JP2000068910A - ダイバーシチ受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】放送形式の短波帯の信号を受信するダイバーシ
チ受信装置の適応等化器の初期設定の収束速度とトラッ
キングの追従速度を速くする。 【解決手段】ＧＰＳ受信機１２で位置情報を得、メモリ
１４に予め記憶させた位置情報に対応した通信路の品質
情報を制御器１３で読み出し、適応等化器７のタップ係
数更新制御部２７に取り込んでカルマンフィルタの等化
アルゴリズムの初期値に用いることによって速く収束さ
せるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フェージングの多
い短波回線などの伝搬路によってデータ伝送を行う場合
のダイバーシチ受信装置に関し、特に、フェージング対
策として用いられる適応等化動作の改良に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】電離層の反射等、伝搬路の影響を多く受
ける短波回線等において、良好な受信品質を確保する技
術としてダイバーシチ技術が知られている。ダイバーシ
チ技術の具体的実現方法には、周波数ダイバーシチや、
空間ダイバーシチ等がある。短波帯で、放送形式による
多数の送信波が、同一のデータで変調された信号をその
時点の回線状態により適宜選択して受信することが必要
な場合に、このようなダイバーシチ技術は有効である。

【０００３】一方、データのデジタル伝送方式は種々の
方式が実用化されており、最近では１６ＱＡＭ方式には
じまる多値デジタル変調方式の開発と実用化が進められ
ている。多値デジタル変調方式は、高能率な情報伝送が
可能であるが、伝送系のフェージングなどによる各種歪
に対して非常に弱く、伝搬路のフェージングによる影響
は深刻なものとなるという問題がある。

【０００４】この対策として、トランスバーサル形等化
器等の適応等化器による適応等化処理が有効な手段とし
て知られており、現在では、多値デジタル変調方式によ
る高能率伝送システムに常備されつつある。

【０００５】図６は従来のダイバーシチ受信装置を示す
ブロック図である。図において、３１ａ，３１ｂはアン
テナ、３２ａはアンテナ３１ａに接続された受信機、３
２ｂはアンテナ３１ｂに接続された受信機である。３３
は両受信機からの電界強度の出力レベルを比較する比較
器、３４は比較器３３の出力信号によって受信機３２
ａ，３２ｂの出力信号のレベルの大きい方を選択するス
イッチ、３５は適応等化器、３６はデジタル復調器であ
る。

【０００６】次に、図６に示したダイバーシチ受信装置
の動作について説明する。アンテナ３１ａ，３１ｂによ
って受信した受信波は、それぞれ受信機３２ａ，３２ｂ
によって高周波増幅，周波数変換，中間周波増幅等の受
信処理が行われ、その出力信号はスイッチ３４に送られ
る。一方、受信機３２ａ，３２ｂによってそれぞれ検出
された受信波の受信電界強度等の信頼性情報は比較器３
３に送られる。比較器３３はそれぞれの受信波の電界強
度等の検出信号を比較，判定し、その結果に応じたスイ
ッチ制御信号をスイッチ３４に送出する。スイッチ３４
は比較器３３の出力信号に従い電界強度等の信頼性情報
としてゆう度の高い方の受信波を選択し、その信号を適
応等化器３５へ出力する。

【０００７】一般に、短波帯の電波は伝送路のフェージ
ング等により歪みを生じ、そのために符号間干渉を生ず
るが、伝送路の特性の変動が比較的小さい場合には、こ
れを補償するために適応等化器を用いれば、受信信号を
利用して等化器の係数を自動的に調整することが可能で
ある。適応等化器は、トランスバーサル形等化器が代表
的である。しかし、伝送路の変動がある程度大きい場合
には、トレーニング信号などを用いてタップ利得を再調
整することが必要となってくる。

【０００８】図７は適応等化器を有する受信機の構成例
を示す。アンテナ１から入力された受信波に対し、高周
波部２は、高周波増幅あるいは周波数変換等の処理を行
い、ＢＰＦ３により帯域制限し、ＡＧＣ（自動利得制御
器）４により平均レベルの適正化を行った後、ＡＦＣ
（自動周波数制御器）５によりオフセット周波数（搬送
周波数と準同期検波部の局部発振周波数の差）を低減し
た後、直交復調器６で直交準同期検波（復調）を行い、
受信ベースバンド信号を得る。その後、適応等化器９に
より伝送路等による歪などを補償し、データ復号器８で
データを復号する。

【０００９】図８はトランスバーサル形等化器を２台使
用した判定帰還形適応等化器（ＤＦＥ：decision feedb
ack equalizer ）の構成例図である。判定帰還形適応等
化器は、等化フィルタ部２１，データ判定部２５，誤差
推定部（減算器）２６、およびタップ係数更新部３０を
主要構成としている。

【００１０】等化フィルタ部２１の入力信号が入力され
る側のフィードフォワードフィルタ２２は、遅延波が直
接波より大きい非最小位相条件においては、直接波をキ
ャンセルし、遅延波を残すように動作する。Ｔはレジス
タであり、中央のタップＦ₀（ｔ）から見て未来のデー
タを合成する。一方、直接波が遅延波より大きい最小位
相条件においては、フィードバックフィルタ２３が遅延
波をキャンセルするように動作する。Ｔｓは過去のデー
タを合成するためのレジスタである。２２−１は、未来
のデータを合成するためのタップ係数Ｆ_-1（ｔ）〜Ｆ_-j
（ｔ）とそれぞれ入力信号ｙ（ｔ＋Ｔ）からｙ（ｔ＋ｊ
Ｔ）を乗算するための乗算器である。２３−１は、過去
のデータを合成するためのタップ係数Ｂ₁ （ｔ）〜Ｂ_k
（ｔ）とスイッチ２９からの信号ａ^# （ｔ−Ｔ）〜ａ^#
（ｔ−ｋｔ）を乗算する乗算器である。

【００１１】

【外１】 発生器２８からの出力ａ（ｔ）すなわち参照信号ａ
^# （ｔ−Ｔ）〜ａ^# （ｔ−ｋＴ）とを切替え出力する。
加算（減算）器２６は等化フィルタ部２１からの出力

【外２】 ｚ（ｔ）を、参照信号ａ（ｔ）から減算し、その差（推
定誤差）ｅ（ｔ）、即ち、ｅ（ｔ）＝ａ（ｔ）−ｚ
（ｔ）を出力する。

【００１２】タップ係数更新部３０は、その差の２乗平
均値Ｅ〔ｅ² （ｔ）〕が最小となるように、フィードフ
ォワードフィルタ２２とフィードバックフィルタ２３の
タップ係数を更新する。

【００１３】図９は等化器の動作の説明図である。図９
（Ａ）は、直接波が遅延波より大きい場合（最小位相条
件）の動作であり、等化器は入力信号ｙ（ｔ）の直接波
成分のみを抽出し、ｙ（ｔ−Ｔ）の直接波成分によって
ｙ（ｔ）の遅延波成分を打ち消すように動作する。以下
フィードバックタップを増やし、順次打ち消すことによ
り等化動作が行われる。図９（Ｂ）は、遅延波が直接波
より大きい場合（非最小条件）の動作であり、等化器は
入力信号ｙ（ｔ＋Ｔ）の遅延波成分のみを抽出し、ｙ
（ｔ＋２Ｔ）の遅延波成分によってｙ（ｔ＋Ｔ）の直接
波成分を打ち消すように動作する。以下同様にフィード
フォワードタップを増やし、順次打ち消すことにより等
化動作を行う。

【００１４】タップ係数更新部３０では、最小自乗平均
アルゴリズム（ＬＭＳアルゴリズム）あるいは再帰最小
自乗アルゴリズム（ＲＬＳアルゴリズム）すなわちカマ
ルンフィルタなどによりタップ係数を更新する。このよ
うなアルゴリズムによる等化動作は、タップ利得の初期
化を行う初期引き込み過程と、初期化されたタップ係数
を伝搬路の変動に応じて更新するトラッキング過程に分
けることができる。

【００１５】ここでは、カルマンフィルタの等化アルゴ
リズムについて説明する。時刻ｔ＝ｎＴｓ（Ｔｓ：シン
ボルレート）におけるｚ（ｔ），ｅ（ｔ），タップ入力
ベクトルｙ（ｔ）をそれぞれｚ_n ，ｅ_n ，ａ_n ，ｙ_n 、
タップ係数ベクトルをｃ（ｔ）

【００１６】

【数１】 とすると等化出力Ｚｎは次式となる。

【００１７】

【数２】 タップ係数Ｃｎは、以下のアルゴリズムによって更新さ
れる。

【００１８】

【数３】 但し、ｙ_n ^# はｙ_n の転置共役、Ｋ_n はカルマン利得、
Ｐ_n はＣ_n の誤差共分散行列、ｖはＣ_n の分散、λは忘
却係数（０＜λ≦１）である。

【００１９】ＴＤＭＡシステムなどにおけるバーストの
始めには、トレーニング系列（信号）を受信し、それを
利用してタップ係数を適当な位置に収束させる。すなわ
ち、バースト開始時には、受信信号と既知のトレーニン
グ系列との差を推定誤差ｅ_nとして検出し、タップ係数
を適切な値に収束させる。その後はトラッキング過程に
入り、データを再生しながら、受信信号とその判定値と
の差をｅ_n として伝搬路の変動にタップ係数を追従させ
る。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、非定常
的な伝送路変動に対応するための忘却係数λやタップ係
数の初期値は、従来は、固定の値である。重み係数（忘
却係数）λは、フィルタが入力するデータの統計的変動
に追従する可能性を得るために、遠い過去のデータを
“忘れる”ための係数である。若し、忘却係数λ＜１と
した場合は、過去のデータは指数的に減衰し、更新計算
する上で、現在のデータが過去のデータよりも大きな影
響を持つという結果となる。これが適応等化に持たせた
い特徴である。上述のように、従来のダイバーシチ受信
装置では、忘却係数λは固定値であるため、伝送路変動
に対する追従誤差と雑音による誤差が最小となるような
設定が難しく、通信路の伝達関数及びｆ_D （ドップラ周
波数）とＳＮ比によって忘却係数の最適値が異なるた
め、収束特性あるいは変動に対する追従が遅いという欠
点があった。

【００２１】本発明の目的は、従来技術の問題点の短波
回線の放送形式におけるダイバーシチ受信装置におい
て、従来技術の問題点であった適応等化処理の伝搬路の
変動等による収束速度が遅くて対応できないという問題
点を解決し、簡易な方法で演算量を軽減し、適応等化処
理を複雑な処理を行わずに伝搬路の変動に対応できるよ
うにしたダイバーシチ受信装置を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る適応等化の処理は、予め受信装置の地
理的情報（緯度，経度等）と季節，時刻から概略決定さ
れる伝送路の品質情報すなわち、ドップラ周波数ｆ_D 、
通信路の伝達関数及びＳＮ比を、予めメモリ等に格納し
ておき、位置情報を、ＧＰＳ（Global Positioning Sys
tem ：全地球的位置決めシステム又は全世界測位システ
ム）等から得ることにより、位置情報に対応したドップ
ラ周波数ｆ_D と通信路の伝達関数及びＳＮ比を上記メモ
リから読み出し、それをもとに忘却係数とタップ係数の
初期値を算出することにより、簡単な演算で適応等化処
理速度を速くしたことを要旨とするものである。

【００２３】即ち、本発明のダイバーシチ受信装置の構
成は、同一のデータでディジタル変調され放送形式で常
時送出される短波帯の電波をダイバーシチ受信し、検波
後選択した後に適応等化器で適応等化を行うダイバーシ
チ受信装置において、当該受信装置の地理的位置情報を
得るためのＧＰＳ受信機と、地理的位置と季節，時刻か
ら略決定される通信路の品質情報を予め記憶させておく
メモリと、前記ＧＰＳ受信機から得られる位置情報に対
応する通信路の品質情報を前記メモリから読み出し前記
適応等化器に対して制御情報を出力する制御器とを設
け、前記適応等化器は、バーストの始めのトレーニング
信号受信時に前記制御器から与えられる通信路の品質情
報をタップ係数更新制御部に取り込み適応等化器の各係
数の初期値をカルマンフィルタの等化アルゴリズムによ
って収束させ、カルマンフィルタの等化アルゴリズムに
よる収束を忘却係数を変化させて適切な値にするように
したことを特徴とするものである。さらに、前記品質情
報は、最大ドップラ周波数及び通信路のインパルス応答
であることを特徴とし、前記品質情報による値の収束を
ＬＭＳアルゴリズムにより行うようにしたことを特徴と
するものである。

【００２４】図３は、位置の異なった通信路におけるド
ップラ周波数のスペクトラムを示している。すなわち、
（Ａ）の位置と（Ｂ）の位置とでは通信路ごとにドップ
ラ周波数の分布が異なるから、主要なものについて、そ
の分布からドップラ周波数の最大値あるいは平均値を算
出することができる。

【００２５】図４は、ある特定の通信路における伝達関
数（インパルスレスポンス）を示している。このような
伝達関数は通信路ごとに異なるから、通信路ごとに用意
する。

【００２６】図５は、忘却係数λに対するＢＥＲ（ビッ
ト誤り率）の関係を示す特性例であり、最大ドップラ周
波数ｆ_D をパラメータとした特性例である。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例を示すダイ
バーシチ受信装置機の構成図である。図において、図７
の従来のダイバーシチ受信装置と同じ部分には同じ符号
を付した。従来と異なる点は、アンテナ１１とＧＰＳ受
信機１２、制御器１３、メモリ１４を設け、地理情報を
受信し、予め、メモリ１４に記憶させた地理的位置に対
応する伝送路の品質情報を読み出して、ＡＦＣ５と適応
等化器７に与えて適応等化動作を速くしたことである。

【００２８】アンテナ１から入力された受信波に対し高
周波部２により高周波増幅あるいは周波数変換等の処理
が行われ、ＢＰＦ３による帯域制限、ＡＧＣ（自動利得
制御）４による平均レベルの適正化を行った後、ＡＦＣ
（自動周波数制御）５によるオフセット周波数（搬送周
波数と準同期検波部の局部発振周波数の差）の低減の
後、直交復調器６で直交準同期検波（復調）を行い、受
信ベースバンド信号を得る。その後、本発明により改善
された適応等化器７により伝送路等による歪みなどを補
償し、データ復号器８でデータが復号される。

【００２９】図２は本発明により改善した適応等化器７
の詳細ブロック図である。図において、図８の従来の適
応等化器と同じ部分には同じ符号を付した。従来と異な
る点は、タップ係数更新／制御部２７に位置情報に対応
した伝送路の品質情報が制御情報として与えられている
ことである。

【００３０】上記のように、データの受信以外に地理情
報を受信するためのＧＰＳ受信機１２からの位置情報が
制御器１３に入力され、その通信路に対応する等化器の
タップ係数及び忘却係数をメモリ１４から読み出し、制
御情報として適応等化器７のタップ係数更新／制御部２
７に入力される。さらに、その通信路に対応する最大ド
ップラ周波数に対応する制御信号がメモリ１４から読み
出されてＡＦＣ５に与えられ、周波数の補正が正確に行
われる。

【００３１】このように、等化器７のタップ係数の初期
値を、予めメモリ１４に記憶させた通信路に対応した値
を読み出して与えることによって伝送路の緩やかな変動
は、カマルンアルゴリズムや、ＲＬＳ（再帰最小二乗）
アルゴリズムなどの計算量を要するアルゴリズムを使用
しなくても、比較的計算量の少ないＬＭＳ（Least Mean
Square ：最小二乗平均）アルゴリズムでも対応するこ
とができる。

【００３２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のを
実施することにより、通信路に応じた適応等化の初期値
及び最大ドップラ周波数、それらに対応した忘却係数を
与えることにより、等化動作の収束が速く、かつ演算
（計算）量をはるかに軽減することが可能となり、ダイ
バーシチ受信機として極めて大きい効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。

【図２】本発明の要部をなす判定帰還形適応等化器の構
成例図である。

【図３】異なった通信路におけるドップラ周波数のスペ
クトラム例図である。

【図４】特定の通信路における伝達関数（インパルスレ
スポンス）例図である。

【図５】忘却係数λに対するＢＥＲ特性例図である。

【図６】従来のダイバーシチ受信装置のブロック図であ
る。

【図７】従来の受信装置のブロック図である。

【図８】従来の判定帰還形適応等化器の構成例図であ
る。

【図９】判定帰還形適応等化器の動作説明図である。

【符号の説明】

１ アンテナ ２ 高周波部 ３ ＢＰＦ（帯域ろ波フィルタ） ４ ＡＧＣ（自動利得制御） ５ ＡＦＣ（自動周波数制御） ６ 直交復調器 ７，９ 適応等化器 ８ データ復号器 １１ アンテナ １２ ＧＰＳ受信機 １３ 制御器 １４ メモリ ２１ 等化フィルタ部 ２２ フィードフォワードフィルタ ２３ フィードバックフィルタ ２４ 加算器 ２５ 判定部 ２６ 加算器（減算器） ２７ タップ係数更新／制御部 ２８ トレーニング信号発生器 ２９ スイッチ ３０ タップ係数更新部 ３１ アンテナ ３２ 受信機 ３３ 比較器 ３４ スイッチ ３５ 適応等化器 ３６ デジタル復調器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一のデータでディジタル変調され放送
   形式で常時送出される短波帯の電波をダイバーシチ受信
   し、検波後選択した後に適応等化器で適応等化を行うダ
   イバーシチ受信装置において、 当該受信装置の地理的位置情報を得るためのＧＰＳ受信
   機と、地理的位置と季節，時刻から略決定される通信路
   の品質情報を予め記憶させておくメモリと、前記ＧＰＳ
   受信機から得られる位置情報に対応する通信路の品質情
   報を前記メモリから読み出し前記適応等化器に対して制
   御情報を出力する制御器とを設け、 前記適応等化器は、バーストの始めのトレーニング信号
   受信時に前記制御器から与えられる通信路の品質情報を
   タップ係数更新制御部に取り込み適応等化器の各係数の
   初期値をカルマンフィルタの等化アルゴリズムによって
   収束させ、カルマンフィルタの等化アルゴリズムによる
   収束を忘却係数を変化させて適切な値にするようにした
   ことを特徴とするダイバーシチ受信装置。
2. 【請求項２】 前記品質情報は、最大ドップラ周波数及
   び通信路のインパルス応答であることを特徴とする請求
   項１記載のダイバーシチ受信装置。
3. 【請求項３】 前記品質情報による値の収束をＬＭＳア
   ルゴリズムにより行うようにしたことを特徴とする請求
   項１記載のダイバーシチ受信装置。