JP2001332999A - 適応等化器のトレーニング回路及びモデム装置並びに通信装置 - Google Patents
適応等化器のトレーニング回路及びモデム装置並びに通信装置Info
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Abstract
でき、時間軸と周波数軸の変換による演算誤差の混入を
防止し、タップ係数を安定的に収束させること。 【解決手段】 適応等化器のタップ係数をトレーニング
するためのトレーニング回路305において、トレーニ
ング過程におけるエラー計算とタップ係数の更新を時間
域で行う。
Description
通信するモデムに適用可能な適応等化器及びその適応等
化器を用いた通信装置に関する。
通信を実現する技術としてADSL(Asymmetric Digit
al Subscriber Line)が開発されている。ADSL装置
では、送信データは複数の周波数に数ビットづつ割り当
てられ、IFFT(逆高速フーリエ変換)された後に伝
送路へ送出される。以後の説明ではこの方式を周波数多
重方式と呼ぶ。送信データは、IFFT処理の1単位毎
に1シンボルとして区切られ、シンボル間の干渉をガー
ドするためガードバンドを付加した信号が1シンボルと
して送出される。例えば、ADSLの規格の一つである
G.Liteの場合、下りでは256サンプルのデータ
に16サンプルのガードバンドが付加される。実回線に
おいてはシンボル間の干渉がガードバンドよりも長くな
ることが予想されるため、受信器においてシンボル間の
干渉を低減させる適応等化器が備えられる。特開平7-51
6790号公報には適応等化器として用いられたFIR型フ
ィルタのタップ係数を短時間に安定的に適応させる適応
等化器のトレーニング回路が開示されている。
回路の機能ブロック図である。適応等化器のトレーニン
グ時は、送信器200においてPRBS生成器201で
PRBS(擬似ランダムシーケンス)信号を生成し、エ
ンコーダ202でPRBS信号をエンコードして周波数
域の信号X(D)を生成し、IFFT部203でX
(D)を時間域の信号x(t)に変換してから伝送路2
04へ送出する。本明細書では周波数域信号一般を英大
文字に(D)を付けた文字で表し、時間域信号一般を小
文字に(t)を付けた文字で表す。
ス応答をh(t)、混入雑音信号をn(t)とすると、
受信器側で受ける信号y(t)は(1)式で表現され
る。
適応等化器が一定長vタップ以内のインパルス応答長に
等化し得るインパルス応答の周波数域ベクトルをターゲ
ットとして目標インパルス応答Bw(D)の値を漸近的
に更新する。そのために、PRBS生成器206が送信
器側と同期してPRBS信号を生成し、エンコーダ20
7がPRBS信号を信号X(D)に変換し、目標インパ
ルス応答更新部208が更新目標インパルス応答Bu
(D)を算出する。
信信号y(t)をFFT(高速フーリエ変換)して周波
数域の受信信号Y(D)を得、(2)式にしたがって適
応等化器通過後の受信信号と本来受信すべき信号の差を
示す目標インパルス応答Bu(D)を計算する。
る。
目標インパルス応答Bu(D)にIFFT処理を加えて
時間域の信号に変換した後、一定長vタップの時間窓で
タップ係数bw(t)を抜き出し、さらにタップ係数b
w(t)にFFT処理を加えて周波数域の一定長vタッ
プの目標インパルス応答信号Bw(D)に変換する。
Bw(D)、Y(D)、Ww(D)を用いて(3)式から
エラーを算出し、LMS法(最小二乗法)によりエラー
E(D)を最小とするタップ係数Wu(D)を得る。
役を示す。
たWu(D)を実際の信号受信時に計算するタップ数長
だけ切りとってWw(D)の値とする。
器側と受信器側で同期してPRBSを繰り返し生成し、
トレーニング回路205でエラーE(D)がしきい値以
内になるまで上記手順を繰り返して最終的に得られたタ
ップ係数Ww(D)を適応等化器のタップ係数として用
いる。これにより、劣悪な伝送路においてもそのインパ
ルス応答を十分に短くなるように等化し、シンボル間干
渉とチャネル間干渉とを除去することができる。
応等化器は、目標インパルス応答更新部208で1回F
FT処理し、目標インパルス応答時間窓部209で1回
IFFT処理及びFFT処理し、タップ係数更新部21
0で2回FFT処理し、さらにタップ係数時間窓部21
1で1回IFFT処理し、上記演算をシンボル毎に繰り
返しているので、演算量が膨大になるといった問題と、
時間域と周波数域を往復して計算しているためフィルタ
係数に誤差が含まれて信頼性が低下する問題とがあっ
た。
れたもので、トレーニング過程におけるエラー計算およ
びタップ係数の更新を時間域で行うことにより、トレー
ニング期間の演算量を大幅に圧縮することができ、且つ
演算誤差が混入せず、タップ係数を安定的に収束させる
ことができる適応等化器のトレーニング回路及びそれを
用いたモデム装置並びに通信装置を提供することを目的
とする。
ーニングを時間域で直接演算することにより、FFTを
介することなく、伝送路の回線ゆがみをFIRフィルタ
w(t)、FIRフィルタb(t)で適応等化する。
器のタップ係数をトレーニングするためのトレーニング
回路であって、トレーニング過程におけるエラー計算と
タップ係数の更新を時間域で行う適応等化器のトレーニ
ング回路である。
によれば、エラー計算とタップ係数の更新を時間域で直
接演算することにより、FFTを介することなく、伝送
路の回線ゆがみをFIRフィルタw(t)、FIRフィ
ルタb(t)で適応等化することができ、トレーニング
期間の演算量を大幅に圧縮することができ、且つ演算誤
差が混入せず、タップ係数を安定的に収束させることが
できる。
トレーニング信号を発生する手段と、トレーニング開始
段階で受信されたトレーニング信号と自身で発生したト
レーニング信号との時間的なずれを補正する補正手段
と、エラー信号により更新される可変タップ係数と自身
で発生したトレーニング信号の畳み込み演算により目標
信号を算出する目標信号応答更新手段と、エラー信号に
より更新されるタップ係数と受信されたトレーニング信
号の畳み込み演算を行い、畳み込み演算結果と前記目標
信号との差分を時間域で算出して前記エラー信号を生成
するタップ係数更新手段とを具備し、前記タップ係数更
新手段のタップ係数が収束条件に達するまでトレーニン
グを繰り返す適応等化器のトレーニング回路である。
によれば、目標信号応答更新手段及びタップ係数更新手
段におけるタップ係数の更新が時間域で行われると共
に、タップ係数更新手段におけるエラー計算までも時間
域で行われることから、トレーニング期間の演算量を大
幅に圧縮することができ、且つ演算誤差が混入せず、タ
ップ係数を安定的に収束させることができる。
等化器のトレーニング回路において、前記補正手段は、
伝送路を経て受信したトレーニング信号のインパルス応
答を計算する初期インパルス応答算出手段と、計算され
たインパルス応答の最大パワー領域を検出し、当該検出
位置に基づいて受信されたトレーニング信号と自身で発
生したトレーニング信号との時間的なずれ量を検知する
初期インパルス応答時間窓手段と、検出されたずれ量を
もとに受信されたトレーニング信号の時間軸をシフトす
る時間軸シフト手段とを具備するものとした。
答の最大パワー領域に基づいて以降に受信するトレーニ
ング信号の時間軸をシフトさせて自身で発生するトレー
ニング信号の先頭と合わせた上でエラー計算するので、
インパルス応答の計算は最初の1回で良い事からトレー
ニング過程での計算量を大幅に圧縮できる。
等化器のトレーニング回路において、前記初期インパル
ス応答算出手段で計算されたインパルス応答の最大パワ
ー領域の信号波形を、前記目標信号応答更新手段におけ
るタップ係数の初期値として与えるものとした。
領域の信号波形をタップ係数の初期値として与えるよう
にしたので、目標信号の変動が少なくなり、一般にタッ
プ係数の収束が早くなり、収束後のエラー量も少なくな
る。
様の適応等化器のトレーニング回路において、伝送路を
経て受信されたトレーニング信号を加算平均する加算平
均手段を備え、タップ係数を更新するための受信された
トレーニング信号として加算平均後の信号を用いるもの
とした。
く安定したトレーニングを行うことができ、特に、シン
ボル毎に同一パターンが繰り返されるようなトレーニン
グ信号の場合には効果的である。
用する周波数多重方式で信号を送受信するモデム装置で
あって、第1から第5のいずれかに記載の適応等化器の
トレーニング回路を備えたモデム装置である。
ム装置を搭載したことを特徴とするADSL端末側装置
である。
ム装置を搭載したことを特徴とするADSL局側装置で
ある。
ム装置を搭載したことを特徴とする通信装置である。
態について図面を参照して具体的に説明する。
のトレーニング回路を備えたモデム装置について説明す
る前に、図14を参照して本モデム装置を介して構築さ
れる回線接続形態の一例について簡単に説明する。
ーザ宅となる加入者宅までは銅線ケーブル21で接続さ
れる。加入者宅では、スプリッタ22を介して電話器2
3とADSL端末側装置24とが接続される。また、A
DSL端末側装置24に10BASE−T等のローカル
ネットワーク25を経由して通信端末装置としてのパー
ソナルコンピュータ26が接続されている。電話局で
は、ADSL局側装置27を介して交換機28とハブ
(又はルータ)29が接続されている。
は、ADSL端末側装置24と電話局のADSL局側装
置27との間でADSL方式の規格に準拠したトレーニ
ング信号が送信されることになる。本実施の形態では、
本モデム装置は加入者宅のADSL端末側装置24に搭
載されているものとして説明するが、電話局のADSL
局側装置27に搭載してもよい。なお、スプリッタ22
はADSL端末側装置24に内蔵することができ、AD
SL方式の規格がG.Liteの場合であればスプリッタは付
けなくてもよい。
構成され、両者を結合する伝送路304の伝達特性に対
応して受信器305に備えられるモデム装置の適応等化
器のタップ係数をトレーニングする通信システムの全体
図である。受信器305は、図14におけるADSL端
末側装置に内蔵されており、本発明に係る適応等化器が
適用されている。
号を用いる。そのために、送信器300ではPRBS生
成器301で生成されたPRBS信号をエンコーダ30
2でエンコードして周波数域の信号X(D)を生成す
る。信号X(D)をIFFT部303で時間域の信号x
(t)として伝送路304に送出される。このとき、伝
送路304の離散時間インパルス応答をh(t)、混入
雑音信号をn(t)とするとき、受信器305で受信さ
れる信号y(t)は、 y(t)=x(t)*h(t)+n(t) と表現される。
同期してPRBS生成器306、エンコーダ307によ
り信号X(D)を生成し、初期インパルス応答算出部3
08へ入力して初期インパルス応答Bu(D)を計算し
ている。
に示す機能ブロックにて構成されており、FFT部40
0が受信信号y(t)をFTTして周波数域の信号Y
(D)に変換し、除算器401が下式にて初期インパル
ス応答Bu(D)を計算する。
従来例においては目標インパルス応答Bu(D)をシン
ボル毎に算出し更新していく必要があるのに対して、本
実施の形態においては最初に一度インパルス応答を求め
れば後のシンボルにおいてインパルス応答の算出は不要
となる。
たインパルス応答Bu(D)は、初期インパルス応答時
間窓部309に送られる。受信器側ではトレーニング開
始前にはy(t)のサンプル開始位置が不明であるた
め、最初はランダムなサンプル開始位置からあらかじめ
取り決められたサンプル数を繰り返しサンプリングして
いる。初期インパルス応答算出部308で初期インパル
ス応答を求め、初期インパルス応答時間窓部309でイ
ンパルス応答の最大振幅位置までのシフト量Dnを検出
して、受信器側はサンプリング開始位置をシフト量Dn
だけ修正してからサンプリングを開始する。
パルス応答位置との関係を示す図である。初期インパル
ス応答時間窓部309は、サンプリング開始位置をイン
パルス応答の最大振幅位置までシフトさせる処理と、目
標インパルス応答の初期値b0(t)を計算する処理と
を実行する。なお、本実施の形態では初期値b0(t)
は使用しない。
の機能ブロック図である。初期インパルス応答時間窓部
309では、IFFT部500によってインパルス応答
Bu(D)を時間域の信号bu(t)に変換する。そして、
時間窓実行部501においてbu(t)の最大振幅部分を
一定タップ長だけ切り取り、切り取った最大振幅部分を
目標インパルス応答の初期値b0(t)として出力する。
では、シフト数算出部502が初期のサンプリング開始
位置からインパルス応答の最大振幅位置までの距離をず
れDnとして計算する。本実施の形態においては適応等
化トレーニングのエラーを時間域で実行するため、従来
例と異なりトレーニング開始前にサンプル開始位置を補
正する必要がある。但し、サンプル開始位置のズレがw
(t),b(t)のタップ数よりも小さければ、そのズレはタ
ップ係数によって吸収できる。したがって、一旦サンプ
ルの開始位置が補正されればその後繰り返しインパルス
応答を計算する必要はなくなる。
ブロックで構成されており、入力信号y(t)をシフト
レジスタ700に順次記憶していき、読み出し位置制御
部701がシフトレジスタ700からの読み出し位置を
上記計算したシフト量Dnだけシフトさせることで、受
信信号y(t)のサンプル開始位置をx(t)の先頭と
合わせる。
同時にIFFT部312を介して目標信号応答更新部3
11にも入力している。目標信号応答更新部311は、
IFFT部312によって時間域の信号x(t)に変換
されたPRBS信号とタップ係数b(t)との畳み込み演
算を行う。
ロック図である。タップ係数b(t)更新部800では、
タップ係数更新部313で求められた時間域のエラー量
e(t)によって再帰的に更新する。更新時の計算は、タ
ップ係数b(t)の更新は(5)式にしたがって行われ
る。
ロック図である。タップ係数更新部313は畳み込み部
901において受信信号y(t)とタップ係数w(t)の
畳み込み演算を行う。減算器902は、畳み込み演算結
果[y(t)*w(t)]と、目標信号応答更新部311よ
り送られてきた目標信号[x(t)*b(t)]との差をサ
ンプル毎に計算し、計算結果をエラー量e(t)として目
標信号応答更新部311及びタップ係数w(t)更新部
900へフィードバックしている。そして、e(t)を毎サ
ンプル単位に計算してタップ係数w(t)更新部900と
タップ係数b(t)更新部800にフィードバックし、w
(t)とb(t)を再帰的に更新していくことで適応等化器タ
ップ係数w(t)を収束させていく。w(t)の更新時の計算
は、(6)式で示される。
グ回路では、ADSL方式の通信において、伝送路のイ
ンパルス応答がガードバンド信号より長くなった部分を
周波数域のエラーE(D)として求め、受信信号Y
(D)と周波数域トレーニングベクトルX(D)を参照
しながら目標インパルス応答の値と適応等化器のタップ
係数の値を交互に漸近的、再起的に更新し、これを繰り
返すことによってタップ係数の収束値を求めていくもの
であったが、本実施の形態ではガードバンド部を外れた
インパルス応答だけをエラーとして考えるような直接的
な手法ではないが、b(t)のタップ係数によるx(t)
信号のフィルタがガードバンド信号部分のインパルス応
答を模することとなり、トレーニングの結果としてシン
ボル間の干渉を低減するタップ係数をトレーニングする
ことが可能となる。
ニング過程におけるエラー計算およびタップ係数の更新
を時間域で行うため、FFT/IFFTの定期的な演算
が不要であり、トレーニングの演算量を大幅に圧縮する
ことができる。また従来例のように時間域と周波数域の
変換を行ないながらのトレーニングでは、FFTの演算
精度誤差により図8に示すような変換時のエラー誤差が
最後まで残ってしまうが、本実施の形態では時間域での
演算のみで収束させていくためタップ係数の安定的な収
束を得ることが可能である。
化器のタップ係数b(t)を正常に収束させるために初
期インパルス応答時間窓部で得た目標インパルス応答の
初期値b0(t)を、目標信号応答更新部にタップ係数
b(t)の初期値として入力する。
化器のタップ係数をトレーニングする通信システムの全
体図である。なお、上記実施の形態1の各部と同一機能
を有する部分には同一符号を付している。
時間窓部1101で得た目標インパルス応答の初期値b
0(t)が、目標信号応答更新部1102にタップ係数
b(t)の初期値として入力する。その他の構成は上記
実施の形態と同じである。図10に初期インパルス応答
時間窓部1101のブロック図を示し、図11に目標信
号応答更新部1102のブロック図を示している。初期
インパルス応答時間窓部1101の時間窓実行部120
1が算出した初期値b0(t)が、目標信号応答更新部
1102のタップ係数b(t)更新部1300に初期値
として与えられている。
(D)の係数が0に収束しないようBw(D)又はWw(D)
にノーマライズしていた。本発明においてもb(t)の初
期値が例えば[0...1 0 1...0]のように設定すると、b
(t)のタップ係数がロウパスフィルタの役割を行ってし
まい、目標インパルス応答の高域成分が減少してしまう
ためタップ係数が正常に収束しなくなってしまう。b
(t),w(t)をそれぞれ[0...01 0...]のようにセンタータ
ップに1を立てるようにすればタップ係数は収束する
が、それでもb(t),w(t)の更新時のステップサイズμ
1,μ2の値に注意しないとうまく係数が収束しない。こ
れは、b(t),w(t)が同時に更新され、2つのタップ係
数がお互いの目標到達数値に漸近的に近づいてくためで
ある。
るためにタップ係数b(t)の初期値として、初期インパ
ルス応答時間窓部1101で求めたb0(t)を初期値と
して与えている。このような初期値b0(t)を与えた
場合におけるタップ係数b(t)の収束値は、インパルス
応答の最大パワー振幅波形に類似したものになることが
シミュレーションによって確認されている。したがっ
て、初期インパルス応答時間窓部1101で求めたb0
(t)をb(t)の初期値として与え、b(t)の更新時のステ
ップサイズμ1をw(t)の更新時のステップサイズμ2よ
りも小さく設定することで、目標信号の変動が少なくな
り、一般にタップ係数の収束が早くなり、収束後のエラ
ー量も少なくなる。
号y(t)の加算平均を算出し、加算平均結果をもとにタ
ップ係数のトレーニングを行うことにより雑音信号の混
入を抑えるようにしたものである。
で受け取る信号y(t)には混入雑音信号n(t)が含まれ
る。雑音信号が混入するとタップ係数の収束にバラツキ
が生じる。また、雑音がある程度よりも強いとタップ係
数が収束しない可能性も生じる。そこで、本実施の形態
では雑音信号の混入を抑えるために受信信号y(t)の加
算平均を算出するものとした。
等化器のタップ係数をトレーニングする通信システムの
全体図である。なお、上記実施の形態1の各部と同一機
能を有する部分には同一符号を付している。本実施の形
態では、受信器1500で受信信号y(t)をトレーニ
ング回路にそのまま与えずに加算平均算出部1501に
入力してシンボル信号の加算平均を計算する。
的にランダムな信号であるがADSL方式においてトレ
ーニングに用いられるPRBS信号はシンボル毎に繰り
返される信号である。このため、シンボル信号の加算平
均を計算することにより、雑音信号の影響を抑え、PR
BS信号のみを抽出することが可能となる。この様子を
図13(a)(b)に示す。
の影響を抑えた信号を、初期インパルス応答算出部30
8に入力してタップ係数のトレーニングを行うことによ
り、雑音信号に影響されることなく安定したトレーニン
グを行うことができる。
00において、実施の形態2と同様に初期インパルス応
答時間窓部309で計算されるb0(t)を目標信号応
答更新部311にタップ係数b(t)の初期値として入
力するようにしてもよい。
等化器のタップ係数トレーニング回路によれば、トレー
ニング過程におけるエラー計算およびタップ係数の更新
を時間域で行うことができるため、トレーニング期間の
演算量を大幅に圧縮することができる。またIFFT/FFTを
介することによる時間軸と周波数軸の変換を行わないた
め変換による演算誤差が混入せず、タップ係数の安定的
な収束を得ることが可能である。
ーニング回路のブロック図
成を示すブロック図
構成を示すブロック図
ロック図
すブロック図
ブロック図
始位置のシフト動作を示す図
ーニング回路のブロック図
部構成を示すブロック図
示すブロック図
レーニング回路のブロック図
図
ニング回路が適用される通信システムの接続形態の一例
を示す図
ック図
Claims (9)
- 【請求項1】 適応等化器のタップ係数をトレーニング
するためのトレーニング回路であって、トレーニング過
程におけるエラー計算とタップ係数の更新を時間域で行
うことを特徴とする適応等化器のトレーニング回路。 - 【請求項2】 送信器側と同一のトレーニング信号を発
生する手段と、トレーニング開始段階で受信されたトレ
ーニング信号と自身で発生したトレーニング信号との時
間的なずれを補正する補正手段と、エラー信号により更
新される可変タップ係数と自身で発生したトレーニング
信号の畳み込み演算により目標信号を算出する目標信号
応答更新手段と、エラー信号により更新されるタップ係
数と受信されたトレーニング信号の畳み込み演算を行
い、畳み込み演算結果と前記目標信号との差分を時間域
で算出して前記エラー信号を生成するタップ係数更新手
段とを具備し、前記タップ係数更新手段のタップ係数が
収束条件に達するまでトレーニングを繰り返す適応等化
器のトレーニング回路。 - 【請求項3】 前記補正手段は、伝送路を経て受信した
トレーニング信号のインパルス応答を計算する初期イン
パルス応答算出手段と、計算されたインパルス応答の最
大パワー領域を検出し、当該検出位置に基づいて受信さ
れたトレーニング信号と自身で発生したトレーニング信
号との時間的なずれ量を検知する初期インパルス応答時
間窓手段と、検出されたずれ量をもとに受信されたトレ
ーニング信号の時間軸をシフトする時間軸シフト手段
と、を具備する請求項2記載の適応等化器のトレーニン
グ回路。 - 【請求項4】 前記初期インパルス応答算出手段で計算
されたインパルス応答の最大パワー領域の信号波形を、
前記目標信号応答更新手段におけるタップ係数の初期値
として与えることを特徴とする請求項3記載の適応等化
器のトレーニング回路。 - 【請求項5】 伝送路を経て受信されたトレーニング信
号を加算平均する加算平均手段を備え、タップ係数を更
新するための受信されたトレーニング信号として加算平
均後の信号を用いることを特徴とする請求項1から請求
項4のいずれかに記載の適応等化器のトレーニング回
路。 - 【請求項6】 複数の周波数を使用する周波数多重方式
で信号を送受信するモデム装置であって、請求項1から
請求項5のいずれかに記載の適応等化器のトレーニング
回路を備えたモデム装置。 - 【請求項7】 請求項6記載のモデム装置を搭載したこ
とを特徴とするADSL端末側装置。 - 【請求項8】 請求項6記載のモデム装置を搭載したこ
とを特徴とするADSL局側装置。 - 【請求項9】 請求項6記載のモデム装置を搭載したこ
とを特徴とする通信装置。
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