JP3875332B2

JP3875332B2 - 伝送装置及び伝送方法

Info

Publication number: JP3875332B2
Application number: JP00579197A
Authority: JP
Inventors: 秀和渡辺; 誠一泉; アミル−アリクハニハミッド
Original assignee: Sony United Kingdom Ltd
Current assignee: Sony Europe BV United Kingdom Branch
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1997-01-16
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2017-01-16
Also published as: DE69723596T2; CN1167378A; EP0788260B1; DE69723596D1; TW320804B; JPH09214417A; KR970060725A; GB2309864A; GB9601760D0; US5978416A; CN1121764C; EP0788260A3; EP0788260A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝送装置及び伝送方法に関し、特に、ディジタルコードレス電話に適用できる技術であって、そのコードレス電話に使う受信方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
「関連技術と本発明が解決しようとする課題」
現在、多くの国に於いて、ディジタル移動通信システムを実現するために、種々のシステム（ディジタルコードレス電話システム及びディジタル車載電話システム）が試験されている。
【０００３】
それらは、ＤＥＣＴ（ディジタル・ヨーロッパ・コードレス電話通信）及びＧＳＭ（Groupe Specil de Mobile)である。このシステム、即ち、端末が高速で動くディジタル移動電話等、においては、受信信号は、送信チャンネル状態に起因するフェージングに簡単に影響され、受信特性は悪化されがちである。
【０００４】
そうした状態の下では同期タイミングは偏移し、復調効率は悪くなりがちであり、ビット誤り率は低下する。このことは、全システムの同期状態が悪化する可能性があることを示している。
【０００５】
上記の点に鑑み、本発明の１つの課題は、従来の装置に比べてチャンネル歪みに対する抵抗力がもっとある伝送装置及び伝送方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明が解決しようとする上記の課題及び他の課題は、下記の手段を備えた伝送装置及び伝送方法を提供することによって解決する。
【０００７】
即ち、本発明は、伝送チャンネルに送信すべき送信データに含まれる既知のパターンデータと同じパターンデータを発生するためのパターン発生手段（４Ａ）、伝送チャンネルを介して受信する受信データ（ｒ_k）と相関値（ＣｏｒｒＲＳｋ）としてのパターンデータ（ｔｓ）の間の相関を連続して次々と検出するための相関検出手段（４Ａ）、及びその相関値に基づいて伝送チャンネルの特性を次々に推定した後その推定結果に基づいて受信データ（ｒ_k）を復調するための信号処理手段、を備えた伝送装置を提供する。
【０００８】
更に、本発明の伝送方法は次のステップを含む。即ち、
伝送チャンネルに送信すべき送信データに含まれる既知のパターンデータと同じパターンデータを発生した後、伝送チャンネルを介して受信する受信データ（ｒ_k）とパターンデータ（ｔｓ）の間の相関を得るための処理と、上記処理によって得た相関値（ＣｏｒｒＲＳｋ）によって伝送チャンネルの特性を次々に推定した後その推定結果に基づいて受信データ（ｒ_k）を復調するための処理とを含む。
【０００９】
伝送チャンネルに送信される送信データに含まれる既知のパターンデータと同じパターンデータ（ｔｓ）が受信側に発生される。そして、そのパターンデータ（ｔｓ）と、伝送チャンネルを通して受信する受信データ（ｒ_k）との間の相関が得られる。
【００１０】
そこで、伝送チャンネルの特性は、相関値（ＣｏｒｒＲＳｋ）によって次々に推定される。そうして、受信データ（ｒ_k）は推定した結果に基づいて復調される。従って、伝送装置及び伝送方法は容易に実現でき、受信データ（ｒ_k）が特性悪化によって歪んでも、データは正しく復調される。
【００１１】
本発明の性質、原理及び有用性は、添付図面と合わせて読めば、下記の詳細な説明から明らかになるであろう。なお、図面中、同様な部分は同様な参照番号または文字によって示されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。
（１）一般的構成
第１にディジタル携帯電話の一般的構成について下記に説明する。
【００１３】
図１に示されているとおり、携帯電話１は、送受信アンテナ２の他に、高周波（ＲＦ）信号処理回路３、変調・復調及びデータ処理回路４、オーディオ信号処理回路５、等の種々の回路によって作られている。
【００１４】
伝送されるオーディオ信号がスピーカ６を介して再生されている間は、通信者の声がマイク７を介して入力し、送受信アンテナ２から送信される。
この点で、信号処理回路３〜５は、バス８を介して回路３〜５に夫々接続された中央処理ユニット（ＣＰＵ）９によって制御される。
【００１５】
ＣＰＵ９は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１０Ａに蓄積されたプログラムに基づいて動作し、計算表として随時書き込み読み出しメモリ（ＲＡＭ）１０Ｂを使う。同様にして、ＣＰＵ９は、表示動作ユニット１１との間でデータの送信・受信を行い、通信者の間のインターフェースを有する。
【００１６】
図２は、受信システムに集中する携帯電話１を更に詳しく示す。高周波（ＲＦ）信号処理回路３は、ＲＦ／ＩＦ検出回路３Ａによって、受信信号を高周波増幅し、これを直交的に検出し、アナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器３Ｂによってディジタル信号に変換する。
【００１７】
それから、その受信データは変調・復調・データ処理回路４に与えられる。この変調・復調・データ処理回路４は、復調４Ａの為にディジタル信号処理器（ＤＳＰ）での信号処理によって受信されたデータを復調し、同期処理、復調処理、周波数訂正チャンネル（ＦＣＣＨ）による誤り訂正処理を行い、その復調されたデータをオーディオ５ＡのためＤＳＰ（ディジタル信号処理）に与える。
このＤＳＰ５Ａは圧縮されたオーディオデータを復調するために使われる。
【００１８】
そこで、復調４ＡのためのＤＳＰによる波形等化処理及び復調処理について下記に検討する。
【００１９】
（２）復調処理
次のような事実によってフェージングが起こる。即ち、種々の場所で反射され、異なった遅延時間を有する多数の反射波が複合波として受信される。
【００２０】
図３に示すように、この状態はトランスバーサル型フィルタを使ってモデル化できる。この図は、５ビットまでの遅延時間を考慮して表されており、ｈ_kは各遅延時間に対応する信号の大きさを決定するタップ係数を示している。
【００２１】
図３から明らかな通り、フェージングはタップ係数ｈ_kによる全ビット間隔のデータが乗算された値を合計したものとして示される。換言すると、次のことが言える。即ち、フェージングは、各遅延されたビットとタップ係数ｈ_kの畳込み積分の一結果である。
【００２２】
それ故、全体のビット遅延広がり（この場合５ビット）が規定できれば、伝送チャンネルの特性はタップ係数ｈ_kを得ることによって決めることができる。
携帯電話１側でフェージングの影響を取り除く為には、信号は受信した信号を等化する波のそばにフェージングが存在しない状態に戻さなければならない。
【００２３】
実際には、伝送チャンネルの特性を示すタップ係数の値ｈ_kが正しく見つかれば、伝送チャンネル特性と反対特性を持ったフィルタができて、フェージングの影響は取り除かれる。
【００２４】
このように、実際には、いかに正しく伝送チャンネル特性が推定できるかが、受信特性を改善するための非常に重要な技術になる。
【００２５】
しかし、移動通信の場合には、伝送チャンネル特性は、時間が進むにつれて変わる。そして、一般にはそれを正しく推定することは容易ではない。しかし、ＧＳＭシステム等の車載電話システムにおいては、アクセスシステムとして時分割多重アクセスが使われているので、送信データに割り当てるべき（即ち、１バースト）単位伝送時間は５８０（μｓｅｃ）の短さで、各バーストにおけるフェージングの影響はほぼ一定であると考えることができる。
【００２６】
この実施形態においては、タップ係数ｈ_kは、各バーストの中央に含まれる既知のパターンデータ（トレーニングシーケンス）を利用する際に推定される。そのトレーニングシーケンスにおいて数個のパターンが考えられる。しかし、２６ビット長を有する既知のパターンにおけるビットパターンの一部にのみ注目を払えば、次の等式に示されるように自動相関（AutoCorrk)に直交関係が存在する。
【００２７】
【数１】

【００２８】
ここで、ｔｓはトレーニングシーケンスを示す。
そこで、受信信号システムｒ_kは送信信号システムｓｋとタップ係数ｈ_kを使って下記のように表すことができる。
【００２９】
【数２】

【００３０】
上記２つの等式に基づいて、トレーニングシーケンスｔｓと受信信号ｒ_kの間の相関値ＣｏｒｒＲＳｋは下記のように得ることができる。
【００３１】
【数３】

【００３２】
この点で、受信信号ｒｓのビットパターンとトレーニングシーケンスｔｓのビットパターンが同じならば、トレーニングシーケンスの直交性のために等式（３）の代わりに次の等式が存在する。
【００３３】
【数４】
ＣｏｒｒＲＳｋ＝ｈ_k ‥‥‥ （４）
【００３４】
もう少し細かく言うと、タップ係数は、受信信号ｒ_kとトレーニングシーケンスｔｓの間の相関値ＣｏｒｒＲＳｋを計算することによって得ることができる。そして、伝送チャンネルの特性（チャンネル応答）は推測されることができる。また、相関ピークを得るタイミングを検出することによっても、同期タイミングが得られる。
【００３５】
従って、もし、推定されたチャンネル応答及び同期タイミングが用いられれば、フェージングによって少ししか影響を受けないデータが復調できる。
【００３６】
（３）チャンネル応答推定方法
（３−１）概要
本発明のシステムは、前のパラグラフで説明した原理に基づいて伝送チャンネルの特性を推定することにある。
【００３７】
最も簡単な例は、同期位置として相関値のピークをとることであり、伝送チャンネルの特性（チャンネル応答）を調整するパラメータ（タップ係数ｈ_k）としてその点での相関値を作る。この処理方法は、同期位置の検出精度を更に増すことができるもので、次のパラグラフで説明する。
【００３８】
本実施の形態においては、図４Ｃに示すとおり、式（３）に基づいて得られる相関値ＣｏｒｒＲＳｋのエネルギー平均値が得られ、同期タイミングを設定するために、このエネルギー平均のピークが得られる。
【００３９】
図４Ｂに示すように、この場合１０個の相関値Ｃ₀，Ｃ₁‥‥‥Ｃ₉が得られ、同期タイミングは、これらに基づいて検出される。これは、図５に示すようにフェージングの影響によって多数のピーク点が作られる場合に、最も適正な値を得るという理由からである。この関係で、平均エネルギーを計算する場合に（平均値を動かす）、相関値は荷重計算される。
【００４０】
この方法を使う場合にチャンネル応答の計算手順のアウトラインは図６を使って後で説明する。
【００４１】
第１に、チャンネル応答の推定処理がステップＳＰ１からスタートすると、例えばステップＳＰ２で受信信号ｒ_kとトレーニングシーケンスｔｓの間の１０個の相関値が計算される。これが１０個の相関値Ｃ₀，Ｃ₁‥‥‥Ｃ₉を得るのに充分である理由は、同期位置が携帯電話の場合には殆ど知られているからである。
【００４２】
同様にして、１０個の相関値は、伝送チャンネルの特性を示すタップ係数ｈ_kの計算と全く同じ方法で計算される値である。しかしながら、これらは同期位置を確かめる場合に使われるので、便宜上異なってクラス分けする。
【００４３】
この配列を使って、１０個の相関値Ｃ₀，Ｃ₁‥‥‥Ｃ₉が得られれば、各相関値のエネルギー荷重和が計算され、動平均値が得られる。この実施の形態において、５個の相関値のエネルギー荷重和が計算され、６セットのエネルギー平均値Ｅ₀，Ｅ₁‥‥‥Ｅ₅が得られる。
【００４４】
下記のステップＳＰ４において、エネルギー平均値Ｅ₀，Ｅ₁‥‥‥Ｅ₅の最大値が得られ、ステップＳＰ５の処理に進む。このステップＳＰ５で検出された位置に基づいて同期タイミングが抽出され、同期タイミングがセットされる。
【００４５】
ステップＳＰ６において、伝送チャンネルの特性は一群の相関値を作ることによって設定される。それらの相関値は、タップ係数ｈ₀，ｈ₁，‥‥‥ｈ₄として、エネルギー平均値の最大値を提供し、これらの処理はステップＳＰ７で終わる。
【００４６】
この関係で、復調４Ａのためのディジタル信号処理は、このようにして得られたチャンネル応答に基づいて反対特性フィルタを得て、これに基づいた受信データを復調する。
【００４７】
（３−２）推定された処理例
フェージングの存在又は不存在に対応する推定された処理の完全な例を以下に説明する。
【００４８】
フェージングが存在しない場合においては、受信信号ｒ_kは、トレーニングシーケンスｔｓと一致する。そして、相関値Ｃ₃は１０個の相関値の中のピーク点である。従って、ピーク点を与える相関値が検出されると、同期を与える点は正しく検出することができる。
【００４９】
しかし、フェージングが存在する場合には、一連の相関値の中に数個のピークが作られ、同期点を正しく得ることができない場合がある。従って、前のパラグラフで説明したように、各時点の相関値に基づくエネルギーを得、これらの荷重平均を順次得ることによって、チャンネル応答を示す相関値の平均エネルギーが得られる。
【００５０】
この実施の形態において、平均エネルギーＥ_nは次の式に基づいて得られる。
【数５】

【００５１】
ここで、｜Ｃ_k｜（ｋ＝ｎ，ｎ＋１，‥‥‥ｎ＋４）はＣ_k（ｋ＝ｎ，ｎ＋１，‥‥‥ｎ＋４）の相関値のエネルギーであり、ｗ_iは重み付けのための係数である。この係数ｗ_i（ｉ＝−２，−１，０，１，２）は相関値の平均エネルギーを得る為の一種のウインドウのような役割を持つ。従って、異なった特性を持つウインドウは荷重係数を変えることによって得ることができる。
【００５２】
もっと詳細に述べると、四角形、三角形、底上げコサイン（raised-cosine)等の多数のウインドウプロファイルがある。この点で、一例として単純に三角ウインドウが使われる。そうして、各係数はｗ_i（ｉ＝−２，−１，０，１，２）が次の式としてセットされる。
【数６】

【００５３】
そこで、５つの相関値がＣ₀＝３，Ｃ₁＝５，Ｃ₂＝１０，Ｃ₃＝６，Ｃ₄＝２であり、ｎ＝０と仮定すると、平均エネルギーＥ₀は次のように得られる。
【数７】
Ｅ₀＝６×３＋７×５＋８×１０＋７×６＋６×２＝１８７‥‥‥ （７）
【００５４】
他の平均エネルギーＥ₁，Ｅ₂，Ｅ₃，Ｅ₄（ステップＳＰ３）に基づいてこの計算が行われる。そして、このようにして、同期点はこれらのピークエネルギーを検出することによって検出される（ステップＳＰ４，ＳＰ５）。
【００５５】
この点で、前述の方法を利用する際の同期タイミングを得る場合の結果、及び相関エネルギーのピークを単純に検出することによる同期タイミングを得るば場合の結果は比較され、２つの結果が確かめられる。
【００５６】
得られるべき相関値の結果がＣ₀＝１，Ｃ₁＝２，Ｃ₂＝５，Ｃ₃＝３，Ｃ₄＝２，Ｃ₅＝３，Ｃ₆＝４，Ｃ₇＝２，Ｃ₈＝２，Ｃ₉＝１であるとして、図５はこれを示している。
【００５７】
図５から明らかなとおり、単純に相関値のピークを検出することによって同期タイミングを得る場合に、この相関値は相関値Ｃ₂（＝５）の所で最高値になる。従ってもし、この方法が使われると、相関値Ｃ₂のタイミングは正しい同期タイミングとしてセットされる。この場合、チャンネル応答を調整するタップ係数ｈ_kは次のとおりである。
【数８】
ｈ₂＝Ｃ₀，ｈ₁＝Ｃ₁，ｈ₀＝Ｃ₂，ｈ_-1＝Ｃ₃，ｈ_-2＝Ｃ₄‥‥‥ （８）
【００５８】
しかしながら、実際のチャンネル応答に従えば、図５に示すとおり、Ｃ₂と殆ど同じ大きさの他のピークは相関値Ｃ₆のそばに見られる。従って、もし受信データがこれに何の注意もせず等化されれば、ビット誤り率の低下が予想される。
【００５９】
他方、平均エネルギーを得る場合には、もし６個の平均エネルギーＥ₀，Ｅ₁，Ｅ₂，Ｅ₃，Ｅ₄，Ｅ₅が１０個の相関値Ｃ_nから得られれば、次の値が得られる。
【数９】

【００６０】
これらの平均エネルギーのピークはＥ₂＝１１２であって、相関値Ｃ₂とＣ₆の荷重和である。従って、５つの相関値の中に中間の相関値Ｃ₄が得られるタイミングが、同期タイミングとして採用されている。
このように、チャンネル応答を調整するためのタップ係数ｈ_kは次のように設定できる。
【数１０】
ｈ₂＝Ｃ₂，ｈ₁＝Ｃ₃，ｈ₀＝Ｃ₄，ｈ_-1＝Ｃ₅，ｈ_-2＝Ｃ₆‥‥‥ （１０）
【００６１】
こうして得られた結果は、タップ係数として２つのピークを与える相関値Ｃ₂とＣ₆を含む。そして、それはピークを検出するだけの方法に比べて或誤りがあるが実際のチャンネル応答に非常に近いと考えることができる。
【００６２】
従って、このタップ係数に基づいて受信データが復調されるならば、その受信データは前回の方法に比べて低いビット誤り率で復調できると考えられる。同様にして、後の例は同期タイミングを設定するのにもっと適している。
【００６３】
これは図７によって確かめることができる。この図において、縦座標はビット誤り率を示し、横座標はノイズ対ビット当たりエネルギー比を示す。この図に示すように、ビット当たりのエネルギーとノイズの比が高くなると、平均エネルギー（実線）を利用する際に同期タイミングがセットされる時にビット誤り率が低下する。
【００６４】
前述の構成に従えば、既知のビットパターン（トレーニングシーケンス）を含むトレーニングデータを受信する場合に、受信データと現在のビットパターン（トレーニングシーケンス）との間の相関値は携帯電話１側で得られ、最大相関値に基づいて受信チャンネル上でチャンネル応答を推定することによって、フェージングの影響が取り除ける。
【００６５】
更に、時系列において得られるべき複数相関値についての平均エネルギーは各固定期間に連続的に得られる。１セットの相関値であってそれらの中の最大平均エネルギーを与える値に基づいて受信チャンネルについてチャンネル応答を推定することにより、フェージングの影響が更に減らされる。
【００６６】
その結果、受信信号がフェージングの影響等に因って歪む場合でも、受信タイミングは正しく受信される。従って、同期状態を検出することができ、同期状態から外れることが難しい携帯電話が容易に得られる。
【００６７】
更に、等化特性は、同期特性を改善することによって改善でき、その結果、データの復調効率は改善できる。従って、ビット誤り率を更に減らすことのできる携帯電話が得られる。
【００６８】
（４）他の実施の形態
上記の実施形態は、スカラー値として（１次元値として）相関値を得る場合を扱った。しかし、本発明は上記に限られるだけでなく、ベクトル値（２次元値）としてそれを得る場合にも広く適用できる。
【００６９】
更に、上記の実施形態は、携帯電話の場合について扱ったが、本発明はこれに限られることなく、車載電話等の他の受信器にも適用できる。
更に、上記実施形態は、受信器の場合を扱ったが、本発明はこれに限定されることなく、記録媒体から高密度記録されたデータを再生するための再生装置にも広く適用できる。
【００７０】
本発明の好ましい形態実施に関係して説明してきたが、当業者にとっては、種々の変更、改良がもくろまれることは明らかであり、特許請求の範囲においては、本発明の真の精神及び範囲に入る限りそれら全てをカバーする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による伝送装置の一実施形態のブロック図である。
【図２】伝送装置の受信ユニットの構造例を示すブロック図である。
【図３】フェージングモデルを示す線形ダイヤグラム（線図）である。
【図４】４Ａ〜４Ｃ相関値及びそのエネルギー平均の計算を説明する線図である。
【図５】相関値の分布を示す線図である。
【図６】伝送チャンネルの特性設定の推定手順を示すフローチャートである。
【図７】ビット当たりのノイズ対エネルギー比を示す特性図である。
【符号の説明】
２アンテナ、３高周波信号処理回路、４変調・復調・データ処理回路、５オーディオ信号処理回路、６スピーカ、７マイク、８バス、９中央処理装置、１１表示動作ユニット

Claims

伝送チャンネルの送信データの所定区間に含まれる既知のパターンと同じパターンデータを発生するパターン発生手段と、
上記伝送チャンネルの受信データと上記パターン発生手段が発生したパターンデータとの間の相関を、上記既知のパターンが存在すると推定される期間の近傍でｎ回（ｎは整数）連続して検出する相関検出手段と、
上記相関検出手段でのｎ回の相関検出の内の連続したｍ回（ｍはｎより小さい整数）の相関検出値に対して所定の重み付けを行いつつ平均を得る処理を、相関値の範囲を変えて複数回行う平均検出手段と、
上記平均検出手段で最大の平均値が得られた区間内の特定位置を同期タイミングとする同期タイミング設定手段と、
前記設定された同期タイミングに対して連続する所定数の相関値を用いて、受信信号を復調する復調手段とを備えた
伝送装置。
請求項１に記載の伝送装置において、
上記同期タイミング設定手段が設定する同期タイミング位置は、上記最大の平均値が得られた区間内の中間の相関値が得られる位置とした
伝送装置。
請求項１に記載の伝送装置において、
上記相関検出手段は、二次元値であるベクトル値として相関値を得るようにして相関を検出する
伝送装置。
請求項１に記載の伝送装置において、
前記復調手段は、複数段のタップから構成され、前記所定数の相関値の各々により、前記複数のタップに対応するタップ係数が決定されることを特徴とする
伝送装置。
請求項４に記載の伝送装置において、
前記タップは、ｍ段とされ、
前記平均検出手段によって最大の平均値が得られた区間内の相関値が各々前記タップに対するタップ係数として設定されることを特徴とする
伝送装置。
伝送チャンネルの送信データの所定区間に含まれる既知のパターンと同じパターンデータを発生するパターン発生処理と、
上記伝送チャンネルの受信データと上記パターン発生処理で発生したパターンデータとの間の相関を、上記既知のパターンが存在すると推定される期間の近傍でｎ回（ｎは整数）連続して検出する相関検出処理と、
上記相関検出処理でのｎ回の相関検出の内の連続したｍ回（ｍはｎより小さい整数）の相関検出値に対して所定の重み付けを行いつつ平均を得る処理を、相関値の範囲を変えて複数回行う平均検出処理と、
上記平均検出処理で最大の平均値が得られた区間内の特定位置を同期タイミングとする同期タイミング設定処理と、
前記設定された同期タイミングに対して連続する所定数の相関値を用いて、受信信号を復調する復調処理とを行う
伝送方法。
請求項６に記載の伝送方法において、
上記同期タイミング設定手段が設定する同期タイミング位置は、上記最大の平均値が得られた区間内の中間の相関値が得られる位置とした
伝送方法。
請求項６に記載の伝送方法において、
上記相関検出手段は、二次元値であるベクトル値として相関値を得るようにして相関を検出する
伝送方法。
請求項１に記載の伝送方法において、
前記復調処理は、複数段のタップから構成され、前記所定数の相関値の各々により、前記複数のタップに対応するタップ係数が決定されることを特徴とする
伝送方法。
請求項９に記載の伝送方法において、
前記タップは、ｍ段とされ、
前記平均検出手段によって最大の平均値が得られた区間内の相関値が各々前記タップに対するタップ係数として設定されることを特徴とする
伝送方法。