JP3251023B2 - 自動等化器 - Google Patents
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Description
多値直交振幅変調方式又は多相位相変調方式を用いたデ
ジタル無線通信システムの受信側で使用される全デジタ
ル形の自動等化器に関する。
伝搬路で発生する周波数選択性フェージングによる回線
品質の劣化を克服するために、受信側において、トラン
スバーサルフィルタを用いた等化器が使用されている
が、さらに強力な等化特性を有するものとして判定帰還
形等化器がある。
の判定帰還形等化器は図7に示すように、復調回路(図
示せず)より端子1に入力されたアナログベースバンド
信号は、利得調整回路11に入力される。この利得調整
回路11は伝搬路でフェージングが発生し波形歪が生じ
た場合にも、後置されるA/D変換器12の規定入力範
囲を越えない様に圧縮率1/K(K>1又はK=1)で
圧縮される。A/D変換器12は、端子2よりクロック
信号(CLK)の供給を受け、標本化周波数fcで、利
得調整回路11の出力アナログ信号を標本・量子化し、
Nビットのデジタル信号列S1として判定帰還形トラン
スバーサル・フィルタ部101に出力される。デジタル
信号列S1は、第1の乗算器25に入力されるとともに
第1の遅延回路21に入力される。第1の遅延回路21
の出力信号は第2の乗算器26に入力されるとともに第
2の遅延回路22に入力される。第2の遅延回路22の
出力信号は第3の乗算器27に入力される。これらの乗
算器25〜27及び遅延回路21,22からなる回路を
前方等化器201と称する。一方、加算器13を介して
判定帰還形トランスバーサル・フィルタ部101の出力
信号を判定する判定回路14の出力信号は、第3の遅延
回路23に入力される。第3の遅延回路23の出力信号
は、第4の乗算器28に入力されるとともに、第4の遅
延回路24に入力される。第4の遅延回路24の出力信
号は第5の乗算器29に入力される。これらの乗算器2
8,29及び遅延回路23,24を後方等化器202と
称する。遅延回路21〜24は、フリップ・フロップ等
で構成され、それぞれ1ビットの遅延を与える。次に、
乗算器25〜29において、入力デジタル信号はそれぞ
れ制御信号発生回路102より供給されるタップ係数C
−2,C−1,C0,C1,C2が乗ぜられ、それぞれ
乗算器出力m−2,m−1,m0,m1,m2として加
算器13に入力される。加算器13は、乗算器出力であ
る5個のm−2〜m2をデジタル加算する事により、原
信号S1に含まれていたフェージング等による符号間干
渉を除去した等化後信号S1Aを後処理回路15及び判
定回路14に出力する。判定回路14は、入力される2
進数の信号レベル値をこれと最も近い理想信号レベル値
に判定して出力する。その結果、後方等化器202は、
フェージング等による波形歪を除去された後の判定信号
S1Bを入力としているので、乗算器へのタップ係数が
正確でかつ、乗算出力が飽和しない限り後方等化器20
2で除去しうる符号間干渉は完全に等化される。また、
後処理回路15は、利得調整回路11で1/K倍に圧縮
された原信号を本来の正しいレベルに戻すために用いら
れ、正しいレベルに修正された信号が端子3に出力され
る。
路15の動作について図9の説明図を参照して具体的に
説明する。端子1への入力信号として、16値直交振幅
変調(16QAMという)のベースバンド信号である4
値信号を考える。この4値信号の理想値は図9のA/D
変換器入力の白丸A,B,C,Dで示すレベルを有し、
各点がそれぞれ第1,第2ビットの2ビットの情報信号
である(00),(01),(10),(11)を表わ
している。なお、第3ビット以下のビットは理想値から
のずれを表わす誤差信号である。今、圧縮率1/Kが1
/2であるとすれば、点A,B,C,Dは黒丸で示され
る点A1,B1,C1,D1に圧縮される。点A1,B
1,C1,D1の理想値は、それぞれ3ビット信号(0
10),(011),(100),(101)で表わさ
れる。この場合には、第4ビット以下のビットが誤差信
号を表わしている。判定帰還形トランスバーサル・フィ
ルタ部101の出力信号S1Aは熱雑音や、除去しきれ
ない符号間干渉を含んでいるために、誤差信号はランダ
ムに変化している。従って第1〜第Nビットの信号を後
方等化器202にそのまま帰還し入力すると、等化部の
入力に誤差が含まれるので、十分な等化ができない。そ
こで判定回路14において、デジタル信号列S1Aを図
9の判定回路出力に従い、第1〜第3ビットは4つの理
想値010,011,100,101のいずれかに一意
的に判定し、第4ビット以下は固定値100〜0(〜は
すべて0を示す)としている。たとえば、N=5の場合
に、信号S1A=10011の判定値はS1B=100
10となり、又信号S1A=11100の判定値はS1
B=10110となる。一方、後処理回路15は、1/
2に圧縮された信号を2倍にして原信号にもどすため
に、図9の後処理回路出力に従って信号変換を行い、パ
ス1,パス2,パス3の3ビットの信号を出力する。た
とえば、信号S1A=10011の後処理回路15の出
力はD=101となり、又、S1A=11100の判定
値はD=111となる。パス1と2は情報ビットであり
そのうちパス1は情報の極性を表す情報極性ビットであ
る。また、パス3は誤差信号の極性を表す誤差ビットで
ある。タップ係数C−2、C−1、C0、C1、C2は
前記情報極性ビットd(前記パス1A)と誤差ビットe
(前記パス3A)の間の相関を取り時間平均出力として
制御信号発生回路102より得られる。このタップ係数
生成の原理は、たとえば電子通信学会編「デジタル信号
処理」第11章,(昭和50年)に詳述されている。
渉フェージング等化特性を2波干渉フェージングに適用
した場合を図8に示す。図8は、シグニチャ・カーブと
も呼ばれ、横軸にフェージングのノッチ周波数のスペク
トラムの中心からの偏移をクロック周波数で正規化した
ノッチ位置fdをとり、縦軸に、反射波(遅延波)の振
幅を主波の振幅で正規化した振幅比ρがとられている。
ノッチ深さDnは、Dn=−20log(1−ρ)dB
で表わされるので、ρ=1でノッチ深さは最大となり、
ノッチ位置fd及び振幅比ρをパラメータとして、誤り
率P=1×10のマイナス4乗となるfdとρの点を結
んだものがカーブSである。Sで囲まれた領域内では、
Pは10のマイナス4乗より大となっている。従ってS
で囲む面積が小さいほど、等化器の能力が秀れている。
0<ρ<1の範囲では、主波より干渉波が遅れているの
で、後方等化器で符号間干渉を除去し、ρ>1では、遅
延波が主波となるので逆に前方等化器で符号間干渉を除
去している。前述した如く、判定帰還形等化器では、後
方等化器の入力信号は、等化後の判定信号であるので、
理想値とほぼ一致するため、図4の0<ρ<1では、ほ
ぼ完全に等化されているのがわかる。一方、ρ>1の
時、前方等化器の入力は、符号間干渉が除去されていな
い信号であるために、等化能力は0<ρ<1に比して劣
っている。なお、通常前方及び後方等化器で使われる乗
算器は、通常入力レベル,タップ係数,出力レベルとも
ノッチ位置fdの−1以上から+1以下までの値をと
る。
の等化器は、図4のシグニチャ・カーブに示す様に遅延
波が主波より強くなるρ>1の領域においては改善能力
が良くないので、ρ<1とρ>1がほぼ等確率で発生す
るディジタルマイクロ波通信方式においては、瞬断率の
改善が有効でないという欠点があった。
入力アナログ信号を外部クロックをn(nは2以上の整
数)てい倍したクロックにてデジタル信号に変換される
A/D変換器と、前記A/D変換器の出力を入力し、T
/n間隔のトランスバーサルフィルタのタップ係数が適
応的に制御される適応整合フィルタと、前記適応整合フ
ィルタに後置される判定帰還形等化器とからなる自動等
化器であって、前記適応整合フィルタは前記トランスバ
ーサルフィルタの出力を前記外部クロックでラッチする
ラッチ回路と、前記トランスバーサルフィルタの入力デ
ータ信号と前記ラッチ回路でラッチされた出力データ信
号との相関検出及び時間平均化によりタップ係数を生成
するタップ係数発生回路とを備えたことを特徴とする。
量子化したベースバンド信号を、T/2間隔のトランス
バーサル・フィルタ103に入力し、その出力において
伝送路のインパルス応答が対称となる様、トランスバー
サル・フィルタ103のタップ係数をタップ係数の制御
信号発生回路104で適応的に制御することにより、後
置される判定帰還形等化器が、従来十分に等化できなか
った反射波(遅れ波)が直接波より強くなるρ>1の場
合のフェージング歪をも等化できる。
る。
ロック図、図2は本実施例の要部の制御信号発生回路1
04の回路図、図3は本発明の原理説明のためのブロッ
ク図、図4,図5は図3の原理説明用のインパルス応答
の波形図および説明図、図6は本実施例の等化能力を図
8の従来例と対比して示す説明図である。
は同一の構成と機能を有する。すなわち、本実施例では
従来と同じ判定帰還形等化器301と、入力されるクロ
ックを2てい倍する2てい倍回路16、適応型整合フィ
ルタ(以下AMFという)302から構成される。ま
た、AMF302はトランスバーサル・フィルタ10
3、制御信号発生回路104、ラッチ回路17から構成
される。
ルタ302の動作原理を図3の2タップのトランスバー
サル・フィルタ105で構成される基本回路、図4,図
5を参照して説明する。通常、デジタルマイクロ波通信
に用いられる、帯域制限のある伝送路で符号間干渉を与
えずにパルスを伝送するためには、全伝送系のインパル
ス応答は図4(a)に示す様に、中央のピークを除いて
Tごとに零とならなければならない。しかし、伝送路に
直接波と反射波の2つの通路があると、これらが干渉し
てマルチパス・フェージングが発生する。この時、反射
波の方が直接波より振幅が大きくなる(すなわちρ>
1)と、反射波が主波,反射波より先に到達する直接波
が干渉波となって、伝送路のインパルス応答は、図4
(b)に示す様に、t=−Tに大きな符号間干渉が発生
する。今、図5(a)に示す様に、主波s0(=a
(m))及びt=−Tの符号間干渉s−1(=a(m+
1))を矢印で表わすと、これをTだけ遅延したものは
図5(b)の様になる。今、説明を簡単にするために図
3に示す2タップのトランスバーサル・フィルタ105
を考え遅延回路41、乗算器42,43、加算器44で
構成すると信号S0 が図5(a)であり、信号S1 が図
5(b)の信号を表わしている。この場合に加算器44
の出力信号SAは(1)式のようになる。
出力信号S2 は(2)式となる。
ランスバーサル・フィルタ105にタップ係数α,βを
与えることにより、図5(a)のように進み波による大
きな符号間干渉s−1のあった入力信号S0 はトランス
バーサル・フィルタ105を通すことによりインパルス
応答は、符号間干渉が主信号s0(t=0)に対し、前
後に対称化された、s−1とs1に分散化される。ここ
で、注目すべきことは、分散化に伴い符号間干渉s−
1,s1の大きさは、分散化前の符号間干渉s−1のほ
ぼ1/2まで低減されている事である。今、従来例で述
べた判定帰還形等化器の前方等化器の等化能力がs−
1,s1の大きさが0.5以下、後方等化器の等化能力
がs1の大きさが0.9以下であるとすると、本トラン
スバーサル・フィルタ105が無い場合、すなわち従来
の判定帰還等化器106のみでは、信号S0 の符号間干
渉s−1=0.9は等化できないが、本トランスバーサ
ル・フィルタを従来の判定帰還等化器106に前置する
事により、符号間干渉s−1=0.9/1.9すなわ
ち、約0.47及びs−1=1/1.9=0.53は完
全に等化される。この様な機能を持つトランスバーサル
・フィルタは、整合フィルタとも呼ばれる。
にもとづき、整合フィルタのタップ係数を伝送路のイン
パルス応答、すなわちフェージングの状態に応じて、適
応的に自動調整できるタップ係数生成回路を付与し、全
ディジタル形判定帰還等化器に前置できる様に、全ディ
ジタル形回路とした全ディジタル形適応形整合フィルタ
(AMF)と、全ディジタル形判定帰還等化器(DF
E)を具備することにより、従来十分等化できなかった
ρ>1のフェージングをも等化できる。
路(図示せず)より入力されたアナログ・ベースバンド
信号は、利得調整回路11に入力されて、伝搬路でマル
チパス・フェージングが発生し、波形歪が生じた場合に
も、後置されるA/D変換器12の規定入力範囲を越え
ない様に圧縮率1/K(K>1又はK=1)で圧縮され
た後に、A/D変換器12に入力される。一方、端子1
に入力される周波数fcのクロック信号CLK1は、2
てい倍回路16により、2てい倍されて、周波数2fc
のクロック信号CLK2として、A/D変換器12に印
加される。A/D変換器12は、標本化周波数2fc
で、利得調整回路11の出力アナログベースバンド信号
を、標本化し、かつ、量子化し、Nビットのデジタル信
号列DS0として、5タップのトランスバーサル・フィ
ルタ部103に入力される。トランスバーサル・フィス
タ103は、縦続接続された第1ないし第4の遅延回路
(遅延時間T/2)31〜34と、第1の遅延回路31
の入力に接続される第1の乗算器35と第1ないし第4
の遅延回路の出力にそれぞれ接続される第2ないし第5
の乗算器36〜39と、第1ないし第5の乗算器の出力
を加算する加算器40から構成される。第1ないし第5
の乗算器35〜39には、タップ係数発生回路104よ
りそれぞれタップ係数A−2,A−1,A0,A1,A
2が印加され、それらの乗算出力を加算器40で加算し
た結果である加算器出力DS1はマルチパス・フェージ
ング伝送路に起因する非対称なインパルス応答を対称化
する。本実施例において、タップ間隔(遅延回路31〜
34の遅延時間)がT/2に選ばれているには、直接波
と反射波の遅延時間がT/2や3/2Tの近辺の値をと
っても十分なインパルス応答の対称化をはかるためであ
る。またタップ数も5タップに限らず、他タップ数を用
いることももちろん可能である。遅延回路31〜34
は、周波数2fcのクロック入力で動作するフリップ・
フロップで構成できる。
2周期になっているが、送信信号列を得るのに必要な情
報はT秒周期で表れ、他はトランジェントの過程である
ので不要である。従ってラッチ回路(例えば、周波数f
cのクロック入力で動作するフリップ・フロップ)17
により、T秒ごとの情報信号を選んで、AMF302の
出力信号DS2として判定帰還形等化器301に出力す
る。今、ρ=1.1のマルチパス・フェージングにより
AMF302の入力信号DS0のインパルス応答が図5
(a)の様にt=ーTに大きな符号間干渉を生じていて
もAMF302の出力信号DS2のインパルス応答は図
5(c)の様に対称な形となる。すなわち、判定帰還形
等化器でも等化不能な図5(a)に示すt=ーTの大き
な符号間干渉は、図5(c)に示すtがプラスマイナス
Tの小さな符号間干渉に変換されるが、これらの符号間
干渉は判定帰還等化器301で十分等化できる。
明する。図2はタップ係数発生回路104の一実施例で
ある。図2の実施例は縦続に接続された遅延時間T/2
の遅延回路41〜44と、遅延回路41の入力に接続さ
れる乗算器45と、遅延回路42〜44の出力にそれぞ
れ接続される乗算器46〜49と乗算器45〜49の出
力にそれぞれ出力される時間平均回路50〜54と、遅
延時間調整用の遅延回路(遅延時間τ)55から構成さ
れる。図1のAMF302の出力DS2(Mビットデジ
タル信号)のうち、MSB(Most signifi
cant bit)からmビット(1<m<M)とった
デジタル信号D1は図2の端子4に入力される。また図
1のAMF302の入力信号DS0(Nビットデジタル
信号)のうちMSBからnビット(1<n<N)とった
デジタル信号D2は図2の端子5に入力される。遅延回
路55は、図1の乗算器37、加算機40、ラッチ17
の遅延量を補償するためのものであり、T/2に比して
十分小さければ用いなくても良い。今、図1のAMF3
02の入力信号DS0のインパルス応答がフェージング
により段落[0012]で説明に用いたのと同じ図5
(a)であると仮定する。この場合、干渉波は主波より
進んでいるので、送信シンボル列をa(m)(mは整
数)とすると、主波はs0=a(m)、干渉波はs−1
=a(m+1)と考えられる。また、段落[0012]
で説明したように、AMF302の出力信号DS1の所
望インパルス応答は図5(c)になり、図5(c)にお
いて、主波s01=a(m)である。従って、図1にお
いて、制御信号発生回路の一方の入力D1は、図5
(c)の主波s01とほぼ等しいのでD1=a(m)と
してよい。段落[0012]の動作原理でも説明したよ
うに、図5(c)の形の対称なインパルス応答にするに
は、t=0の位置にa(m)が存在する図5(b)の様
なインパルス応答のあるタップを見つける必要がある。
(ここで実は、図5(b)は図5(a)をT秒だけ遅延
させた物に等しい。)そのためには、図1および図2に
おけるD1(=a(m))ともっとも相関の強いタップ
を見つければ良い。図2の各タップ係数Ai(i=+
2,−2,+1,−1,0)は、D1×Di(i=+
2,−2,+1,−1,0)の時間平均値から求められ
るが、A0=D1×D0の時間平均値および図2及び図
5(b)から明らかな様にA2=(D1)×(D+2)
の時間平均値に最も強い相関が表れる。この2つの タッ
プ係数A0およびA2がそれぞれ、A0=α=0.9/
1.9、A2=β=−1/1.9の時に、AMF302
の出力信号DS1のインパルス応答は図5(c)の様に
ほぼ対称化される。以上の様にして得られたタップ係数
A−2,A−1,A0,A1,A2がトランスバーサル
・フィルタ103の乗算器35〜39にそれぞれ印加さ
れる。なお、時間平均回路50〜54は、デジタル加算
器及び除算器で構成し、あらかじめ設定した回数(L)
だけ乗算器45〜49の出力をデジタル加算した後に、
その和をLで除して得られる。すなわち、(3)式で表
される。
演算も可能である。
01とを併用することにより、本実施例の自動等化器に
よるシグニチャは図6の様になり、従来の判定帰還等化
器(DFE)のみの場合の図8に示すシグニチャに比較
してρ>1の領域でのフェージング等化特性が大幅に改
善される。
プのものを例示したが、他のタップ数のものでも同様に
適用でき、かつ、タップ数が多いほどその効果は大き
い。
等化器の前に伝送路のインパルス・レスポンスを対称化
する全デジタル方式の適応型整合フィルタを置き、タッ
プ係数を相関検出法によりフェージングの状態に応じて
適応的に制御しているので、従来の判定帰還形等化器で
十分に等化できなかった直接波より反射波が強いフェー
ジングによる干渉も等化できる効果を有する。
ある。
ある。
る。
路 42,43,45〜49 乗算器 50〜54 時間平均回路 102,104 制御信号発生回路 103,105 トランスバーサル・フィルタ 106,301 判定帰還形等化器(DFE) 302 適応形整合フィルタ(AMF)
Claims (1)
- 【請求項1】 入力アナログ信号を外部クロックをn
(nは2以上の整数)てい倍したクロックにてデジタル
信号に変換されるA/D変換器と、前記A/D変換器の
出力を入力し、T/n間隔のトランスバーサルフィルタ
のタップ係数が適応的に制御される適応整合フィルタ
と、前記適応整合フィルタに後置される判定帰還形等化
器とからなる自動等化器であって、 前記適応整合フィルタは前記トランスバーサルフィルタ
の出力を前記外部クロックでラッチするラッチ回路と、
前記トランスバーサルフィルタの入力データ信号と前記
ラッチ回路でラッチされた出力データ信号との相関検出
及び時間平均化によりタップ係数を生成するタップ係数
発生回路とを備えたことを特徴とする自動等化器。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03254491A JP3251023B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 自動等化器 |
CA002061930A CA2061930C (en) | 1991-02-27 | 1992-02-26 | Adaptive matched pre-filtering of a decision feedback equalized input |
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DE69232103T DE69232103T2 (de) | 1991-02-27 | 1992-02-26 | Automatischer Entzerrer |
US07/842,422 US5321723A (en) | 1991-02-27 | 1992-02-27 | Automatic equalizer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP03254491A JP3251023B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 自動等化器 |
Publications (2)
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Family Applications (1)
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JP03254491A Expired - Fee Related JP3251023B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 自動等化器 |
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