JP2003134086A - マルチキャリアデータ伝送システム - Google Patents
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Abstract
にする一方法として、重畳され整形されたサブチャネル
スペクトルを有するマルチキャリア(MC)フォーマッ
トにおけるビン単位(per-bin)のDFE等化を実現す
る。 【解決手段】 本発明によるマルチキャリアデータ伝送
システムは、送信機と、送信機に接続された伝送チャネ
ルと、伝送チャネルに接続された受信機とを有し、受信
機は、フェードフォワードFIRフィルタ33およびフ
ィードバックFIRフィルタ41を有し、フィードフォ
ワードFIRフィルタ33とフィードバックFIRフィ
ルタ41の出力は結合される。実施例では、受信機はさ
らに、少なくとも2個のパルス振幅変調スライサ44,
45と、実部・虚部抽出器46,47とを有し、実部・
虚部抽出器46,47は、フィードバックFIRフィル
タ41からデータを受け取り、パルス振幅変調スライサ
44,45にデータを出力する。
Description
アデータ伝送システムにおける等化(equalization)を行
う装置に係り、特に、スペクトル整形され重畳されたサ
ブチャネルを有するマルチキャリアシステムのクラスの
一例として、アドバーンスドOQAMベースのマルチキ
ャリア無線データ伝送システムのためにビン単位の(per
-bin)判定フィードバック等化(DFE)を行う装置に
関する。
r)データ伝送システムは、従来型のシングルキャリア
(SC:single-carrier)システムが必然的に適応等化
を必要とするような状況において、SCシステムの代替
方式として従来利用された。この目的のために、Kinepl
ex型の初期のMCデータ伝送システム(例えば、R. R.
Mosier and R. G. Clabauch, "Kineplex, a bandwidth-
efficient binary transmission system", Trans. AIEE
(Comm. and electronics), pp.723-728, January195
8、を参照)と、そのFFTによる実現(例えば、S. B.
Weinstein and P. M. Ebert, "Data transmission by
frequency multiplexing using the DFT", IEEE Trans.
Com. Techn. Vol.COM-19, pp.528-634, Oct., 1971、
を参照)や、部分整形矩形サブチャネルシグナリング要
素の新しい応用例として、放送(例えば、B. LeFloch,
R. Halbert-Lassalle and D. Castelain, "Digital sou
nd broadcasting to mobile receivers", IEEE Trans.
Cons. Electr., Vol.35, No.3, pp.493-503, August 19
89、を参照)、無線LAN(例えば、D. Dardari and
V.Tralli, "Performance and design criteria for hig
h-speed indoor services", Proc. IEEE Globecom'97,
Phoenix, Arizona, pp.1306-1311, November 1997、を
参照)、および現在考えられている4Gセルラシステム
案では、いわゆるCP(cyclic prefix)というガード期
間が用いられ、その長さは、期待されるチャネルインパ
ルス応答の長さより長くなるように選択される。
ため、比較的多数のサブチャネルを利用するのが望まれ
る。このことは、パワー効率の良い増幅に関して、ピー
ク対平均パワー比の増大および関連するさまざまな問題
点につながる。このような問題点としては、アナログ−
ディジタル変換(ADC)のために比較的大きいダイナ
ミックレンジを必要とすること、システム遅延および必
要メモリ量が増大すること、ならびに、無線アプリケー
ションにおいて乗法的歪み(キャリアオフセット、位相
ジッタおよび時間選択性フェージング)の影響がより顕
著になることがある。OFDM無線アプリケーションに
おいてガード期間にのみ依拠することは、マルチパス遅
延がCPの長さを超えて広がる場合には不十分であるこ
とがわかっており、また、ずっと重要なこととして、制
約されたサブチャネル帯域幅は、暗黙的なマルチパスダ
イバーシティの利用を妨げる。マルチパスチャネルの暗
黙的周波数を活用するために、COFDM(符号化(Cod
ed)OFDM)の特徴としてしばしば主張されること
(例えば、B. LeFloch, R. Halbert-Lassalle and D.Ca
stelain, "Digital sound broadcasting to mobile rec
eivers", IEEE Trans. Cons. Electr., Vol.35, No.3,
pp.493-503, August 1989、を参照)とは異なり、符号
化をインタリーブとともに基礎として利用することは、
バースト誤りの出現に対抗するだけのために、大きいデ
ータ伝送オーバーヘッドの犠牲を払うものである。
ば、R. W. Chang, "Synthesis of band-limited orthog
onal signals for multi-carrier data transmission",
The Bell Syst. Techn. Journal, Vol.45, pp.1775-17
96, December 1996、を参照)に基づいて、B. R. Salzb
erg, "Performance of efficient parallel data trans
mission system", IEEE Trans. Comm. Technology, Vo
l.COM-15, pp.805-811,Dec. 1967、で提案された、ナイ
キスト型整形サブチャネルスペクトルと、そのサブチャ
ネルにおけるスタガ(S−)あるいはオフセット(O
−)直交振幅変調(QAM)とによる直交周波数分割多
重(OFDM)マルチキャリアデータ伝送システムは、
スペクトル効率が最大である。B. Hirosaki, "An analy
sis of automatic equalizer for orthogonally multip
lexed QAM systems", IEEE Trans.on Comm., Vol.28, N
o.1, pp.73-83, January 1980、において、OQAMに
基づくMCシステムにおける適応等化はサブチャネルご
との等化器を用いることによって実行可能であることが
はじめて示された。この「デュアル」等化は、サブチャ
ネル間およびサブチャネル内の両方の干渉(ISIおよ
びICI)をキャンセルし、望ましいサブチャネル数に
関して基本的には制約を課さず、このような選択を、他
のシステムの実現化および伝送障害関係の問題に基づく
ものとしてゆだねる。しかし、Hirosakiの等化法は、Q
AMの同相成分と直交成分の再配列を伴い、その結果、
線形歪みとキャリア/サンプリング位相オフセット補償
との間の強い相互作用を示すため、実現化が困難である
(例えば、B. Hirosaki, "Generalized differential c
oding theorem and its application", Electronics an
dCommunications in Japan, Vol.67-B, No.12, pp.46-5
3, 1984、を参照)。
lization and echo-cancellation in multi-carrier OQ
AM-based data transmission", Globecom'97, Phoenix,
Arizona, 1997、において部分的に導入された代替的な
等化法は、固有の半分のQAMシンボルシグナリング期
間という概念に基づいており、その結果として、より一
般的で、実現化が容易であり、時間制限直交(TLO:
time-limited orthogonal)方式(例えば、R. Li and
G. Stette, "Time-limited orthogonal multi-carrier
modulation schemes", IEEE Trans. on Comm., Vol.43,
No.2/3/4, pp.1269-1272, Feb./Mar./Apr., 1995、お
よび、J. Alhava, M. Renfors, "Adaptivesine-modulat
ed/cosine-modulated filter bank equalizer for tran
smultiplexers", ECCTD'01, August 28-31, Espoo, Fin
land, 2001、を参照)や、離散ウェーブレットマルチト
ーン(DWMT:discrete wavelet multi-tone)方式
(例えば、W. Yang, and T-Sh. P. Yum, "A multirate
wireless system using wavelet packet modulation",
VTC'97、を参照)のような、他の直交マルチキャリアデ
ータ伝送システムにも直ちに拡張可能である。外観上異
なるOQAM−MCとDWMTのシグナリングフォーマ
ットの間の共通性、したがって、ビン単位の線形および
DFE等化法の一般的な適用可能性は、以下で説明する
ように、それぞれの定義式における簡単な周波数シフト
によって確立することができる。
C送信信号は、通常の変調概念に関して、次式によって
簡潔な形で表すことができる。
kは、k番目のサブチャネル中心周波数であり、公称k
/Tで定義される。式(*)における変数ak, mは、m
の2つの連続する偶数および奇数の値に対して、k番目
のサブチャネルにおける複素QAMデータシンボルの実
部および虚部を表す。容易にわかるように、(*)は次
の普通に用いられる定義に対応する。
ドシグナリング形式において、普通次のように記述され
る。
1)(1/2T)である。
の和の形に変換すると、DWMT信号は次の形をとる。
けシフトさせ、中括弧で括られた項にexp[−j(2
π/2T+π/4)]を乗じることによって、次の形と
なる。
ボルは、次のように表すことができる。
1と−1の間で交代する。
直交性とは無関係であるため、もともとの式(後述の式
(1))を比較することによって、OQAM−MCとD
WMTのシグナリングフォーマットの間の基本的共通性
を確立することができる。このことは、どのようなイン
パルス応答g(t)、あるいはウィンドウw(t)であ
っても、それがあるシステムについて直交性基準を満た
していれば、他のシステムにも成り立ち、その逆もいえ
る、ということを意味する。これは、TLO−MCシグ
ナリングフォーマットについても完全に成り立つ。
ブチャネルスペクトルを有するマルチキャリア信号に対
するビン単位の等化は、重畳されていないサブチャネル
スペクトルを有するフィルタードマルチトーン(FM
T:filtered multi-tone)フォーマットのシングルキ
ャリア(SC)システムあるいはサブチャネルへの通常
の等化の適用に類似している(例えば、R. Vallet and
K. H. Taieb, "Fraction spaced multi-carrier modula
tion", Wireless Personal Communications 2:97-103,
1995, KluwerAcademic Publishers、を参照)。しか
し、サブチャネルスペクトルの重畳は、本質的にベース
バンド型のビン単位の等化器のスペクトル(伝達関数)
および収束の両方の性質に影響を及ぼすとともに、ここ
で関心のある非線形の判定フィードバック(DFE)型
のものにおける隣接するビンからの判定にも影響する。
留意すべき点であるが、これは、DFE等化の適用が相
当のマルチパスダイバーシティ利得を実現することがで
きるような、マルチパスフェージングコヒーレンス帯域
幅を超えるサブチャネル帯域幅の適用であって、暗黙的
なダイバーシティ特性に関して初期に確立された結果
(例えば、P. Monsen, "Digital transmissionperforma
nce on fading dispersive diversity channels", IEEE
Trans. on Comm., Vol.COM-21, No.1, pp.33-39, Janu
ary, 1972、を参照)と一致している。狭帯域干渉(N
BI:narrow-band interference)障害の抑制をよくす
るためには、サブチャネルを広くすることも好ましい。
度な有線/無線システムの導入を可能にする一方法とし
て、重畳され整形されたサブチャネルスペクトルを有す
るMCフォーマットにおけるビン単位のDFE等化の実
際的な実現可能性を実証するとともに、従来のDMT/
OFDMシステムや符号分割多元接続(CDMA)との
組合せによるそれらのシステムの変種に代わる実現可能
な代替手段としての利用法を示すことであり、適当に設
定されたTomlinson-Harashimaプリコーディングを含め
て、従来のシングルキャリアQAMシステムで用いられ
たトレーニングおよび判定用モードにおけるすべての種
類のDFE適応法に適用可能である。また、受信機部分
あるいは送信機部分においてデータシンボルを補間する
オプションの動作モードもある。
信機に接続された伝送チャネルと、前記伝送チャネルに
接続された受信機とを有するマルチキャリアデータ伝送
システムである。受信機は、フィードフォワードFIR
フィルタおよびフィードバックFIRフィルタを有し、
フィードフォワードFIRフィルタとフィードバックF
IRフィルタの出力は結合される。
はさらに、少なくとも2個のパルス振幅変調スライサ
と、実部・虚部抽出器(エクストラクタ)とを有する。
実部・虚部抽出器は、フィードバックFIRフィルタか
らデータを受け取り、パルス振幅変調スライサにデータ
を出力する。さらに、パルス振幅変調スライサからのデ
ータは、T/2だけ分離された時刻ごとに一度ずつ、フ
ィードバックFIRフィルタに直接送られ、等化される
サブチャネルに隣接するサブチャネルに属するこのよう
なスライシングブロックからのデータも同様である。
1つのF−BFだけが使用され、これは補間ブロックの
出力によって供給される。補間は、係数適応手続き中に
隣接するサブチャネルの参照シンボルによって与えられ
る。
義式からはじめると、OQAM−MC送信信号は、式
(1)によって簡潔な形で表すことができる。
シンボル期間であり、fkは、k番目のサブチャネル中
心周波数であり、公称k/Tで定義される。上に示した
変数ak,mは、mの2つの連続する偶数および奇数の値
に対して、k番目のサブチャネルにおける複素QAMデ
ータシンボルの実部および虚部を表す。g(t)は、ロ
ールオフファクタ0≦α≦1の、平方根レイズドコサイ
ンローパス伝達関数G(ω)の実インパルス応答を表
す。伝達関数G(ω)は、周波数±1/2Tにおいて3
dB減衰を有し、理想的には、区間[−(1+α)/2
T,(1+α)/2T]の外部ではゼロである。
ネルと組み合わせて、OQAM−MC伝送システムの一
般的ブロック図を図1に示す。この図は、線形ビン単位
等化構造と、本発明の主要部であるそのDFE拡張とを
導出するために使用されている。図1の左側部分には、
システムの送信機部分がある。データ(例えば、X
0(ω)など)は、一連のローパスフィルタに入力さ
れ、これらのローパスフィルタは、信号を、一連の変調
器に出力する。変調器の出力は足し合わされて伝送チャ
ネルに送られる。
分がある。伝送チャネルから出力された信号は、一連の
復調器に入力され、これらの復調器は、信号を、一連の
ローパスフィルタに出力する。その後、データ(例え
ば、
化構成を簡潔に説明するために、トランシーバの一般的
な計算効率のよいディジタルインプリメンテーションに
ついて説明する。図2Aは、当業者に周知のように、送
信機部分および受信機部分を有する図1のマルチキャリ
アシステムの基本的な計算効率のよい実現を示す。逆高
速フーリエ変換IFFTとポリフェーズフィルタリング
(例えば、N. J. Fliege, "Multirate DSP", John Wile
y & Sons, 1994、を参照)との組合せに基づく2:1オ
ーバーサンプルドフィルタバンク構成が使用される。送
信機部分は、IFFT合成フィルタバンク(SFB:sy
nthesis filter bank)20、21および遅延要素22
を有する。送信機部分からの出力は、伝送チャネル23
に送られる。受信機部分は、遅延要素24と、分析フィ
ルタバンク(AFB:analysis filter bank)25およ
び26とを有する。
システムの統一された表現を提供するが、より計算効率
のよい実現も知られている(例えば、L. Vangelista,
N. Laurenti, "Efficient implementation and alterna
tive architectures for OFDM-OQAM systems", IEEE T
r. on Comm., Vol.49, No.4, pp.664-675, April 200
1、を参照)。オペレータz-1は、exp(−jωT/
N)伝達関数、すなわち、1サンプリング期間T/Nの
遅延を表す。
p(m)およびgp(−m)は、デシメーションファクタ
N:1でのg(n)およびg(−n)のNポリフェーズ
分解である。実質的には、時間的にT/2の間隔で積み
重ねられた2つの臨界的にサンプリングされる分析フィ
ルタバンク(AFB)および合成フィルタバンク(SF
B)がある。送信機部分において、AFB20は、N点
IFFTと、一連のローパスフィルタ(例えば、g
0(μ)など)とを有する。AFB20の出力は、コミ
ュテータ27に送られ、コミュテータ27は、データを
伝送チャネル(図示せず)に送る。図2AのベクトルX
m evnおよびXm oddはそれぞれ、偶数および奇数のインデ
ックスmに対して、それらの成分が純実数または純虚数
となるような、データシンボルak,mからなるN個の準
複素成分を有する。
データは、コミュテータ28に送られ、コミュテータ2
8は、データをSFB25に供給する。SFB25は、
N点FFTと、一連のローパスフィルタ(例えば、g0
(−m)など)とを有する。受信機側では、理想的な伝
送チャネルの場合、送信された実データシンボルは完全
に復元されるが、ビン間(ICI)およびシンボル間
(ISI)の干渉の結果として、送信機側ではゼロに等
しい実部および虚部が非ゼロになる。チャネルが線形歪
みを導入するとき、MCシステムの固有の直交性を実質
的に復元して、情報を運ぶ送信データシンボルをほぼ回
復するために、以下で概説する線形ビン単位等化を使用
することができる。
良された実現としてのビン単位等化と、そのDFE拡張
について、図1に示したMCシステムの一般的ブロック
図に基づいて説明する。図1に示したシステムのk番目
のサブチャネル出力における信号のフーリエ変換は次式
(2)のようになる。
あり、関数Qは、次の式(3)で定義される。
理想チャネルの場合のk番目のビンの出力を表し、帯域
幅[−(1+α)/2T,(1+α)/2T]にスペク
トル制限される。一方、H(ω+ωk)は、k番目のビ
ンの中心周波数に関するチャネルの等価ローパスフィル
タ伝達関数である。これは、k番目のサブチャネル出力
に、それぞれのサブチャネル帯域幅に対する等価チャネ
ル伝達関数の実質的逆である伝達関数を有するローパス
フィルタを縦続(カスケード)接続することによって、
k番目のサブチャネルは、固有のシステム直交性を復元
することにより実質的に等化されることが可能である、
ということを意味する。このような等化器は、ビン間お
よびビン内の両方の干渉を同時に考慮に入れている。
[−1/T,1/T]以下の周波数帯域幅内で伝達関数
の逆をとることが要求されるため、入出力サンプリング
レートが2/Tの複素有限インパルス応答(FIR)フ
ィルタ33を等化器として使用することができる。こう
して、受信機フィルタバンクの出力において、期間Tご
とに利用可能な2個のサンプルを用いて、図3Aに示す
ように、時間スパンLeTの2LeタップFIRフィルタ
型ビン単位等化器を得ることができる。これは、通常の
最小平均二乗誤差(MMSE)基準を用いた加法性雑音
障害の抑制において達成可能な妥協点によって決定され
る限りで、等価チャネル逆伝達関数の近似を合成するこ
とになる。図3Aに示す受信機は、遅延要素30、FF
T AFB31および32、FF複素FIRフィルタ3
3ならびに遅延要素38および39を有する。FF複素
FIRフィルタ33は、実フィルタ34および37なら
びに虚フィルタ35および36を有する。
びl=−1の場合にXk+l(・)とともに現れるH(ω
+ωk)を、H(ω+ωk+ωk+l+ωk-l)へと等価な引
数に拡張することにより、(k+l)番目のビンに対す
る等価チャネル伝達関数による(あらかじめ)フィルタ
リングされた(k+l)番目のサブチャネル入力と解釈
することによって、2つの可能なDFE構造が得られ
る。これらの構造は、等化器伝達関数を、主に等価チャ
ネル伝達関数全極多項式に対処するためのフィードフォ
ワード部分と、等価チャネル零/極型伝達関数における
全零多項式部分の補償を行う再帰(フィードバック)部
分とのカスケードとみなすことによって得られる。一方
の構造は、図3Bに示すように、3個のフィードバック
FIRフィルタ(F−BF)41、42および43を有
する。これらには、コミュテータ49、50および51
を通じて、参照シンボル、すなわち、隣接ビンからのシ
ンボル判定が供給される。コミュテータ49、50およ
び51には、非補間参照シンボル、あるいは、それぞれ
のビンについて現在判定されているシンボルが供給され
る。他方の構造は、前の場合と同様なフィードフォワー
ドFIRフィルタ(F−FF)とともに、k番目のビン
に対して1つだけのF−BFを有し、このk番目のビン
に対する参照シンボルは、シンボル間およびビン間の両
方の干渉を考慮に入れるように補間される。図4は、フ
ィルタリングによって、または、バックツーバックSF
B/AFBカスケーディングによって実行される補間手
続きを示す。白丸はゼロ値を表し、黒丸はデータシンボ
ルを表し、灰色の点は補間された「データ」シンボルを
表す。これにより、フィードフォワードFIRフィルタ
(F−FF)33は、試みられた直接の直交性復元を放
棄して、無線チャネルの周波数選択性フェージングの補
償とともに、伝達関数の逆を求めることと、有色および
おそらくは周期定常の加法性雑音の抑制との間の妥協
を、線形の場合よりも改善することができる。F−FF
33からのデータはコミュテータ48から供給される。
コミュテータ48からのデータは、抽出器46および4
7に送られる。これらはそれぞれ、実成分および虚成分
を抽出する。抽出器の出力は、パルス振幅変調(PA
M)スライサ44および45に供給され、これらは、遅
延要素−T/2にデータを出力する。さらに、参照信
号、すなわち、PAMスライサ44および45の出力か
ら判定が生成されてすべてのフィルタに送られるが、こ
のような信号は、隣接ビンからも、それらの参照信号、
すなわち、対応する実際の判定として供給される。な
お、この特定実施例には3個のF−BFが示されている
が、本発明は、エッジサブチャネルについて1個のF−
BFを除去することも、1個だけの(中央)F−BF、
または、3個より多くのF−BFにより実現することも
可能である。
いて、破線の補間器(インタポレータ)ブロック53
は、トレーニング期間中アクティブであり、破線で描か
れたサイドF−BFは省略される。実際のデータ送信
中、F−BFブロックには、T/2期間ごとにスライサ
ブロック44および45の前後の準複素シンボルを適当
に組み合わせることによって生成される複素シンボルが
供給され、これによって、コミュテータ49は加算器 s
umator(図3Bには図示せず)によって置き換えられ、
その出力は、図3Bにおいてコミュテータブロックを迂
回する破線で示されるように、直接に供給される。
的最小二乗(RLS)係数適応について説明する。k番
目のサブチャネルのDFE構造に対するF−FFおよび
3個のF−BFの複素係数をそれぞれck,nおよびd
k-,l,dk+,l,dk,l(ただし、n=0,1,...,2L
eおよびl=0,1,...,2Ldであり、LeおよびLd
は、QAMシグナリング期間Tの個数で表したフィード
フォワード(F−F)およびフィードバック(F−B)
FIRフィルタスパンであり、インデックスkの±符号
は、隣接ビン等化器の出力からの判定によって供給され
るF−BFを表す)で表すことによって、偶数インデッ
クスmに対するk番目のビン等化器の出力における雑音
のあるデータサンプルは、非スタガ実(同相)成分を仮
定して、次の式(4)で与えられる。
ンデックスmに対する雑音のあるデータサンプルは、上
と同じ形を有するが、4つのすべての角括弧内のプラス
符号をマイナス符号で置き換え、式(4)の第1の和に
おける丸括弧内の雑音のあるライン信号サンプルの実部
と虚部(それぞれひげ文字のRとI)を入れ替える点で
異なる。これらの数式において、F−FFの参照(中
央)タップにおける雑音のあるサンプルの出現と、対応
するデータシンボルの判定(上付きバーのデータシンボ
ル)が利用可能になるときとの間の約Le・T/2サン
プル期間の遅延が考慮に入れられている。
において、k番目のビン等化器の出力における判定誤差
の二乗絶対値は次の式(5)で与えられる。
は一般に、何らかの平均二乗誤差最小化法(MMSE)
によって推定される。上記の量のアンサンブル最小化
は、等化器係数のさまざまな形のMMSE推定につなが
る。式(5)で与えられる瞬時値による二乗誤差のアン
サンブル平均の近似に基づく最急勾配法は、簡単な確率
的勾配、すなわち、普通に用いられる最小平均二乗(L
MS)アルゴリズムを表す。最急勾配アルゴリズムに対
する一般式は次の式(6)で与えられる。
βは、特定の等化器係数に関して、前のm′番目の区間
の値から更新するために、瞬時誤差の微分をスケールダ
ウンする。サブチャネルデータ系列の統計的独立同分布
性とそれらの相互独立性を考慮することにより、式
(6)が意味する手続きの適用は、係数の実部および虚
部の適応に対する次の表式を導く。
よび奇数番目のそれぞれのT/2期間について純実数お
よび純虚数の誤差を有する、T期間ごとに2回実行され
るLMS複素等化器係数適応に対する式と等価である。
例えば、F−FF係数の適応を行うために複素LMSア
ルゴリズムをT期間ごとに2回適用すると次のようにな
る。
実部および虚部の増分を括り出すことによって、それら
のそれぞれの和は、上記の式(7)および(8)の場合
と同じであることがわかる。これは、通常のSC QA
Mフォーマットにおける同じ時間スパンで、実数乗算回
数が、分数T/2間隔のF−FF部分の場合と同数であ
ることを意味する。1シグナリング期間内に必要とされ
る、出力の計算における実数乗算回数もまた同じで、4
Leである。同様に、例えば中央のF−BFの場合、純
実数および純虚数の誤差を用いた、1区間Tにおける奇
数インデックス係数に対する2つの後続の適応から、次
の2つの式が導かれる。
ル判定もまた純実数または純虚数であるため、奇数番目
のF−BF係数の虚部に対する増分は0である一方、実
部への増分の和は上の式(9)のものに相当する。T期
間ごとに、適応は、奇数および偶数の両方のインデック
スの係数に対して実行されなければならないため、演算
回数は、同じF−BF時間スパンの従来のQAM SC
システムの場合と同じである。同じことは、1T期間中
にF−BFの出力を計算するために必要な乗算回数(4
Ld)についても成り立つ。このタイプの適応は、トレ
ーニング期間中に、補間されたシンボルに依拠しないD
FE構造の適応に適している。
ムよりもずっと高い適応レートを特徴とするさらにもう
1つの実際的な係数適応法のグループは、二乗誤差の時
間領域平均と、最急勾配法の適当な対応物とによるもの
である。各反復ごとの最も普通の再帰的最小二乗(RL
S)アルゴリズムは、LMSアルゴリズムにおいてステ
ップサイズβと特定の係数に供給される信号/データサ
ンプルの複素共役との積に対応する項を、最適化された
形で適応的に計算する。この適応法は、補間に基づくD
FEトレーニングに直接適用可能である。
するLMSおよびRLS適応法は、当業者に周知のラテ
ィス型構造の使用により容易に拡張可能である。
素の参照データシンボルあるいは判定用データシンボル
が、図3Bに示すように、オプションの補間器53の存
在によって、F−BFの入力に送られるように利用され
る。この結果、以下で説明するように、相当改善された
パフォーマンスが得られる。対応する実施例は、図3B
において、3個のF−FFのグループの入力でN=4と
した図2Bのバックツーバック縦続構成を組み込むこと
によって、または、より複雑でない他の補間構成によっ
て、得られる。補間器ブロックの動作を図4に示す。こ
れは、情報を運ぶ成分をほぼそのままに保ちながら、シ
ンボル間および隣接ビン間のクロストークを考慮に入れ
ることによって、準複素シンボルがどのようにして複素
シンボルに変換されるかを示す。前述したように、1つ
のF−BFしか一般に必要とされない。
データ伝送中には、受信機側補間が等化器のフィルタリ
ング動作に暗黙的に含められるため、因果性の問題はな
く、安定性のみが問題となりうる。判定が情報を運ぶ
(非補間)直交成分に対してのみ行われる場合、この問
題はほぼ解消されるが、状況によっては、適当にシンボ
ルタイミングを定義することによって、またはその他の
手段によって、実質的に極小位相の伝達関数条件を保証
するように注意しなければならない。他方、参照DFE
構成に関係のある広範囲な誤差伝搬の問題を解消するた
め、また、実現化の複雑さの負担の大部分をダウンリン
ク伝送における基地局送信機に移すこともできるように
するためには、別の実施例が使用可能である。
す。図5Aは送信機部分を示し、図5Bは受信機部分を
示す。この実施例は、補間を有する場合に適用され、受
信機部分にあるF−FFが1つだけになるように、初期
適応後に1つのF−BFを受信機側から送信機側に「移
動」することによって、予等化(pre-equalization)、す
なわち、送信機側でのプリコーディング構成においてサ
ブチャネルあたり1個のF−Bフィルタを利用する。初
期適応係数は、周波数分割二重(FDD)構成における
データ伝送モードに切り替わる前に適当な手段によって
受信機側から送信機側へ転送されるか、または、時分割
二重(TDD)構成で仮推定される。なお、等化器係数
は、補間データシンボルをF−BFに供給することによ
って適応されるが、非補間準複素データサンプルのみが
プリコーダ入力に送られる。従来のシングルキャリアプ
リコーディング(M. Tomlinson, "New automatic equal
izeremploying modulo arithmetic", Electronics Lett
ers, Vol.7, pp.138-139, March 1971、参照)に一致し
て、情報を運ぶ直交成分のみに適用されるモジュロ2M
演算(ただし、Mは、最大公称データシンボルレベルで
ある)が、フィードバックループにおけるプリコーディ
ング演算から生じる中程度の送信パワー増大のみに抑え
るのに有用である。プリコーダ出力の補間値に対する規
則的なモジュロ演算(MOD)が不可能であることによ
り生じる可能性のある不安定性問題のため、適当な手段
を用いて望ましいチャネル条件を保証するようにシンボ
ルタイミングを制御するか、または、短い誤差系列が出
現する可能性があるにもかかわらずモジュロ演算を実行
するのは時々だけにしなければならない。
の実施例は、3個以下のF−Bフィルタを線形等化器5
4(米国特許第4,621,355号(発明者:Hirosa
ki)を参照)と組み合わせることに関するものであり、
T/2間隔受信機フィルタバンク出力の同相および直交
成分の再配列が、F−Fフィルタの前で行われるもので
ある。その結果、F−Bフィルタには複素データシンボ
ルが供給され、係数適応は、Tあたり1回の複素誤差サ
ンプルを用いて実行される。これらの複数のF−B F
IRフィルタは(シンボル補間のある場合の1個のF−
BFでも)規則的で解析的な構造を有するため、このフ
ィルタリングは、送信機側には移動できないように見え
る。その理由は、特定ビンに対するHirosakiのF−FF
および対応する等価チャネル伝達関数は本質的に非解析
であるため、不整合のフィルタリング構造の入れ替え
(順序交換)に本質的非等価性があるからである。
明する。LMSおよびRLS等化器の収束の例示、フィ
ードフォワード等化器伝達関数、F−FおよびF−Bフ
ィルタ係数の例を図7A〜図7Dに示す。N=128、
長さ4T期間(Lp=4)のプロトタイプインパルス応
答のフィルタバンク変換(例えば、A. Valin and N.Hol
te, "Optimal Finite Duration Pulses for OFDM", IEE
E Tr. on Com., Vol.44, No.1, pp.10-14, Jan. '96、
を参照)と、特定のF−FおよびF−B等化器FIRフ
ィルタスパンLeTおよびLdTについて考える。この状
況は、16番目と17番目のビンの中間に位置するNB
Iトーン信号の存在する場合または存在しない場合にお
ける、x番目のビンと、周波数選択性フェージング3パ
スパワー遅延プロファイル1+1・z-200+0.1・z
-400の特定の実現とに対応する。LMSおよびRLS適
応アルゴリズムに対するDFE等化器の収束を図7Aに
示す。LMS収束は非常に遅い。その理由は、等化器入
力信号の相関行列の固有値間に大きな差があるためであ
る。RLSアルゴリズムは非常に速く収束するため、パ
ケット化伝送のための係数初期化と、その後にLMSア
ルゴリズムに切り替えて線形歪みにおける遅い変化を追
跡するための実際的な手段となる。なお、OQAM/T
LOの場合に必要とされる補間された参照シンボルは、
複雑さをあまり増大させることなく、記憶され、また
は、「オフライン」で生成されることが可能である。L
MS適応の場合、誤差信号の実部または虚部のみが、T
/2期間ごとに使用される。
を図7Bに示す。伝送チャネル伝達関数の逆を求めるこ
とと狭帯域干渉(NBI)抑圧との間の妥協のためのD
FE固有の特徴を図7Cに例示する。公称サブチャネル
帯域幅に対する等価逆チャネル伝達関数も比較のために
示されている。理解されるように、フィードフォワード
(F−F)フィルタ伝達関数は、目標とされる等価LP
チャネル伝達関数の逆を実質的に合成しようとしている
のに対して、DFE構成では、それにはほとんど無関係
であり、むしろ、整合したフィルタリングとNBI抑圧
タスクとを最適に妥協させようとしている。なお、NB
Iが存在しない場合、参照係数以外のF−F係数は相対
的に小さく、無視することが可能である。
よび2048、CP=0.25N)の場合と、さまざま
なパラメータNでのOQAM−MCシステムの場合のS
NR値に対するビット誤り確率の依存性を図8に示す。
これは、遅延プロファイル1+0.75・z-5+0.7
5・z-10+0.75・z-30+0.5・z-90+0.5
・z-120+0.25・z-150+0.25・z-155+0.
25・z-160+1・z -180+0.75・z-240+0.5
・z-270+0.5・z-300+0.5・z-305+0.5・
z-310+0.25・z-330+0.1・z-390のフェージ
ング実現にわたって平均したものである。すべての場合
に、4レベルQAMが仮定され、OFDMデータレート
は、CP利用のため、OQAM−MCの場合よりも20
%低い。OFDM誤り率はdB単位でSNRとともにリ
ニアに減少するが、図からわかるように、OQAM−M
Cの場合は、明示的ダイバーシティを有するQAMシス
テムに類似の誤り確率挙動を有する。F−FおよびF−
BF長の増大を伴うサブチャネル帯域幅の拡大ととも
に、BER曲線はますます滝のような形状をとる。誤り
確率が10-3のとき、2048−OFDMの場合は12
8−OQAM−MCの場合よりも約16dB大きいパワ
ーが必要とされる。中程度および少数のサブチャネルの
有効性は、データおよびビデオ通信に対する10-6のよ
うに、より低い目標BERの場合のほうが顕著になるよ
うであり、この場合、SNR差は、32−OQAM−M
Cと2048−OFDMとの場合の比較により明らかな
ように、48dBにもなる。同程度のSNRに対してこ
の低いPbレベルを達成するためには、OFDMの場合
にはFECオーバーヘッドが必要とされ、これは、基本
データレートの比例的な減少と、復号計算量(複雑さ)
の増大との両方を意味する。
ルチパスプロファイルについて、ビット誤り率をNの関
数として示す。図8の凡例に示されているように、1対
の曲線(実践)は、同数の等化器係数を保持し、点線に
ついては、F−FF時間スパンは半分になっている。図
からわかるように、OQAM−MCの場合、最適なN
は、マルチパス遅延プロファイルの豊かさの増大ととも
に低い値のほうへ一貫してシフトする。補間されたサン
プルをF−Bフィルタに供給して、関係のあるQAMシ
ンボルの準複素分解を補間すると、図9において破線で
示すように、さらに伝送パフォーマンスが増大する。F
−FF係数の個数は半分のままであるが、比較的多数の
サブチャネルの場合にも、実質的なBER低減が達成さ
れる。
プリング期間あたりの実数乗算回数は、OFDMの場合
に2・log2(N)であるのに対して、OQAM−M
Cシステムの場合は4・Lp+log2(N/2)であ
る。OQAM−MCシステムは中程度の個数のサブチャ
ネルの利用を目標としているため、N=64とN=10
24の場合の比較から、OQAM−MCおよびOFDM
についてそれぞれ21および20となることがわかる。
例えばLp=2のように、半分の参照インパルスが使用
される場合(10-3より高いBERについては実際上目
立つパフォーマンス劣化はない)、同数の演算に対し
て、復調器以外に、1タップのFFFおよびFBFがO
QAM−MCシステムで実現可能である。十分に長い適
応フィルタのため(パケット化伝送において、適応構造
の長さは、SNRに応じて、サブチャネル間に再分配す
ることができる。例:ラティスフィルタに基づく構造。
例えば、R. D. Gitlin, J. F. Hayes and S. B. Weinst
ein, "Data Communication Principles", 1992 Plenum
Press, New York, p.564、を参照)、あるいは、シンボ
ル補間のために必要な追加の複雑さは、実際には、パフ
ォーマンスの改善により償われる。注意すべき点である
が、同じパフォーマンスレベルに対してOFDMで要求
されるFECオーバーヘッドはずっと大きくなると考え
られるため、OQAM−MCは、同程度の複雑さで、よ
り高いデータレートを与えることができる。
アフォーマットのサブチャネルに適用可能な非線形等化
を開示し、OFDMの代替法として、高度な無線システ
ムに利用可能であることを示した。DWMTシステムは
同じカテゴリに属するため、ビン単位DFEはここでも
線形等化(例えば、J. Alhava, M. Renfors, "Adaptive
sine-modulated/cosine-modulated filter bank equal
izer for transmultiplexers", ECCTD'01)の代替法と
して利用可能であり、これは、上述の段落番号(000
6)〜(0010)に記載した等価性に基づくと、本発
明の展開および実現化の開始点として用いられた線形ビ
ン単位等化の再構成にすぎない。
明したが、理解されるように、本発明の技術思想および
技術的範囲から離れることなく、そのさまざまな要素お
よびステップの形式、構成、手順および配置の変更が可
能である。
ブロック図である。
タル実現原理のブロック図であり、図2Bは送信機部分
および受信機部分のそれぞれのための、合成フィルタバ
ンク(SFB)および分析フィルタバンク(AFB)の
詳細図である。
を説明する図である。図3Aは線形等化器を示し、図3
Bは非線形DFE実施例を示す。
す図である。図5Aは送信機部分を示し、図5Bは受信
機部分を示す。
す)と組み合わされたDFEを示す図である。
数、およびフィードフォワードフィルタ(F−FF:Fe
ed-Forward Filter)スペクトル特性を示す図である。
ル数を変えて、OFDMおよびOQAM−MCに対する
信号対雑音比(SNR)の関数としてビット誤り率を示
す図である。
ル数の関数として、さまざまなマルチパスプロファイル
および10dBのSNRに対するビット誤り率を示す図
である。
F) 44,45 パルス振幅変調(PAM)スライサ 46,47 抽出器 48,49,50,51 コミュテータ 53 補間器 54 線形等化器
Claims (20)
- 【請求項1】 送信機と、前記送信機に接続された伝送
チャネルと、前記伝送チャネルに接続された受信機と、
を有するマルチキャリアデータ伝送システムにおいて、 前記受信機は、フィードフォワードFIRフィルタとフ
ィードバックFIRフィルタとを有し、 前記フィードフォワードFIRフィルタおよびフィード
バックFIRフィルタの出力が結合されることを特徴と
するマルチキャリアデータ伝送システム。 - 【請求項2】 前記受信機は、少なくとも2個のフィー
ドバックFIRフィルタを有し、 前記フィードフォワードFIRフィルタと前記フィード
バックFIRフィルタの出力が結合されることを特徴と
する請求項1記載のマルチキャリアデータ伝送システ
ム。 - 【請求項3】 前記受信機は、前記フィードフォワード
FIRフィルタから出力を受け取り前記フィードバック
FIRフィルタに出力を送る補間器をさらに有し、 前記フィードフォワードFIRフィルタと前記フィード
バックFIRフィルタの出力が結合され、 等化器フィルタの係数がRLS法またはLMS法を用い
て適応されることを特徴とする請求項1記載のマルチキ
ャリアデータ伝送システム。 - 【請求項4】 前記受信機は、 少なくとも2個のパルス振幅変調スライサと、 実部・虚部抽出器と、をさらに有し、 前記実部・虚部抽出器は、前記フィードフォワードFI
Rフィルタからデータを受け取り前記パルス振幅変調ス
ライサにデータを出力し、 前記パルス振幅変調スライサからのデータは前記フィー
ドバックFIRフィルタに送られることを特徴とする請
求項1記載のマルチキャリアデータ伝送システム。 - 【請求項5】 少なくとも1つのパルス振幅変調スライ
サへのデータ入力と少なくとも1つのパルス振幅変調ス
ライサからの出力とが、誤差信号を生成するために使用
されることを特徴とする請求項4記載のマルチキャリア
データ伝送システム。 - 【請求項6】 スペクトル整形され重畳されたサブチャ
ネルを有することを特徴とする請求項1ないし5のいず
れかに記載のマルチキャリアデータ伝送システム。 - 【請求項7】 OQAMに基づくマルチキャリア無線お
よび有線データ伝送システムのいずれかであることを特
徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のマルチキ
ャリアデータ伝送システム。 - 【請求項8】 フィードフォワードFIRフィルタと、 フィードバックFIRフィルタとを有し、 前記フィードフォワードFIRフィルタおよびフィード
バックFIRフィルタの出力が結合されることを特徴と
するマルチキャリアデータ伝送受信機。 - 【請求項9】 前記受信機は、少なくとも2個のフィー
ドバックFIRフィルタを有し、 前記フィードフォワードFIRフィルタと前記フィード
バックFIRフィルタの出力が結合されることを特徴と
する請求項8記載のマルチキャリアデータ伝送受信機。 - 【請求項10】 前記受信機は、 少なくとも2個のパルス振幅変調スライサと、 実部・虚部抽出器と、をさらに有し、 前記実部・虚部抽出器は、前記フィードフォワードFI
Rフィルタからデータを受け取り前記パルス振幅変調ス
ライサにデータを出力し、 前記パルス振幅変調スライサからのデータは前記フィー
ドバックFIRフィルタに送られることを特徴とする請
求項8記載のマルチキャリアデータ伝送受信機。 - 【請求項11】 少なくとも1つのパルス振幅変調スラ
イサへのデータ入力と少なくとも1つのパルス振幅変調
スライサからの出力とが、係数適応のための誤差信号を
生成するために使用されることを特徴とする請求項10
記載のマルチキャリアデータ伝送受信機。 - 【請求項12】 送信機と、前記送信機に接続された伝
送チャネルと、前記伝送チャネルに接続された受信機
と、を有するマルチキャリアデータ伝送システムにおい
て、 前記送信機は、フィードバックFIRフィルタを有し、 前記受信機は、フィードフォワードFIRフィルタを有
し、 前記送信機は、前記伝送チャネルに信号を出力する前に
信号のプリコーディングを実行することを特徴とするマ
ルチキャリアデータ伝送システム。 - 【請求項13】 前記受信機は、 少なくとも2個のパルス振幅変調スライサと、 実部・虚部抽出器と、 をさらに有し、 前記実部・虚部抽出器は、前記フィードフォワードFI
Rフィルタからデータを受け取り前記パルス振幅変調ス
ライサにデータを出力することを特徴とする請求項12
記載のマルチキャリアデータ伝送システム。 - 【請求項14】 前記送信機は、アクティブなサブチャ
ネルごとに少なくとも1つのプリコーディングフィード
バックFIRフィルタを有することを特徴とする請求項
12記載のマルチキャリアデータ伝送システム。 - 【請求項15】 送信機と、 前記送信機に接続された伝送チャネルと、 前記伝送チャネルに接続された受信機とを有するマルチ
キャリアデータ伝送システムにおいて、 前記受信機は、 線形等化器と、 スタガ解除された受信フィルタバンク出力から入力を受
け取るフィードフォワードFIRフィルタと、 フィードバックFIRフィルタとを有し、 前記フィードフォワードFIRフィルタおよびフィード
バックFIRフィルタの出力が結合されることを特徴と
するマルチキャリアデータ伝送システム。 - 【請求項16】 前記受信機は、3個以下のフィードバ
ックFIRフィルタを有し、 前記フィードフォワードFIRフィルタと前記フィード
バックFIRフィルタの出力が結合されることを特徴と
する請求項15記載のマルチキャリアデータ伝送システ
ム。 - 【請求項17】 前記受信機は、 少なくとも2個のパルス振幅変調スライサと、 実部・虚部抽出器と、 をさらに有し、 前記実部・虚部抽出器は、前記フィードフォワードFI
Rフィルタからデータを受け取り前記パルス振幅変調ス
ライサにデータを出力し、 前記パルス振幅変調スライサからのデータは前記フィー
ドバックFIRフィルタに送られることを特徴とする請
求項15記載のマルチキャリアデータ伝送システム。 - 【請求項18】 少なくとも1つのパルス振幅変調スラ
イサへのデータ入力と少なくとも1つのパルス振幅変調
スライサからの出力とが、誤差信号を生成するために使
用されることを特徴とする請求項17記載のマルチキャ
リアデータ伝送システム。 - 【請求項19】 スペクトル整形され重畳されたサブチ
ャネルを有することを特徴とする請求項15ないし18
のいずれかに記載のマルチキャリアデータ伝送システ
ム。 - 【請求項20】 OQAMに基づくマルチキャリアデー
タ伝送を行うことを特徴とする請求項15ないし18の
いずれかに記載のマルチキャリアデータ伝送システム。
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