JP4315549B2 - 信号キャリア回復処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はキャリア回復処理に関し、より詳細にはキャリアが回復された信号が大きな振幅のエコーにより妨害される媒体内に伝送される場合に関する。
本発明はまた、コンステレーションを形成する多数の状態を用いるオンキャリアデジタル直交伝送の分野の応用で好ましく用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、伝送チャンネルを通してデジタルデータを電送する目的で、これらのデータは例えばパルス振幅の変調（”パルス振幅変調”又は”ＰＡＭ”）の型を用いて変調される。直交振幅変調又はＱＡＭは利用可能なチャンネルの帯域幅内で伝送されるデータの和を増加するために用いられる。ＱＡＭ変調は複数の情報ビットが以下でコンステレーションと称される配置と共に伝送されるＰＡＭ変調の一つの型である。
【０００３】
受信された信号と同期する視点で、デジタル受信機は受信された信号と同相（インフェーズ）の基準信号を発生させる装置を設けられていなければならない。同期されている場合に、復調器はその位相で情報を含む信号の復調を許容する。例えば、ＱＡＭ変調で、”０”と”１”ビットの変調は変調された信号の位相に対応し、これはそれ自体知られている規則により決定されている。故に復調器はデータキャリアと同相で同期された基準信号を発生しなければならない。この処理はキャリア位相回復という名前で知られている。
【０００４】
ＰＡＭ変調では各信号は振幅のレベルが伝送されるシンボルにより決定されるパルスである。ＱＡＭ変調では、例えば１６−ＱＡＭ変調では、各直交チャンネルでのシンボル−３，−１，１，３の振幅が用いられる。チャンネルを通して伝送された各シンボルの影響はこのシンボルを表すために用いられた時間間隔を越えて延在する。受信されたシンボルの得られた剰余により引き起こされた歪みはシンボル間の干渉（又はＩＳＩ）と称される。この歪みは限定された帯域幅のノイズの多いチャンネルで高ビットレートでのデータ伝送に対する原理的な障害との一つとなっている。それ故に”等化器”として知られているデバイスはこのシンボル間干渉問題の対策として用いられる。
【０００５】
伝送チャンネルにより導入されたシンボル間干渉の減少の目的で、正確な等化が要求される。チャンネルの特性が前もってわからないので、統計的等化器が用いられ、これは振幅及び遅延特性の項目として要求されるチャンネルの領域の平均的な補正（ｍｅａｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）をなす。平均二乗誤差ストカスティック傾斜アルゴリズムはまたＬＭＳアルゴリズム（最小二乗平均に基づく）として知られており、通常適応等化アルゴリズムとして用いられる。
【０００６】
故に、デジタル伝送システムの受信機の重要な機能の一つは伝送側のキャリアと同相かつ同周波数に同期されたキャリアの抽出である。復調レベルで不充分な位相又は不充分な周波数は有用な信号のパワーを減少し、復調されたＱＡＭ信号の直交成分Ｉ及びＱの間の干渉を発生させ、故に回復された位相の重要性を示す。
【０００７】
上記のような重要な機能はまた他に、受信された信号の歪みの除去である。更にまた、通常知られていないチャンネルの応答及び、更にまた時間にわたる変動の影響であり、その等化はそれ自体をチャンネルに適応し、その時間変動をトラッキングすることの可能な適応等化器を要求する。
従来の受信機で、特定の基準の関数としてスイッチされる周波数推定器及び位相推定器からなる適応等化器及びキャリア回復デバイスは受信連鎖で相互に追従する。この意味で、大きな振幅又は極めて考慮される位相シフトのエコーの存在でキャリア回復をなすことは不可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はキャリア周波数の深刻な不一致を回復し、同時に大きな振幅のエコーに対する補正をなすことである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的に対して、本発明は、信号のキャリア周波数を推定する段階と周波数推定段階に続いてこの信号と関連する位相を推定する段階からなる受信信号に対するキャリア回復処理であって、
− 周波数推定段階中に、信号等化段階がなされ、その間に直接適応フィルタと、再帰適応フィルタからなる等化器は再帰適応フィルタの係数にのみ適応し、
− 位相推定段階中に、等化器は再帰適応フィルタの係数のみに所定の時間適応を続ける
各段階をなすことを特徴とするキャリア回復処理方法を提供する。
【００１０】
故に、本発明は大きな振幅又は非常に考慮すべき周波数位相シフトのエコーの存在するキャリア回復をなすことが可能である。第一に再帰フィルタの係数の適応は等化を正確にする前にまず長いエコーを補正することを可能にする。本発明は２５６状態の直交振幅変調を実施するコンステレーションのような高いオーダーのコンステレーションに関して強力なエコーを補正することを可能にするという利点を有する。
【００１１】
一実施例によれば、再帰適応フィルタの係数の等化器による等化に続いて、信号等化段階がなされ、その間に、該等化器は直接適応フィルタの係数に適応し、また再帰適応フィルタの係数に適応することを特徴とする。
一実施例によれば、周波数推定段階は周波数推定器により受信された点が用いられた変調スキームを表すコンステレーションの所定の理想的な点に対応するときにトリガーされ、該理想の点はコンステレーションのパターンの間に含まれ、原点に対するかなりの距離により特徴づけられ、ゾーンを囲む該点に対してコンステレーションの原点を対角線接続により辿られる収集ゾーンに配置されることを特徴とする。
【００１２】
一実施例によれば、周波数推定は該コンステレーションの受信された信号を表す点と該対角線との間の角度距離に対応する位相差の測定によりなされることを特徴とする。
一実施例によれば、周波数推定段階中に、変調器に対するキャリア周波数誤差を得るアキュムレータの更新は受信されたＮ個の連続する点とそれに対応する該理想の点との間の位相不一致の測定に続いてなされることを特徴とする。
【００１３】
一実施例によれば、周波数推定段階中の等化段階及び／又は位相推定段階中の信号等化段階はそれ自体知られている一定のモジュラス（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｍｏｄｕｌｕｓ）又はＣＭＡ型のブラインド又は自動回復により、システムの収集時間を減少するためになされることを特徴とする。位相とは独立のブラインドアルゴリズムはキャリアがアウトオブロックであるときにさえなお安定である。
【００１４】
一実施例によれば、周波数推定段階中のアルゴリズムの収束は測定の数Ｎを増加することにより加速される。
一実施例によれば、位相推定段階中になされた該等化段階は受信されたＭ点（Ｍは所定の整数）に関する位相誤差の推定の後に開始されることを特徴とする。
一実施例によれば、位相推定のために用いられたアルゴリズムの収束が達成されたときに直接適応フィルタ及び再帰適応フィルタはそれ自体知られた決定フィードバックアルゴリズムにより測定された誤差の計算により適合されることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の他の特徴及び利点は以下に図面を参照して、非限定的な例により以下の実施例の詳細な説明により明らかとなる。
本発明の装置は復調器１、キャリア回復ループ２、等化器３、混合器４からなる。
【００１６】
キャリア回復ループ２は周波数推定器５、位相推定器６、スイッチ７、ループフィルタ８、位相シフタ９からなる。
等化器３は直接適応（ｄｉｒｅｃｔ ａｄａｐｔｉｖｅ）フィルタ１０、加算器１１、決定器１２、第一のスイッチ１３、再帰（ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ）適応フィルタ１４、誤差計算回路１５、第二のスイッチ１６からなる。
【００１７】
キャリア回復ループの入力Ｅ１は周波数推定器５と位相推定器６の入力にそれぞれ接続される。周波数推定器５の出力と位相推定器の出力はスイッチ７の２つの入力を構成し、その出力はループフィルタ８の入力に接続される。ループフィルタ８の出力は位相シフタ９の入力に接続され、その出力はキャリア回復ループ２の出力Ｓ１を構成する。
【００１８】
等化器３の入力Ｅ２は直接（ｄｉｒｅｃｔ）適応フィルタ１０の入力に接続され、その出力は加算器１１の第一の端子に接続される。加算器１１の出力は決定器１２の入力に接続され、その一の出力はスイッチ１３の第一の入力に接続される。スイッチ１３の第二の入力は加算器１１の出力に接続される。スイッチ１３の出力は再帰適応フィルタ１４の入力に接続され、その出力は加算器１１の第二の入力に接続される。加算器１１の出力はスイッチ１３の第二の入力と同様に、誤差計算回路１５の入力にも接続される。誤差計算回路１５の出力は第二のスイッチ１６の第一の入力及び再帰適応フィルタ１４の制御入力に接続される。
【００１９】
決定器の第二の出力は等化器３の出力を構成し、例えばデコーダ（図示せず）に接続される。
第二のスイッチ１６の出力は直接適応フィルタ１０の制御入力に接続される。
第二のスイッチ１６の第二の入力は例えば第二のスイッチ１６がその第二の入力上にスイッチされるときに、直接適応フィルタ１０の制御はディセーブルになるように接地に接続される。
【００２０】
等化器３の入力Ｅ２に印加される信号はΔφだけ位相シフトされた復調器１から発生された信号であり、Δφは位相シフタ９により得られた可変位相シフトである。
本発明によれば、キャリア回復装置は幾つかの連続モードを用いる。
直接又は再帰フィルタの適応係数により特に等化の技術は以下のように間接的に説明される。これらの技術はそれ自体知られており、Ｓｉｍｏｎ Ｈａｙｋｉｎによる”Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ”のＣｈａｐｔｅｒ７．９ Ａｄａｐｔｉｖｅ ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｐａｇｅｓ ４５２−４６１に詳細が示されている。
【００２１】
第一のモードにより、スイッチ７の出力は周波数推定器の出力に接続され、第二のスイッチ１６の出力は接地に接続された第二の入力に接続される。この第一のモードに続いて、キャリア回復ループ２は周波数推定器５を用い、等化器３は再帰適応フィルタ１４の係数にのみ適応する。ここで、等化の真の問題は適応アルゴリズムの初期収束であり、これは通常誤差の分散が理想的には０に等しい最小レベルで安定するために、シンボル周期の期間中に測定される。例えば、中央送信機が多数の受信機に送信するポイント／マルチポイントネットワークで、受信機がネットワークによって接続する度毎にラーニングシーケンスを送信するためにデータの送信をホルトすることは実際的ではない。故に等化器の収束はブラインドモードで、即ち、送信されたデータを知ることなしになされなければならない。これがこの場合に再帰適応フィルタ１４の係数の適応がブラインドモードでなされることが好ましい理由である。本実施例により、用いられた技術はＣＭＡ型でありこれはそれ自体米国特許第５８３５７３１号等により知られている。等化器へ入来した信号の収束は予め確立された値に収束する。複素信号を発生する変調スキームを用いるデジタル送信の場合には、後者は複素平面でベクトルとしてみられ、これは同相チャンネル（又は”Ｉ”チャンネル）と称される実数軸と、直交チャンネル（又は”Ｑ”チャンネル）と称される虚数軸を有する。従って、これらの信号がチャンネル歪みに曝されたときに、Ｉ及びＱチャンネル間の干渉が生じ、複素適応等化器を要求する。故に、これはコンステレーションの特性を有する予め確立された値に向かって収束する複素信号Ｉｓ＋ｊＱｓのパワーを形成する問題であり、（Ｉｓ，Ｑｓ）は複素平面での信号の座標を示し、コンステレーションは点（Ｉｓ，Ｑｓ）の集合を示す。コンステレーションの各象限は複素平面の原点から離れた”隅”を有する。この原点を隅に接続するセグメントは対角線を形成し、これは位相誤差の計算のために次に用いられる。
【００２２】
このモードで、コンステレーションの回転が実行される。
周波数推定器は推定器入力信号が”コンステレーションの象限の隅に類似”するとすぐに、コンステレーションが９０゜以内に対して正しい（ｒｉｇｈｔ）と見なされるとすぐに動作するように設定される。”コンステレーションの象限の隅に類似”という表現は受信された点が十分なパワー（コンステレーションの点のパワーは複素平面の原点からのこの点の距離と比例する）を有し、それが対角線の近傍にあることを意味する。同様に、”正しいと見なされる”という表現は等化器の出力に局部的に現れた点が理想的な点又はコンステレーションのパターンに重なるという意味である。受信された信号とコンステレーションの理想の隅との間の位相誤差の測定は周波数推定器５によりなされ、ループフィルタ８に伝送される。隅に関する位相誤差はＮの連続するサンプルで各成分Ｉ，Ｑに対して計算され、Ｎは例えば１０に等しい整数である。
【００２３】
アルゴリズムの収束はＮ個の値を適応させることにより加速される。詳細には、用いられたアルゴリズムが周波数の理想的な値に向かって収束するときに、及びそれ故にコンステレーションの回転は減少する。周波数推定器のトリガリングは信号が９０゜の残りの回転をなされるために要求されるより大きな時間のために、より頻繁ではなくなる。故に位相誤差収集ウインドウを増加する、即ちパラメータＮを増加することが可能である。
【００２４】
上記のように、この第一のモードにより、等化器は再帰適応フィルタの係数にのみ適応する。
ループフィルタ８のアキュムレータ８０の安定化の後にトリガーされた動作の第二のモードで、位相推定器６は周波数推定器５の代わりをする。それで、スイッチ７の出力に接続されるのは位相推定器６の出力である。動作のこの第二のモードにより等化器３は再帰適応フィルタ１４の係数にのみ、なお適応する。位相の推定はコンステレーションの隅でのみ可能である。位相の推定はＭ点のコンステレーションでなされ、Ｍは例えば２０に等しい。
【００２５】
動作のこの第二のモードは周波数推定器から位相推定器へスイッチングするときに急な遷移を減少すること及び誤ってラッチすることを回避することを可能にする。詳細には、受信された点は収集ゾーンでまれであり、この場合には周波数推定器はしばしば更新されることはない。この状況でこの推定器の相対的な非常な安定性は収束が得られ、誤ったラッチが生ずるという考えに導く。
【００２６】
好ましくは動作の第二のモードの終わりで、即ち該Ｍ点の処理の後に、キャリアの位相は信号が位相推定器から発生することを恒久的に可能にすることにより精密にトラックされる。
位相推定の結果により、キャリア回復プロセスは動作の第二のモードから動作の第一のモードへの一以上の戻りを許容する。
【００２７】
動作の第三のモードは動作の第二のモードに続く。
この第三のモードはブラインドモードの信号等化位相が直接適応フィルタの係数に適応し、また再帰適応フィルタの係数にも適応することが第二のモードと異なる。動作の第三のモードは等化器３の入力で、コンステレーションの回転を安定することを可能にするという利点を有する。この動作の第三のモードはまた等化器３の出力でエコーによるタスクの集中を可能にする。動作の第三のモードはコンステレーションの全ての点Ｐ、即ち例えば２５６点で動作する。
【００２８】
タスクの大きさが十分減少されたときに、動作の第四のモードが動作の第三のモードに続く。この第四のモードはブラインドモードで等化器の動作をもはや用いず、決定フィードバックモードを用いる。スイッチ１３から出る信号は加算器１１から発生する信号ではなく決定器１２から発生する信号である。
決定器１２はコンステレーションを網目状にする（ｍｅｓｈｉｎｇ）ように決定することを可能にする。直交成分Ｉ，Ｑにより決定される複素平面はＰ個の隣接するゾーンにデコンポジションされ、各ゾーンは不一致ΔＩ及び不一致ΔＱによりコンステレーションＩｉ，Ｑｉ（ｉ＝１，２，．．．，Ｐ）の理想的な点の周囲で決定される。
故に、ゾーンＺｉ（ｉ＝１，２，．．．，Ｐ）は
【００２９】
【数１】

【００３０】
との間で変動する振幅の成分Ｉ及び
【００３１】
【数２】

【００３２】
との間で変動する振幅の成分Ｑにより決定される。
動作の第四のモードにより、直交信号Ｉ，Ｑの値がゾーンＺｉに入るときに、決定器はそれぞれの理想値Ｉｉ，Ｑｉをこれらの信号に割り当てる。決定フィードバックモードは位相変調を完全に除去することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による受信信号に対して装置の概略を示す図である。
【符号の説明】
１ 復調器
２ キャリア回復ループ
３ 等化器
４ 混合器
５ 周波数推定器
６ 位相推定器
７ スイッチ
８ ループフィルタ
９ 位相シフタ
１０ 直接適応フィルタ
１１ 加算器
１２ 決定器
１３ 第一のスイッチ
１４ 再帰適応フィルタ
１５ 誤差計算回路
１６ 第二のスイッチ
Ｅ１，Ｅ２ 入力
８０ アキュムレータ

Claims (9)

1. 信号のキャリア周波数を推定する段階と周波数推定段階に続いてこの信号と関連する位相を推定する段階とを有する受信信号に対するキャリア回復処理方法であって、
   − 周波数推定段階中に、信号等化段階がなされ、その間に直接適応フィルタ（１０）及び再帰適応フィルタ（１４）からなる等化器（３）が再帰適応フィルタ（１４）の係数にのみ適応し、
   − 位相推定段階中に、等化器（３）は再帰適応フィルタ（１４）の係数のみに所定の時間適応を続ける
   各段階がおこなわれることを特徴とするキャリア回復処理方法。
2. 再帰適応フィルタ（１４）の係数の等化器（３）による等化に続いて、信号等化段階がなされ、その間に、該等化器（３）は直接適応フィルタ（１０）の係数に適応し、また再帰適応フィルタ（１４）の係数に適応することを特徴とする請求項１記載の処理方法。
3. 周波数推定段階は周波数推定器（５）により受信された点が用いられた変調スキームを表すコンステレーションの所定の理想的な点に対応するときにトリガーされ、該理想の点はコンステレーションのパターンの間に含まれ、獲得領域に位置し、該獲得領域は原点に対しかなりの距離にあることにより特徴づけられ、ゾーンを囲む該点に対してコンステレーションの原点を対角線接続により辿られることを特徴とする請求項１又は２記載の処理方法。
4. 周波数推定は該コンステレーションの受信された信号を表す点と該対角線との間の角度距離に対応する位相差の測定によりなされることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の方法。
5. 周波数推定段階中に、変調器（１）に対するキャリア周波数誤差を得るアキュムレータ（８０）の更新は受信されたＮ個の連続する点とそれに対応する該理想の点との間の位相不一致の測定に続いてなされることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の方法。
6. 周波数推定段階中の等化段階及び／又は位相推定段階中の信号等化段階は一定モジュラス又はＣＭＡ型のブラインド又はアルゴリズム自動回復によりなされることを特徴とする請求項２乃至５のうちいずれか１項記載の方法
7. 周波数推定段階中のアルゴリズムの収束は測定の数Ｎを増加することにより加速される請求項６記載の方法。
8. 位相推定段階中になされた該等化段階は受信されたＭ点（Ｍは所定の整数）に関する位相誤差の推定の後に開始されることを特徴とする請求項２乃至７のうちいずれか１項記載の方法。
9. 位相推定のために用いられたアルゴリズムの収束が達成されたときに直接適応フィルタ（１０）及び再帰適応フィルタ（１４）は決定フィードバックアルゴリズムにより測定された誤差の計算により適合されることを特徴とする請求項２乃至８のうちいずれか１項記載の方法。

Images