JP4822945B2

JP4822945B2 - 適応等化器

Info

Publication number: JP4822945B2
Application number: JP2006166971A
Authority: JP
Inventors: 秀史村田; 正俊永安; 和俊津田; 慎安井
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2026-06-16
Also published as: JP2007336316A

Description

本発明は、適応等化器に関し、特にビタビアルゴリズムを使用した適応等化器に関する。

マルチパス環境下において、ディジタル通信品質の劣化する場合がある。これを解決するために、等化器の使用によって、無線伝送路にて受けた歪みを補正することが有効である。等化器には多くの種類があるが、特に移動体通信では、最尤系列推定（ＭＬＳＥ：ＭａｘｉｍｕｍＬｉｋｅｌｉｈｏｏｄＳｅｑｕｅｎｃｅＥｓｔｉｍａｔｉｏｎ）が有効である。ＭＬＳＥでは、無線伝送路推定回路とビタビアルゴリズムとが組み合わされている。このようなＭＬＳＥは、無線伝送路特性に応じて先行波と遅延波とを合成し、受信利得を増大できる。そのため、ＭＬＳＥのＢＥＲ（ＢｉｔＥｒｒｏｒＲａｔｅ）特性は、遅延波の成分を除去しながら受信する場合と比較して、一般的に向上する（例えば、非特許文献１参照。）。
堀越淳、「最尤系列推定フィルタ」、ディジタル移動通信のための波形等化技術、株式会社トリケップス、１９９６年６月、ｐ．７７−９１

ＭＬＳＥは、ビタビアルゴリズムで推定した信号を用いて無線伝送路特性を推定するので、無線伝送路特性が変動するような移動体通信への適用に有効である。しかしながら、無線伝送路特性の推定誤差が増大した場合、誤ったレプリカが生成される。さらに、誤ったレプリカによって、最尤系列推定が誤ったパスを選択してしまう。その後、正常パスに復帰する場合があれば、無線伝送路特性の推定誤差の位相・振幅に応じて誤ったパスが選択され続ける場合もある。後者のような場合、連続的な誤り、つまりバースト誤りが発生するので、通信品質が劣化する。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ビタビアルゴリズムにおいて誤ったパスが選択され続ける場合においても、バースト誤りの発生を低減する適応等化器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の適応等化器は、受信信号と比較すべき、送信された信号が示すことのできる値の組合せのそれぞれに対応した複数種類のレプリカ信号を生成するレプリカ生成部と、レプリカ生成部において生成した複数種類のレプリカ信号と受信信号との複数種類の誤差を計算する計算部と、計算部において計算した複数種類の誤差からブランチメトリックを導出する手段と、導出したブランチメトリックをもとに最尤系列推定を実行することによって、受信信号に対応すべき送信信号を推定する手段とを含む系列推定部と、系列推定部において推定した送信信号と、計算部において計算した複数種類の誤差のうちの前記系列推定部において選択されたパスに対応した誤差をもとに伝送路特性を更新し、更新した伝送路特性をレプリカ生成部に出力する伝送路特性推定部とを備える。レプリカ生成部は、伝送路特性推定部からの伝送路特性を使用してレプリカ信号を生成し、伝送路特性推定部は、計算部において計算した複数種類の誤差のうちの前記系列推定部において選択されたパスに対応した誤差の大きさが、伝送路特性の更新を停止するために使用すべきしきい値よりも大きくなった場合に、伝送路特性の更新を停止し、既に更新した伝送路特性をレプリカ生成部に出力する。

この態様によると、推定した送信信号を使用しながら伝送路特性を更新する場合において、誤差の大きさがしきい値よりも大きくなると伝送路特性の更新を停止するので、バースト誤りの発生を低減できる。

伝送路特性推定部は、伝送路特性の更新を停止している状態において、計算部において計算した誤差の大きさが、伝送路特性の更新を再開するために使用すべきしきい値よりも小さくなれば、伝送路特性の更新を再開しており、伝送路特性の更新を停止するために使用すべきしきい値と、伝送路特性の更新を再開するために使用すべきしきい値とを別の値にしてもよい。この場合、誤差の大きさが伝送路特性の更新を再開するために使用すべきしきい値よりも小さくなれば、伝送路特性の更新を再開するので、伝送路特性の変動に追従できる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、ビタビアルゴリズムにおいて誤ったパスが選択され続ける場合においても、バースト誤りの発生を低減できる。

本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施例は、伝送路特性の推定を実行しながら、ビタビアルゴリズムも実行する適応等化器に関する。実施例において、適応等化器は、パケット信号を受信しており、当該パケット信号では、トレーニング信号に続いて、データ信号が配置される。適応等化器は、パケット信号を受信すると、トレーニング信号の期間において、伝送路特性を初期推定する。また、適応等化器は、データ信号の期間において、ビタビアルゴリズムを実行するとともに、ビタビアルゴリズムによって推定した信号をフィードバックしながら伝送路特性を更新する。

ビタビアルゴリズムによって推定した信号が誤っている場合に、この誤りが伝送路特性に及ぼす影響を低減するために、本実施例に係る適応等化器は、以下の処理を実行する。適応等化器は、受信信号とレプリカとの誤差の大きさを監視する。監視している誤差の大きさがしきい値よりも大きくなれば、適応等化器は、伝送路特性の更新を停止し、既に更新した伝送路特性を使用しながらレプリカを生成する。

図１は、本発明の実施例に係る受信装置１００の構成を示す。受信装置１００は、アンテナ１０、ＲＦ部１２、直交検波部１４、ＡＤ変換部１６、適応等化器１８、制御部２０を含む。

アンテナ１０は、図示しない送信装置から送信されたパケット信号を受信する。パケット信号は、前述のごとく、トレーニング信号とデータ信号とによって構成されており、トレーニング信号のパターンは、受信装置１００にとって既知である。またアンテナ１０において受信されたパケット信号は、無線周波数帯域に対応する。ＲＦ部１２は、パケット信号に対して周波数変換を実行することによって、パケット信号の周波数を無線周波数帯域から中間周波数帯域に変換する。また、ＲＦ部１２は、パケット信号を増幅する。

直交検波部１４は、ＲＦ部１２からの中間周波数帯域のパケット信号を直交検波することによって、ベースバンドのパケット信号を出力する。ベースバンドの信号は、一般的に同相成分と直交成分とによって形成されているが、ここでは、図面を明瞭にするために、ひとつの信号線のみを示す。ＡＤ変換部１６は、直交検波部１４によって変換されたベースバンドのパケット信号に対して、アナログ信号からディジタル信号への変換を実行し、変換したディジタル信号を適応等化器１８に出力する。

適応等化器１８は、ＡＤ変換部１６からのディジタル信号に対して、等化処理を実行する。適応等化器１８は、ＭＬＳＥによって構成されており、ビタビアルゴリズムを実行するとともに、伝送路特性を推定する。適応等化器１８は、パケット信号のトレーニング信号の期間において、伝送路特性の初期値を推定した後、データ信号の期間において、伝送路特性を更新する。以上の処理によって、図示しない送信装置との間の伝送路特性が変動する場合であっても、適応等化器１８は、変動への追従を実行する。制御部２０は、受信装置１００のタイミング等を制御する。

図２は、適応等化器１８の構成を示す。適応等化器１８は、レプリカ生成部４０、計算部４２、ブランチメトリック導出部４４、状態遷移推定部４６、伝送路特性推定部４８、比較部５０、スイッチ部５２、トレーニング信号記憶部５４を含む。また、レプリカ生成部４０は、信号生成部５６、ＦＩＲ（ＦｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ部５８を含む。以下においては、適応等化器１８に入力される信号、すなわち図１のＡＤ変換部１６から出力されるディジタル信号を受信信号と呼ぶものとする。

レプリカ生成部４０に含まれたＦＩＲフィルタ部５８と信号生成部５６は、受信信号と比較すべきレプリカ信号を生成する。ここで、ＦＩＲフィルタ部５８に含まれるタップの数が、ビタビアルゴリズムのブランチメトリックにおいて考慮される状態遷移の数に相当する。例えば、タップ数が２の場合、現在のひとつ前におけるタイミングでの状態から現在の状態への状態遷移が考慮される。信号生成部５６は、ＦＩＲフィルタ部５８に含まれたタップのそれぞれに対応させながら、送信された信号が示すことのできる値の組合せを出力する。例えば、変調方式がＱＰＳＫ（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）である場合、ひとつのタップに対して４つの値が対応可能である。また、タップ数が２であれば、送信された信号が示すことのできる値の組合せは、１６種類になる。タップ数が増加すれば、組合せは指数関数的に増加する。

そのため、上記の場合、信号生成部５６は、１６種類の信号の組合せを生成する。なお、トレーニング信号の期間においては、信号生成部５６は、１６種類の信号の組合せを生成するかわりに、トレーニング信号のパターンを出力する。そのため、信号生成部５６は、トレーニング信号のパターンを記憶する。ＦＩＲフィルタ部５８は、タップ係数として、後述の伝送路特性推定部４８からの伝送路特性を使用する。また、ＦＩＲフィルタ部５８は、信号生成部５６からの信号とタップ係数とに対して、畳み込み積分を実行することによって、レプリカ信号を生成する。なお、前述のごとく、受信信号は、ベースバンドの信号であるので、同相成分と直交成分とによって構成されている。そのため、レプリカ信号も同相成分と直交成分とによって構成されている。

トレーニング信号の期間中において、ＦＩＲフィルタ部５８は、トレーニング信号を受けつける。また、データ信号の期間においてタップ係数を更新するために、ＦＩＲフィルタ部５８は、状態遷移推定部４６からの信号を受けつける。さらに、データ信号の期間においてレプリカ信号を生成するために、ＦＩＲフィルタ部５８は、信号生成部５６からの信号を受けつける。そのため、ＦＩＲフィルタ部５８は、目的に応じて複数の系列の信号を同時に保持してもよく、保持した信号を適宜選択しながらレプリカ信号を生成してもよい。

計算部４２は、ＦＩＲフィルタ部５８において生成したレプリカ信号と受信信号との誤差を計算する。ここで、誤差の計算のために、ベクトル演算が実行される。また、前述の場合、ひとつの受信信号に対して、１６種類のレプリカ信号が生成された場合、計算部４２は、ひとつの受信信号に対して、１６種類のレプリカ信号との間の誤差を計算する。

ブランチメトリック導出部４４は、計算部４２において計算した誤差からブランチメトリックを導出する。状態遷移推定部４６は、ブランチメトリックからパスメトリックを導出し、導出したパスメトリックによって、パスヒストリを更新する。つまり、状態遷移推定部４６は、ブランチメトリックをもとに、ビタビアルゴリズムである最尤系列推定を実行することによって、受信信号に対応すべき送信信号を推定する。ここで、レプリカ生成部４０、計算部４２、ブランチメトリック導出部４４、状態遷移推定部４６の処理は、公知のビタビアルゴリズムによっても実現可能である。

トレーニング信号記憶部５４は、信号生成部５６と同様にトレーニング信号のパターンを記憶する。スイッチ部５２は、トレーニング信号の期間において、トレーニング信号記憶部５４からのトレーニング信号を選択して出力し、データ信号の期間において、状態遷移推定部４６にて推定された送信信号を選択して出力する。後者は、最尤系列推定がなされた信号のフィードバックに相当する。

伝送路特性推定部４８は、トレーニング信号の期間において、トレーニング信号記憶部５４からのトレーニング信号と、計算部４２において計算した誤差をもとに伝送路特性を導出する。ここで、伝送路特性推定部４８は、伝送路特性の導出のために、適応アルゴリズムを実行する。適応アルゴリズムの一例として、ＬＭＳ（ＬｅａｓｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅ）アルゴリズムやＲＬＳ（ＲｅｃｕｒｓｉｖｅＬｅａｓｔＳｑｕａｒｅｓ）アルゴリズムが挙げられる。また、伝送路特性推定部４８は、導出している伝送路特性をタップ係数としてＦＩＲフィルタ部５８に出力する。さらに、伝送路特性推定部４８は、データ信号の期間において、状態遷移推定部４６において推定した送信信号と計算部４２において計算した誤差をもとに伝送路特性を更新する。伝送路特性の更新においても、前述の適応アルゴリズムが使用される。また、伝送路特性推定部４８は、更新した伝送路特性をタップ係数としてＦＩＲフィルタ部５８に出力する。

以下においては、伝送路特性推定部４８が以上の動作を実行している場合、状態遷移推定部４６において推定に誤りが生じたときに、適応等化器１８から出力される信号を説明する。図３（ａ）−（ｂ）は、適応等化器１８の動作に対して比較されるべき動作の概要を示す。図３（ａ）は、所定の伝送路特性のもと、計算部４２から出力される誤差の大きさの変動を示す。横軸には、パケット信号に含まれたデータ信号のシンボル番号が示され、縦軸には、誤差の大きさが電力単位にて示される。なお、状態遷移推定部４６では、９２シンボル目において誤りパスを選択している。そのため、９２シンボル目の次の９３シンボル付近にて、誤差が大きくなる。その後、９５シンボル目にて、再度大きな誤差が発生し、その後誤差が小さくなる。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の状況下において推定された推定シンボルの値と、図示しない送信装置から送信された送信シンボルの値とを示す。図示のごとく、９５シンボル目以降において、１シンボルずれのバースト誤りが発生し続ける。この現象は、状態遷移推定部４６での誤った推定をもとに、伝送路特性推定部４８が適応アルゴリズムを実行することによって、実際の伝送路特性とは異なった値のタップ係数が推定されることに起因する。図２に戻る。

比較部５０は、計算部４２において計算した誤差の大きさと、あらかじめ定めたしきい値とを比較する。例えば、比較部５０は、誤差の大きさとして、誤差の２乗値を計算する。なお、誤差として、計算部４２において計算された誤差のうち、状態遷移推定部４６において選択されたパスに対応した値が使用される。比較部５０、計算部４２において計算した誤差の大きさがしきい値よりも大きくなった場合に、伝送路特性推定部４８に対して伝送路特性の更新を停止させる。その際、伝送路特性推定部４８は、既に更新した伝送路特性をタップ係数としてＦＩＲフィルタ部５８に出力する。ここで、比較部５０は、誤差の大きさがしきい値より大きくなった後、所定の期間経過後に、伝送路特性推定部４８に対して伝送路特性の更新を停止させてもよい。

また、しきい値は、固定の値でなくても、伝送路特性の大きさを基準にして決定してもよい。さらに、比較部５０は、伝送路特性推定部４８が伝送路特性の更新を停止している状態において、計算部４２において計算した誤差の大きさが小さくなれば、伝送路特性推定部４８に対して伝送路特性の更新を再開させる。ここで、誤差の大きさが小さくなったことを検出するために、前述のしきい値を使用してもよいが、これとは別のしきい値が設定されてもよい。

図４（ａ）−（ｂ）は、比較部５０の動作を示す。図４（ａ）は、比較部５０において計算される誤差の大きさの時間変化を示す。横軸には、データ信号の処理を開始してからの時間が示され、縦軸には、誤差の大きさが示される。また、比較のために、しきい値が図示されている。時間Ｐ１までの期間において、誤差の大きさはしきい値よりも小さくなっているが、時間Ｐ１以降の期間において、誤差の大きさはしきい値よりも大きくなっている。図４（ｂ）は、図４（ａ）の状況下において、比較部５０から伝送路特性推定部４８に出力される信号を示す。時間Ｐ１までの期間において、伝送路特性推定部４８での更新を指示するための更新信号が出力されるが、時間Ｐ１以降の期間において、更新信号が出力されない。

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされた通信機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

以上の構成による適応等化器１８の動作を説明する。図５は、適応等化器１８による等化処理の手順を示すフローチャートである。なお、フローチャートは、主として伝送路特性の推定に関する動作を示しており、ビタビアルゴリズムに関する動作は、通常通りに実行されるものとする。伝送路特性推定部４８は、トレーニング信号に対する処理を実行する（Ｓ１０）。つまり、伝送路特性推定部４８は、トレーニング信号を使用しながら、初期の伝送路特性を推定する。

データ信号に対する処理への移行後、比較部５０において、誤差の大きさがしきい値よりも大きくなければ（Ｓ１２のＮ）、伝送路特性推定部４８は、状態遷移推定部４６において推定した送信信号を使用しながら、伝送路特性を更新する（Ｓ１４）。一方、比較部５０において、誤差の大きさがしきい値よりも大きくなれば（Ｓ１２のＹ）、比較部５０は、伝送路特性推定部４８に対して伝送路特性の更新を停止させる（Ｓ１６）。

本発明の実施例によれば、推定した送信信号を使用しながら伝送路特性を更新するので、伝送路特性が変動する場合であっても、タップ係数を変動に追従させることができる。また、タップ係数を変動に追従させるので、伝送路特性が変動する環境下においても、受信特性の劣化を抑制できる。また、推定した送信信号を使用しながら伝送路特性を更新する場合において、誤差の大きさがしきい値よりも大きくなると伝送路特性の更新を停止するので、バースト誤りの発生を低減できる。また、バースト誤りの発生を低減するので、受信特性の劣化を抑制できる。また、誤差の大きさが小さくなれば、伝送路特性の更新を再開するので、伝送路特性の変動に追従できる。また、伝送路特性の推定誤差が増大しても、タップ係数に含まれる誤差の増大を抑制できる。シンボル系列の推定誤差が減少し、バースト誤りの発生を抑えることができる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明の実施例において、比較部５０は、誤差の大きさをしきい値と比較している。しかしながらこれに限らず例えば、比較部５０は、誤差の大きさを導出した後に、誤差の大きさを受信信号の強度によって正規化してもよい。その際、比較部５０は、正規化した値としきい値とを比較する。本変形例によれば、正規化した値をしきい値と比較するので、受信信号の大きさの影響を低減しながら、比較を実行できる。つまり、伝送路特性推定部４８において推定された伝送路特性の正確さが特定できればよい。

本発明の実施例において、比較部５０は、誤差の大きさをしきい値と比較している。しかしながらこれに限らず例えば、比較部５０は、状態遷移推定部４６において推定された送信信号に対応したパスメトリックの大きさとしきい値とを比較してもよい。比較部５０は、状態遷移推定部４６におけるパスメトリックの大きさを監視しており、パスメトリックの大きさに応じて、伝送路特性推定部４８に対して伝送路特性の更新を停止させる。ここで、比較部５０は、パスメトリックの大きさがしきい値よりも大きい場合に、伝送路特性推定部４８に対して伝送路特性の更新を停止させる。本変形例によれば、推定した送信信号を使用しながら伝送路特性を更新する場合において、パスメトリックの大きさに応じて伝送路特性の更新を停止するので、バースト誤りの発生を低減できる。

本発明の実施例に係る受信装置の構成を示す図である。図１の適応等化器の構成を示す図である。図３（ａ）−（ｂ）は、図１の適応等化器の動作に対して比較されるべき動作の概要を示す図である。図４（ａ）−（ｂ）は、図２の比較部の動作を示す図である。図１の適応等化器による等化処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０アンテナ、１２ＲＦ部、１４直交検波部、１６ＡＤ変換部、１８適応等化器、２０制御部、４０レプリカ生成部、４２計算部、４４ブランチメトリック導出部、４６状態遷移推定部、４８伝送路特性推定部、５０比較部、５２スイッチ部、５４トレーニング信号記憶部、５６信号生成部、５８ＦＩＲフィルタ部、１００受信装置。

Claims

受信信号と比較すべき、送信された信号が示すことのできる値の組合せのそれぞれに対応した複数種類のレプリカ信号を生成するレプリカ生成部と、
前記レプリカ生成部において生成した複数種類のレプリカ信号と受信信号との複数種類の誤差を計算する計算部と、
前記計算部において計算した複数種類の誤差からブランチメトリックを導出する手段と、導出したブランチメトリックをもとに最尤系列推定を実行することによって、受信信号に対応すべき送信信号を推定する手段とを含む系列推定部と、
前記系列推定部において推定した送信信号と、前記計算部において計算した複数種類の誤差のうちの前記系列推定部において選択されたパスに対応した誤差をもとに伝送路特性を更新し、更新した伝送路特性を前記レプリカ生成部に出力する伝送路特性推定部とを備え、
前記レプリカ生成部は、前記伝送路特性推定部からの伝送路特性を使用してレプリカ信号を生成し、
前記伝送路特性推定部は、前記計算部において計算した複数種類の誤差のうちの前記系列推定部において選択されたパスに対応した誤差の大きさが、伝送路特性の更新を停止するために使用すべきしきい値よりも大きくなった場合に、伝送路特性の更新を停止し、既に更新した伝送路特性を前記レプリカ生成部に出力することを特徴とする適応等化器。
前記伝送路特性推定部は、伝送路特性の更新を停止している状態において、前記計算部において計算した誤差の大きさが、伝送路特性の更新を再開するために使用すべきしきい値よりも小さくなれば、伝送路特性の更新を再開しており、伝送路特性の更新を停止するために使用すべきしきい値と、伝送路特性の更新を再開するために使用すべきしきい値とを別の値にすることを特徴とする請求項１に記載の適応等化器。