JP3643293B2 - 適応等化器のトレーニング回路及びモデム装置並びに通信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数多重方式で通信するモデムに適用可能な適応等化器及びその適応等化器を用いた通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メタルケーブルを使用して高速のデータ通信を実現する技術としてＡＤＳＬ（Asymmetric Digital Subscriber Line）が開発されている。ＡＤＳＬ装置では、送信データは複数の周波数に数ビットづつ割り当てられ、ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）された後に伝送路へ送出される。以後の説明ではこの方式を周波数多重方式と呼ぶ。送信データは、ＩＦＦＴ処理の１単位毎に１シンボルとして区切られ、シンボル間の干渉をガードするためガードバンドを付加した信号が１シンボルとして送出される。例えば、ＡＤＳＬの規格の一つであるＧ．Ｌｉｔｅの場合、下りでは２５６サンプルのデータに１６サンプルのガードバンドが付加される。実回線においてはシンボル間の干渉がガードバンドよりも長くなることが予想されるため、受信器においてシンボル間の干渉を低減させる適応等化器が備えられる。特開平7-516790号公報には適応等化器として用いられたＦＩＲ型フィルタのタップ係数を短時間に安定的に適応させる適応等化器のトレーニング回路が開示されている。
【０００３】
図１５はかかる適応等化器のトレーニング回路の機能ブロック図である。適応等化器のトレーニング時は、送信器２００においてＰＲＢＳ生成器２０１でＰＲＢＳ（擬似ランダムシーケンス）信号を生成し、エンコーダ２０２でＰＲＢＳ信号をエンコードして周波数域の信号Ｘ（Ｄ）を生成し、ＩＦＦＴ部２０３でＸ（Ｄ）を時間域の信号ｘ（ｔ）に変換してから伝送路２０４へ送出する。本明細書では周波数域信号一般を英大文字に（Ｄ）を付けた文字で表し、時間域信号一般を小文字に（ｔ）を付けた文字で表す。
【０００４】
ここで、伝送路２０４の離散時間インパルス応答をｈ（ｔ）、混入雑音信号をｎ（ｔ）とすると、受信器側で受ける信号ｙ（ｔ）は（１）式で表現される。
【０００５】
ｙ（ｔ）＝ｘ（ｔ）＊ｈ（ｔ）＋ｎ（ｔ） …（１）
なお、「＊」は畳み込み演算を表す。
【０００６】
受信器側のトレーニング回路２０５では、適応等化器が一定長ｖタップ以内のインパルス応答長に等化し得るインパルス応答の周波数域ベクトルをターゲットとして目標インパルス応答Ｂw（Ｄ）の値を漸近的に更新する。そのために、ＰＲＢＳ生成器２０６が送信器側と同期してＰＲＢＳ信号を生成し、エンコーダ２０７がＰＲＢＳ信号を信号Ｘ（Ｄ）に変換し、目標インパルス応答更新部２０８が更新目標インパルス応答Ｂu（Ｄ）を算出する。
【０００７】
目標インパルス応答更新部２０８では、受信信号ｙ（ｔ）をＦＦＴ（高速フーリエ変換）して周波数域の受信信号Ｙ（Ｄ）を得、（２）式にしたがって適応等化器通過後の受信信号と本来受信すべき信号の差を示す目標インパルス応答Ｂu（Ｄ）を計算する。
【０００８】
Ｂu（Ｄ）＝Ｙ（Ｄ）×Ｗw（Ｄ）／Ｘ（Ｄ） …（２）
なお、Ｗw（Ｄ）はＦＩＲ型フィルタのタップ係数である。
【０００９】
目標インパルス応答時間窓部２０９では、目標インパルス応答Ｂu（Ｄ）にＩＦＦＴ処理を加えて時間域の信号に変換した後、一定長ｖタップの時間窓でタップ係数ｂｗ（ｔ）を抜き出し、さらにタップ係数ｂｗ（ｔ）にＦＦＴ処理を加えて周波数域の一定長ｖタップの目標インパルス応答信号Ｂw（Ｄ）に変換する。
【００１０】
タップ係数更新部２１０では、Ｘ（Ｄ）、Ｂw（Ｄ）、Ｙ（Ｄ）、Ｗw（Ｄ）を用いて（３）式からエラーを算出し、ＬＭＳ法（最小二乗法）によりエラーＥ（Ｄ）を最小とするタップ係数Ｗu（Ｄ）を得る。
【００１１】
Ｅ（Ｄ）＝Ｘ（Ｄ）×Ｂw（Ｄ）−Ｙ（Ｄ）×Ｗw（Ｄ） …（３）
Ｗu（Ｄ）の更新は、
Ｗu（Ｄ）＝Ｗw（Ｄ）＋２μ×Ｅ（Ｄ）×Ｘ*（Ｄ） …（４）
なお、μはＬＭＳのステップサイズ、Ｘ*はＸの複素共役を示す。
【００１２】
タップ係数時間窓部２１１では、更新されたＷu（Ｄ）を実際の信号受信時に計算するタップ数長だけ切りとってＷw（Ｄ）の値とする。
【００１３】
上記適応等化器のトレーニングでは、送信器側と受信器側で同期してＰＲＢＳを繰り返し生成し、トレーニング回路２０５でエラーＥ（Ｄ）がしきい値以内になるまで上記手順を繰り返して最終的に得られたタップ係数Ｗw（Ｄ）を適応等化器のタップ係数として用いる。これにより、劣悪な伝送路においてもそのインパルス応答を十分に短くなるように等化し、シンボル間干渉とチャネル間干渉とを除去することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記適応等化器は、目標インパルス応答更新部２０８で１回ＦＦＴ処理し、目標インパルス応答時間窓部２０９で１回ＩＦＦＴ処理及びＦＦＴ処理し、タップ係数更新部２１０で２回ＦＦＴ処理し、さらにタップ係数時間窓部２１１で１回ＩＦＦＴ処理し、上記演算をシンボル毎に繰り返しているので、演算量が膨大になるといった問題と、時間域と周波数域を往復して計算しているためフィルタ係数に誤差が含まれて信頼性が低下する問題とがあった。
【００１５】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、トレーニング過程におけるエラー計算およびタップ係数の更新を時間域で行うことにより、トレーニング期間の演算量を大幅に圧縮することができ、且つ演算誤差が混入せず、タップ係数を安定的に収束させることができる適応等化器のトレーニング回路及びそれを用いたモデム装置並びに通信装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、トレーニングを時間域で直接演算することにより、ＦＦＴを介することなく、伝送路の回線ゆがみをＦＩＲフィルタｗ（ｔ）、ＦＩＲフィルタｂ（ｔ）で適応等化する。このために、送信器側と同一のトレーニング信号を発生する手段と、トレーニング開始段階で受信されたトレーニング信号と自身で発生したトレーニング信号との時間的なずれを補正する補正手段と、エラー信号により更新される可変タップ係数と自身で発生したトレーニング信号の畳み込み演算により目標信号を算出する目標信号応答更新手段と、エラー信号により更新されるタップ係数と受信されたトレーニング信号の畳み込み演算を行い、畳み込み演算結果と前記目標信号との差分を時間域で算出して前記エラー信号を生成するタップ係数更新手段とを備えた構成とし、前記タップ係数更新手段のタップ係数が収束条件に達するまでトレーニングを繰り返すものとする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の態様は、適応等化器のタップ係数をトレーニングするためのトレーニング回路であって、トレーニング過程におけるエラー計算とタップ係数の更新を時間域で行う適応等化器のトレーニング回路である。
【００１８】
このような適応等化器のトレーニング回路によれば、エラー計算とタップ係数の更新を時間域で直接演算することにより、ＦＦＴを介することなく、伝送路の回線ゆがみをＦＩＲフィルタｗ（ｔ）、ＦＩＲフィルタｂ（ｔ）で適応等化することができ、トレーニング期間の演算量を大幅に圧縮することができ、且つ演算誤差が混入せず、タップ係数を安定的に収束させることができる。
【００１９】
本発明の第２の態様は、送信器側と同一のトレーニング信号を発生する手段と、トレーニング開始段階で受信されたトレーニング信号と自身で発生したトレーニング信号との時間的なずれを補正する補正手段と、エラー信号により更新される可変タップ係数と自身で発生したトレーニング信号の畳み込み演算により目標信号を算出する目標信号応答更新手段と、エラー信号により更新されるタップ係数と受信されたトレーニング信号の畳み込み演算を行い、畳み込み演算結果と前記目標信号との差分を時間域で算出して前記エラー信号を生成するタップ係数更新手段とを具備し、前記タップ係数更新手段のタップ係数が収束条件に達するまでトレーニングを繰り返す適応等化器のトレーニング回路である。
【００２０】
このような適応等化器のトレーニング回路によれば、目標信号応答更新手段及びタップ係数更新手段におけるタップ係数の更新が時間域で行われると共に、タップ係数更新手段におけるエラー計算までも時間域で行われることから、トレーニング期間の演算量を大幅に圧縮することができ、且つ演算誤差が混入せず、タップ係数を安定的に収束させることができる。
【００２１】
本発明の第３の態様は、第２の態様の適応等化器のトレーニング回路において、前記補正手段は、伝送路を経て受信したトレーニング信号のインパルス応答を計算する初期インパルス応答算出手段と、計算されたインパルス応答の最大パワー領域を検出し、当該検出位置に基づいて受信されたトレーニング信号と自身で発生したトレーニング信号との時間的なずれ量を検知する初期インパルス応答時間窓手段と、検出されたずれ量をもとに受信されたトレーニング信号の時間軸をシフトする時間軸シフト手段とを具備するものとした。
【００２２】
これにより、最初に計算したインパルス応答の最大パワー領域に基づいて以降に受信するトレーニング信号の時間軸をシフトさせて自身で発生するトレーニング信号の先頭と合わせた上でエラー計算するので、インパルス応答の計算は最初の１回で良い事からトレーニング過程での計算量を大幅に圧縮できる。
【００２３】
本発明の第４の態様は、第３の態様の適応等化器のトレーニング回路において、前記初期インパルス応答算出手段で計算されたインパルス応答の最大パワー領域の信号波形を、前記目標信号応答更新手段におけるタップ係数の初期値として与えるものとした。
【００２４】
これにより、インパルス応答の最大パワー領域の信号波形をタップ係数の初期値として与えるようにしたので、目標信号の変動が少なくなり、一般にタップ係数の収束が早くなり、収束後のエラー量も少なくなる。
【００２５】
本発明の第５の態様は、第１から第４の態様の適応等化器のトレーニング回路において、伝送路を経て受信されたトレーニング信号を加算平均する加算平均手段を備え、タップ係数を更新するための受信されたトレーニング信号として加算平均後の信号を用いるものとした。
【００２６】
これにより、雑音信号に影響されることなく安定したトレーニングを行うことができ、特に、シンボル毎に同一パターンが繰り返されるようなトレーニング信号の場合には効果的である。
【００２７】
本発明の第６の態様は、複数の周波数を使用する周波数多重方式で信号を送受信するモデム装置であって、第１から第５のいずれかに記載の適応等化器のトレーニング回路を備えたモデム装置である。
【００２８】
本発明の第７の態様は、第６の態様のモデム装置を搭載したことを特徴とするＡＤＳＬ端末側装置である。
【００２９】
本発明の第８の態様は、第６の態様のモデム装置を搭載したことを特徴とするＡＤＳＬ局側装置である。
【００３０】
本発明の第９の態様は、第６の態様のモデム装置を搭載したことを特徴とする通信装置である。
【００３１】
以下、本発明に係る適応等化器の実施の形態について図面を参照して具体的に説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
本発明に係る適応等化器のトレーニング回路を備えたモデム装置について説明する前に、図１４を参照して本モデム装置を介して構築される回線接続形態の一例について簡単に説明する。
【００３３】
通信事業者の収容局としての電話局からユーザ宅となる加入者宅までは銅線ケーブル２１で接続される。加入者宅では、スプリッタ２２を介して電話器２３とＡＤＳＬ端末側装置２４とが接続される。また、ＡＤＳＬ端末側装置２４に１０ＢＡＳＥ−Ｔ等のローカルネットワーク２５を経由して通信端末装置としてのパーソナルコンピュータ２６が接続されている。電話局では、ＡＤＳＬ局側装置２７を介して交換機２８とハブ（又はルータ）２９が接続されている。
【００３４】
通信端末装置２６がデータ通信を行う場合は、ＡＤＳＬ端末側装置２４と電話局のＡＤＳＬ局側装置２７との間でＡＤＳＬ方式の規格に準拠したトレーニング信号が送信されることになる。本実施の形態では、本モデム装置は加入者宅のＡＤＳＬ端末側装置２４に搭載されているものとして説明するが、電話局のＡＤＳＬ局側装置２７に搭載してもよい。なお、スプリッタ２２はＡＤＳＬ端末側装置２４に内蔵することができ、ＡＤＳＬ方式の規格がG.Liteの場合であればスプリッタは付けなくてもよい。
【００３５】
図１は送信器３００と受信器３０５とから構成され、両者を結合する伝送路３０４の伝達特性に対応して受信器３０５に備えられるモデム装置の適応等化器のタップ係数をトレーニングする通信システムの全体図である。受信器３０５は、図１４におけるＡＤＳＬ端末側装置に内蔵されており、本発明に係る適応等化器が適用されている。
【００３６】
適応等化器のトレーニングにはＰＲＢＳ信号を用いる。そのために、送信器３００ではＰＲＢＳ生成器３０１で生成されたＰＲＢＳ信号をエンコーダ３０２でエンコードして周波数域の信号Ｘ（Ｄ）を生成する。信号Ｘ（Ｄ）をＩＦＦＴ部３０３で時間域の信号ｘ（ｔ）として伝送路３０４に送出される。このとき、伝送路３０４の離散時間インパルス応答をｈ（ｔ）、混入雑音信号をｎ（ｔ）とするとき、受信器３０５で受信される信号ｙ（ｔ）は、
ｙ（ｔ）=ｘ（ｔ）＊ｈ（ｔ）+ｎ（ｔ）
と表現される。
【００３７】
一方、受信器３０５においても送信器側と同期してＰＲＢＳ生成器３０６、エンコーダ３０７により信号Ｘ（Ｄ）を生成し、初期インパルス応答算出部３０８へ入力して初期インパルス応答Ｂu（Ｄ）を計算している。
【００３８】
初期インパルス応答算出部３０８は、図２に示す機能ブロックにて構成されており、ＦＦＴ部４００が受信信号ｙ（ｔ）をＦＴＴして周波数域の信号Ｙ（Ｄ）に変換し、除算器４０１が下式にて初期インパルス応答Ｂu（Ｄ）を計算する。
【００３９】
Ｂu（Ｄ）=Ｙ（Ｄ）×Ｗw（Ｄ）／Ｘ（Ｄ）
なお、Ｗ w （Ｄ）はＦＩＲ型フィルタのタップ係数である。
ここまでの処理は上述した従来例とほぼ同様であるが、従来例においては目標インパルス応答Ｂu（Ｄ）をシンボル毎に算出し更新していく必要があるのに対して、本実施の形態においては最初に一度インパルス応答を求めれば後のシンボルにおいてインパルス応答の算出は不要となる。
【００４０】
初期インパルス応答算出部３０８で得られたインパルス応答Ｂu（Ｄ）は、初期インパルス応答時間窓部３０９に送られる。受信器側ではトレーニング開始前にはｙ（ｔ）のサンプル開始位置が不明であるため、最初はランダムなサンプル開始位置からあらかじめ取り決められたサンプル数を繰り返しサンプリングしている。初期インパルス応答算出部３０８で初期インパルス応答を求め、初期インパルス応答時間窓部３０９でインパルス応答の最大振幅位置までのシフト量Ｄｎを検出して、受信器側はサンプリング開始位置をシフト量Ｄｎだけ修正してからサンプリングを開始する。
【００４１】
図７は初期のサンプリング開始位置とインパルス応答位置との関係を示す図である。初期インパルス応答時間窓部３０９は、サンプリング開始位置をインパルス応答の最大振幅位置までシフトさせる処理と、目標インパルス応答の初期値ｂ０（ｔ）を計算する処理とを実行する。なお、本実施の形態では初期値ｂ０（ｔ）は使用しない。
【００４２】
図３は初期インパルス応答時間窓部３０９の機能ブロック図である。初期インパルス応答時間窓部３０９では、ＩＦＦＴ部５００によってインパルス応答Ｂu（Ｄ）を時間域の信号ｂｕ(t)に変換する。そして、時間窓実行部５０１においてｂｕ(t)の最大振幅部分を一定タップ長だけ切り取り、切り取った最大振幅部分を目標インパルス応答の初期値ｂ０(t)として出力する。
【００４３】
また、初期インパルス応答時間窓部３０９では、シフト数算出部５０２が初期のサンプリング開始位置からインパルス応答の最大振幅位置までの距離をずれＤｎとして計算する。本実施の形態においては適応等化トレーニングのエラーを時間域で実行するため、従来例と異なりトレーニング開始前にサンプル開始位置を補正する必要がある。但し、サンプル開始位置のズレがｗ(t),ｂ(t)のタップ数よりも小さければ、そのズレはタップ係数によって吸収できる。したがって、一旦サンプルの開始位置が補正されればその後繰り返しインパルス応答を計算する必要はなくなる。
【００４４】
時間軸シフト部３１０は、図４に示す機能ブロックで構成されており、入力信号ｙ（ｔ）をシフトレジスタ７００に順次記憶していき、読み出し位置制御部７０１がシフトレジスタ７００からの読み出し位置を上記計算したシフト量Ｄｎだけシフトさせることで、受信信号ｙ（ｔ）のサンプル開始位置をｘ（ｔ）の先頭と合わせる。
【００４５】
一方、受信器側で生成した信号Ｘ（Ｄ）は同時にＩＦＦＴ部３１２を介して目標信号応答更新部３１１にも入力している。目標信号応答更新部３１１は、ＩＦＦＴ部３１２によって時間域の信号ｘ（ｔ）に変換されたＰＲＢＳ信号とタップ係数ｂ(t)との畳み込み演算を行う。
【００４６】
図５は目標信号応答更新部３１１の機能ブロック図である。タップ係数ｂ(t)更新部８００では、タップ係数更新部３１３で求められた時間域のエラー量ｅ(t)によって再帰的に更新する。更新時の計算は、タップ係数ｂ(t)の更新は（５）式にしたがって行われる。
【００４７】
bｎ（ｔ）=ｂn-1(t)+μ1・e(t)・ｘ（ｔ） …（５）
なお、μ１はｂ(t)更新時のステップサイズを示す。
【００４８】
図６は、タップ係数更新部３１３の機能ブロック図である。タップ係数更新部３１３は畳み込み部９０１において受信信号ｙ（ｔ）とタップ係数ｗ(t)の畳み込み演算を行う。減算器９０２は、畳み込み演算結果[ｙ（ｔ）＊ｗ(t)]と、目標信号応答更新部３１１より送られてきた目標信号[ｘ（ｔ）＊ｂ(t)]との差をサンプル毎に計算し、計算結果をエラー量ｅ(t)として目標信号応答更新部３１１及びタップ係数ｗ（ｔ）更新部９００へフィードバックしている。そして、e(t)を毎サンプル単位に計算してタップ係数ｗ(t)更新部９００とタップ係数ｂ(t)更新部８００にフィードバックし、ｗ(t)とｂ(t)を再帰的に更新していくことで適応等化器タップ係数ｗ(t)を収束させていく。ｗ(t)の更新時の計算は、（６）式で示される。
【００４９】
ｗｎ（ｔ）＝ｗn-1(t)+μ2・ｅ(t)・ｙ（ｔ） …（６）
なお、μ2はｗ(t)更新時のステップサイズを示す。
【００５０】
上述した図１５の適応等化器のトレーニング回路では、ＡＤＳＬ方式の通信において、伝送路のインパルス応答がガードバンド信号より長くなった部分を周波数域のエラーＥ（Ｄ）として求め、受信信号Ｙ（Ｄ）と周波数域トレーニングベクトルＸ（Ｄ）を参照しながら目標インパルス応答の値と適応等化器のタップ係数の値を交互に漸近的、再起的に更新し、これを繰り返すことによってタップ係数の収束値を求めていくものであったが、本実施の形態ではガードバンド部を外れたインパルス応答だけをエラーとして考えるような直接的な手法ではないが、ｂ(t)のタップ係数によるｘ（ｔ）信号のフィルタがガードバンド信号部分のインパルス応答を模することとなり、トレーニングの結果としてシンボル間の干渉を低減するタップ係数をトレーニングすることが可能となる。
【００５１】
このような本実施の形態によれば、トレーニング過程におけるエラー計算およびタップ係数の更新を時間域で行うため、ＦＦＴ/ＩＦＦＴの定期的な演算が不要であり、トレーニングの演算量を大幅に圧縮することができる。また従来例のように時間域と周波数域の変換を行ないながらのトレーニングでは、ＦＦＴの演算精度誤差により図８に示すような変換時のエラー誤差が最後まで残ってしまうが、本実施の形態では時間域での演算のみで収束させていくためタップ係数の安定的な収束を得ることが可能である。
【００５２】
（実施の形態２）
本実施の形態は、適応等化器のタップ係数ｂ（ｔ）を正常に収束させるために初期インパルス応答時間窓部で得た目標インパルス応答の初期値ｂ０（ｔ）を、目標信号応答更新部にタップ係数ｂ（ｔ）の初期値として入力する。
【００５３】
図９は受信器１１００に備えられる適応等化器のタップ係数をトレーニングする通信システムの全体図である。なお、上記実施の形態１の各部と同一機能を有する部分には同一符号を付している。
【００５４】
受信器１１００では、初期インパルス応答時間窓部１１０１で得た目標インパルス応答の初期値ｂ０（ｔ）が、目標信号応答更新部１１０２にタップ係数ｂ（ｔ）の初期値として入力する。その他の構成は上記実施の形態と同じである。図１０に初期インパルス応答時間窓部１１０１のブロック図を示し、図１１に目標信号応答更新部１１０２のブロック図を示している。初期インパルス応答時間窓部１１０１の時間窓実行部１２０１が算出した初期値ｂ０（ｔ）が、目標信号応答更新部１１０２のタップ係数ｂ（ｔ）更新部１３００に初期値として与えられている。
【００５５】
ここで、従来例においてはＢw（Ｄ）,Ｗw(Ｄ)の係数が０に収束しないようＢw（Ｄ）又はＷw(Ｄ)にノーマライズしていた。本発明においてもｂ(t)の初期値が例えば[0...1 0 1...0]のように設定すると、ｂ(t)のタップ係数がロウパスフィルタの役割を行ってしまい、目標インパルス応答の高域成分が減少してしまうためタップ係数が正常に収束しなくなってしまう。ｂ(t),ｗ(t)をそれぞれ[0...0 1 0...]のようにセンタータップに１を立てるようにすればタップ係数は収束するが、それでもｂ(t),ｗ(t)の更新時のステップサイズμ1,μ2の値に注意しないとうまく係数が収束しない。これは、ｂ(t),ｗ(t)が同時に更新され、２つのタップ係数がお互いの目標到達数値に漸近的に近づいてくためである。
【００５６】
本実施の形態では、このような問題を避けるためにタップ係数ｂ(t)の初期値として、初期インパルス応答時間窓部１１０１で求めたｂ０(t)を初期値として与えている。このような初期値ｂ０（ｔ）を与えた場合におけるタップ係数ｂ(t)の収束値は、インパルス応答の最大パワー振幅波形に類似したものになることがシミュレーションによって確認されている。したがって、初期インパルス応答時間窓部１１０１で求めたｂ０(t)をｂ(t)の初期値として与え、ｂ(t)の更新時のステップサイズμ1をｗ(t)の更新時のステップサイズμ2よりも小さく設定することで、目標信号の変動が少なくなり、一般にタップ係数の収束が早くなり、収束後のエラー量も少なくなる。
【００５７】
（実施の形態３）
本実施の形態は、受信信号ｙ(t)の加算平均を算出し、加算平均結果をもとにタップ係数のトレーニングを行うことにより雑音信号の混入を抑えるようにしたものである。
【００５８】
上記実施の形態１で述べたように、受信器で受け取る信号ｙ(t)には混入雑音信号ｎ(t)が含まれる。雑音信号が混入するとタップ係数の収束にバラツキが生じる。また、雑音がある程度よりも強いとタップ係数が収束しない可能性も生じる。そこで、本実施の形態では雑音信号の混入を抑えるために受信信号ｙ(t)の加算平均を算出するものとした。
【００５９】
図１２は受信器１５００に備えられる適応等化器のタップ係数をトレーニングする通信システムの全体図である。なお、上記実施の形態１の各部と同一機能を有する部分には同一符号を付している。本実施の形態では、受信器１５００で受信信号ｙ（ｔ）をトレーニング回路にそのまま与えずに加算平均算出部１５０１に入力してシンボル信号の加算平均を計算する。
【００６０】
ここで、雑音混入信号ｎ(t)は一般に時間的にランダムな信号であるがＡＤＳＬ方式においてトレーニングに用いられるＰＲＢＳ信号はシンボル毎に繰り返される信号である。このため、シンボル信号の加算平均を計算することにより、雑音信号の影響を抑え、ＰＲＢＳ信号のみを抽出することが可能となる。この様子を図１３（ａ）（ｂ）に示す。
【００６１】
加算平均算出部１５０１によって雑音信号の影響を抑えた信号を、初期インパルス応答算出部３０８に入力してタップ係数のトレーニングを行うことにより、雑音信号に影響されることなく安定したトレーニングを行うことができる。
【００６２】
なお、上記実施の形態３に示す受信器１５００において、実施の形態２と同様に初期インパルス応答時間窓部３０９で計算されるｂ０（ｔ）を目標信号応答更新部３１１にタップ係数ｂ（ｔ）の初期値として入力するようにしてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明による適応等化器のタップ係数トレーニング回路によれば、トレーニング過程におけるエラー計算およびタップ係数の更新を時間域で行うことができるため、トレーニング期間の演算量を大幅に圧縮することができる。またIFFT/FFTを介することによる時間軸と周波数軸の変換を行わないため変換による演算誤差が混入せず、タップ係数の安定的な収束を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による適応等化器のトレーニング回路のブロック図
【図２】図１に示す初期インパルス応答算出部の内部構成を示すブロック図
【図３】図１に示す初期インパルス応答時間窓部の内部構成を示すブロック図
【図４】図１に示す時間軸シフト部の内部構成を示すブロック図
【図５】図１に示す目標信号応答更新部の内部構成を示すブロック図
【図６】図１に示すタップ係数更新部の内部構成を示すブロック図
【図７】図１に示す時間軸シフト部におけるサンプル開始位置のシフト動作を示す図
【図８】従来例におけるエラー収束誤差を示すグラフ図
【図９】本発明の実施の形態２による適応等化器のトレーニング回路のブロック図
【図１０】図９に示す初期インパルス応答時間窓部の内部構成を示すブロック図
【図１１】図９に示す目標信号応答更新部の内部構成を示すブロック図
【図１２】本発明の実施の形態３による適応等化器のトレーニング回路のブロック図
【図１３】加算平均による混入雑音の低下を示すグラフ図
【図１４】実施の形態１，２，３の適応等化器のトレーニング回路が適用される通信システムの接続形態の一例を示す図
【図１５】従来の適応等化器のトレーニング回路のブロック図
【符号の説明】
２１ ケーブル
２２ スプリッタ
２４ ＡＤＳＬ端末側装置
２７ ＡＤＳＬ局側装置
３００ 送信器
３０４ 伝送路
３０５、１１００、１５００ 受信器
３０６ ＰＲＢＳ生成器
３０７ エンコーダ
３０８ 初期インパルス応答算出部
３０９ 初期インパルス応答時間窓部
３１０ 時間軸シフト部
３１１ 目標信号応答更新部
３１２ ＩＦＦＴ部
３１３ タップ係数更新部
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数多重方式で通信するモデムに適用可能な適応等化器及びその適応等化器を用いた通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メタルケーブルを使用して高速のデータ通信を実現する技術としてＡＤＳＬ（Asymmetric Digital Subscriber Line）が開発されている。ＡＤＳＬ装置では、送信データは複数の周波数に数ビットづつ割り当てられ、ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）された後に伝送路へ送出される。以後の説明ではこの方式を周波数多重方式と呼ぶ。送信データは、ＩＦＦＴ処理の１単位毎に１シンボルとして区切られ、シンボル間の干渉をガードするためガードバンドを付加した信号が１シンボルとして送出される。例えば、ＡＤＳＬの規格の一つであるＧ．Ｌｉｔｅの場合、下りでは２５６サンプルのデータに１６サンプルのガードバンドが付加される。実回線においてはシンボル間の干渉がガードバンドよりも長くなることが予想されるため、受信器においてシンボル間の干渉を低減させる適応等化器が備えられる。特開平7-516790号公報には適応等化器として用いられたＦＩＲ型フィルタのタップ係数を短時間に安定的に適応させる適応等化器のトレーニング回路が開示されている。
【０００３】
図１５はかかる適応等化器のトレーニング回路の機能ブロック図である。適応等化器のトレーニング時は、送信器２００においてＰＲＢＳ生成器２０１でＰＲＢＳ（擬似ランダムシーケンス）信号を生成し、エンコーダ２０２でＰＲＢＳ信号をエンコードして周波数域の信号Ｘ（Ｄ）を生成し、ＩＦＦＴ部２０３でＸ（Ｄ）を時間域の信号ｘ（ｔ）に変換してから伝送路２０４へ送出する。本明細書では周波数域信号一般を英大文字に（Ｄ）を付けた文字で表し、時間域信号一般を小文字に（ｔ）を付けた文字で表す。
【０００４】
ここで、伝送路２０４の離散時間インパルス応答をｈ（ｔ）、混入雑音信号をｎ（ｔ）とすると、受信器側で受ける信号ｙ（ｔ）は（１）式で表現される。
【０００５】
ｙ（ｔ）＝ｘ（ｔ）＊ｈ（ｔ）＋ｎ（ｔ） …（１）
なお、「＊」は畳み込み演算を表す。
【０００６】
受信器側のトレーニング回路２０５では、適応等化器が一定長ｖタップ以内のインパルス応答長に等化し得るインパルス応答の周波数域ベクトルをターゲットとして目標インパルス応答Ｂw（Ｄ）の値を漸近的に更新する。そのために、ＰＲＢＳ生成器２０６が送信器側と同期してＰＲＢＳ信号を生成し、エンコーダ２０７がＰＲＢＳ信号を信号Ｘ（Ｄ）に変換し、目標インパルス応答更新部２０８が更新目標インパルス応答Ｂu（Ｄ）を算出する。
【０００７】
目標インパルス応答更新部２０８では、受信信号ｙ（ｔ）をＦＦＴ（高速フーリエ変換）して周波数域の受信信号Ｙ（Ｄ）を得、（２）式にしたがって適応等化器通過後の受信信号と本来受信すべき信号の差を示す目標インパルス応答Ｂu（Ｄ）を計算する。
【０００８】
Ｂu（Ｄ）＝Ｙ（Ｄ）×Ｗw（Ｄ）／Ｘ（Ｄ） …（２）
なお、Ｗw（Ｄ）はＦＩＲ型フィルタのタップ係数である。
【０００９】
目標インパルス応答時間窓部２０９では、目標インパルス応答Ｂu（Ｄ）にＩＦＦＴ処理を加えて時間域の信号に変換した後、一定長ｖタップの時間窓でタップ係数ｂｗ（ｔ）を抜き出し、さらにタップ係数ｂｗ（ｔ）にＦＦＴ処理を加えて周波数域の一定長ｖタップの目標インパルス応答信号Ｂw（Ｄ）に変換する。
【００１０】
タップ係数更新部２１０では、Ｘ（Ｄ）、Ｂw（Ｄ）、Ｙ（Ｄ）、Ｗw（Ｄ）を用いて（３）式からエラーを算出し、ＬＭＳ法（最小二乗法）によりエラーＥ（Ｄ）を最小とするタップ係数Ｗu（Ｄ）を得る。
【００１１】
Ｅ（Ｄ）＝Ｘ（Ｄ）×Ｂw（Ｄ）−Ｙ（Ｄ）×Ｗw（Ｄ） …（３）
Ｗu（Ｄ）の更新は、
Ｗu（Ｄ）＝Ｗw（Ｄ）＋２μ×Ｅ（Ｄ）×Ｘ*（Ｄ） …（４）
なお、μはＬＭＳのステップサイズ、Ｘ*はＸの複素共役を示す。
【００１２】
タップ係数時間窓部２１１では、更新されたＷu（Ｄ）を実際の信号受信時に計算するタップ数長だけ切りとってＷw（Ｄ）の値とする。
【００１３】
上記適応等化器のトレーニングでは、送信器側と受信器側で同期してＰＲＢＳを繰り返し生成し、トレーニング回路２０５でエラーＥ（Ｄ）がしきい値以内になるまで上記手順を繰り返して最終的に得られたタップ係数Ｗw（Ｄ）を適応等化器のタップ係数として用いる。これにより、劣悪な伝送路においてもそのインパルス応答を十分に短くなるように等化し、シンボル間干渉とチャネル間干渉とを除去することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記適応等化器は、目標インパルス応答更新部２０８で１回ＦＦＴ処理し、目標インパルス応答時間窓部２０９で１回ＩＦＦＴ処理及びＦＦＴ処理し、タップ係数更新部２１０で２回ＦＦＴ処理し、さらにタップ係数時間窓部２１１で１回ＩＦＦＴ処理し、上記演算をシンボル毎に繰り返しているので、演算量が膨大になるといった問題と、時間域と周波数域を往復して計算しているためフィルタ係数に誤差が含まれて信頼性が低下する問題とがあった。
【００１５】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、トレーニング過程におけるエラー計算およびタップ係数の更新を時間域で行うことにより、トレーニング期間の演算量を大幅に圧縮することができ、且つ演算誤差が混入せず、タップ係数を安定的に収束させることができる適応等化器のトレーニング回路及びそれを用いたモデム装置並びに通信装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、トレーニングを時間域で直接演算することにより、ＦＦＴを介することなく、伝送路の回線ゆがみをＦＩＲフィルタｗ（ｔ）、ＦＩＲフィルタｂ（ｔ）で適応等化する。このために、送信器側と同一のトレーニング信号を発生する手段と、トレーニング開始段階で受信されたトレーニング信号と自身で発生したトレーニング信号との時間的なずれを補正する補正手段と、エラー信号により更新される可変タップ係数と自身で発生したトレーニング信号の畳み込み演算により目標信号を算出する目標信号応答更新手段と、エラー信号により更新されるタップ係数と受信されたトレーニング信号の畳み込み演算を行い、畳み込み演算結果と前記目標信号との差分を時間域で算出して前記エラー信号を生成するタップ係数更新手段とを備えた構成とし、前記タップ係数更新手段のタップ係数が収束条件に達するまでトレーニングを繰り返すものとする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の態様は、適応等化器のタップ係数をトレーニングするためのトレーニング回路であって、トレーニング過程におけるエラー計算とタップ係数の更新を時間域で行う適応等化器のトレーニング回路である。
【００１８】
このような適応等化器のトレーニング回路によれば、エラー計算とタップ係数の更新を時間域で直接演算することにより、ＦＦＴを介することなく、伝送路の回線ゆがみをＦＩＲフィルタｗ（ｔ）、ＦＩＲフィルタｂ（ｔ）で適応等化することができ、トレーニング期間の演算量を大幅に圧縮することができ、且つ演算誤差が混入せず、タップ係数を安定的に収束させることができる。
【００１９】
本発明の第２の態様は、送信器側と同一のトレーニング信号を発生する手段と、トレーニング開始段階で受信されたトレーニング信号と自身で発生したトレーニング信号との時間的なずれを補正する補正手段と、エラー信号により更新される可変タップ係数と自身で発生したトレーニング信号の畳み込み演算により目標信号を算出する目標信号応答更新手段と、エラー信号により更新されるタップ係数と受信されたトレーニング信号の畳み込み演算を行い、畳み込み演算結果と前記目標信号との差分を時間域で算出して前記エラー信号を生成するタップ係数更新手段とを具備し、前記タップ係数更新手段のタップ係数が収束条件に達するまでトレーニングを繰り返す適応等化器のトレーニング回路である。
【００２０】
このような適応等化器のトレーニング回路によれば、目標信号応答更新手段及びタップ係数更新手段におけるタップ係数の更新が時間域で行われると共に、タップ係数更新手段におけるエラー計算までも時間域で行われることから、トレーニング期間の演算量を大幅に圧縮することができ、且つ演算誤差が混入せず、タップ係数を安定的に収束させることができる。
【００２１】
本発明の第３の態様は、第２の態様の適応等化器のトレーニング回路において、前記補正手段は、伝送路を経て受信したトレーニング信号のインパルス応答を計算する初期インパルス応答算出手段と、計算されたインパルス応答の最大パワー領域を検出し、当該検出位置に基づいて受信されたトレーニング信号と自身で発生したトレーニング信号との時間的なずれ量を検知する初期インパルス応答時間窓手段と、検出されたずれ量をもとに受信されたトレーニング信号の時間軸をシフトする時間軸シフト手段とを具備するものとした。
【００２２】
これにより、最初に計算したインパルス応答の最大パワー領域に基づいて以降に受信するトレーニング信号の時間軸をシフトさせて自身で発生するトレーニング信号の先頭と合わせた上でエラー計算するので、インパルス応答の計算は最初の１回で良い事からトレーニング過程での計算量を大幅に圧縮できる。
【００２３】
本発明の第４の態様は、第３の態様の適応等化器のトレーニング回路において、前記初期インパルス応答算出手段で計算されたインパルス応答の最大パワー領域の信号波形を、前記目標信号応答更新手段におけるタップ係数の初期値として与えるものとした。
【００２４】
これにより、インパルス応答の最大パワー領域の信号波形をタップ係数の初期値として与えるようにしたので、目標信号の変動が少なくなり、一般にタップ係数の収束が早くなり、収束後のエラー量も少なくなる。
【００２５】
本発明の第５の態様は、第１から第４の態様の適応等化器のトレーニング回路において、伝送路を経て受信されたトレーニング信号を加算平均する加算平均手段を備え、タップ係数を更新するための受信されたトレーニング信号として加算平均後の信号を用いるものとした。
【００２６】
これにより、雑音信号に影響されることなく安定したトレーニングを行うことができ、特に、シンボル毎に同一パターンが繰り返されるようなトレーニング信号の場合には効果的である。
【００２７】
本発明の第６の態様は、複数の周波数を使用する周波数多重方式で信号を送受信するモデム装置であって、第１から第５のいずれかに記載の適応等化器のトレーニング回路を備えたモデム装置である。
【００２８】
本発明の第７の態様は、第６の態様のモデム装置を搭載したことを特徴とするＡＤＳＬ端末側装置である。
【００２９】
本発明の第８の態様は、第６の態様のモデム装置を搭載したことを特徴とするＡＤＳＬ局側装置である。
【００３０】
本発明の第９の態様は、第６の態様のモデム装置を搭載したことを特徴とする通信装置である。
【００３１】
以下、本発明に係る適応等化器の実施の形態について図面を参照して具体的に説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
本発明に係る適応等化器のトレーニング回路を備えたモデム装置について説明する前に、図１４を参照して本モデム装置を介して構築される回線接続形態の一例について簡単に説明する。
【００３３】
通信事業者の収容局としての電話局からユーザ宅となる加入者宅までは銅線ケーブル２１で接続される。加入者宅では、スプリッタ２２を介して電話器２３とＡＤＳＬ端末側装置２４とが接続される。また、ＡＤＳＬ端末側装置２４に１０ＢＡＳＥ−Ｔ等のローカルネットワーク２５を経由して通信端末装置としてのパーソナルコンピュータ２６が接続されている。電話局では、ＡＤＳＬ局側装置２７を介して交換機２８とハブ（又はルータ）２９が接続されている。
【００３４】
通信端末装置２６がデータ通信を行う場合は、ＡＤＳＬ端末側装置２４と電話局のＡＤＳＬ局側装置２７との間でＡＤＳＬ方式の規格に準拠したトレーニング信号が送信されることになる。本実施の形態では、本モデム装置は加入者宅のＡＤＳＬ端末側装置２４に搭載されているものとして説明するが、電話局のＡＤＳＬ局側装置２７に搭載してもよい。なお、スプリッタ２２はＡＤＳＬ端末側装置２４に内蔵することができ、ＡＤＳＬ方式の規格がG.Liteの場合であればスプリッタは付けなくてもよい。
【００３５】
図１は送信器３００と受信器３０５とから構成され、両者を結合する伝送路３０４の伝達特性に対応して受信器３０５に備えられるモデム装置の適応等化器のタップ係数をトレーニングする通信システムの全体図である。受信器３０５は、図１４におけるＡＤＳＬ端末側装置に内蔵されており、本発明に係る適応等化器が適用されている。
【００３６】
適応等化器のトレーニングにはＰＲＢＳ信号を用いる。そのために、送信器３００ではＰＲＢＳ生成器３０１で生成されたＰＲＢＳ信号をエンコーダ３０２でエンコードして周波数域の信号Ｘ（Ｄ）を生成する。信号Ｘ（Ｄ）をＩＦＦＴ部３０３で時間域の信号ｘ（ｔ）として伝送路３０４に送出される。このとき、伝送路３０４の離散時間インパルス応答をｈ（ｔ）、混入雑音信号をｎ（ｔ）とするとき、受信器３０５で受信される信号ｙ（ｔ）は、
ｙ（ｔ）=ｘ（ｔ）＊ｈ（ｔ）+ｎ（ｔ）
と表現される。
【００３７】
一方、受信器３０５においても送信器側と同期してＰＲＢＳ生成器３０６、エンコーダ３０７により信号Ｘ（Ｄ）を生成し、初期インパルス応答算出部３０８へ入力して初期インパルス応答Ｂu（Ｄ）を計算している。
【００３８】
初期インパルス応答算出部３０８は、図２に示す機能ブロックにて構成されており、ＦＦＴ部４００が受信信号ｙ（ｔ）をＦＴＴして周波数域の信号Ｙ（Ｄ）に変換し、除算器４０１が下式にて初期インパルス応答Ｂu（Ｄ）を計算する。
【００３９】
Ｂu（Ｄ）=Ｙ（Ｄ）×Ｗw（Ｄ）／Ｘ（Ｄ）
なお、Ｗ w （Ｄ）はＦＩＲ型フィルタのタップ係数である。
ここまでの処理は上述した従来例とほぼ同様であるが、従来例においては目標インパルス応答Ｂu（Ｄ）をシンボル毎に算出し更新していく必要があるのに対して、本実施の形態においては最初に一度インパルス応答を求めれば後のシンボルにおいてインパルス応答の算出は不要となる。
【００４０】
初期インパルス応答算出部３０８で得られたインパルス応答Ｂu（Ｄ）は、初期インパルス応答時間窓部３０９に送られる。受信器側ではトレーニング開始前にはｙ（ｔ）のサンプル開始位置が不明であるため、最初はランダムなサンプル開始位置からあらかじめ取り決められたサンプル数を繰り返しサンプリングしている。初期インパルス応答算出部３０８で初期インパルス応答を求め、初期インパルス応答時間窓部３０９でインパルス応答の最大振幅位置までのシフト量Ｄｎを検出して、受信器側はサンプリング開始位置をシフト量Ｄｎだけ修正してからサンプリングを開始する。
【００４１】
図７は初期のサンプリング開始位置とインパルス応答位置との関係を示す図である。初期インパルス応答時間窓部３０９は、サンプリング開始位置をインパルス応答の最大振幅位置までシフトさせる処理と、目標インパルス応答の初期値ｂ０（ｔ）を計算する処理とを実行する。なお、本実施の形態では初期値ｂ０（ｔ）は使用しない。
【００４２】
図３は初期インパルス応答時間窓部３０９の機能ブロック図である。初期インパルス応答時間窓部３０９では、ＩＦＦＴ部５００によってインパルス応答Ｂu（Ｄ）を時間域の信号ｂｕ(t)に変換する。そして、時間窓実行部５０１においてｂｕ(t)の最大振幅部分を一定タップ長だけ切り取り、切り取った最大振幅部分を目標インパルス応答の初期値ｂ０(t)として出力する。
【００４３】
また、初期インパルス応答時間窓部３０９では、シフト数算出部５０２が初期のサンプリング開始位置からインパルス応答の最大振幅位置までの距離をずれＤｎとして計算する。本実施の形態においては適応等化トレーニングのエラーを時間域で実行するため、従来例と異なりトレーニング開始前にサンプル開始位置を補正する必要がある。但し、サンプル開始位置のズレがｗ(t),ｂ(t)のタップ数よりも小さければ、そのズレはタップ係数によって吸収できる。したがって、一旦サンプルの開始位置が補正されればその後繰り返しインパルス応答を計算する必要はなくなる。
【００４４】
時間軸シフト部３１０は、図４に示す機能ブロックで構成されており、入力信号ｙ（ｔ）をシフトレジスタ７００に順次記憶していき、読み出し位置制御部７０１がシフトレジスタ７００からの読み出し位置を上記計算したシフト量Ｄｎだけシフトさせることで、受信信号ｙ（ｔ）のサンプル開始位置をｘ（ｔ）の先頭と合わせる。
【００４５】
一方、受信器側で生成した信号Ｘ（Ｄ）は同時にＩＦＦＴ部３１２を介して目標信号応答更新部３１１にも入力している。目標信号応答更新部３１１は、ＩＦＦＴ部３１２によって時間域の信号ｘ（ｔ）に変換されたＰＲＢＳ信号とタップ係数ｂ(t)との畳み込み演算を行う。
【００４６】
図５は目標信号応答更新部３１１の機能ブロック図である。タップ係数ｂ(t)更新部８００では、タップ係数更新部３１３で求められた時間域のエラー量ｅ(t)によって再帰的に更新する。更新時の計算は、タップ係数ｂ(t)の更新は（５）式にしたがって行われる。
【００４７】
bｎ（ｔ）=ｂn-1(t)+μ1・e(t)・ｘ（ｔ） …（５）
なお、μ１はｂ(t)更新時のステップサイズを示す。
【００４８】
図６は、タップ係数更新部３１３の機能ブロック図である。タップ係数更新部３１３は畳み込み部９０１において受信信号ｙ（ｔ）とタップ係数ｗ(t)の畳み込み演算を行う。減算器９０２は、畳み込み演算結果[ｙ（ｔ）＊ｗ(t)]と、目標信号応答更新部３１１より送られてきた目標信号[ｘ（ｔ）＊ｂ(t)]との差をサンプル毎に計算し、計算結果をエラー量ｅ(t)として目標信号応答更新部３１１及びタップ係数ｗ（ｔ）更新部９００へフィードバックしている。そして、e(t)を毎サンプル単位に計算してタップ係数ｗ(t)更新部９００とタップ係数ｂ(t)更新部８００にフィードバックし、ｗ(t)とｂ(t)を再帰的に更新していくことで適応等化器タップ係数ｗ(t)を収束させていく。ｗ(t)の更新時の計算は、（６）式で示される。
【００４９】
ｗｎ（ｔ）＝ｗn-1(t)+μ2・ｅ(t)・ｙ（ｔ） …（６）
なお、μ2はｗ(t)更新時のステップサイズを示す。
【００５０】
上述した図１５の適応等化器のトレーニング回路では、ＡＤＳＬ方式の通信において、伝送路のインパルス応答がガードバンド信号より長くなった部分を周波数域のエラーＥ（Ｄ）として求め、受信信号Ｙ（Ｄ）と周波数域トレーニングベクトルＸ（Ｄ）を参照しながら目標インパルス応答の値と適応等化器のタップ係数の値を交互に漸近的、再起的に更新し、これを繰り返すことによってタップ係数の収束値を求めていくものであったが、本実施の形態ではガードバンド部を外れたインパルス応答だけをエラーとして考えるような直接的な手法ではないが、ｂ(t)のタップ係数によるｘ（ｔ）信号のフィルタがガードバンド信号部分のインパルス応答を模することとなり、トレーニングの結果としてシンボル間の干渉を低減するタップ係数をトレーニングすることが可能となる。
【００５１】
このような本実施の形態によれば、トレーニング過程におけるエラー計算およびタップ係数の更新を時間域で行うため、ＦＦＴ/ＩＦＦＴの定期的な演算が不要であり、トレーニングの演算量を大幅に圧縮することができる。また従来例のように時間域と周波数域の変換を行ないながらのトレーニングでは、ＦＦＴの演算精度誤差により図８に示すような変換時のエラー誤差が最後まで残ってしまうが、本実施の形態では時間域での演算のみで収束させていくためタップ係数の安定的な収束を得ることが可能である。
【００５２】
（実施の形態２）
本実施の形態は、適応等化器のタップ係数ｂ（ｔ）を正常に収束させるために初期インパルス応答時間窓部で得た目標インパルス応答の初期値ｂ０（ｔ）を、目標信号応答更新部にタップ係数ｂ（ｔ）の初期値として入力する。
【００５３】
図９は受信器１１００に備えられる適応等化器のタップ係数をトレーニングする通信システムの全体図である。なお、上記実施の形態１の各部と同一機能を有する部分には同一符号を付している。
【００５４】
受信器１１００では、初期インパルス応答時間窓部１１０１で得た目標インパルス応答の初期値ｂ０（ｔ）が、目標信号応答更新部１１０２にタップ係数ｂ（ｔ）の初期値として入力する。その他の構成は上記実施の形態と同じである。図１０に初期インパルス応答時間窓部１１０１のブロック図を示し、図１１に目標信号応答更新部１１０２のブロック図を示している。初期インパルス応答時間窓部１１０１の時間窓実行部１２０１が算出した初期値ｂ０（ｔ）が、目標信号応答更新部１１０２のタップ係数ｂ（ｔ）更新部１３００に初期値として与えられている。
【００５５】
ここで、従来例においてはＢw（Ｄ）,Ｗw(Ｄ)の係数が０に収束しないようＢw（Ｄ）又はＷw(Ｄ)にノーマライズしていた。本発明においてもｂ(t)の初期値が例えば[0...1 0 1...0]のように設定すると、ｂ(t)のタップ係数がロウパスフィルタの役割を行ってしまい、目標インパルス応答の高域成分が減少してしまうためタップ係数が正常に収束しなくなってしまう。ｂ(t),ｗ(t)をそれぞれ[0...0 1 0...]のようにセンタータップに１を立てるようにすればタップ係数は収束するが、それでもｂ(t),ｗ(t)の更新時のステップサイズμ1,μ2の値に注意しないとうまく係数が収束しない。これは、ｂ(t),ｗ(t)が同時に更新され、２つのタップ係数がお互いの目標到達数値に漸近的に近づいてくためである。
【００５６】
本実施の形態では、このような問題を避けるためにタップ係数ｂ(t)の初期値として、初期インパルス応答時間窓部１１０１で求めたｂ０(t)を初期値として与えている。このような初期値ｂ０（ｔ）を与えた場合におけるタップ係数ｂ(t)の収束値は、インパルス応答の最大パワー振幅波形に類似したものになることがシミュレーションによって確認されている。したがって、初期インパルス応答時間窓部１１０１で求めたｂ０(t)をｂ(t)の初期値として与え、ｂ(t)の更新時のステップサイズμ1をｗ(t)の更新時のステップサイズμ2よりも小さく設定することで、目標信号の変動が少なくなり、一般にタップ係数の収束が早くなり、収束後のエラー量も少なくなる。
【００５７】
（実施の形態３）
本実施の形態は、受信信号ｙ(t)の加算平均を算出し、加算平均結果をもとにタップ係数のトレーニングを行うことにより雑音信号の混入を抑えるようにしたものである。
【００５８】
上記実施の形態１で述べたように、受信器で受け取る信号ｙ(t)には混入雑音信号ｎ(t)が含まれる。雑音信号が混入するとタップ係数の収束にバラツキが生じる。また、雑音がある程度よりも強いとタップ係数が収束しない可能性も生じる。そこで、本実施の形態では雑音信号の混入を抑えるために受信信号ｙ(t)の加算平均を算出するものとした。
【００５９】
図１２は受信器１５００に備えられる適応等化器のタップ係数をトレーニングする通信システムの全体図である。なお、上記実施の形態１の各部と同一機能を有する部分には同一符号を付している。本実施の形態では、受信器１５００で受信信号ｙ（ｔ）をトレーニング回路にそのまま与えずに加算平均算出部１５０１に入力してシンボル信号の加算平均を計算する。
【００６０】
ここで、雑音混入信号ｎ(t)は一般に時間的にランダムな信号であるがＡＤＳＬ方式においてトレーニングに用いられるＰＲＢＳ信号はシンボル毎に繰り返される信号である。このため、シンボル信号の加算平均を計算することにより、雑音信号の影響を抑え、ＰＲＢＳ信号のみを抽出することが可能となる。この様子を図１３（ａ）（ｂ）に示す。
【００６１】
加算平均算出部１５０１によって雑音信号の影響を抑えた信号を、初期インパルス応答算出部３０８に入力してタップ係数のトレーニングを行うことにより、雑音信号に影響されることなく安定したトレーニングを行うことができる。
【００６２】
なお、上記実施の形態３に示す受信器１５００において、実施の形態２と同様に初期インパルス応答時間窓部３０９で計算されるｂ０（ｔ）を目標信号応答更新部３１１にタップ係数ｂ（ｔ）の初期値として入力するようにしてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明による適応等化器のタップ係数トレーニング回路によれば、トレーニング過程におけるエラー計算およびタップ係数の更新を時間域で行うことができるため、トレーニング期間の演算量を大幅に圧縮することができる。またIFFT/FFTを介することによる時間軸と周波数軸の変換を行わないため変換による演算誤差が混入せず、タップ係数の安定的な収束を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による適応等化器のトレーニング回路のブロック図
【図２】図１に示す初期インパルス応答算出部の内部構成を示すブロック図
【図３】図１に示す初期インパルス応答時間窓部の内部構成を示すブロック図
【図４】図１に示す時間軸シフト部の内部構成を示すブロック図
【図５】図１に示す目標信号応答更新部の内部構成を示すブロック図
【図６】図１に示すタップ係数更新部の内部構成を示すブロック図
【図７】図１に示す時間軸シフト部におけるサンプル開始位置のシフト動作を示す図
【図８】従来例におけるエラー収束誤差を示すグラフ図
【図９】本発明の実施の形態２による適応等化器のトレーニング回路のブロック図
【図１０】図９に示す初期インパルス応答時間窓部の内部構成を示すブロック図
【図１１】図９に示す目標信号応答更新部の内部構成を示すブロック図
【図１２】本発明の実施の形態３による適応等化器のトレーニング回路のブロック図
【図１３】加算平均による混入雑音の低下を示すグラフ図
【図１４】実施の形態１，２，３の適応等化器のトレーニング回路が適用される通信システムの接続形態の一例を示す図
【図１５】従来の適応等化器のトレーニング回路のブロック図
【符号の説明】
２１ ケーブル
２２ スプリッタ
２４ ＡＤＳＬ端末側装置
２７ ＡＤＳＬ局側装置
３００ 送信器
３０４ 伝送路
３０５、１１００、１５００ 受信器
３０６ ＰＲＢＳ生成器
３０７ エンコーダ
３０８ 初期インパルス応答算出部
３０９ 初期インパルス応答時間窓部
３１０ 時間軸シフト部
３１１ 目標信号応答更新部
３１２ ＩＦＦＴ部
３１３ タップ係数更新部
Claims (8)
- 送信器側と同一のトレーニング信号を発生する手段と、トレーニング開始段階で受信されたトレーニング信号と自身で発生したトレーニング信号との時間的なずれを補正する補正手段と、エラー信号により更新される可変タップ係数と自身で発生したトレーニング信号の畳み込み演算により目標信号を算出する目標信号応答更新手段と、エラー信号により更新されるタップ係数と受信されたトレーニング信号の畳み込み演算を行い、畳み込み演算結果と前記目標信号との差分を時間域で算出して前記エラー信号を生成するタップ係数更新手段とを具備し、前記タップ係数更新手段のタップ係数が収束条件に達するまでトレーニングを繰り返す適応等化器のトレーニング回路。
- 前記補正手段は、伝送路を経て受信したトレーニング信号のインパルス応答を計算する初期インパルス応答算出手段と、計算されたインパルス応答の最大パワー領域を検出し、当該検出位置に基づいて受信されたトレーニング信号と自身で発生したトレーニング信号との時間的なずれ量を検知する初期インパルス応答時間窓手段と、検出されたずれ量をもとに受信されたトレーニング信号の時間軸をシフトする時間軸シフト手段と、を具備する請求項１記載の適応等化器のトレーニング回路。
- 前記初期インパルス応答算出手段で計算されたインパルス応答の最大パワー領域の信号波形を、前記目標信号応答更新手段におけるタップ係数の初期値として与えることを特徴とする請求項２記載の適応等化器のトレーニング回路。
- 伝送路を経て受信されたトレーニング信号を加算平均する加算平均手段を備え、タップ係数を更新するための受信されたトレーニング信号として加算平均後の信号を用いることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の適応等化器のトレーニング回路。
- 複数の周波数を使用する周波数多重方式で信号を送受信するモデム装置であって、請求項１から請求項４のいずれかに記載の適応等化器のトレーニング回路を備えたモデム装置。
- 請求項５記載のモデム装置を搭載したことを特徴とするＡＤＳＬ端末側装置。
- 請求項５記載のモデム装置を搭載したことを特徴とするＡＤＳＬ局側装置。
- 請求項５記載のモデム装置を搭載したことを特徴とする通信装置。
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