性を達 成するためにこれらのパラメータヲ調整することは適切である。例えば、何もな いエラーバーストの識別と発生したバーストの識別の失敗の間のトレードオフは 明らかに存在し、スピーチシステムに関しては前者に特性を片寄らせることが望 ましい。
したがって、パラメータは順番にそれぞれ独立な値に調整させ、試験シーケンス 中の効果を観察することによって最適にされる。
図3は、無線リンクによって送信されるデジタルスピーチ信号用の受信機のブロ ック図である。アンテナ1す受信された信号は、RFおよび復調回路2および等 化器3を介してビタビの柔軟な決定デコーダ4に伝達される。後者は復調された ビットの出力および各ビットの尤度の値を与える第2の出力を有する(装置2が ビタビ等化器である場合、これは尤度の値を生成する)。尤度の値は図2のグラ フによって定められるように記憶された値を含む検索表5をアドレスするために 使用され、対数値B (t)、B、(t)を与えるために読出される。
計算装置6はこれらの値を受信し、式(11)および(12)によって確率P  (t)、p、(t)を計算する。
1ビツトの期間の遅延ライン601. 602は前のビット対数確率p (t− 1)、p、(t−1)をそれぞれ供給し、それに加算器603および604によ って対数移行確率A□、A5゜が加算される。2つの合計は2つの合計の小さい 方を選択するために電子切替えスイッチ606を制御する比較器605で比較さ れ、さらに比較器607で(記憶装置5からの)B (t)に加算される。この 加算器の出力は現在のビット対数確率Pg (1)を表す。同様に、加算器61 3. 614. 617、比較器615およびスイッチ616は式(12)によ って対数確率Pb(1)を得るために作用する。2つの値P (t)、P。
(1)は、次のビットに対してフィードバックする遅延ライン601. 602 の入力、および出力EがP、(t)≧Pg (t)およびゼロであるときは数値 1である比較器620に導かれる。
デマルチプレクサ7はとタビデコーダ4からデータ出力を受信し、スピーチフレ ーム用のコード化されたスピーチパラメータを表している出力に受信されたビッ トをフォーマット化する。それは計算装置6から単一のビットバースト推定値E を受信し、設定される場合、パラメータの1以上のビット(あるいは、さらに上 位桁のビットの選択的に1以上のビット)が高い確率でエラーを有すると判断さ れる(すなわち、E−1)ことを示す各パラメータに有効ビットを追加する。
デマルチプレクサからの出力データは、各スピーチパラメータに関する電子切替 えスイッチ81a、81b等および記憶装置82 a 、 82 b等を有する 選択装置8に送られる。動作は1つのパラメータに関して説明され、その他のパ ラメータに関しては同じである。通常、各スピーチフレーム期間でスイッチ81 aは出力に関してデマルチプレクサ7から受信されたスピーチパラメータを選択 する。しかしながら、有効ビットがスイッチを設定する場合、パラメータを排除 して記憶装置82aから先行フレームからの対応しているパラメータに置換する 。
スイッチ81aの出力は記憶装置82aの入力にフィードバックされるので、新 しい(有効な)パラメータあるいは先行した記憶装置の内容は次のフレームのた めの記憶装置に入力される。この方法で、記憶装置は常に問題のパラメータに関 する最新の有効な受信された値を含む。代用されたパラメータは、出力lOでス ピーチ信号を生成するためにスイッチ81 a 、 81 b等の出力からパラ メータを復調するスピーチデコーダ9に供給される。
非常に古いフレームからのパラメータの置換(エラーバーストが継続した場合の )による不所望な影響を避けるために、カウンタ83a、83b等は各パラメー タに関する連続して設定した有効ビットの数を数えるために含まれ、カウンタは 現在のおよびT−1の直前の有効ビットが設定されると常に活性出力を生成する 。ここでTはフレーム数のしきい値(例えば、5)である。任意のカウンタが活 性出力を生成すると、信号(オアゲート84を介する)はこの状況が続く限りそ の出力を抑制するためにスピーチデコーダに導かれる。
装置は専用のハードウェアに関して説明されているが、多くの機能がプログラム 可能なLSI装置によって実行されるということが認識されるであろう。
最後に、上記実施例は2状態モデルを使用しているが、2以上の状態を有するモ デルも可能であることに注目すべきである。例えば、3状態のモデルは、 (i>比較的エラーのないチャンネルと、(ii)比較的エラーしやすいチャン ネルと、(i i i)受信された信号がない状態とに対応する状態を有する。
3つの状態は、(例えば)移動式無線受信機がトンネルに入るとき、およびスピ ーチデコーダの出力が抑制されるときに生じる。
勺す 国際調査報告 。FT/I’ICI。5/nnA17

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.デジタル方式でコード化された信号を搬送する変調された信号を伝送チャン ネルによって受信する装置において、(a)1つ以上のビットを各シンボルに対 して生成する変調された信号およびシンボルに関する信号の信頼性を示す尤度信 号(1(t))を復調する手段(2,3,4)と、(b)尤度信号(1(t)) を受信し、それぞれ第1の比較的エラーのない状態および第2の比較的エラーし やすい状態に類似する状態にあるチャンネルの確率を示す第1(Pg(t))お よび第2(Pb(t))の確率信号を対応するシンボルに対して生成し、第1の 確率信号(Pg(t))が尤度信号(1(t))の関数であり、シンボル(Pg (t−1),Pb(t−1))の少なくとも1つおよび第1の記憶されたパラメ ータ(Agg′Abg)に関する第1および第2の確率信号が状態間の移行の確 率の推定を表し、第2の確率信号(Pb(t))が尤度信号(1(t))の関数 であり、シンボル(Pg(t−1),Pg(t−1))の少なくとも1つおよび 第2の記憶されたパラメータ(Bbb′Bgb)に関する第1および第2の確率 信号が状態間の移行の確率の推定を表している制御手段(5,601−619) と、(c)第1および第2の確率信号の相対的な大きさに依存して、チャンネル の状態を示す決定信号(E(t))を生成する比較手段(620)とを具備して いる受信装置。
  2. 2.復調手段がビタビ等化器を含み、等化器が尤度信号を生成するように構成さ れる請求項1記載の装置。
  3. 3.エラー補正コードを使用する伝送に対して、復調手段がビタビデコーダ(4 )を含み、ビタビデコーダが尤度信号(1(t))を生成するように構成されて いる請求項1記載の装置。
  4. 4.制御手段が第1および第2の確率信号をそれぞれ決定するのに使用される第 1(Bg(t))および第2(Bh(t))の導出された信号を尤度信号から生 成するように動作し、導出信号はそれぞれ第1および第2の状態に関係している 尤度信号の瞬間値の確率を表す請求項1、2または3のいずれか1項記載の装置 。
  5. 5.制御手段が検索表によって導出された信号(Bg(t),Bb(t))を生 成する請求項4記載の装置。
  6. 6.制御手段が尤度信号(1(t))と状態に対する典型的な尤度の値を表すそ れぞれ記憶されたパラメータの間の差の関数として計算によって導出される信号 (Bg(t),Bb(t))を生成することができる請求項5記載の装置。
  7. 7.制御手段がビタビアルゴリズムによって導出された信号から第1および第2 の確率信号を生成することができる請求項4、5または6のいずれか1項記載の 装置。
  8. 8.デジタル方式でコード化されたスピーチ信号を搬送する変調された信号を復 調する装置において、(a)シンボルの状態に対応する1以上のビットおよびシ ンボルの状態が正しい確率を示す尤度信号(1(t))を受信されたシンボルに 対して生成するために変調された信号を復調する手段(2,3,4)と、 (b)シンボルおよび他のシンボルに対する尤度信号の関数としてシンボルが間 違っているかどうかを示す決定信号を受信されたシンボルに対して生成する手段 (5,6)と、(c)出力スピーチ信号を生成するためにシンボルに対応するビ ットのみを処理することができるスピーチ復調手段(7,8,9)とを具備して いるデジタル方式でコード化されたスピーチ信号を搬送する変調された信号を復 調する装置。
  9. 9.スピーチパラメータを含んでいる連続した時間フレームを具備しているデジ タル方式でコード化されたスピーチ信号を復調するために、パラメータを記憶し 、1以上のピットが間違っていると示されたパラメータを以前のフレームからの 記憶されたパラメータに置換する決定信号(E(t))に応答する手段(8)を デジタルスピーチデコーダ(7,8,9)が含んでいる請求項1乃至8のいずれ か1項記載の装置。
  10. 10.デジタル方式でコード化されたスピーチ信号を搬送する変調された信号を 復調する方法において、(i)ビットシーケンスを生成するために入力信号を復 調し、 (ii)シンボルが正確に復調される確率を示す尤度信号を各復調されたシンボ ルに対して生成し、(iii)シンボルおよびシーケンスの他のシンボルに対す る尤度信号の関数として、シンボルが間違って復調されているかどうかを示す信 号を各シンボルに対して生成し、(iv)出力スピーチ信号を生成するためにシ ンボルから得られるビットシーケンスのピットのみを処理することを特徴として いるデジタル方式でコード化されたスピーチ信号を搬送する変調された信号の復 調方法。
  11. 11.変調されたデジタル信号を受信する方法において、(i)一連の変調され たシンボルを受信し、(ii)シンボルに対する信号の信頼性を示す尤度信号を 各シンボルに対して生成し、 (iii)第1の確率信号が尤度信号の関数であり、シンボルおよび第1の記憶 されたパラメータの少なくとも1つに対する第1および第2の確率信号が状態間 の移行の確率の推定を表し、第2の確率信号が尤度信号の関数であり、シンボル および第2の記憶されたパラメータの少なくとも1つに対する第1および第2の 確率信号が状態間の移行の確率の推定を表しており、それぞれ第1の比較的エラ ーのない状態および第2の比較的エラーしゃすい状態と類似する状態にあるチャ ンネルの確率を示す第1および第2の確率信号を各シンボルに生成し、 (iv)チャンネルの状態を示す決定信号を第1および第2の信号の相対的な大 きさに依存して生成することを特徴としている変調されたデジタル信号の受信方 法。
  12. 12.添付図面を参照して説明されたような変調されたデジタル信号の受信装置 。
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