JP2017092747A - 通信システム - Google Patents
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Abstract
Description
復調器からのトレーニング信号は、適応等化器100のフィルタ部101に入力され、フィルタ部101では、タップ係数を用いて等化処理が行われる。フィルタ部101の等化出力信号は判定器102に入力され、判定器102は、入力信号の複素平面における領域判定を行って判定結果を参照信号として誤差量算出部103に出力する。誤差量算出部103では、フィルタ部101からの等化出力信号と判定器102からの参照信号との誤差を算出する。そしてLMSアルゴリズム処理部104では、誤差量算出部103で算出した誤差に基づいてフィルタ部101のタップ係数の更新を行う。また判定器102からの出力信号は、デマッピング部105でデマッピングされ、デコーダ部に出力されて復号処理が行われる。
これは、受信側でなんらかの悪条件で切替わりタイミングを誤検出した場合、適応等化器はまったく等化機能が得られない符号列でトレーニング処理がそのまま継続されてしまう。この継続処理を回避するために同期捕捉監視部が設けられている。
この同期捕捉監視では、適応等化器のトレーニング信号として生成された信号を図2のマッチドフィルタのタップ係数設定部に入力させ、マッチドフィルタから出力されるデータのピーク電力値を監視している。このマッチドフィルタの段数であるN段のシンボルと、受信信号のNシンボルが同一のシンボル値であれば、Nシンボル周期で電力値のピークが得られるので、この場合送信側と受信側とでシンボルの同期が確立されていると判断でき、適応等化器のトレーニングを継続させることができる。一方、Nシンボル周期でピーク電力が検出されなければ,同期が確立されていないと判断され、再度初期トレーニングモードへ移行させて同期を確立させる動作がとられることとなる。
PN発生器10は、受信部が受信したタイミングの信号でPN符号列の作成を開始する。4PSKマッピング部11は、PN符号列を4PSKマッピングする。適応等化器1は、4PSKマッピング部11でマッピングされたシンボルデータ信号を受信側のトレーニング信号として入力する。同期捕捉監視部40は、4PSKマッピング部11でマッピングされたトレーニング信号と送信側から送信される適応等化器用トレーニング信号との同期が捕捉されているかを監視する。
マッチドフィルタ2は、シフトレジスタ部3、タップ係数設定部4、加算部(Σ)5から構成される。シフトレジスタ部3では、周波数オフセット用PN符号で生成される4PSKのシンボル数と同数のレジスタ数N段を実装させ、復調部からの受信データを1シンボルずつ遅延しながらシフトし、タップ値を出力する。
タップ係数設定部4には、シフトレジスタ部3と同数(N段)のタップ係数設定部が設けられ、周波数オフセット用PN符号で生成される4PSKシンボル複素数の共役値が予め設定されている。そしてシフトレジスタ値とタップ係数値の乗算が1シンボルシフトするごとに行われ、その乗算値を出力する。
また、複素共役計算部6と乗算器7とにより、周期相関関数R(n)と、R(n)を複素共役したものとを乗算し、周期相関関数の電力値Rp(n)を算出する。これは次式で示される。
Rp(n)=R(n)・R(n)* ・・・(2)
ピーク電力検出・タイミング生成部8は、周期相関関数R(n)を入力し、周波数オフセット用PN符号で生成される4PSK符号系列の繰返し周期内で最も電力値の大きい符号を検出し、その点をタイミングとして生成し、条件成立検出部9に出力する。また、タイミングが生成された以降、ピーク電力タイミングが検出されている場合は、同期捕捉がなされている情報を条件成立検出部9に出力し、ピーク電力タイミングが不検出である場合は同期捕捉がされていないと判定し、その情報を出力する。
PN符号切換え検出信号受信部21は、図示しない周波数オフセット推定・補償部から出力されたPN符号切換え検出信号を受信する。周波数オフセット推定・補償部は、送信側から送信されたPN符号によるトレーニングパターンに基づいて周波数オフセットを補償するもので、送信されたトレーニングパターンからその切換えを判定し、PN符号切換え検出信号を出力するものである。
条件成立検出部9は、PN符号切換え検出信号受信部21からのPN符号切換え検出信号と、ピーク電力検出・タイミング生成部8からの同期捕捉信号とを取り込み、PN符号切換え検出信号が入力された時点で同期捕捉信号が入力されている条件で、PN発生器10へ起動信号を出力する。条件成立検出部9では、波数オフセット推定・補償部からのPN符号切換え検出信号が入力されたとき、ピーク電力検出・タイミング生成部8で同期補足されていれば、PN発生器10を起動させる起動信号を出力する。周波数オフセット推定・補償部の構成については、後述する。
PN発生器10は、送信側に設定されている適応等化器トレーニング用PN M段発生器と同一構成のPN発生器であり、シフトレジスタの初期値は、送信側PN発生器の初期値よりMビットシフトした値を初期値とし、条件成立検出部9から出力された起動信号によりカウンターがスタートされ、1シンボルタイミングで2ビットずつシフトする。
4PSKマッピング部11では、PN発生器10より得られた2ビットの信号が、グレイ符号のシンボル配置に従ってマッピングされ、適応等化器用参照信号d(n)のシンボルデータとして適応等化器1に出力されるとともに、複素共役計算部12に出力される。
4PPSKマッピング部11から出力されたシンボルデータの複素共役値を計算し、マッピングデータ蓄積部13へ出力する。
マッピングデータ蓄積部13は、その初期値として、PN発生器10の初期値よりMビットまでシフトした4PSKのマッピングデータが書込まれる。そしてPN発生器10の起動後に4PSKマッピング部11で生成され、複素共役生成部12で複素共役されたシンボルデータを蓄積する。マッピングデータ蓄積部13に対してNシンボルのシンボルデータの蓄積が完了したタイミングで、タップ係数設定部4の値をマッピングデータ蓄積部13の値に更新する。
適応等化器1は、4PSKマッピング部11により生成された適応等化器トレーニング用参照信号d(n)と、適応等化器1で算出された推定送信シンボルとの誤差量e(n)を算出し、LMSアルゴリズム(Least Mean Square Algorithm)により誤差量e(n)が最小になるよう、適応等化器1のタップ係数を更新する。なお、LMSアルゴリズムは次式で表わされる。
W(n+1)=W(n)+μu(n)e*(n) ・・・(3)
ここで、w(n+1)は次に更新するタップ係数、W(n)は現在のタップ係数、μはフィードバック係数、u(n)は適応等化器への入力信号、*は複素共役である。
上記の構成による通信装置の動作例を説明する。
図3は、本発明の通信システムに適用されるトレーニング信号の構成例を示す図である。本発明の通信装置を用いた通信方式は、まず図3に示すような周波数オフセット用トレーニング信号を送信側から送出後、適応等化器用トレーニング信号に切換わった符号が送出される。トレーニング信号送出後は通信が開始され、ランダムデータによる伝送信号を送出する。
なお、同期捕捉が継続している場合は、ピーク電力検出・タイミング生成部8から条件成立検出部9へオン信号が出力され、ピーク電力点が検出されず同期捕捉がなされない場合はオフ信号となる。また、同期補足がなされない場合、ピーク電力検出・タイミング生成部8は、既存トレーニングシーケンスへ不検出信号を送出する。これにより再度初期トレーニングへ移行する動作がとられる。
通信システムが図5のa.(シンボルタイミング)に示すシンボルクロックで動作しているものとする。ここでb.(受信シンボル列)に示すように、PN符号が周波数オフセット用から適応等化器トレーニング用に切り換えられたとき、周波数オフセット推定・補正部でのPN符号切換えは、受信信号の6シンボル用いて判定されることになっている。従ってc.(PN符号切換え検出信号)に示されるように、実際にPN符号が切換えられてから6シンボル経過後に、PN符号切換えが判定され、PN符号切換え検出信号がPN符号切換え信号受信部21に出力され、PN符号切換え検出信号受信部21から条件成立検出部9に出力される。
ここでシフトレジスタのシフト開始直前の送信側適応等化器トレーニング用PN発生器のシフトレジスタ値は、初期値より12ビットシフト(4PSKで6シンボルが生成済み)されている。このため、受信側のPN発生器10のシフトレジスタ値は、送信側PN発生器と初期位相の同期をとるために、12ビットシフトした状態で待機しておく必要がある。
そして受信側のPN発生器10が起動すると、1シンボルタイミングで2ビットシフトするため、f.(PN12段のレジスタシフト数)に示すように、13、14ビットシフトしたレジスタ値により適応等化器用PN符号が生成される。以降、連続して適応等化器トレーニング用PN符号が生成される。
図6は、適応等化器トレーニング用PN発生器を構成するシフトレジスタの構成例を示す図で、図7は、図6のシフトレジスタの各シフトレジスタナンバーにおけるシフトレジスタ値を示す図である。上記のように、シフトレジスタのシフト開始直前の送信側適応等化器トレーニング用PN発生器のシフトレジスタ値は、初期値より12ビットシフトされている。このため、図6に示す適応等化器トレーニング用PN発生器のシフトレジスタ値は、送信側PN発生器と初期位相の同期をとるために、図7に示すように受信側のPN発生器10のシフトレジスタ値も12ビットシフトした状態で待機しておく必要がある。つまり待機時のシフトレジスタ値は、シフトレジスタ初期値よりも12ビットだけシフトしている。
図9は、マッピングデータ蓄積部のマッピングデータ蓄積とタップ係数更新のタイミング例を示す図である。a.(マッピングデータ蓄積部への書き込みシンボル列)に示すように、マッピングデータ蓄積部13の初期値には、PN発生器10が初期値から12ビットまでシフトした時の4PSKマッピングデータ(6シンボル)が書込まれている。そしてPN発生器10の起動以降は、PN発生器10と4PSKマッピング部11で生成された7〜64番シンボルまでのデータが書込まれる。
マッチドフィルタ2のシフトレジスタ部3には、次のシンボルタイミングで送信側PN12発生器で生成された4PSK信号の1〜64番目までのシンボルが揃う。このため、送信側PN発生器と受信側PN発生器の同期が確立していれば、d.(ピーク電力の検出タイミング)に示すように、マッチドフィルタ2からピーク電力が現れる。
従ってピーク電力検出・タイミング生成部8では、前回検出されたピーク電力のタイミングから64シンボル後にピーク電力値が発生したと判定された場合、同期が捕捉されていると判断できる。
なお、ピーク電力値が検出されていなければ、同期が捕捉されていないと判断でき、既存トレーニングシーケンスへ不検出信号を送出し、再度初期トレーニングへ移行する動作をとる。
図10は、PN12符号の周期相関関数の電力特性を示す図である。適応等化器用トレーニング信号に切換えられて同期が捕捉されていれば、図10に示すように64シンボル周期でピーク電力が検出されることになる。
以上のように、PN符号が異なる場合においても、2つのマッチドフィルタを必要とせず、1つのマッチドフィルタで同期捕捉が可能となるため、回路規模の簡略化が可能となる。
図11は、位相傾き補正の補正概念を説明するための図で、送信側の基準位相ベクトルV1と、位相の傾きがある場合のベクトルV2とを示している。マッチドフィルタ2から出力される周期相関関数には位相情報が含まれており、相関が最も高いポイントでは、送信側位相(0°)を基準とした位相差情報を検出することができる。つまり基準位相ベクトルV1とベクトルV2間の位相差Rを検出することができる。この位相差Rを位相補正量として位相傾きの補正を行う。
位相補正値生成部15から出力された位相補正量は、1シンボル遅延回路17で遅延された位相補正量と加算器16で加算され、加算結果が複素変換部18で複素変換される。そして複素変換された値と復調器からの複素受信信号とを乗算器19で乗算することで、位相の傾きが補正される。
図13に位相の傾きの補正例を示す。図13(A)は、位相補正前の傾きの状態を示し、図13(B)に位相補正後の傾きの状態を示す。
以下に周波数オフセット推定・補正部の構成および動作を説明する。上記のように本発明に係る実施形態の通信装置は、周波数オフ設定推定・補正部から出力されたPN符号切換え検出信号を受け取り、条件成立検出部において、同期捕捉とPN符号切換え検出信号の入力との条件が成立している場合に、受信側のPN発生器を起動する。以下に周波数オフセット推定・補正部の構成について説明する。
送信シンボル偏移推定回路(送信シンボル偏移推定部)30は、実部・虚部極性検出回路29で検出された実部と虚部の極性(符号)に従って位相偏移(位相回転量)を推定する。ここでは実部・虚部極性検出回路29で検出された実部および虚部が[++]の場合、送信された現在のシンボルs(n)と、2n/2前のシンボルs(n−2n/2)とでは同一シンボルが送信されたことになり、送信シンボル偏移推定回路30は、位相回転量は0°と推定することができる。
同様に、実部および虚部が[−+]の場合には、位相回転量は90°と推定でき、実部および虚部が[−−]の場合には、位相回転量は180°と推定でき、実部および虚部が[+−]の場合には、位相回転量は270°と推定できる。
また、シンボル点が[−+]の象限にあるとき、すなわち位相回転が90°と推定されたときには−jを出力し、シンボル点が[−−]の象限にあるとき、すなわち位相回転が180°と推定されたときには−1を出力し、シンボル点が[+−]の象限にあるとき、すなわち位相回転が270°と推定されたときには−jを出力する。
回転量≒360×freq.offset×Ts
≒360×13Hz×31.25×10−6
≒±0.146°
なお、位相回転が±45°を越えることが懸念される場合には、サンプリングするシンボル間隔を32シンボル、もしくは16シンボル等のように短い間隔とすることで、送信シンボル偏移推定回路30から確実に1を出力させることができるようになる。
ここで、上記のように周波数オフセット推定用トレーニングパターンとして、2n/2シンボルパターンが送られてきているため、送信シンボル偏移推定回路30からは1が出力されるため、式(4)の分母は必ず1になり、Δrとして、伝送路を介して受信された2n/2シンボル間の位相回転量が算出される。この位相回転量は、遅延波および雑音の要因が除去された周波数オフセットによる平均化位相回転量とされる。
R(n)=βR(n−1)+(1−β)ΔR(n) ・・・(5)
ここでβは忘却係数で0.998程度の値を用いる。
またオフセット推定用PN符号終了判定回路31における閾値判定回路314からのPN符号切換え検出信号は、同時にATAN計算回路32へも出力され、時間tシンボル経過後に平均化処理を終了し、1シンボルの回転角をΔθ(t−M+1)に前の値に固定する。なお、Mはシフトレジスタ312のレジスタ数である。
上記のトレーニング終了後は、復調器は、4PSK復調器から2nQAM復調に切替わり、データ信号系列が復調される。
各PN発生器で発生された2n符号列と2m−1符号列は、切替部であるスイッチ56にて切り替えられて変調器53に出力される。この場合、2n符号列のnは6〜8程度、2m−1符号列のmは11〜13程度となる。
トレーニング終了後は、変調器53は、4PSK変調器から2nQAM変調器に切替わり、入力されるデータ信号系列が変調される。
変調器53から出力され符号列の信号は、RF回路にて周波数変換されて受信側の通信装置に送信される。
Claims (7)
- 周波数オフセット用と適応等化器用とでトレーニング符号列が異なる2つの信号を用いる通信システムにおいて、送信側から送信されるトレーニング信号が周波数オフセット用トレーニング信号から適応等化器用トレーニング信号へ切換わるタイミングで該タイミングの信号を受信する受信部と、該タイミングの信号でPN符号列の作成を開始するPN発生器と、該PN符号列を4PSKマッピングする4PSKマッピング部と、該4PSKマッピング部でマッピングされたシンボルデータ信号を受信側のトレーニング信号として入力する適応等化器と、前記4PSKマッピング部でマッピングされた前記トレーニング信号と送信側から送信される適応等化器用トレーニング信号との同期が捕捉されているかを監視する同期捕捉監視部と、該監視部の検出結果を出力する条件成立検出部とを有することを特徴とする通信システム。
- 前記同期捕捉監視部は、前記4PSKマッピング部から出力されたシンボルデータの複素共役値を所定シンボル数蓄積するマッピングデータ蓄積部と、送信側から送信された周波数オフセット用トレーニング信号を入力し、該入力信号のシフトレジスタ値と前記マッピングデータ蓄積部に蓄積されたシンボルデータの値に更新されるタップ係数値とから周期相関関数を計算するマッチドフィルタ部と、周波数オフセット用トレーニング信号で生成される4PSK符号列の繰り返し周期内で最も電力値の大きい符号を検出し、該検出した符号のタイミングを生成するピーク電力検出タイミング生成部と、を有することを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
- 前記条件成立検出部は、前記タイミング信号が入力された時に、前記ピーク電力検出タイミング生成部が生成するタイミングが送信側から送信される周波数オフセット用トレーニング信号の符号列のシンボル周期と合致している場合に、前記PN発生器を起動するための信号を出力することを特徴とする請求項1又は2に記載の通信システム。
- 前記PN発生器は、シフトレジスタにより構成され、
該シフトレジスタの初期値は、
送信側で周波数オフセット用トレーニング信号が切換えられた後、周波数オフセット用トレーニング信号から適応等化器用トレーニング信号へ切換えられたことを検出して前記PN符号切換え検出信号を出力する周波数オフセット推定・補正部が前記切換えを検出するまでに要するシンボル数に基づき、送信側のPN発生器の初期値に対して所定ビットシフトした値に設定され、
前記PN発生器は、前記条件成立検出部からの前記起動信号に従いシフト動作を開始することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の通信システム。 - 前記マッチドフィルタ部は、受信した周波数オフセット用トレーニング信号の繰返しシンボル数と同数のレジスタ数を有するシフトレジスタと、
該シフトレジスタのレジスタ数と同数のタップ係数が設定され、前記シフトレジスタから出力されるタップ値と前記タップ係数を乗算するタップ係数設定部と、
該タップ係数設定部から出力される乗算値を所定シンボル分加算して前記周期相関関数を出力する加算部と、を有することを特徴とする請求項2乃至4の何れかに記載の通信システム。 - 前記マッピングデータ蓄積部は、前記タップ係数設定部に設定されるタップ係数の数と同数のシンボル数のシンボルデータの蓄積が完了したタイミングで、前記タップ係数設定部に設定されているタップ係数を、前記マッピングデータ蓄積部に蓄積されたシンボルデータの値に更新することを特徴とする請求項2乃至5の何れかに記載の通信システム。
- 前記マッチドフィルタ部から出力された周期相関関数を入力し、該周期相関関数に基づいて送信側位相を基準とした位相の傾きを示す位相情報をラジアン値で出力するアークタンジェント部と、
該アークタンジェント部から出力された位相情報、および前記ピーク電力・タイミング信号生成部で検出した符号のタイミングを示すタイミング信号を入力し、該タイミング信号に示されるタイミングのときのみに、前記アークタンジェント部から出力される位相情報を位相補正値として出力し、それ以外のタイミングではゼロを出力する位相補正値生成部と、
該位相補正値生成部から出力された位相補正値を、1シンボル遅延させる1シンボル遅延回路と、
該1シンボル遅延回路で遅延された位相補正値を前記位相補正値生成部から出力された位相補正値と加算する加算器と、
該加算器で加算された位相補正値を複素変換する複素変換部と、を有し、
該複素変換部で複素変換された値を前記適応等化器に入力させる信号に乗算することを特徴とする請求項2乃至6の何れかに記載の通信システム。
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佐々木 範雄 他: "送電線ディジタル電力線搬送に用いる適応等化器のトレーニング符号", 映像情報メディア学会技術報告 VOL.38 NO.44, vol. 第38巻, JPN6017043671, 6 November 2014 (2014-11-06), JP * |
Cited By (2)
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CN112977552A (zh) * | 2021-03-02 | 2021-06-18 | 卡斯柯信号有限公司 | 基于线路地图等价方向的车头切换自动判断方法及装置 |
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JP6265506B2 (ja) | 2018-01-24 |
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