JP2004533180A - 受信信号のマグニチュードを位相歪と独立して補正するプレ等化器 - Google Patents

Abstract

マグニチュード専用等化器（１１４）は、受信した無線信号の大きさ（マグニチュード）を、導入される位相歪と無関係に等化し、マグニチュード等化された信号を、同期ベースのタイミング回復方式で相関ピークを検出するタイミングリカバリループ（１０５）に供給する。チャネル等化器（１１０、１１２）は、タイミングリカバリループからの出力信号を等化し、前記マグニチュード専用等化器によって導入される任意の位相歪を補正する。マグニチュード専用等化器は、実係数のみを用いる少なくともひとつのフィルタを含み、前記フィルタは、前記マグニチュード専用等化器全体のフィルタ構造の直接項を単一とするように構成される。

Description

【０００１】
本発明は、広くは無線受信機システムのタイミング回復に関し、特に、無線受信機システムにおいて同期ベースのタイミング回復を支援するチャネル等化技術に関する。
【０００２】
同期ベースのタイミング回復方式は、一般に、受信信号におけるマルチパス特性を想定していない。長いマルチパスプロファイル（顕著な時間分散や遅延拡散）を示すチャネルで動作すると、明確な相関ピークが現れなくなる、あるいは偽ピークが顕在化するなど、相関ピークが不明瞭になり、同期ベースのタイミング回復方式は破綻する。実際、長チャネルのインパルス応答は、基礎となる相関ピークを不明瞭にするので、正確なピーク検出が困難になる。
【０００３】
マルチパス干渉による受信信号の時間分散は、一般に受信機の等化器で補正される。相関ピークにおけるマルチパス干渉の問題を解決する簡単な方法は、等化器を用いて時間分散を取り除くことである。しかし、従来の受信機構成では、等化を効果的に行う前に、キャリア回復とタイミング回復の双方を実施する必要がある。
【０００４】
この問題は、本質的に循環的な問題であり、首尾よく等化を行うにはタイミング回復が必要になり、マルチパス信号で理想的な同期ベースのタイミング回復を行うには、等化が必要になる。これでは、同期相関ピークを除去するのに通常の等化器を用いたところで、さしたる効果が期待できず、また実際に実現できない。
【０００５】
したがって、マルチパス干渉に対処できる改良されたタイミング回復の技術が要望されることになる。
【０００６】
上述した従来技術における問題点を解決するために、本発明の主要な目的は、マグニチュード専用等化器を有する無線受信機を提供することにある。マグニチュード等化器は、受信された無線信号のマグニチュードを、受信信号に導入される位相歪と無関係に等化し、マグニチュードが等化された信号を、同期ベースのタイミング回復方式で相関ピークを検出する改良されたタイミングリカバリループに供給する。受信機はさらにチャネル等化器を有し、チャネル等化器はタイミングリカバリループからの出力信号を等化して、マグニチュード等化器で導入された位相歪を補正する。
【０００７】
マグニチュード専用等化器は、実係数のみを用いる少なくともひとつのフィルタを含み、フィルタは、マグニチュード専用等化器全体のフィルタ構造の直接項が単一となるように構成される。
【０００８】
上述した構成は、本発明の特徴と技術的効果の概要を広く述べたものであり、当業者は以下の詳細な説明で本発明をよりよく理解できるはずである。本発明のクレームの主題となるその他の特徴、効果を、以下で詳細に説明する。当業者であれば、本発明のコンセプトおよび開示される特定の実施形態に基づき、容易に本発明の構成を変更、代替して同様の目的を達成することが可能である。そのような均等構成もまた、本発明の思想と範囲から逸脱しないことを理解されたい。
【０００９】
以下で本発明を詳細に述べる前に、本件出願書類で用いられる特定の用語、フレーズの定義について説明する。「含む（include）」、「備える（comprise）」およびこれに類する用語は、限定のない包含を意味し、「または」という用語は包括的に「および／または」を意味する。また、「〜に関連する」、「それと関連する」およびこれに類する表現は、含む、内部に含まれる、相互関連する、内包する、内包される、接続する、連結する、連絡する、協働する、インターリーブする、並列する、近似する、結びつけられる、有する、性質を有する、などを意味し、「コントローラ」という用語は、少なくともひとつの動作を制御する任意の装置、システムあるいはその一部を意味し、そのような装置は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、あるいはこれらの組み合わせによって実現される。コントローラ関連の機能は、中央集中型でも分散型でもよく、局在型でも遠隔型でもよい。特定の用語、フレーズの定義は本件出願書類全体を通して用いられるが、当業者にとって、このような定義は、すべてではないにしても多くの場合、明確に定義された用語やフレーズの過去および将来の使用にも当てはまることが理解されるはずである。
【００１０】
本発明とその効果のより完全な理解のために、以下で添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。図中、同様の要素には同様の符号が付されている。
【００１１】
以下の説明で、図１〜図４Ｃおよび本発明の原理を説明する具体的な実施形態は、例示として用いられるにすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。当業者であれば、適切に構成された任意の装置によって本発明を実施することができる。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信受信機システムの図である。受信機システムは、改良されたチャネル等化のためのマグニチュード専用ブラインド（二次）プレ等化器を含む。受信機システム１００は、たとえばディジタルＴＶ（ＤＴＶ）受信機などの受信機１０１を含む。受信機１０１は、無線信号を受信する入力端１０２と、任意で出力端１０３と、復調器１０４を有する。
【００１３】
図１の例では、受信機１０１は、ＡＴＳＣ（Advanced Television Systems Committee）規格の８値ＶＳＢ信号を受信し、復調することとするが、受信機１０１は、通信チャネル等化と同期ベースタイミング回復を行う任意の通信システム用の受信装置である。受信機１０１はまた、任意の種類のオーディオ／ビデオ受信装置でもよく、衛星受信機、地上波またはケーブル放送受信機、テレビ受信機、ビデオカセットレコーダ（ＶＣＲ）やディジタルビデオレコーダ（ＤＶＲ）、ＤＶＤプレーヤの受信装置であってもよい。
【００１４】
図面および明細書中には、無線通信受信機の完全な構成および動作が記載されているわけではなく、説明を簡潔かつ明確にするために、本発明の無線通信システムにおいて特徴的な構成、動作や、本発明の理解に必要とされる構成および動作のみを記載する。
【００１５】
本発明の実施形態において、受信機１０１はタイミングリカバリループ１０５を含む。タイミングリカバリループ１０５では、サンプルレートコンバータ（ＳＲＣ）１０６と、キャリア回復（ＣＲ）ユニット１０７と、平方根レイズドコサイン（ＳＱＲＣ）フィルタ１０８とがこの順で接続され、フィードバックループ内にタイミング回復ユニット１０９が接続し、タイミングリカバリループ１０５と信号加算器１１１の間に、簡単な前方等化器（ＦＥ）１１０が直列接続される。これにより、信号加算器１１１からの等化出力信号に任意で接続される同期検出器（ＳＤ）１１３を用いて、タイミング回復された信号を、決定帰還等化器（ＤＦＥ）１１２に基づいて等化することができる。
【００１６】
本発明では、受信信号は、入力端１０２とタイミングリカバリループ１０５の間に挿入されるプレ等化器１１４を通過する。同期ベースの相関は二次統計量を用いる手法であり、相関信号を除去するようなチャネルの完全な等化は必要ない。かわりに、（少なくとも原理においては）利用し得る利得をすべて獲得するために、二次的な意味でのチャネル等化が必要になってくる。実際問題として、チャネルのマグニチュード応答を等化するだけで十分であり、そのような等化はタイミング回復に依存しなくても可能である。したがって、プレ等化器１１４は、ブラインド二次適応アルゴリズムを用いて、マグニチュード応答を補正する。このようなアルゴリズムの詳細は後述する。
【００１７】
図２Ａおよび２Ｂは、本発明の実施形態に係るフィードフォワード型とフィードバック型のマグニチュード専用ブラインド（二次）プレ等化器をそれぞれ示す図である。双方の構成において、プレ等化のためのマグニチュード専用等化器１１４は、マグニチュード歪のみを補正し、位相歪については無関係のものとして扱う。もっとも、位相はマグニチュード専用等化器１１４による影響を受けないわけではない。採用するアルゴリズムによっては、マグニチュード専用等化器によって信号中に位相歪が導入され、（少なくとも理論的には）信号特性に影響する。望ましくは、適応最小出力エネルギ（ＭＯＥ：minimum output energy）基準を用いる。適応最小出力エネルギ基準の採用に関する一般的な内容は、関連出願の中に記載されている。
【００１８】
本発明では、最小出力エネルギ基準を採用し、図２Ａに示す横型構成、または図２Ｂに示す帰納構成のいずれかを用いて、フィルタ応答の直接項が単一となるようにする。図２Ａの構成では、先頭係数を固定することによって直接項を単一化する。図２Ｂの構成では、閉ループにおいて自動的に単一の直接項が得られる。
【００１９】
図２Ａでは、プレ等化器１１４は、純粋な横型として実現される。信号加算器２０１におけるフィードバックパラメータＢ（ｚ）はゼロ、フィルタ成分２００によって導入された適応フィードフォワードパラメータＡ（ｚ）は実数であり、フィルタ成分２０２による単位ゲインが得られる。一方、図２Ｂでは、プレ等化器１１４は、純粋な帰納型として実現される。信号加算器２０１におけるフィードフォオワードパラメータＡ（ｚ）はゼロ、フィルタ成分２０３によって導入された適応フィードバックパラメータＢ（ｚ）は実数であり、閉ループによる単一の直接項が、自動的に生成される。
【００２０】
フィルタ応答の直接項を単一にする良好な実施形態では、最小出力エネルギ基準によって、チャネルに相当する最小位相を等化する。すなわち、チャネルが最小位相であれば、最小出力エネルギ特性のプレ等化器１１４の動作により、チャネルを完全に等化する。チャネルが混合位相（非最小位相）のときは、最小出力エネルギのプレ等化器１１４は、このチャネルを効果的に、非最小位相ゼロで定義されるオールパスチャネルに変換する。
【００２１】
図３Ａおよび３Ｂは、本発明の実施形態に係る最小出力マグニチュード専用等化器を用いた場合でも、望ましくない人工的な悪影響が存在しないことを示す比較シミュレーション図である。有効に機能するためには、最小出力マグニチュード専用等化器がオールパスチャネルに適用されたときに、一定であるのが望ましい。シミュレーションは、
Ｈ（ｚ）＝（１−１．５ｚ^-1）／（１−０．６６６７ｚ^-1）
で定義されるチャネル（伝送路）を用い、図２Ａおよび図２Ｂに示す最小出力マグニチュード専用等化器を用いた場合と、用いない場合とで、それぞれ行った。図３Ａは、最小出力マグニチュード専用等化器を挿入しない場合の、受信機のオールパスチャネルのタイミング回復相関応答（図３Ａ１）と、信号スペクトルの大きさ（図３Ａ２）を示すグラフである。一方、図３Ｂは、最小出力マグニチュード専用等化器を用いた場合の、受信機のオールパスチャネルのタイミング回復相関応答（図３Ｂ１）と、信号スペクトルの大きさ（図３Ｂ２）を示すグラフである。いずれの場合も、タイミング回復相関応答と信号スペクトルの大きさはほぼ等しく、最小出力マグニチュード専用等化器はオールパス要因に対して一定（不変）であることが確証される。
【００２２】
図４Ａ〜４Ｃは、本発明の実施形態に係る最小出力マグニチュード専用等化器を用いた結果、相関ピーク検出が改善されることを示す比較シミュレーション図である。シミュレーションは、８３２信号ごとに４つの同期（ＳＹＮＣ）ビット［５、−５、−５、５］を含む８値のバイナリ信号を入力とするタイミング回復システムの性能を評価することによって行われた。生成されたデータを、２０ｄＢ未満の信号対雑音比（ＳＮＲ）を生じる加法的白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）を有する実チャネルに伝送させた。シミュレーションに用いたチャネルは、
Ｈ（ｚ）＝１−ｚ^-5
で定義され、等価インパルス応答ｈ［１、０，０，０，０、−１］を有する０ｄＢエコーチャネルである。
【００２３】
このチャネルは、周波数応答の一方のバンドエッジでヌルを有するので、バンドエッジタイミング回復方式の問題として知られるチャネルである。チャネルはまた、周波数帯域全体を通して多数のヌルを示す。受信機において、信号は最小出力マグニチュード専用等価フィルタを通過し、同期（ＳＹＮＣ）シーケンスと相関されて、オリジナルデータにおける同期（ＳＹＮＣ）ビットのロケーション検出が行われた。シミュレーションは、フィードフォワード型（図２Ａ）とフィードバック型（図２Ｂ）の双方を用いるとともに、比較のため、マグニチュード等価フィルタリングを通さない受信データについても相関をとった。
【００２４】
図４Ａは、０ｄＢエコーチャネルを通過させ、最小出力マグニチュード専用等化器を用いない受信機で（すなわち、マグニチュード補償せずに）受信されたデータの相関（図４Ａ１）と、信号スペクトルの大きさ（図４Ａ２）のシミュレーション結果である。図４Ａ１の相関プロットにおいて、○印は相関ピークが位置すべき場所を示す。×印は、期待ピークの所定のサンプル半径（図の例では１５）内に現われ、かつ期待位置でのピークよりもマグニチュードが大きい相関ピーク（「偽」相関ピーク）の位置を示す。×印の位置では、チャネル歪によって相関ピークの明確性が損なわれ不鮮明になり、タイミング回復方式では正しいピークを検出するのに問題が生じる領域である。
【００２５】
図４Ｂおよび４Ｃは、最小出力マグニチュード専用等化器を用いた場合の相関および信号スペクトルのシミュレーション図である。図４Ｂおよび図４Ｃのシミュレーションでは、データは０ｄＢエコーチャネルを通過し、図２Ａおよび２Ｂに示すフィードフォワード型とフィードバック型の最小出力マグニチュード専用プレ等化器をそれぞれ用いてフィルタリングされた。図４Ｂ、４Ｃのグラフから、相関ピークがより明確になり、×印で示される偽ピークの存在が低減していることがわかる。
【００２６】
このように、本発明では、タイミング回復が向上され、同期相関ベースのタイミング回復方式で生じるチャネルの時間（マルチパス）歪の問題が解決される。この方法は、８値ＶＳＢディジタルテレビ（ＤＴＶ）送信に適用されたときに特に効果を発揮する。二次統計コスト関数を用いたブラインド等化に適用されるマグニチュード専用等化器は、受信機のタイミング回復段階に組み込まれるが、タイミング回復処理とは独立して動作する。したがって、マルチパス干渉など、同期ベースのタイミング回復方式が予定していない状況であっても、適正にタイミング回復が機能する。さらに、ブラインド適応マグニチュード等化器の適応速度により、タイミング回復システムの収束が迅速に行われ、経時変化のマルチパス干渉をトラッキングする能力を備えることができる。
【００２７】
実施形態では、本発明を機能システムに基づいて述べてきたが、本発明のメカニズムの少なくとも一部は、種々の形式の命令列を含むマシン処理可能の媒体として配布され、配布用の信号記録媒体の種類に関わらず本発明が等しく適用されることが、当業者に理解されるはずである。マシン処理可能の媒体としては、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read only memory）などのハードコードされた不揮発性媒体、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどのレコーダブル媒体、ディジタル・アナログ通信リンクなどの伝送媒体を含む。
【００２８】
以上の詳細な説明により、当業者にとって本発明の思想と最も広い範囲を逸脱することなく、種々の変更、代替、バリエーション、改良、微妙な差異、階級、簡略形態、改変、改訂、改善、ノックオフなどが可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る改良されたチャネル等化のためのマグニチュード等化用ブラインド（二次）プレ等化器を含む無線通信受信器システムを示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係るマグニチュード等化用ブラインド（二次）プレ等化器のフィードフォワード構成を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係るマグニチュード等化用ブラインド（二次）プレ等化器のフィードバック構成を示す図である。
【図３Ａ１】本発明の一実施形態に係る最小出力マグニチュード専用等化器で導入される人為的な悪影響がないことを示す比較シミュレーションの図である。
【図３Ａ２】本発明の一実施形態に係る最小出力マグニチュード専用等化器で導入される人為的な悪影響がないことを示す比較シミュレーションの図である。
【図３Ｂ１】本発明の一実施形態に係る最小出力マグニチュード専用等化器で導入される人為的な悪影響がないことを示す比較シミュレーションの図である。
【図３Ｂ２】本発明の一実施形態に係る最小出力マグニチュード専用等化器で導入される人為的な悪影響がないことを示す比較シミュレーションの図である。
【図４Ａ１】本発明の一実施形態に係る最小出力マグニチュード専用等化器を用いることにより、相関ピーク検出が改良されることを示す比較シミュレーションの図である。
【図４Ａ２】本発明の一実施形態に係る最小出力マグニチュード専用等化器を用いることにより、相関ピーク検出が改良されることを示す比較シミュレーションの図である。
【図４Ｂ１】本発明の一実施形態に係る最小出力マグニチュード専用等化器を用いることにより、相関ピーク検出が改良されることを示す比較シミュレーションの図である。
【図４Ｂ２】本発明の一実施形態に係る最小出力マグニチュード専用等化器を用いることにより、相関ピーク検出が改良されることを示す比較シミュレーションの図である。
【図４Ｃ１】本発明の一実施形態に係る最小出力マグニチュード専用等化器を用いることにより、相関ピーク検出が改良されることを示す比較シミュレーションの図である。
【図４Ｃ２】本発明の一実施形態に係る最小出力マグニチュード専用等化器を用いることにより、相関ピーク検出が改良されることを示す比較シミュレーションの図である。

Claims (14)

1. 信号を受信する入力端と、
   タイミング回復メカニズムと、
   前記入力端とタイミング回復メカニズムの間に接続され、前記受信信号のマグニチュードを等化して、マグニチュード等化された信号を前記タイミング回復メカニズムに供給するマグニチュード等化器と
   を備える受信機。
2. 前記マグニチュード等化器は、前記受信信号の位相歪と無関係に、当該受信信号のマグニチュードを等化することを特徴とする請求項１に記載の受信機。
3. 前記タイミング回復メカニズムの出力に接続され、前記タイミング回復メカニズムからの出力信号を等化するチャネル等化器をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の受信機。
4. 前記チャネル等化器の出力に接続される同期検出器をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の受信機。
5. 前記チャネル等化器は、前記マグニチュード等化器によって導入された位相歪を補正することを特徴とする請求項３または４に記載の受信機。
6. 前記マグニチュード等化器は、
   信号加算器と、
   前記入力端と前記信号加算器との間に接続されるフィードフォワードフィルタと、
   前記入力端と前記信号加算器との間に、前記フィードフォワードフィルタと並列に接続されるユニティゲインフィルタと
   を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の受信機。
7. 前記マグニチュード等化器は、
   信号加算器と、
   前記信号加算器の出力と、当該信号加算器との間のフィードバックループ内に接続されるフィードバックフィルタと
   を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の受信機。
8. 前記マグニチュード等化器は、実係数のみを用いる少なくともひとつのフィルタを含み、前記フィルタは、前記マグニチュード等化器内のすべてのフィルタの直接項が単一になるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の受信機。
9. 同期ベースのタイミング回復を行う受信機の改良された相関ピーク検出方法であって、
   信号を受信し、
   前記受信信号のマグニチュードを等化し、
   前記マグニチュードが等化された信号をタイミング回復メカニズムに供給する
   工程を含むことを特徴とする方法。
10. 前記受信信号のマグニチュード等化工程は、前記受信信号の位相歪と無関係に前記受信信号のマグニチュードを等化することを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記タイミング回復メカニズムから出力される信号を等化する工程をさらに含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記タイミング回復メカニズムから出力される信号の等化工程は、前記受信信号を前記タイミング回復メカニズムに供給する前にマグニチュード等化することによって導入された任意の位相歪を補正する工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記受信信号のマグニチュードの等化工程は、受信信号の入力端と信号加算器との間でユニティゲインフィルタと並列に接続されるフィードフォワードフィルタを用いて行われることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記受信信号のマグニチュード等化工程は、信号加算器と当該信号加算器の出力との間のフィードバックループ内に接続されるフィードバックフィルタを用いて行われることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の方法。

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