JP2012244254A - 受信装置及び受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模を増大することなく、フェージング環境においても周波数オフセット推定精度を向上させる受信装置及び受信方法を提供する。
【解決手段】順方向等化処理部１０３のトレーニング部１０４は、順方向に同期ワードをトレーニングし、周波数オフセット推定部１０９は、順方向にトレーニングされた同期ワードを用いて順方向周波数オフセット推定値を求める。逆方向等化処理部１０６のトレーニング部１０７は、逆方向に同期ワードをトレーニングし、周波数オフセット推定部１１０は、逆方向にトレーニングされた同期ワードを用いて逆方向周波数オフセット推定値を求める。選択部１１１は、等化誤差の小さい等化方向の周波数オフセット推定値を選択し、周波数オフセット補償部１０１は、選択された周波数オフセット推定値に基づいて、受信信号の周波数オフセットを補償する。
【選択図】図２

Description

本発明は、等化処理及び周波数オフセット補償を行う受信装置及び受信方法に関する。

０．技術の背景と課題
０．１．従来の装置構成
一般に、無線通信システムは、周波数オフセットの影響を受けることにより、受信信号が歪み、通信品質が劣化することが知られている。周波数オフセットが生じる原因としては、送信機の局部発振器と受信機の局部発振器との発振周波数のずれ、また、端末の移動によるドップラー偏移などが挙げられる。このようなことから、周波数オフセットの影響を低減するため、周波数オフセットを補償する必要がある。

一方で、無線通信システムは、マルチパスの影響を受けることにより、符号間干渉が生じ、通信品質が劣化することも知られている。マルチパスの影響を低減するため、遅延等化器（以下、単に「等化器」という）が必要であるが、等化器は周波数オフセットに非常に弱い。例えば、代表的な等化器である判定帰還型等化器（ＤＦＥ：Decision Feedback Equalizer）では、トレーニング過程において、タップ係数は周波数選択性フェージングによるインパルス応答の逆特性となるように形成される。しかしながら、周波数オフセットが生じた場合、周波数オフセットを補償するようにタップ係数が位相回転してしまう。

また、特に、周波数フェージング環境下、及び、送信タイミングオフセット付き複局同時送信環境下では、符号間干渉により周波数オフセット推定精度が劣化する。

このようなことから、通信品質の劣化を回避するため、周波数オフセットを補償しつつ、等化を行う技術が特許文献１及び特許文献２に開示されている。

０．２．特許文献１に開示の受信機
特許文献１の受信機では、２つの等化回路を備え、第１の等化回路で受信信号を等化し、符号間干渉を抑圧した信号から周波数オフセットを推定することにより、周波数オフセット推定精度を向上させている。また、周波数オフセットを補償した信号を第２の等化回路で等化することにより、等化性能の向上を図っている。

０．３．特許文献２に開示の受信機
また、特許文献２に開示の受信機では、２種類２組みの固定パターンを含む信号を受信し、受信した固定パターンの組みを利用して２種類の周波数オフセット推定値を取得し、伝送路の状態に応じて、精度の高い一方の周波数オフセット推定値を選択する。選択した周波数オフセット推定値に基づいて、周波数オフセットを補償し、補償した信号に等化を行う。これにより、良好な通信品質を実現することができる。

特開２００６−２３８０９１号公報 特開２００２−４４１７６号公報

０．４．本発明の課題
しかしながら、上述した特許文献１に開示の受信機では、第１の等化回路が受信信号中の既知系列を用いて等化を行うが、フェージングにより既知系列の受信品質が悪かった場合には、符号間干渉を低減することができず、周波数オフセット推定精度は低下する。また、２つの等化器を必要とするため、回路規模（演算量）が増大する。

また、上述した特許文献２に開示の受信機では、伝送路状態の判定は遅延波の遅延量推定と、雑音電力推定とを必要とするため、回路規模（演算量）が増大する。

０．５．本発明の目的
本発明の目的は、回路規模を増大することなく、フェージング環境においても周波数オフセット推定精度を向上させる受信装置及び受信方法を提供することである。

本発明の受信装置は、現フレーム先頭に配置された既知シンボルを用いて順方向にトレーニングを行って、順方向にトレーニングされた前記既知シンボルと順方向用既知シンボルレプリカとの誤差である順方向等化誤差を得る順方向等化手段と、次フレーム先頭に配置された既知シンボルを用いて逆方向にトレーニングを行って、逆方向にトレーニングされた前記既知シンボルと逆方向用既知シンボルレプリカとの誤差である逆方向等化結果を得る逆方向等化手段と、順方向にトレーニングされた前記既知シンボルを用いて、周波数オフセットを推定する順方向周波数オフセット推定手段と、逆方向にトレーニングされた前記既知シンボルを用いて、周波数オフセットを推定する逆方向周波数オフセット推定手段と、前記順方向等化誤差と前記逆方向等化誤差のうち、等化誤差の小さい等化方向の周波数オフセット推定値を選択する選択手段と、選択された前記周波数オフセット推定値に基づいて、受信信号の周波数オフセットを補償する補償手段と、を具備する構成を採る。

本発明の受信方法は、現フレーム先頭に配置された既知シンボルを用いて順方向にトレーニングを行って、順方向にトレーニングされた前記既知シンボルと順方向用既知シンボルレプリカとの誤差である順方向等化誤差を得る順方向等化工程と、次フレーム先頭に配置された既知シンボルを用いて逆方向にトレーニングを行って、逆方向にトレーニングされた前記既知シンボルと逆方向用既知シンボルレプリカとの誤差である逆方向等化結果を得る逆方向等化工程と、順方向にトレーニングされた前記既知シンボルを用いて、周波数オフセットを推定する順方向周波数オフセット推定工程と、逆方向にトレーニングされた前記既知シンボルを用いて、周波数オフセットを推定する逆方向周波数オフセット推定工程と、前記順方向等化誤差と前記逆方向等化誤差のうち、等化誤差の小さい等化方向の周波数オフセット推定値を選択する選択工程と、選択された前記周波数オフセット推定値に基づいて、受信信号の周波数オフセットを補償する補償工程と、を具備するようにした。

本発明によれば、回路規模を増大することなく、フェージング環境においても周波数オフセット推定精度を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係るフレーム構成を示す図 本発明の実施の形態１に係る受信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る受信装置の構成を示すブロック図

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。ただし、実施の形態において、同一機能を有する構成には、同一符号を付し、重複する説明は省略する。

（実施の形態１）
１．実施の形態１
１．１．実施の形態１のフレーム構成
図１は、本発明の実施の形態１に係るフレーム構成を示す図である。図１に示すように、フレーム先頭に同期ワード（既知シンボル）が配置され、同期ワードに後続してデータが配置される。このようなフレーム構成において、現フレームの同期ワードを用いて先頭から後端に向かって（順方向に）トレーニングを行い、現フレームのデータ区間について順方向にトラッキングを行う。一方、次フレームの同期ワードを用いて後端から先頭に向かって（逆方向に）トレーニングを行い、現フレームのデータ区間について逆方向にトラッキングを行う。これにより、同一データ区間で順方向等化結果と逆方向等化結果の２つの等化結果を得ることができる。このため、一方の同期ワード区間の受信状態が悪く、一方の等化結果の精度が悪い場合でも、他方の等化結果が良好な場合がある。

１．２．実施の形態１の受信装置の構成
図２は、本発明の実施の形態１に係る受信装置１００の構成を示すブロック図である。以下、図２を用いて受信装置１００の構成について説明する。図２において、周波数オフセット補償部１０１は、受信信号を入力し、後述する遅延器１１４から出力される周波数オフセット補償量を用いて、入力された受信信号の周波数オフセットを補償する。具体的には、周波数オフセット補償部１０１は、遅延器１１４から出力される周波数オフセット補償量に基づいて、１サンプル当たりの位相回転量を求め、求めた位相回転量で受信信号の位相を逆回転させることにより、補償を行う。周波数オフセットが補償された受信信号は受信信号バッファ１０２に出力される。

受信信号バッファ１０２は、周波数オフセット補償部１０１から出力された受信信号を一時記憶し、記憶した信号を入力された順（順方向）に順方向等化処理部１０３のトレーニング部１０４及びトラッキング部１０５に出力する。また、受信信号バッファ１０２は、記憶した信号を入力された順とは逆順（逆方向）に逆方向等化処理部１０６のトレーニング部１０７及びトラッキング部１０８に出力する。

順方向等化処理部１０３は、トレーニング部１０４及びトラッキング部１０５を備え、受信信号バッファ１０２から順方向に出力された受信信号に等化処理（トレーニング及びトラッキング）を行う。具体的には、次の通りである。

トレーニング部１０４は、受信信号バッファ１０２から順方向に出力された受信信号に含まれる同期ワードと、予め用意された順方向用同期ワードレプリカとを用いてトレーニングを行い、タップ係数を求め、求めたタップ係数をトラッキング部１０５に出力する。また、トレーニング部１０４は、トレーニングされた同期ワードを周波数オフセット推定部１０９に出力する。さらに、トレーニング部１０４は、トレーニング中に求まる同期ワードレプリカのベクトルと同期ワード軟判定のベクトルの誤差（順方向等化誤差）を選択部１１１に出力する。

トラッキング部１０５は、トレーニング部１０４から出力されたタップ係数を用いて、受信信号バッファ１０２から出力された受信信号のトラッキング処理を行い、順方向等化結果を出力する。

逆方向等化処理部１０６は、トレーニング部１０７及びトラッキング部１０８を備え、受信信号バッファ１０２から逆方向に出力された受信信号に等化処理（トレーニング及びトラッキング）を行う。具体的には、次の通りである。

トレーニング部１０７は、受信信号バッファ１０２から逆方向に出力された受信信号に含まれる同期ワードと、予め用意された逆方向用同期ワードレプリカとを用いてトレーニングを行い、タップ係数を求め、求めたタップ係数をトラッキング部１０８に出力する。また、トレーニング部１０７は、トレーニングされた同期ワードを周波数オフセット推定部１１０に出力する。さらに、トレーニング部１０７は、トレーニング中に求まる同期ワードレプリカのベクトルと同期ワード軟判定のベクトルの誤差（逆方向等化誤差）を選択部１１１に出力する。

トラッキング部１０８は、トレーニング部１０７から出力されたタップ係数を用いて、受信信号バッファ１０２から出力された受信信号のトラッキング処理を行い、逆方向等化結果を出力する。

周波数オフセット推定部１０９は、トレーニング部１０４から出力された同期ワード（同期ワード軟判定値）と、予め用意された順方向用同期ワードレプリカとの複素相関演算を行い、同期ワード区間の位相回転量（以下、「順方向周波数オフセット推定値」という）を求め、求めた順方向周波数オフセット推定値を選択部１１１に出力する。

周波数オフセット推定部１１０は、トレーニング部１０７から出力された同期ワード（同期ワード軟判定値）と、予め用意された逆方向用同期ワードレプリカとの複素相関演算を行い、同期ワード区間の位相回転量（以下、「逆方向周波数オフセット推定値」という）を求め、求めた逆方向周波数オフセット推定値を選択部１１１に出力する。

選択部１１１は、トレーニング部１０４、１０７におけるトレーニングの終了時またはトレーニング中の任意のタイミング（任意のタイミングとは、Ｎシンボル長の同期ワードの（Ｎ−１）シンボル目などを意味する）において、トレーニング部１０４から出力された順方向等化誤差と、トレーニング部１０７から出力された逆方向等化誤差とを比較し、等化誤差の小さい等化方向の周波数オフセット推定値を現フレームの周波数オフセット推定値として選択する。すなわち、順方向周波数オフセット推定値または逆方向周波数オフセット推定値のいずれかが選択される。選択された周波数オフセット推定値は乗算部１１２に出力される。

乗算部１１２は、選択部１１１から出力された周波数オフセット推定値に忘却係数を乗算し、加算部１１３に出力する。加算部１１３は、乗算部１１２から出力された周波数オフセット推定値に遅延器１１４から出力された現フレームの周波数オフセット補償量を加算し、次フレームの周波数オフセット補償量として遅延器１１４に出力する。

１．３．本実施の形態の効果
このように、実施の形態１によれば、トレーニングされた順方向及び逆方向の同期ワードを用いてそれぞれ周波数オフセットを推定し、等化誤差の小さい等化方向の周波数オフセット推定値を選択することにより、周波数オフセットの推定に符号間干渉を抑圧した同期ワードを用いることができ、さらに、２つの周波数オフセット推定値のうち、より信頼性の高い周波数オフセット推定値を選択することができるので、周波数オフセット推定精度を向上させることができる。

（実施の形態２）
２．実施の形態２
２．１．実施の形態２の受信装置の構成
図３は、本発明の実施の形態２に係る受信装置２００の構成を示すブロック図である。図３が図２と異なる点は、選択部１１１を選択部２０１に変更した点である。

選択部２０１は、トレーニング部１０４、１０７におけるトレーニングの終了時またはトレーニング中の任意のタイミングにおいて、トレーニング部１０４から出力された順方向等化誤差と、トレーニング部１０７から出力された逆方向等化誤差とを比較し、小さい方の等化誤差と所定の第１閾値との閾値判定を行う。小さい方の等化誤差が第１閾値以上の場合、現フレームの周波数オフセット推定値を０として、乗算部１１２に出力する。この結果、次フレームの周波数オフセット補償量は、遅延器１１４に格納された現フレームの周波数オフセット補償量が維持されることになる。

一方、小さい方の等化誤差が第１閾値未満の場合、選択部２０１は、等化誤差の小さい等化方向の周波数オフセット推定値を現フレームの周波数オフセット推定値として選択する。選択された周波数オフセット推定値は乗算部１１２に出力される。

２．２．本実施の形態の効果
このように、実施の形態２によれば、フェージングによる同期ワード区間の受信レベルが落ち込むなどし、トレーニングが十分ではない場合には、周波数オフセット推定値の誤差も大きくなるが、小さい方の等化誤差が第１閾値以上の場合、現フレームの周波数オフセット推定値を０とすることにより、誤差の大きい周波数オフセット推定値を用いることを回避し、等化性能の劣化を防止することができる。

なお、推定した周波数オフセットと実際の周波数オフセットとがかけ離れていても、先行波と遅延波の位相条件によっては等化誤差が小さい場合がある。このような場合を考慮し、選択部２０１は、等化誤差の小さい等化方向の周波数オフセット推定値が所定の第２閾値以上の場合にも、現フレームの周波数オフセット推定値を０としてもよい。これにより、誤差の大きい周波数オフセット推定値を用いることを回避し、等化性能の劣化を防止することができる。ただし、第２閾値は、周波数オフセットの絶対値または前回の周波数オフセット推定値と今回の周波数オフセット推定値との差とする。

なお、上記各実施の形態では、受信装置が順方向等化処理部と逆方向等化処理部の２つの等化処理部を有する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、１つの等化処理部を時分割で使用してもよい。

本発明にかかる受信装置及び受信方法は、例えば、無線通信装置等に適用できる。

１００、２００ 受信装置
１０１ 周波数オフセット補償部
１０２ 受信信号バッファ
１０３ 順方向等化処理部
１０４、１０７ トレーニング部
１０５、１０８ トラッキング部
１０６ 逆方向等化処理部
１０９、１１０ 周波数オフセット推定部
１１１、２０１ 選択部
１１２ 乗算部
１１３ 加算部
１１４ 遅延器

Claims (4)

1. 現フレーム先頭に配置された既知シンボルを用いて順方向にトレーニングを行って、順方向にトレーニングされた前記既知シンボルと順方向用既知シンボルレプリカとの誤差である順方向等化誤差を得る順方向等化手段と、
   次フレーム先頭に配置された既知シンボルを用いて逆方向にトレーニングを行って、逆方向にトレーニングされた前記既知シンボルと逆方向用既知シンボルレプリカとの誤差である逆方向等化結果を得る逆方向等化手段と、
   順方向にトレーニングされた前記既知シンボルを用いて、周波数オフセットを推定する順方向周波数オフセット推定手段と、
   逆方向にトレーニングされた前記既知シンボルを用いて、周波数オフセットを推定する逆方向周波数オフセット推定手段と、
   前記順方向等化誤差と前記逆方向等化誤差のうち、等化誤差の小さい等化方向の周波数オフセット推定値を選択する選択手段と、
   選択された前記周波数オフセット推定値に基づいて、受信信号の周波数オフセットを補償する補償手段と、
   を具備する受信装置。
2. 前記選択手段は、前記順方向等化誤差と前記逆方向等化誤差のうち、小さい方の等化誤差が所定の第１閾値以上である場合、現フレームの周波数オフセット推定値を０にする請求項１に記載の受信装置。
3. 前記選択手段は、前記順方向等化誤差と前記逆方向等化誤差のうち、等化誤差の小さい等化方向の周波数オフセット推定値が所定の第２閾値以上である場合、現フレームの周波数オフセット推定値を０にする請求項１に記載の受信装置。
4. 現フレーム先頭に配置された既知シンボルを用いて順方向にトレーニングを行って、順方向にトレーニングされた前記既知シンボルと順方向用既知シンボルレプリカとの誤差である順方向等化誤差を得る順方向等化工程と、
   次フレーム先頭に配置された既知シンボルを用いて逆方向にトレーニングを行って、逆方向にトレーニングされた前記既知シンボルと逆方向用既知シンボルレプリカとの誤差である逆方向等化結果を得る逆方向等化工程と、
   順方向にトレーニングされた前記既知シンボルを用いて、周波数オフセットを推定する順方向周波数オフセット推定工程と、
   逆方向にトレーニングされた前記既知シンボルを用いて、周波数オフセットを推定する逆方向周波数オフセット推定工程と、
   前記順方向等化誤差と前記逆方向等化誤差のうち、等化誤差の小さい等化方向の周波数オフセット推定値を選択する選択工程と、
   選択された前記周波数オフセット推定値に基づいて、受信信号の周波数オフセットを補償する補償工程と、
   を具備する受信方法。
   
   

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