JP4763090B1

JP4763090B1 - 等化装置及び等化方法

Info

Publication number: JP4763090B1
Application number: JP2010268993A
Authority: JP
Inventors: 秀太鈴木; 大祐奥野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: JP2012120004A

Abstract

【課題】等化性能の劣化を回避すると共に、演算量を削減する等化装置及び等化方法を提供する。
【解決手段】遅延量算出部１０２は、遅延プロファイルから受信信号の最大遅延量を算出し、伝搬路変動算出部１０３は、受信信号から伝搬路変動としてドップラー周波数を算出する。パラメータセット選択部１０４には、伝搬路変動の大きさと遅延波の遅延量とに基づいて、タップ数及び忘却係数の組み合わせが予め設定されており、パラメータセット選択部１０４は、算出された最大遅延量とドップラー周波数とに対応するタップ数及び忘却係数の組み合わせを選択する。等化処理部１０５は、選択されたタップ数及び忘却係数の組み合わせを用いて受信信号の等化処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、等化処理に用いるタップを制御する等化装置及び等化方法に関する。

０．技術の背景と課題
０．１．従来の装置構成
無線通信システムは、マルチパスの影響を受けることにより、符号間干渉が生じ、通信品質が劣化することが知られている。そのため、マルチパスの影響を低減するため、遅延等化器が必要である。

遅延等化器の構成は、遅延波の最大遅延量に依存する。具体的には、フィードフォワード（以下、「ＦＦ」と省略する）タップ数及びフィードバック（以下、「ＦＢ」と省略する）タップ数は、等化可能な最大遅延量により決定される。例えば、ｎシンボルの遅延を等化する場合、ＦＦタップ数はｎ＋１タップ、ＦＢタップ数はｎタップが必要である。遅延等化器が使用するタップ数を制御する技術が特許文献１に開示されている。

０．２．特許文献１に開示の等化器
特許文献１には、遅延プロファイルから遅延波の最大遅延量を求め、求めた最大遅延量を等化可能なタップ数を使用するタップ数とする等化器が開示されている。これにより、最大遅延量が小さいほど演算量を少なくし、消費電力を削減することができる。

また、一方で、遅延等化器は、受信環境によって等化性能が最大となる構成が異なる。すなわち、通常の受信環境では、想定される最大遅延量に合わせた構成とするが、遅延量が最大遅延量以下の場合には、ドップラー周波数の大小に応じて、ＦＦタップ数及びＦＢタップ数、忘却係数を制御する。すなわち、ドップラー周波数が大きい場合は、ＦＦタップ数及びＦＢタップ数を少なくし、忘却係数を大きくし、逆に、ドップラー周波数が小さい場合は、ＦＦタップ数及びＦＢタップ数を多くし、忘却係数を小さくする。ここで、タップ数が少ないほど、また、忘却係数が大きいほど、伝搬路への追従性が強くなる。ドップラー周波数に応じて等化器が使用するタップ数を制御する技術が特許文献２に開示されている。

０．３．特許文献２に開示の等化器
特許文献２には、ドップラー周波数が高い場合は、使用するタップ数を減らし、ドップラー周波数が低い場合は、使用するタップ数を増やす等化器が開示されている。これにより、伝搬路の変動の度合いにかかわらず、良好な等化性能が得られる。

特開２００５−１５９４６７号公報特表２００５−５３１９３６号公報

０．４．本発明の課題
しかしながら、上述した特許文献１に開示の技術では、フェージングにより伝搬路が大きく変動する場合、使用するタップ数が多くなるほど、伝搬路変動へのタップ係数の追従が遅くなり、等化性能が劣化してしまう。

また、上述した特許文献２に開示の技術では、遅延波の遅延量が考慮されていないため、使用するタップ数を減らしていった場合、遅延波を等化するのに必要なタップ数を下回る可能性があり、この場合、等化性能が劣化してしまう。また、遅延波を等化するのに必要なタップ数を下回らないよう、十分大きなタップ数を設定する場合、演算量が膨大になるという問題がある。

０．５．本発明の目的
本発明の目的は、等化性能の劣化を回避すると共に、演算量を削減する等化装置及び等化方法を提供することである。

本発明の等化装置は、受信信号から伝搬路変動を算出する伝搬路変動算出手段と、前記受信信号から得られる遅延プロファイルに基づいて、前記受信信号の遅延波の遅延量を算出する遅延量算出手段と、伝搬路変動の大きさと遅延波の遅延量とに基づいて、予め設定されたタップ数及び忘却係数の複数の組み合わせの中から、算出された前記伝搬路変動及び前記遅延量に対応するタップ数及び忘却係数の組み合わせを選択するパラメータセット選択手段と、選択された前記タップ数及び忘却係数の組み合わせを用いて、前記受信信号を等化処理する等化手段と、を具備する構成を採る。

本発明の等化方法は、受信信号から伝搬路変動を算出する伝搬路変動算出工程と、前記受信信号から得られる遅延プロファイルに基づいて、前記受信信号の遅延波の遅延量を算出する遅延量算出工程と、伝搬路変動の大きさと遅延波の遅延量とに基づいて、予め設定されたタップ数及び忘却係数の複数の組み合わせの中から、算出された前記伝搬路変動及び前記遅延量に対応するタップ数及び忘却係数の組み合わせを選択するパラメータセット選択工程と、選択された前記タップ数及び忘却係数の組み合わせを用いて、前記受信信号を等化処理する等化工程と、を具備するようにした。

本発明によれば、等化性能の劣化を回避すると共に、演算量を削減することができる。

本発明の一実施の形態に係る無線受信装置の構成を示すブロック図図１に示した等化処理部の内部構成を示す図遅延量及び伝搬路変動に応じたパラメータセットの例を示す図図３に示したセット１〜４の具体例を示す図ドップラー周波数ｆ_Ｄ＝０Ｈｚ、遅延量０．５シンボルの遅延波がある場合のＢＥＲ特性を示す図ドップラー周波数ｆ_Ｄ＝２０Ｈｚ、遅延量１．０シンボルの遅延波がある場合のＢＥＲ特性を示す図ＲＳＳＩの分布を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（一実施の形態）
１．一実施の形態
１．１．一実施の形態の無線受信装置の構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る無線受信装置１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、無線受信装置１００は、複素相関部１０１と、遅延量算出部１０２と、伝搬路変動算出部１０３と、パラメータセット選択部１０４と、等化処理部１０５と、を有する。

複素相関部１０１は、受信信号とパイロット信号などの既知系列との複素相関演算を行い、遅延プロファイルを生成して遅延量算出部１０２に出力する。遅延量算出部１０２は、複素相関部１０１から出力された遅延プロファイルから遅延波の最大遅延量を算出し、算出した最大遅延量をパラメータセット選択部１０４に出力する。伝搬路変動算出部１０３は、受信信号から伝搬路変動としてドップラー周波数を算出し、算出したドップラー周波数をパラメータセット選択部１０４に出力する。

遅延量及び伝搬路変動に応じたタップ数（ＦＦタップ数及びＦＢタップ数）及び忘却係数の複数の組み合わせが予め決められており、パラメータセット選択部１０４は、遅延量算出部１０２から出力された最大遅延量及び伝搬路変動算出部１０３から出力されたドップラー周波数に対応するタップ数及び忘却係数の組み合わせを選択して等化処理部１０５に出力する。等化処理部１０５は、パラメータセット選択部１０４から出力されたタップ数及び忘却係数を用いて、受信信号を等化処理する。

１．２．一実施の形態の等化処理部の構成
図２は、図１に示した等化処理部１０５の内部構成を示す図である。図２に示すように、等化処理部１０５は、ＦＦタップ部２０１と、ＦＢタップ部２０２と、データ判定部２０３と、誤差推定部２０４と、タップ係数更新部２０５と、を有する。

ＦＦタップ部２０１は、受信信号を入力し、一番右側のタップ（センタータップ）から見て現在又は未来のデータを合成する。また、ＦＢタップ部２０２は、後述するデータ判定部２０３から出力された判定値を入力し、センタータップから見て過去のデータを合成する。ただし、ＦＢタップ部２０２は、初期値を設定する場合、既知の信号系列であるトレーニング信号を入力する。

データ判定部２０３は、ＦＦタップ部２０１の出力とＦＢタップ部２０２の出力との加算結果を入力し、送信シンボルを推定する。推定結果は等化処理部１０５から出力されると共に、ＦＢタップ部２０２及び誤差推定部２０４に出力される。

誤差推定部２０４は、ＦＦタップ部２０１の出力及びＦＢタップ部２０２の出力の加算結果と、データ判定部２０３から出力された送信シンボル推定結果との差分、すなわち、誤差を推定してタップ係数更新部２０５に出力する。ただし、等化処理部１０５が初期値を設定する場合、トレーニング信号が誤差推定部２０４に入力され、トレーニング信号と、ＦＦタップ部２０１の出力及びＦＢタップ部２０２の出力の加算結果との差分を誤差として推定する。

タップ係数更新部２０５は、誤差推定部２０４から出力された誤差、及び、パラメータセット選択部１０４から出力されたタップ数及び忘却係数を用いて、タップ係数を更新し、更新したタップ係数をＦＢタップ部２０２及びＦＦタップ部２０１に出力する。

１．３．遅延量及び伝搬路変動に応じたパラメータセット
次に、図１に示したパラメータセット選択部１０４において、遅延量及び伝搬路変動に応じて予め決められたタップ数（ＦＦタップ数及びＦＢタップ数）及び忘却係数の組み合わせについて説明する。

図３は、遅延量及び伝搬路変動に応じたパラメータセットの例を示す図である。なお、ここで示すのは、等化可能な最大遅延量を２シンボルとして設計したシステムの例である。この図では、遅延量を１シンボル未満と１シンボル以上とで分けると共に、伝搬路変動をドップラー周波数｜ｆ_Ｄ｜＜５Ｈｚとドップラー周波数｜ｆ_Ｄ｜≧５Ｈｚとで分けている。遅延量１シンボル未満かつ｜ｆ_Ｄ｜＜５Ｈｚには、セット１を対応付け、遅延量１シンボル未満かつ｜ｆ_Ｄ｜≧５Ｈｚには、セット３を対応付け、遅延量１シンボル以上かつ｜ｆ_Ｄ｜＜５Ｈｚには、セット２を対応付け、遅延量１シンボル以上かつ｜ｆ_Ｄ｜≧５Ｈｚには、セット４を対応付ける。

ここで、図３に示したセット１〜４の具体例を図４に示す。図４では、セット１は、ＦＦタップ数６、ＦＢタップ数２、忘却係数０．９２の組み合わせを示し、セット２は、ＦＦタップ数８、ＦＢタップ数４、忘却係数０．９４の組み合わせを示す。また、セット３は、ＦＦタップ数４、ＦＢタップ数２、忘却係数０．８２の組み合わせを示し、セット４は、ＦＦタップ数６、ＦＢタップ数４、忘却係数０．８６の組み合わせを示す。すなわち、ＦＦタップ数については、ドップラー周波数が大きいほど、また、遅延量が小さいほどＦＦタップ数は少なく、ドップラー周波数が小さいほど、また、遅延量が大きいほどＦＦタップ数は多い。ＦＢタップ数についても、この例では最大遅延量を２シンボルとしている関係でドップラー周波数の大きさには依存していないように見えるが、ドップラー周波数が大きいほど、また、遅延量が小さいほどＦＢタップ数は少なく、ドップラー周波数が小さいほど、また、遅延量が大きいほどＦＢタップ数は多い。さらに、忘却係数については、ドップラー周波数が大きいほど、また、遅延量が小さいほど忘却係数は小さく、ドップラー周波数が小さいほど、また、遅延量が大きいほど忘却係数は大きい。

１．４．ＢＥＲ（Bit Error Rate）特性の従来との対比
図５は、ドップラー周波数ｆ_Ｄ＝０Ｈｚ、遅延量０．５シンボルの遅延波がある場合のＢＥＲ特性を示す図である。図５において、縦軸はＢＥＲを、横軸はＣＮＲ（Carrier to Noise Ratio）を示している。また、●（黒丸）を結んだ線は本実施の形態に係る等化器によるＢＥＲ特性を示し、▲（黒三角）を結んだ線は従来の等化器によるＢＥＲ特性を示している。なお、従来の等化器は、ＦＦタップ数８、ＦＢタップ数４及び忘却係数０．９０に固定している。また、本実施の形態に係る等化器は、図３及び図４によれば、セット１、すなわち、ＦＦタップ数６、ＦＢタップ数２及び忘却係数０．９２が用いられる。

図５から分かるように、遅延量０．５シンボルの遅延波がある場合において、本実施の形態に係る等化器では、ＢＥＲ特性が向上している。

図６は、ドップラー周波数ｆ_Ｄ＝２０Ｈｚ、遅延量１．０シンボルの遅延波がある場合のＢＥＲ特性を示す図である。図６において、縦軸はＢＥＲを、横軸はＣＮＲを示している。また、●（黒丸）を結んだ線は本実施の形態に係る等化器によるＢＥＲ特性を示し、■（黒四角）を結んだ線は従来の等化器によるＢＥＲ特性を示している。なお、この図においても、従来の等化器は、ＦＦタップ数８、ＦＢタップ数４及び忘却係数０．９０に固定している。また、本実施の形態に係る等化器は、図３及び図４によれば、セット４、すなわち、ＦＦタップ数６、ＦＢタップ数４及び忘却係数０．８６が用いられる。

図６から分かるように、ドップラー周波数ｆ_Ｄ＝２０Ｈｚ、遅延量１．０シンボルの遅延波がある場合において、本実施の形態に係る等化器では、ＢＥＲのフロア特性が向上している。

１．５．本実施の形態の効果
このように、本実施の形態によれば、等化処理に用いるタップ数及びタップ係数更新に用いる忘却係数の組み合わせを伝搬路変動の大きさと遅延波の遅延量とに基づいて予め設定しておき、受信信号から得られた伝搬路変動の大きさと遅延波の遅延量とに対応するタップ数及び忘却係数の組み合わせを用いて等化処理を行うことにより、等化性能の劣化を回避すると共に、演算量を削減することができる。

なお、本実施の形態では、伝搬路変動の大きさと遅延量の大きさをそれぞれ２段階に分けたが、本発明はこれに限らず、伝搬路変動の大きさと遅延量の大きさを３段階以上に分けてもよい。

また、本実施の形態では、伝搬路変動算出部１０３が伝搬路変動の大きさとしてドップラー周波数を算出するものとして説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、等化区間内での受信信号強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）の分布から伝搬路変動の大きさを求めてもよい。例えば、図７に示すように、一定シンボル間隔でＲＳＳＩを取得し、ＲＳＳＩが閾値Ｘ未満、閾値Ｘ以上かつ閾値Ｙ（＞Ｘ）未満、閾値Ｙ以上の各割合から伝搬路変動の大きさを判定してもよい。

また、本実施の形態では、遅延量をシンボルとして説明したが、本発明はこれに限らず、サンプルとしてもよい。

２．産業上の利用可能性
本発明にかかる等化装置及び等化方法は、例えば、無線通信装置等に適用できる。

１０１複素相関部
１０２遅延量算出部
１０３伝搬路変動算出部
１０４パラメータセット選択部
１０５等化処理部
２０１ＦＦタップ部
２０２ＦＢタップ部
２０３データ判定部
２０４誤差推定部
２０５タップ係数更新部

Claims

受信信号から伝搬路変動を算出する伝搬路変動算出手段と、
前記受信信号から得られる遅延プロファイルに基づいて、前記受信信号の遅延波の遅延量を算出する遅延量算出手段と、
伝搬路変動の大きさと遅延波の遅延量とに基づいて、予め設定されたタップ数及び忘却係数の複数の組み合わせの中から、算出された前記伝搬路変動及び前記遅延量に対応するタップ数及び忘却係数の組み合わせを選択するパラメータセット選択手段と、
選択された前記タップ数及び忘却係数の組み合わせを用いて、前記受信信号を等化処理する等化手段と、
を具備し、
前記忘却係数は、前記伝搬路変動が大きいほどまたは前記遅延量が小さいほど、小さく設定され、前記伝搬路変動が小さいほどまたは前記遅延量が大きいほど、大きく設定され、
前記タップ係数は、フィードフォワードタップ数（ＦＦタップ数）及びフィードバックタップ数（ＦＢタップ数）から構成され、
前記ＦＦタップ数は、前記伝搬路変動が大きいほどまたは前記遅延量が小さいほど、少なく設定され、前記伝搬路変動が小さいほどまたは前記遅延量が大きいほど、多く設定され、
前記ＦＢタップ数は、前記伝搬路変動が大きいほどまたは前記遅延量が小さいほど、少なく設定され、前記伝搬路変動が小さいほどまたは前記遅延量が大きいほど、多く設定される、
等化装置。
前記伝搬路変動は、ドップラー周波数又は受信信号強度の分布とする請求項１に記載の等化装置。
受信信号から伝搬路変動を算出する伝搬路変動算出工程と、
前記受信信号から得られる遅延プロファイルに基づいて、前記受信信号の遅延波の遅延量を算出する遅延量算出工程と、
伝搬路変動の大きさと遅延波の遅延量とに基づいて、予め設定されたタップ数及び忘却係数の複数の組み合わせの中から、算出された前記伝搬路変動及び前記遅延量に対応するタップ数及び忘却係数の組み合わせを選択するパラメータセット選択工程と、
選択された前記タップ数及び忘却係数の組み合わせを用いて、前記受信信号を等化処理する等化工程と、
を具備し、
前記忘却係数は、前記伝搬路変動が大きいほどまたは前記遅延量が小さいほど、小さく設定され、前記伝搬路変動が小さいほどまたは前記遅延量が大きいほど、大きく設定され、
前記タップ係数は、フィードフォワードタップ数（ＦＦタップ数）及びフィードバックタップ数（ＦＢタップ数）から構成され、
前記ＦＦタップ数は、前記伝搬路変動が大きいほどまたは前記遅延量が小さいほど、少なく設定され、前記伝搬路変動が小さいほどまたは前記遅延量が大きいほど、多く設定され、
前記ＦＢタップ数は、前記伝搬路変動が大きいほどまたは前記遅延量が小さいほど、少なく設定され、前記伝搬路変動が小さいほどまたは前記遅延量が大きいほど、多く設定される、
等化方法。