JP2004312145A

JP2004312145A - 適応等化器

Info

Publication number: JP2004312145A
Application number: JP2003100210A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Yui; 智裕由比
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-11-04
Also published as: EP1465378A2; US20040196896A1; EP1465378A3; CN1536773A; CN100583667C; US7245676B2

Abstract

【課題】信号処理に必要な演算量を適応処理の精度を低下させない程度に少なくすること。
【解決手段】伝送路状況判定部１０６は、以前の受信性能から伝送路がフェージングの影響が小さい状況にある場合は、相関ウインドウサイズ制御部１０５に相関ウインドウサイズを変更させる制御信号を生成し、行列演算器１０３に演算動作を行わせない制御信号を生成し、選択器１０４に第一相関器１０１の出力を選択させる制御信号を生成する。その結果、伝送路の状況が比較的良好である場合は、演算量を下げることができるので、適応処理の精度をそれ程落とすことなく、伝送路状況に適応して信号処理演算量を少なくすることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてフェージングを伴うディジタル無線通信の受信機に用いられる適応等化器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信の受信機では、一般にマルチパスフェージングの影響により、伝搬時間の異なる複数経路の電波が同時に受信される。そのため、受信信号に遅延歪みが生じ、ビット誤り率特性が劣化する。この遅延歪みは、シンボルレイトが高速なほど大きくなり、今後の高速ディジタル移動通信機器においては遅延歪みの影響を無視することができなくなる。したがって、ディジタル無線通信の受信機では、遅延歪みの除去が不可欠となってきている。
【０００３】
適応等化器は、前記遅延歪みを推定する代表的な手段として、従来から高速伝送を行う受信機に搭載されていて、さらに近年ではヨーロッパのディジタル携帯電話規格であるＧＳＭの携帯電話機等にも搭載されるようになってきた。
【０００４】
マルチパスフェージングが発生するような伝送路の等化を行う場合には、トレーニング期間を有した伝送データが用いられる。即ち、伝送データは、スロット単位に区切られ、各スロットの先頭部分にトレーニング期間が設けられている。このトレーニング期間には、トレーニングシーケンスと呼ばれる既定データ、即ち既定波形の送信信号が挿入されている。受信機に搭載される適応等化器は、当該トレーニング期間において既定データとの比較を行い、前記の遅延歪みを推定する。そして、トレーニング期間以外の部分において、上記推定された遅延歪みに基づきデータ判定を行うように構成される。以下、図４を参照して、従来の適応等化器について概略説明する。
【０００５】
図４は、従来の適応等化器の構成例を示すブロック図である。図４に示す適応等化器は、基本構成として、第一相関器４０１と、第二相関器４０２と、行列演算器４０３とを備えている。
【０００６】
第一相関器４０１は、ベースバンド信号に変換された受信信号と前記受信信号の中で受信機にとって既知信号であるトレーニングシーケンスとが入力され、両者の相互相関を計算し、計算した第一相関値を行列演算器４０３に出力する。ここで、相関サンプル間隔τは、Ｔをシンボル周期、Ｋをオーバーサンプリング率として、τ＝Ｔ／Ｋと示される。また、相関ウインドウサイズはＬ個（Ｌ≧１）である。
【０００７】
第二相関器４０２は、前記トレーニングシーケンス同士の自己相関行列の逆行列を計算して蓄積する、又は予め自己相関行列の逆行列を計算して蓄積する。第二相関器４０２の計算結果（第二相関値）は、行列演算器４０３に出力される。
【０００８】
行列演算器４０３は、第一相関器４０１の出力（第一相関値）を列ベクトルとし、第二相関器４０２の出力（第二相関値）を行列として、それらの行列を乗算し、伝送路チャネル係数（ｃ_１〜ｃ_Ｍ）を受信処理系に出力する。
【０００９】
以上のように構成される従来の適応等化器について、その動作を説明する。次式（１）に基づいて入力信号から伝送路チャネルインパルス応答が更新される。
【００１０】
Ｃ^Ｔ＝（Σ_{ｋ＝［ｔ−Ｌ＋１，ｔ］}Ｘ_ｋＡ_ｋ ^Ｔ）×（Σ_{ｋ＝［ｔ−Ｌ＋１，ｔ］}Ａ_ｋＡ_ｋ ^Ｔ）^−１ …（１）
ここで、式（１）において、右辺第一項は、第一相関器４０１の出力（受信信号とトレーニングシーケンスとの相互相関）を表し、右辺第二項は、第二相関器４０２の出力（トレーニングシーケンス同士の自己相関逆行列）を表している。
【００１１】
なお、式（１）において、上付きの添え字Ｔは、行列転置演算を表す。また、添え字ｋ付き変数Ｘ_ｋは、前記スロットの中で時刻ｔ＝ｋτに位置するサンプル値を意味する。Ｌは、ウインドウサイズを表している。また、添え字ｋ付き変数Ａ_ｋは、時刻ｔ＝ｋτにおける各々の値を意味し、式（２）で表される。
【００１２】
Ａ_ｋ＝（ａ_ｋ、ａ_ｋ−１、・・・、ａ_{ｋ−Ｍ＋１}）^Ｔ …（２）
なお、式（２）において、ａ_ｋは、前記スロットの中で時刻ｔ＝ｋτに位置する既知シンボルを意味している。
【００１３】
式（１）の伝送路チャネルインパルス応答Ｃは、前記適応等化器によって推定された伝送路チャネルインパルス応答の係数ｃ_ｎを用いて、式（３）で示される。
【００１４】
Ｃ＝（ｃ_１、ｃ_２・・・ｃ_Ｍ）^Ｔ …（３）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の適応等化器では、１×Ｍ行列とＭ×Ｍ行列の行列乗算を必要として、Ｍ^２回の複素乗算とＭ^２回の複素加算とが要求される。その結果、求められる伝送路チャネルインパルス応答の係数の個数Ｍの二乗に比例して演算量が増加するので、消費電力が増加するという問題がある。
【００１６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、信号処理に必要な演算量を伝送路チャネルインパルス応答の推定精度、つまり適応処理の精度を低下させない程度に少なくすることができる適応等化器を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の適応等化器は、ベースバンド信号に変換された受信信号と前記受信信号の中で受信機によって受信前に知られている既知信号とを入力とする相互相関を計算する第一相関手段と、前記既知信号同士から得られる自己相関値から作成される相関逆行列を計算する第二相関手段と、前記第一相関手段の出力と前記第二相関手段の出力とを入力として行列の乗算を行う行列演算手段と、前記行列演算手段の出力と前記第一相関手段の出力とを選択する選択手段と、前記第一相関手段の相関ウインドウサイズを変更する相関ウインドウサイズ制御手段と、以前の受信性能を示す情報から伝送路の状況を判定し、前記相関ウインドウサイズ制御手段に相関ウインドウサイズを変更させるか否か、前記選択手段にいずれの出力を選択させるか、前記行列演算手段に演算動作を行わせるか否かを指示する制御信号をそれぞれ生成する伝送路状況判定手段と、を具備する構成を採る。
【００１８】
この構成によれば、伝送路状況判定手段は、伝送路がフェージングの影響が大きい状況にある場合は、相関ウインドウサイズ制御手段に相関ウインドウサイズを変更させない制御信号を生成し、行列演算手段に演算動作を行わせる制御信号を生成し、選択手段に行列演算手段の出力を選択させる制御信号を生成する。一方、伝送路状況判定手段は、伝送路がフェージングの影響が小さい状況にある場合は、相関ウインドウサイズ制御手段に相関ウインドウサイズを変更させる制御信号を生成し、行列演算手段に演算動作を行わせない制御信号を生成し、選択手段に第一相関手段の出力を選択させる制御信号を生成する。その結果、伝送路の状況が比較的良好である場合は、演算量を下げることができる。つまり、適応処理の精度をそれ程落とすことなく、伝送路状況に適応して信号処理演算量を少なくすることができる。
【００１９】
本発明の適応等化器は、上記の発明において、前記伝送路状況判定手段は、以前の受信性能を予め定められた閾値と比較して伝送路状況を判定する比較手段を有する構成を採る。
【００２０】
この構成によれば、以前の受信性能を一つの閾値と比較することにより伝送路状況を判定することができる。つまり、伝送路状況の判定を少ない演算量で行うことができる。
【００２１】
本発明の適応等化器は、上記の発明において、前記伝送路状況判定手段は、以前の受信性能を予め定められた値が異なる二つの閾値と比較する比較手段と、前記比較手段の出力から以前の受信性能が前記二つの閾値の間に位置すると判定できる場合は以前の判定結果に従って伝送路状況を判定する判定手段とを有する構成を採る。
【００２２】
この構成によれば、伝送路の状況判定が困難な場合には以前の判定結果に従って伝送路状況を判定することができる。したがって、伝送路状況の判定を少ない演算量で行うことができ、加えて、僅かな伝送路の変化に過敏な応答をしない判定が実現できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、伝送路の状況に応じて適応処理の演算量を変化させ得るようにし、平均的に演算量を低減することである。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
（実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態に係る適応等化器の構成を示すブロック図である。図１に示す適応等化器は、基本構成として、第一相関器１０１と、第二相関器１０２と、行列演算器１０３と、選択器１０４と、相関ウインドウサイズ制御部１０５と、伝送路状況判定部１０６とを備えている。
【００２６】
第一相関器１０１は、ベースバンド信号に変換された受信信号と前記受信信号の中で受信機にとって既知信号であるトレーニングシーケンスとが入力され、両者の相互相関を計算し、計算した第一相関値を行列演算器１０３に出力する。ここで、相関サンプル間隔τは、Ｔをシンボル周期、Ｋをオーバーサンプリング率として、τ＝Ｔ／Ｋと示される。また、相関ウインドウサイズはＬ個（Ｌ≧１）である。
【００２７】
第二相関器１０２は、前記トレーニングシーケンス同士の自己相関行列の逆行列を計算して蓄積する、又は予め自己相関行列の逆行列を計算して蓄積する。第二相関器の計算結果（第二相関値）は、行列演算器１０３と選択器１０４とに出力される。
【００２８】
行列演算器１０３は、伝送路状況判定部１０６の制御下に、第一相関器１０１の出力（第一相関値）を列ベクトルとし、第二相関器１０２の出力（第二相関値）を行列として、それらの行列を乗算する。行列演算器１０３の乗算結果は、選択器１０４に出力される。
【００２９】
選択器１０４は、伝送路状況判定部１０６の制御下に、第一相関器１０１の出力と行列乗算器１０３の出力とを選択し、それを伝送路チャネル係数（ｃ_１〜ｃ_Ｍ）として受信処理系に出力する。
【００３０】
相関ウインドウサイズ制御部１０５は、伝送路状況判定部１０６の制御下に、第一相関器１０１の相関ウインドウサイズを変更する。
【００３１】
伝送路状況判定部１０６は、外部から入力される以前の受信性能を示す情報に基づき伝送路の状況を判定し、行列演算器１０３と選択器１０４と相関ウインドウサイズ制御部１０５とを制御する信号を生成する。
【００３２】
以上のように構成された本実施の形態に係る適応等化器について、その動作を説明する。次式（４）（５）に基づいて入力信号から伝送路チャネルインパルス応答が更新される。
【００３３】
Ｃ^Ｔ＝（Σ_{ｋ＝［ｔ−Ｌ＋１，ｔ］}Ｘ_ｋＡ_ｋ ^Ｔ）×（Σ_{ｋ＝［ｔ−Ｌ＋１，ｔ］}Ａ_ｋＡ_ｋ ^Ｔ）^−１ …（４）
Ｃ^Ｔ＝（Σ_{ｋ＝［ｔ−Ｌ’＋１，ｔ］}Ｘ_ｋＡ_ｋ ^Ｔ） …（５）
なお、式（４）（５）において、上付きの添え字Ｔは、行列転置演算を表す。また、添え字ｋ付き変数Ｘ_ｋは、前記スロットの中で時刻ｔ＝ｋτに位置するサンプル値を意味する。また、ＬとＬ’は、ウインドウサイズを表している。
【００３４】
また、添え字ｋ付き変数Ａｋは、時刻ｔ＝ｋτにおける各々の値を意味し、式（６）で表される。
【００３５】
Ａ_ｋ＝（ａ_ｋ、ａ_ｋ−１、・・・、ａ_{ｋ−Ｍ＋１}）^Ｔ …（６）
なお、式（６）において、ａ_ｋは、前記スロットの中で時刻ｔ＝ｋτに位置する既知シンボルを意味している。
【００３６】
式（４）（５）の伝送路チャネルインパルス応答Ｃは、前記適応等化器によって推定された伝送路チャネルインパルス応答の係数ｃ_ｎを用いて、式（７）で示される。
【００３７】
Ｃ＝（ｃ_１、ｃ_２・・・ｃ_Ｍ）^Ｔ …（７）
ここで、式（４）の右辺の第一項と式（５）の右辺は、第一相関器１０１の出力（受信信号とトレーニングシーケンスとの相互相関）を表し、式（４）の右辺の第二項は、第二相関器１０２の出力（トレーニングシーケンス同士の自己相関逆行列）を表している。
【００３８】
また、式（４）は、右辺第二項が単位行列の場合には式（５）と等価になる。つまり、フェージング環境下で式（５）による適応処理を用いると、受信性能は式（４）による適応処理よりも劣化すること意味している。
【００３９】
即ち、フェージングの影響が大きい場合には、伝送路状況判定部１０６からの制御信号によって、行列演算器１０３はオン状態にされ、相関ウインドウサイズ制御部１０５は式（４）用に変更される。選択器１０４では、行列演算器１０３の出力結果が伝送路チャネルインパルス応答として選択される。
【００４０】
また、フェージングの影響が小さい場合には、伝送路状況判定部１０６からの制御信号によって、行列演算器１０３はオフ状態にされ、相関ウインドウサイズ制御部１０６は式（５）用、つまり式（４）の右辺第二項が単位行列になるウインドウサイズＬ’に変更される。選択器１０４では、第一相関器１０１の出力結果が伝送路チャネルインパルス応答として選択される。
【００４１】
このように、本実施の形態によれば、伝送路状況判定部１０６においてフェージングの影響を判断し、フェージングの影響が大きい場合には従来の適応等化器と同様の適応処理（式（４））を選択し、フェージングの影響が小さい場合には本実施の形態による適応処理（式（５））を選択するようにしたので、受信性能を目立つ程低下させずに、演算量を平均的に少なくすることができる。
【００４２】
具体的に言えば、従来の適応等化器では、Ｍ×Ｌ＋Ｍ^２回の複素乗算とＭ×Ｌ＋Ｍ^２回の複素加算を必要とする。これに対し、本実施の形態に係る適応等化器では、非フェージング影響下ではＭ×Ｌ回の複素乗算とＭ×Ｌ回の複素加算のみ必要である。つまり、非フェージング影響下と判定される回数が多い程演算量を減らすことができる。
【００４３】
ここで、追加される伝送路状況判定部１０６は、例えば、図２や図３に示すように簡単な構成とすることができる。なお、図２は、図１に示す伝送路状況判定部の構成例（その１）を示すブロック図である。図３は、図１に示す伝送路状況判定部の構成例（その２）を示すブロック図である。
【００４４】
図２に示すように、伝送路状況判定部１０６は、受信性能（例えばＢＥＲ）と、ある予め定められた閾値とを大小比較する比較器２０１を用いて構成することができる。
【００４５】
即ち、図２に示す構成の伝送路状況判定部１０６では、以前の受信性能値と閾値とを比較し、受信性能値が閾値よりも大きい場合は、受信性能が悪い、つまりフェージングの影響が大きいと判断し、また受信性能値が閾値よりも小さい場合は受信性能が良い、つまりフェージングの影響が小さいと判断することができる。
【００４６】
また、伝送路状況判定部１０６は、図３に示すように、受信性能（例えばＢＥＲ）がそれぞれ入力され、第一閾値との大小比較を行う第一比較器３０１、及び第二閾値との大小比較を行う第二比較器３０２と、第一比較器３０１と第二比較器３０２の比較結果がそれぞれ入力され制御信号を出力する判定部３０３と、判定部３０３が出力する制御信号を格納し、それを以前の判定結果として判定部３０３に供給する格納部３０４とで構成することができる。
【００４７】
この構成によれば、判定部３０３は、受信性能値が第一閾値と第二閾値の間に位置する場合には、格納部３０４の出力を制御信号として出力して、それ以外の場合には、第一比較器３０１の出力のみ、又は、第二比較器３０２の出力のみを制御信号として出力する。
【００４８】
即ち、図３に示す構成の伝送路状況判定部１０６では、第一閾値は第二閾値よりも大きいと仮定した場合、以前の受信性能値と第一閾値及び第二閾値とを比較し、受信性能値が第一閾値よりも大きい場合は受信性能が悪い、つまり高信頼度でフェージングの影響が大きいと判断でき、また受信性能値が第二閾値よりも小さい場合は受信性能が良い、つまり高信頼度でフェージングの影響が小さいと判断することができる。
【００４９】
そして、受信性能値が第一閾値よりも小さく、かつ第二閾値よりも大きい場合は、受信性能が良いか悪いかの判定が難しく、つまり低信頼度でしかフェージングの影響が大きい、もしくは小さいと判断できないため、判断を以前の判定結果に委ねることができる。つまり、図３に示す構成の伝送路状況判定部１０６では、伝送路の僅かな変化には過敏な応答をしないで判定が行える。
【００５０】
以上のように、本実施の形態によれば、伝送路の状況に応じて適応処理の演算数を変化させることができ、平均的に演算量を落とすことができる。したがって、消費電力の低減が図れる適応等化器が実現できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、信号処理に必要な演算量を伝送路チャネルインパルス応答の推定精度、つまり適応処理の精度を低下させない程度に少なくすることができる適応等化器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る適応等化器の構成を示すブロック図
【図２】図１に示す伝送路状況判定部の構成例（その１）を示すブロック図
【図３】図１に示す伝送路状況判定部の構成例（その２）を示すブロック図
【図４】従来の適応等化器の構成例を示すブロック図
【符号の説明】
１０１第一相関器
１０２第二相関器
１０３行列演算器
１０４選択器
１０５相関ウインドウサイズ制御器
１０６伝送路状況判定部
２０１比較器
３０１第一比較器
３０２第二比較器
３０３判定部
３０４格納部

Claims

ベースバンド信号に変換された受信信号と前記受信信号の中で受信機によって受信前に知られている既知信号とを入力とする相互相関を計算する第一相関手段と、前記既知信号同士から得られる自己相関値から作成される相関逆行列を計算する第二相関手段と、前記第一相関手段の出力と前記第二相関手段の出力とを入力として行列の乗算を行う行列演算手段と、前記行列演算手段の出力と前記第一相関手段の出力とを選択する選択手段と、前記第一相関手段の相関ウインドウサイズを変更する相関ウインドウサイズ制御手段と、以前の受信性能を示す情報から伝送路の状況を判定し、前記相関ウインドウサイズ制御手段に相関ウインドウサイズを変更させるか否か、前記選択手段にいずれの出力を選択させるか、前記行列演算手段に演算動作を行わせるか否かを指示する制御信号をそれぞれ生成する伝送路状況判定手段と、を具備することを特徴とする適応等化器。
前記伝送路状況判定手段は、以前の受信性能を予め定められた閾値と比較して伝送路状況を判定する比較手段、を具備することを特徴とする請求項１記載の適応等化器。
前記伝送路状況判定手段は、以前の受信性能を予め定められた値が異なる二つの閾値と比較する比較手段と、前記比較手段の出力から以前の受信性能が前記二つの閾値の間に位置すると判定できる場合は以前の判定結果に従って伝送路状況を判定する判定手段と、を具備することを特徴とする請求項１記載の適応等化器。