JP4827449B2

JP4827449B2 - 振幅位相制御装置および受信システム

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Publication number: JP4827449B2
Application number: JP2005206813A
Authority: JP
Inventors: 和也小島
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2025-07-15
Also published as: JP2007028161A

Description

本発明は、入力された複素信号の振幅または位相の少なくともいずれかを制御して出力する装置に関する。

ディジタル無線通信においてはディジタル変調信号が広く用いられる。ディジタル変調信号は、１ビットあるいは複数ビットからなるディジタル符号を一単位としたシンボル符号を、所定の時間間隔を以て、搬送波の位相、その変化量、振幅等の物理量に対応付けたものである。ディジタル変調信号の方式については、シンボル符号を対応付ける搬送波の物理量によって様々なものが考えられており、例えば、シンボル符号を搬送波の位相に対応付けたＰＳＫ（ＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調方式、シンボル符号を搬送波の振幅および位相に対応付けたＱＡＭ（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調方式等がある。

ディジタル変調信号の変調成分信号は、実数部を同相成分信号（以下、Ｉ信号とする。）、虚数部を直交成分信号（以下、Ｑ信号とする。）とした複素Ｉ／Ｑ信号で表すことができる。複素Ｉ／Ｑ信号は複素平面上の複素ベクトルによって表すことができる。複素平面において複素ベクトルによって表される点は一般にシンボル点と称される。複素Ｉ／Ｑ信号の複素ベクトルによって表される点は、シンボル符号を搬送波の位相、その変化量、振幅等の物理量に対応付けた時間間隔、すなわちシンボル周期で離散的に変化する。

複素Ｉ／Ｑ信号を表す複素ベクトルの絶対値および偏角は、それぞれディジタル変調信号の振幅および位相に対応付けられる。本明細書においては、複素Ｉ／Ｑ信号を表す複素ベクトルの絶対値および偏角を、それぞれ複素Ｉ／Ｑ信号の振幅および位相と称し、これらを併せて振幅位相と称する。また、複素平面上でシンボル点を表す複素ベクトルの絶対値をシンボル点の絶対値と、シンボル点を表す複素ベクトルの偏角をシンボル点の位相と称する。

図４にディジタル無線通信で扱われる複素Ｉ／Ｑ信号の構成例を示す。複素Ｉ／Ｑ信号は単位フレーム２２が時系列で配列されたものである。単位フレーム２２は、参照符号フレーム２２ａと情報符号フレーム２２ｂを含んで構成される。受信装置は、時系列で連なる複数の単位フレーム２２のうち、予め割り当てられた単位フレーム２２を受信して復調を行う。

参照符号フレーム２２ａは、ディジタル符号列で表された参照符号を複素Ｉ／Ｑ信号の振幅または位相に対応付けた信号であり、情報符号フレーム２２ｂは、ディジタル符号列で表された情報符号を複素Ｉ／Ｑ信号の振幅または位相に対応付けた信号である。ここで、参照符号は受信装置が受信動作に関する処理を行うための符号であり、情報符号は、音声、画像、プログラム、データベース等、送信装置から受信装置に送信される実質的な情報を含む符号である。

ディジタル変調信号には、準同期検波方式を用いた際の周波数オフセットによる位相回転、送信元および受信側の装置の精度が不十分であること、電磁波の伝搬路の特性、妨害波が受信波に重畳されること等によって惹き起こされる振幅誤差、位相誤差、またはこれらの組み合わせの誤差（以下、振幅位相誤差とする。）が含まれる。そして、振幅位相誤差は複素Ｉ／Ｑ信号のシンボル点の絶対値の誤差またはシンボル点の位相の誤差となって現れ、ディジタル符号列の復号誤りの原因となる。したがって、ディジタル変調信号に含まれる振幅位相誤差が大きい程、抽出されるディジタル信号の誤り率が増加する傾向が強くなる。

誤り率は、受信装置の受信状態の良好度を示す指標となる。誤り率が所定値を超えると復調して得られたディジタル信号からは正確な情報が得られない。また、受信感度、妨害波耐性等の受信性能は誤り率によって評価することができる。例えば、受信信号電力が小さくなったときに誤り率が大きくなる傾向が弱い程、受信感度が良好であるといえる。また、ある一定電力の受信信号が受信されると共に妨害波が同時に受信されるという条件の下では、妨害波電力が大きくなったときに誤り率が大きくなる傾向が弱い程、妨害波耐性が良好であるといえる。

図５に従来技術における受信装置３の構成例を示す。受信装置３は、図４の複素Ｉ／Ｑ信号をなすＩ信号およびＱ信号によって直交変調されたディジタル変調信号を受信する。

受信装置３は、アンテナ１０、無線受信部１２、直交検波部１４、Ａ／Ｄ変換部１６、振幅位相制御部５０、符号検波部２０、タイミング同期部２４を備えて構成される。受信装置３は、ディジタル変調信号に含まれる振幅位相誤差の影響を低減し、誤り率が増大する傾向を抑制するために複素Ｉ／Ｑ信号の振幅位相を制御する振幅位相制御部５０を含んでいる。これによって、受信装置３の受信性能を良好にすることができる。

無線受信部１２は、アンテナ１０を介して受信したディジタル変調信号に対して高周波増幅、中間周波数への周波数変換、中間周波数増幅を施し、直交検波部１４に入力する。直交検波部１４は、入力されたディジタル変調信号からＩ信号およびＱ信号を抽出する。

直交検波部１４によって抽出されたＩ信号およびＱ信号は、Ａ／Ｄ変換部１６に入力される。Ａ／Ｄ変換部１６は、Ｉ信号、Ｑ信号のそれぞれをシンボルクロック信号ＣＫに従って離散化する。そして、離散化されたＩ信号を実数部、離散化されたＱ信号を虚数部とした複素Ｉ／Ｑ信号を生成して振幅位相制御部５０、およびタイミング同期部２４に入力する。図５ではｊを虚数単位とし、複素Ｉ／Ｑ信号をＩ＋ｊＱと記載している。

タイミング同期部２４は、Ａ／Ｄ変換部１６が出力した複素Ｉ／Ｑ信号からシンボル周期を抽出し、これに同期したシンボルクロック信号ＣＫを生成する。タイミング同期部２４は、生成したシンボルクロック信号ＣＫを、Ａ／Ｄ変換部１６、振幅位相制御部５０、符号検波部２０に入力する。Ａ／Ｄ変換部１６、振幅位相制御部５０、符号検波部２０のそれぞれは、シンボルクロック信号ＣＫに従ったタイミングで動作する。

また、タイミング同期部２４は、参照符号フレーム２２ａに対応する複素Ｉ／Ｑ信号の波形パターンを記憶している。そして、Ａ／Ｄ変換部１６が出力した複素Ｉ／Ｑ信号と参照符号フレーム２２ａに対応する複素Ｉ／Ｑ信号との波形相関をとること等の方法で参照符号フレーム２２ａの入力が開始されるタイミングを検出する。タイミング同期部２４は、参照符号フレーム２２ａの入力が開始されるタイミングを検出したときには、参照符号フレーム２２ａの入力が開始されるタイミングを示すタイミング情報Ｔを、振幅位相制御部５０が備えるウェイト係数算出部２８に入力する。

振幅位相制御部５０は、入力された複素Ｉ／Ｑ信号の振幅位相の制御を行い、その複素Ｉ／Ｑ信号を符号検波部２０に入力する。振幅位相制御部５０には、一連の単位フレーム２２としての複素Ｉ／Ｑ信号が入力される。受信装置３は、予め割り当てられた単位フレーム２２のみを復調する。このため、振幅位相制御部５０は、割り当てられた単位フレーム２２が入力されるたびに新たに振幅位相の制御を行う。

振幅位相制御部５０は、予め複素平面上で定義された基準シンボル点に対する複素Ｉ／Ｑ信号が示すシンボル点のずれを表す誤差信号を算出し、誤差信号が最小となるよう複素Ｉ／Ｑ信号の振幅位相の制御を行う。

振幅位相制御部５０は、乗算部２６、ウェイト係数算出部２８、加算部３０、極性反転部３２、信号選択部３４、硬判定部３６、参照信号生成部４０を備えて構成される。

振幅位相制御部５０へ入力された複素Ｉ／Ｑ信号は、乗算部２６およびウェイト係数算出部２８に入力される。

乗算部２６は入力された複素Ｉ／Ｑ信号にウェイト係数算出部２８から入力されたウェイト係数Ｗを乗じ、これを振幅位相制御部５０の出力信号Ｙとして出力する。出力信号Ｙは、加算部３０及び硬判定部３６に入力される。ウェイト係数Ｗは複素Ｉ／Ｑ信号の振幅位相の制御に用いられる複素数の係数である。ウェイト係数Ｗの絶対値は複素Ｉ／Ｑ信号の振幅を変化させる率を表し、その偏角は複素Ｉ／Ｑ信号の位相を変化させる角度を表す。したがって、乗算部２６においてウェイト係数Ｗが複素Ｉ／Ｑ信号に掛け合わされることによって、複素Ｉ／Ｑ信号の振幅位相をウェイト係数Ｗに応じて変化させることができる。

硬判定部３６は、出力信号Ｙからシンボル点の座標値を抽出し、抽出したシンボル点の座標値に対して硬判定を行い、硬判定に基づいて当該シンボル点の座標値を本来とるべき座標値に修正した硬判定信号Ｚを出力する。ここで、硬判定とは、判定しようとするシンボル点である被判定シンボル点の座標値に基づいて本来とるべき座標値を判定する処理をいう。その判定は、１つの区画が、変調方式によって定義されているシンボル点である基準シンボル点を１つ含むよう複素平面を区切り、１区画内に見いだされた被判定シンボル点は、その１区画内のいかなる位置に存在する場合であっても、１区画内で１つ定義されている基準シンボル点の位置に存在するものとみなすものである。例えば、図６の被判定シンボル点Ａは、区画（１，−３）内の１６ＱＡＭ変調方式では定義されていない位置に存在する。そこで、硬判定においては区画（１，−３）内に位置する被判定シンボル点Ａは、区画（１，−３）の基準シンボル点の座標点１−ｊ３に位置するものとみなされる。

参照信号生成部４０は、参照信号Ｖを信号選択部３４に入力する。参照信号Ｖは、参照信号生成部４０が記憶する参照符号に従ってその振幅と位相が変化する。この参照符号は、送信された参照符号フレーム２２ａに含まれる参照符号と同一のものであり、送信装置と受信装置３との間で予め定められた共通の符号が適用される。

信号選択部３４は、硬判定信号Ｚおよび参照信号Ｖの入力を受けて、ウェイト係数算出部２８から入力される切り換え情報Ｓに応じて硬判定信号Ｚまたは参照信号Ｖのいずれか一方を選択し、収束目標信号Ｒとして極性反転部３２に出力する。この収束目標信号Ｒは、出力信号Ｙの振幅位相の基準となる信号である。極性反転部３２は、収束目標信号Ｒに−１を乗じて極性を反転して加算部３０へ出力する。

加算部３０は、出力信号Ｙと極性が反転された収束目標信号Ｒとを加算し、誤差信号ｅとしてウェイト係数算出部２８に入力する。極性反転部３２において収束目標信号Ｒの極性は反転されているので、誤差信号ｅは、出力信号Ｙから収束目標信号Ｒを減算した信号となる。

ウェイト係数算出部２８は、誤差信号ｅと振幅位相制御部５０に入力された複素Ｉ／Ｑ信号とに基づいて、誤差信号ｅを最小値へ収束させる適応化アルゴリズムを実行する。これによって、振幅位相制御部５０の出力信号Ｙの振幅位相は、収束目標信号Ｒの振幅位相に収束する。適応化アルゴリズムとしては、ＬＭＳアルゴリズム、ＲＬＳアルゴリズム等を適用することが可能である。ＬＭＳアルゴリズムは、次の（１）式から（３）式に示す漸化式で表せる。
（数１）Ｙ（ｉ）＝Ｘ（ｉ）・Ｗ（ｉ）^* （１）
（数２）Ｗ（ｉ＋１）＝ｗ（ｉ）−μ・Ｘ（ｉ）・ｅ（ｉ）^* （２）
（数３）ｅ（ｉ）＝Ｘ（ｉ）・Ｗ（ｉ）^*−Ｒ（ｉ）（３）
ここに、Ｙ（ｉ）は振幅位相制御部５０の出力信号、μは収束性や追従性を決定するための任意の定数、Ｘ（ｉ）は振幅位相制御部５０の入力信号、Ｗ（ｉ）はウェイト係数、ｅ（ｉ）は誤差信号、Ｒ（ｉ）は収束目標信号である。左上に＊が付された変数は、その変数の複素共役変数であることを意味し、各変数の括弧内のｉは時間と共に増加する計算ステップを表す整数である。

計算ステップを表すｉは、入力される複素Ｉ／Ｑ信号のシンボル周期ごとに１だけ増加する。この場合、（１）式から（３）式で表されるＬＭＳアルゴリズムは、単位シンボル周期が経過するごとにアルゴリズムの単位計算ステップを実行することとなる。この点については、ＲＬＳアルゴリズム等他の適応化アルゴリズムにおいても同様である。つまり、適応化アルゴリズムを実行するステップは、シンボルクロックＣＫに従い、複素Ｉ／Ｑ信号のシンボル点が現れるタイミングと同期させる。

ウェイト係数算出部２８が実行する適応化アルゴリズムは、参照信号フレーム２２ａが入力されているときと、情報符号フレーム２２ｂが入力されているときとでは、収束目標信号Ｒとして適用する信号を異にする。参照符号フレーム２２ａが入力されている間は、参照信号生成部４０が出力する参照信号Ｖを収束目標信号Ｒとして適応化アルゴリズムを実行する引き込み処理を行う。一方、情報符号フレーム２２ｂが入力されている間は、参照信号生成部４０が出力する参照信号Ｖを収束目標信号Ｒとして適応化アルゴリズムを実行する追従処理を行う。

なお、参照符号フレーム２２ａが入力されている状態から情報符号フレーム２２ｂが入力されている状態に移り変わるタイミングは、タイミング同期部２４から入力されるタイミング情報Ｔとシンボルクロック信号ＣＫに基づいて検出される。ウェイト係数算出部２８は、タイミング情報Ｔに基づいて参照符号フレーム２２ａの入力が開始されるタイミングを把握する。そして、参照符号フレーム２２ａの入力が開始された時からシンボルクロック信号ＣＫのパルス数を数え、その数が参照符号フレームに含まれているシンボル点の数に達したときに、信号選択部３４が収束目標信号Ｒとして選択する信号を切り換えるための切り換え情報Ｓを信号選択部３４に入力する。信号選択部３４は、切り換え情報Ｓに従って２つの信号のうち一つを選択して出力する。

このように、参照符号フレーム２２ａが入力されている間には引き込み処理を行い、情報符号フレーム２２ｂが入力されている間には追従処理を行うのは次のような理由による。振幅位相制御部５０の処理を単純化するという観点からは、追従処理を行うのみとしたいところである。しかし、単位フレーム２２の入力が開始されて間もない時刻、すなわち参照符号フレーム２２ａの先頭が受信されて間もない時刻においては、振幅位相誤差を低減させるウェイト係数Ｗがまだ定まっていない。したがって、このような信号に対する硬判定信号Ｚを収束目標信号Ｒとして適応化アルゴリズムを実行したとしても、誤差信号ｅが短時間で収束する可能性は低い。そこで、参照符号フレーム２２ａが受信されている間には、ウェイト係数算出部２８から出力されるウェイト係数Ｗを十分収束させて出力信号Ｙの振幅位相を理想的な値に引き込む処理を行うことが好適となる。

そして、引き込み処理の後には、出力信号Ｙの振幅位相を理想的な値に維持する必要があるために追従処理が行われる。情報符号フレーム２２ｂが含む情報符号は、送信装置から受信装置３に送信される実質的な情報を含む符号であるため、参照符号のようにそれ自身が振幅位相の変化パターンに関する情報を有するものではない。しかし、情報符号フレーム２２ｂのシンボル点には、理想的には変調方式によって定められた位置に現れるという規則性があるため、追従処理は、この規則性を利用することとしている。すなわち、情報符号フレーム２２ｂのシンボル点の絶対値の誤差およびシンボル点の位相の誤差が、複素平面上の１区画の範囲内に収まっている限りにおいては、振幅位相制御部５０が出力する信号の振幅位相を理想的な値に引き込まれた状態を維持することができる。

符号検波部２０は、出力信号Ｙからシンボル点の座標値を抽出し、抽出したシンボル点の座標値に基づいてシンボル符号からディジタル符号列を得て、これを時系列で配置したディジタル信号を出力する。

このように、受信装置３では、受信したディジタル変調信号に含まれる振幅位相誤差が、振幅位相制御部５０によって低減される。これによって、符号検波部２０から出力されるディジタル信号の誤り率は低減され受信性能を向上させることができる。

図５の振幅位相制御部５０には適応化アルゴリズムの収束性について次のような問題があった。

適応化アルゴリズムにおける新たなウェイト係数Ｗは、前ステップにおける誤差信号ｅの値に基づく補正量を用いて算出される。例えばＬＭＳアルゴリズムでは、（２）式の右辺の第２項が新たなウェイト係数Ｗ（ｉ＋１）を導き出すための補正量であり、これは前ステップにおける誤差信号ｅ（ｉ）に依存する。補正量が、適応化アルゴリズムの実行ステップが増加するに従って収束していくものであれば、振幅位相制御部５０の出力信号Ｙは振幅位相誤差の影響を低減した値に収束する。しかし、補正量の実行ステップの増加に対する変化の様子によっては、出力信号Ｙに含まれる振幅位相誤差の収束時間は大きく異なる。したがって、補正量は出力信号Ｙに含まれる振幅位相誤差を迅速に収束させるための最適な値を与えるよう定義されていることが好ましい。

無線通信においては、ディジタル変調信号に含まれる振幅位相誤差のうち、周波数オフセットによる位相回転等、位相誤差が支配的であることが多い。

誤差信号ｅは、位相誤差に複素Ｉ／Ｑ信号の振幅を乗じた値であるため、これによって適応化アルゴリズムの実行ステップごとの補正量が変動する。

また、ＱＡＭ変調方式等、シンボル点によって振幅が異なる変調方式が適用されている場合には、複素Ｉ／Ｑ信号が原点から離れたシンボル点を示すとき程、誤差信号の絶対値が大きくなる傾向にある。

図７は１６ＱＡＭ変調方式が適用されている場合について、その様子を示したものである。複素Ｉ／Ｑ信号が２つのシンボル点として点Ｂ₁および点Ｃ₁を示したとする。これらのシンボル点に対する基準シンボル点は点Ｂ₀（１＋ｊ１）および点Ｃ₀（３＋ｊ３）である。複素Ｉ／Ｑ信号に含まれる振幅誤差が零であり位相誤差がΔθであるとすると、座標値が１＋ｊ１である基準シンボル点Ｂに対する誤差信号ｅ_Bの絶対値よりも、座標値が３＋ｊ３である基準シンボル点Ｃに対する誤差信号ｅ_Cの絶対値の方が大きいことがわかる。

複素Ｉ／Ｑ信号はシンボル周期ごとに任意のシンボル点をとるため、原点に最も近いシンボル点を示すときもあれば、原点から最も遠いシンボル点を示すときもある。したがって、振幅位相誤差のうち位相誤差が支配的である場合、位相誤差のシンボル周期内における変化が緩慢であったとしても、複素Ｉ／Ｑ信号の振幅によっては、シンボル周期ごと、すなわち適応化アルゴリズムの実行ステップごとに算出される誤差信号ｅの絶対値は大きく変動する可能性がある。これによって、適応化アルゴリズムの実行ステップごとの補正量もまた大きく変動することとなる。

そして、補正量のこのような変動が、出力信号Ｙに含まれる振幅位相誤差の収束時間を長引かせる原因となる場合があった。この収束時間が長い場合、例えば電力の大きい妨害波が受信されることで符号検波部２０から出力されるディジタル信号の誤り率が劣化した後に、その妨害波が存在しなくなったとしても、誤り率が改善されるのに長時間を要することとなる。この問題は、無線通信システムの通信容量を増大させるためＱＡＭ変調方式の多値化を図る場合には、より顕著なものとなる。

本発明は、このような課題に対してなされたものであり、ＱＡＭ変調方式等、シンボル点によっては振幅が異なる変調方式が適用されている複素信号に対しても、迅速に振幅位相を制御することが可能な振幅位相制御装置を提供する。

本発明は、入力されたＱＡＭ変調方式の複素信号に対してウェイト係数を用いた演算を施し、当該複素信号の振幅および位相を制御して出力信号とする振幅位相制御装置であって、振幅および位相の基準となる基準信号に対する前記出力信号の差異を表す信号を、当該基準信号の絶対値で規格化した規格化誤差信号を生成する規格化誤差信号生成部と、先に求められたウェイト係数を、前記複素信号と前記規格化誤差信号とに基づく修正値によって修正する漸化式を用いる適応化アルゴリズムに基づいて、新たなウェイト係数を求めるウェイト係数算出部と、前記ウェイト係数算出部によって新たに求められたウェイト係数を用いた演算を前記複素信号に対して施し、前記出力信号を求める振幅位相変化部と、予め設定された変化パターンに基づいて振幅または位相の少なくともいずれかが変化する参照信号を生成する参照信号生成部と、前記出力信号に対し硬判定を行い、当該硬判定の結果に基づいて前記出力信号の振幅および位相を修正する硬判定部と、を備え、前記複素信号は、参照符号が振幅および位相に対応付られた参照符号フレームと、当該参照符号フレームに対し時間的に後に配置され、情報符号が振幅および位相に対応付られた情報符号フレームとを含み、前記規格化誤差信号生成部は、前記参照符号フレームが前記振幅位相制御装置に入力されている間は、前記参照信号を前記基準信号とし、前記情報符号フレームが前記振幅位相制御装置に入力されている間は、前記硬判定部によって振幅および位相が修正された前記出力信号を前記基準信号とすることを特徴とする。

また、ＱＡＭ変調信号を受信する無線受信部と、前記無線受信部が受信したＱＡＭ変調信号から同相成分信号と直交成分信号とを抽出する直交検波部と、前記同相成分信号と前記直交成分信号とから複素信号を生成し、ＱＡＭ変調複素信号として出力する複素信号生成部と、前記ＱＡＭ変調複素信号からディジタル信号を抽出するディジタル復調部と、を備える受信システムにおいては、本発明に係る振幅位相制御装置を、前記ディジタル復調部に適用することが好適である。

本発明によれば、複素信号に含まれる振幅位相誤差を迅速に低減することができる。また、本発明を受信装置等に適用した場合には、直交変調信号の周波数オフセットに起因する位相回転に対する耐性を大きくすることができる。

図１に本発明の実施形態に係る受信装置１の構成を示す。受信装置１は、アンテナ１０、無線受信部１２、直交検波部１４、Ａ／Ｄ変換部１６、振幅位相制御部１８、符号検波部２０、タイミング同期部２４を含んで構成される。図５に示す受信装置３と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を簡略に行う。

無線受信部１２は、アンテナ１０を介して受信したディジタル変調信号に対して高周波増幅、中間周波数への周波数変換、中間周波数増幅を施し、直交検波部１４に入力する。直交検波部１４は無線受信部１２から入力された信号からＩ信号およびＱ信号を抽出し、Ａ／Ｄ変換部１６に入力する。Ａ／Ｄ変換部１６では、入力されたＩ信号およびＱ信号をシンボルクロック信号ＣＫに従って離散化した複素Ｉ／Ｑ信号を生成し、振幅位相制御部１８に入力する。

振幅位相制御部１８は、乗算部２６および４４、ウェイト係数算出部２８、加算部３０、極性反転部３２、信号選択部３４、硬判定部３６、参照信号生成部４０、逆数参照部４２を備えて構成される。図５の振幅位相制御部５０と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１の振幅位相制御部１８の構成のうち、図５の振幅位相制御部５０と異なる箇所は、逆数参照部４２および乗算部４４に係る部分である。

信号選択部３４が出力する収束目標信号Ｒは、極性反転部３２のみならず逆数参照部４２にも入力される。逆数参照部４２は、収束目標信号Ｒが示すシンボル点の絶対値の逆数を乗算部４４に入力する。乗算部４４は加算部３０から出力された誤差信号ｅに、逆数参照部４２から入力された値を乗じてウェイト係数算出部２８に入力する。

図２に逆数参照部４２の構成を示す。逆数参照部４２は、テーブル記憶部４２ａ、シンボル判別部４２ｂ、テーブル参照部４２ｃを備えて構成される。シンボル判別部４２ｂには収束目標信号Ｒが入力され、逆数参照部４２は、テーブル参照部４２ｃが出力する値を出力値とする。

テーブル記憶部４２ａは、基準シンボル点と、その基準シンボル点の絶対値の逆数とを対応付けたテーブルを記憶している。当該テーブルは、基準シンボル点の識別情報を与えることで基準シンボル点の絶対値の逆数が得られるような形式とすることが好ましい。

シンボル判別部４２ｂは、入力された収束目標信号Ｒが示すシンボル点が、複数ある基準シンボル点のうちいずれのものであるかを判別し、判別された基準シンボル点の識別情報をテーブル参照部４２ｃに入力する。テーブル参照部４２ｃは、入力された識別情報に基づいてテーブル記憶部４２ａを参照し、基準シンボル点の絶対値の逆数を取得して、その値を逆数参照部４２から出力する。

このように、逆数参照部４２では、記憶されたテーブルを参照することで収束目標信号が示すシンボル点の絶対値の逆数を取得するため、演算によって直接これを算出する場合に比して処理時間を短縮することができる。処理時間が問題とならないのであれば、演算によって直接シンボル点の絶対値の逆数を算出してもよい。

乗算部４４は、加算部３０から入力された誤差信号ｅに、逆数参照部４２から入力された値を乗じた規格化誤差信号ｅ_pをウェイト係数算出部２８に入力する。

本実施形態に係る振幅位相制御部１８は振幅位相制御部５０と同様、参照符号フレーム２２ａに対する複素Ｉ／Ｑ信号が入力されているときには引き込み処理を行い、情報符号フレーム２２ｂに対する複素Ｉ／Ｑ信号が入力されているときには追従処理を行う。引き込み処理においては、信号選択部３４は参照信号生成部４０が出力する参照信号Ｖを収束目標信号Ｒとして選択し、追従処理においては硬判定部３６が出力する硬判定信号Ｚを収束目標信号Ｒとして選択する。ウェイト係数算出部２８は、引き込み処理と追従処理のいずれにおいても、振幅位相制御部１８に入力された複素Ｉ／Ｑ信号および規格化誤差信号ｅ_pに基づく適応化アルゴリズムを実行する。例えば、ＬＭＳアルゴリズムは、次の（４）式から（６）式に示す漸化式で表される。
（数４）Ｙ（ｉ）＝Ｘ（ｉ）・Ｗ（ｉ）^* （４）
（数５）Ｗ（ｉ＋１）＝ｗ（ｉ）−μ・Ｘ（ｉ）・ｅ_p（ｉ）^* （５）
（数６）ｅ_p（ｉ）＝｛Ｘ（ｉ）・Ｗ（ｉ）^* −Ｒ（ｉ）｝／｜Ｒ（ｉ）｜（６）
ここに、Ｙ（ｉ）は振幅位相制御部１８の出力信号、μは収束性や追従性を決定するための任意の定数、Ｘ（ｉ）は振幅位相制御部１８の入力信号、Ｗ（ｉ）はウェイト係数、ｅ_p（ｉ）は規格化誤差信号、Ｒ（ｉ）は収束目標信号である。左上に＊が付された変数は、その変数の複素共役変数であることを意味し、各変数の括弧内のｉは時間と共に増加する計算ステップを表す整数である。

本実施形態に係る振幅位相制御部１８では、適応化アルゴリズムに適用する誤差信号ｅをシンボル点の絶対値で規格化することにより、規格化誤差信号ｅ_pの変動の様子は、シンボル点が単位円上に存在する場合と同様となる。

図３は、１６ＱＡＭ変調方式における基準シンボル点Ｓ₁〜Ｓ₁₆が、誤差信号ｅの規格化により見かけ上単位円上の点Ｄ₁〜点Ｄ₁₆に集約される様子を示す。規格化誤差信号ｅ_pは、複素平面上の単位円上に集約されたシンボル点の座標を起点とする複素ベクトルによって表される。

例えば図３の点Ｅは、硬判定により基準シンボル点Ｓ₅とみなされる点である。点Ｅに対する誤差ベクトルは、点Ｓ₅を起点、点Ｅを終点とする複素ベクトルｅ₅で表される。本実施形態においては、この複素ベクトルｅ₅が基準シンボル点Ｓ₅の絶対値によって規格化され、点Ｄ₅を起点、点Ｅ_pを終点とする複素ベクトルｅ_5pが規格化誤差信号として適応化アルゴリズムに供される。

点Ｄ₁〜点Ｄ₁₆のうちいずれかを起点とする複素ベクトルで表される規格化誤差信号ｅ_pは、収束目標信号Ｒが示すシンボル点の絶対値で規格化されている。そのため、規格化誤差信号ｅ_pの絶対値には、収束目標信号Ｒが示すシンボル点の原点からの距離が適応化アルゴリズムのステップごとに変化することに起因する変動が現れない。したがって、ウェイト係数Ｗの補正量に変動が現れず、出力信号Ｙに含まれる振幅位相誤差の収束時間が短縮される。

振幅位相制御部１８は、以上のように複素Ｉ／Ｑ信号の振幅位相の制御を行い、その複素Ｉ／Ｑ信号を符号検波部２０に入力する。符号検波部２０は、入力された複素Ｉ／Ｑ信号からシンボル点の座標値を抽出し、抽出したシンボル点の座標値に基づいてシンボル符号からディジタル符号列を得て、これを時系列で配置したディジタル信号を出力する。

本実施形態によれば、振幅位相制御部１８において実行される適応化アルゴリズムの収束時間を短縮することができる。また、従来技術における構成より大きな振幅位相誤差を低減することができる。そのためＱＡＭ変調方式等シンボル点によっては振幅が異なる変調方式においてもより安定して振幅位相制御部１８を動作させることができる。

本発明の実施形態に係る受信装置の構成を示す図である。逆数参照部の構成を示す図である。１６ＱＡＭ変調方式で定義されているシンボル点が単位円上に集約されることを説明する図である。受信装置が受信するディジタル変調信号の構成を示す図である。従来技術による受信装置の構成を示す図である。硬判定について説明する図である。ＱＡＭ変調方式における誤差信号の絶対値と位相誤差との関係について説明する図である。

符号の説明

１，３受信装置、１０アンテナ、１２無線受信部、１４直交検波部、１６Ａ／Ｄ変換部、１８，５０振幅位相制御部、２０符号検波部、２２単位フレーム、２２ａ参照符号フレーム、２２ｂ情報符号フレーム、２４タイミング同期部、２６，４４乗算部、２８ウェイト係数算出部、３０加算部、３２極性反転部、３４信号選択部、３６硬判定部、４０参照信号生成部、４２逆数参照部、４２ａテーブル記憶部、４２ｂシンボル判別部、４２ｃテーブル参照部。

Claims

入力されたＱＡＭ変調方式の複素信号に対してウェイト係数を用いた演算を施し、当該複素信号の振幅および位相を制御して出力信号とする振幅位相制御装置であって、
振幅および位相の基準となる基準信号に対する前記出力信号の差異を表す信号を、当該基準信号の絶対値で規格化した規格化誤差信号を生成する規格化誤差信号生成部と、
先に求められたウェイト係数を、前記複素信号と前記規格化誤差信号とに基づく修正値によって修正する漸化式を用いる適応化アルゴリズムに基づいて、新たなウェイト係数を求めるウェイト係数算出部と、
前記ウェイト係数算出部によって新たに求められたウェイト係数を用いた演算を前記複素信号に対して施し、前記出力信号を求める振幅位相変化部と、
予め設定された変化パターンに基づいて振幅または位相の少なくともいずれかが変化する参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記出力信号に対し硬判定を行い、当該硬判定の結果に基づいて前記出力信号の振幅および位相を修正する硬判定部と、
を備え、
前記複素信号は、参照符号が振幅および位相に対応付られた参照符号フレームと、当該参照符号フレームに対し時間的に後に配置され、情報符号が振幅および位相に対応付られた情報符号フレームとを含み、
前記規格化誤差信号生成部は、
前記参照符号フレームが前記振幅位相制御装置に入力されている間は、前記参照信号を前記基準信号とし、前記情報符号フレームが前記振幅位相制御装置に入力されている間は、前記硬判定部によって振幅および位相が修正された前記出力信号を前記基準信号とすることを特徴とする振幅位相制御装置。
ＱＡＭ変調信号を受信する無線受信部と、
前記無線受信部が受信したＱＡＭ変調信号から同相成分信号と直交成分信号とを抽出する直交検波部と、
前記同相成分信号と前記直交成分信号とから複素信号を生成し、ＱＡＭ変調複素信号として出力する複素信号生成部と、
前記ＱＡＭ変調複素信号からディジタル信号を抽出するディジタル復調部と、
を備える受信システムであって、
前記ディジタル復調部は、前記ＱＡＭ変調複素信号の振幅および位相を制御する請求項１に記載の振幅位相制御装置を備えることを特徴とする受信システム。