JP5030068B2 - Communication path equalization apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、例えば無線通信路や有線通信路などの通信回線を等化するための通信路等化装置及び方法に関する。 The present invention relates to a communication path equalization apparatus and method for equalizing communication lines such as a wireless communication path and a wired communication path.
無線通信システムでは、送信された信号は障害物により反射され、受信機では、到来時間の異なる複数の信号が受信される。通常、遅延して到来した信号は干渉信号となり性能劣化の大きな要因となる。これを改善する主な手法に等化装置を用い干渉信号を信号処理により除去する方法がある。この手法は、これまでの多くの研究者により研究され多くの成果が報告されている。 In a wireless communication system, a transmitted signal is reflected by an obstacle, and a receiver receives a plurality of signals having different arrival times. Usually, a signal that arrives after a delay becomes an interference signal, which is a major factor in performance degradation. As a main method for improving this, there is a method of removing an interference signal by signal processing using an equalizer. This method has been studied by many researchers so far and many results have been reported.
これまでに研究されてきた等化装置は、主に2つに分類することができる。一つが、線形畳込み演算による等化処理であり、もう一方が周波数領域等化(FDE)処理である(例えば、非特許文献2参照。)。図4は従来技術に係る線形畳込み演算による等化回路の構成を示すブロック図である。図4において、線形畳込み演算による等化回路は、シフトレジスタ41と、複数N個の乗算器42−0乃至42−(N−1)と、複数N個の重み係数を記憶する重み係数レジスタ43−0乃至43−(N−1)と、重み係数を調整するためのアルゴリズムを用いた等化コントローラ40とを備えて構成される。
Equalizers that have been studied so far can be classified into two main categories. One is equalization processing by linear convolution operation, and the other is frequency domain equalization (FDE) processing (see, for example, Non-Patent Document 2). FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an equalization circuit based on a linear convolution operation according to the prior art. In FIG. 4, the equalization circuit based on the linear convolution operation includes a
図4において、受信標本列r=(r0,r1,r2,…)は、順次シフトレジスタ41に入力される。各標本列に対して乗算器42−0乃至42−(N−1)により各重み係数レジスタ43−0乃至43−(N−1)からの重み係数wi(i=0,1,2,…,N−1)を乗算した後、それらを合成して出力する。これを逐次的に行うことにより、等化フィルタリング後の出力標本系列(ベクトル)yを得る。標本系列yから重み係数(ベクトル)wは、所定の規則に従い演算される。線形畳込みによる等化と、周波数領域等化処理との主な違いは、前者は、等化処理を入力された標本毎に逐次的に行うのに対して、後者は、標本列をブロックに分割しブロック単位で等化処理を行うことである。In FIG. 4, the received sample sequence r = (r 0 , r 1 , r 2 ,...) Is sequentially input to the
図5は従来技術に係る周波数領域等化回路の構成を示すブロック図である。図5において、周波数領域等化回路は、直並列変換器(以下、S/P変換器という。)51と、高速フーリエ変換器(FFT:Fast Fourier Transformer)52と、逆フーリエ変換器(IFFT:Inverse Fast Fourier Transformer)53と、並直列変換器(以下、P/S変換器という。)54と、複数N個の重み係数を記憶する重み係数レジスタ42−0乃至42−(N−1)と、周波数領域で重み係数を調整するためのアルゴリズムを用いた等化コントローラ50とを備えて構成される。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a frequency domain equalization circuit according to the prior art. In FIG. 5, the frequency domain equalization circuit includes a serial-parallel converter (hereinafter referred to as an S / P converter) 51, a fast Fourier transformer (FFT) 52, and an inverse Fourier transformer (IFFT). Inverse Fast Fourier Transformer) 53, parallel-serial converter (hereinafter referred to as P / S converter) 54, weight coefficient registers 42-0 to 42- (N-1) for storing a plurality of N weight coefficients. And an
図5において、受信標本列(ベクトル)rは、S/P変換器51により並列信号列に変換される。その後、並列信号列は高速フーリエ変換器52により周波数領域の信号(以下、周波数成分信号という。)に変換される。各周波数成分信号に対して乗算器42−0乃至42−(N−1)により重み係数レジスタ43−0乃至43−(N−1)からの重み係数wi(i=0,1,2,…,N−1)を乗算した後、逆フーリエ変換器53により時間領域の信号へ変換する。その後、時間領域の信号はP/S変換器54により直列信号列に変換し、出力標本系列(ベクトル)yを得る。重み係数wiの更新は、送受信機間で予め決められた信号であるトレーニング信号を送信機から送信し、これを受信機で受信し、受信された信号と予め決められたトレーニング信号との誤差が最小となるように所定の規則に従い重み係数wiを更新する。In FIG. 5, the received sample sequence (vector) r is converted into a parallel signal sequence by the S /
上述の周波数領域等化処理は、標本列をブロックに分割するため、あるブロック区間にそのブロックの前のブロックの信号が含まれると誤差となり、正確な等化処理が出来なくなってしまう。そのため、周波数領域等化処理では、サイクリックプリフィクス(CP:Cyclic Prefix)と呼ばれる周期的に拡張した信号がしばしば用いられる。 Since the above-described frequency domain equalization process divides the sample sequence into blocks, if a signal of a block before the block is included in a certain block section, an error occurs and accurate equalization process cannot be performed. For this reason, in the frequency domain equalization process, a periodically expanded signal called a cyclic prefix (CP) is often used.
図6は従来技術に係るサイクリックプリフィクス(以下、CPという。)を付加した信号の信号波形を示す図である。図6において、TsとTeはそれぞれ、シンボル時間及びCPの継続時間を表す。受信機では、周期的に拡張した部分の信号は、復調に用いない。反射波の到来時間差が、CPの区間内であれば、前の信号ブロックからのブロック間干渉(IBI:Inter-Block Interference)を受けることなく等化することが可能である。CPの区間は、冗長な信号を送ることになるため、電力ロス及び伝送速度の低下を招くことになるが、マルチコード伝送やOFDMなどの並列伝送システムなどでは、その影響は小さくなるため、CPは、この様な伝送方法と併用されることが多い。 FIG. 6 is a diagram showing a signal waveform of a signal to which a cyclic prefix (hereinafter referred to as CP) according to the prior art is added. In FIG. 6, Ts and Te represent the symbol time and the CP duration, respectively. In the receiver, the periodically expanded signal is not used for demodulation. If the arrival time difference of the reflected wave is within the CP interval, equalization can be performed without receiving inter-block interference (IBI) from the previous signal block. In the CP section, redundant signals are transmitted, which causes a power loss and a decrease in transmission speed. However, in a parallel transmission system such as multi-code transmission or OFDM, the influence is small. Is often used in combination with such a transmission method.
これらの方法の他に、行列演算による手法が非特許文献1及び特許文献3に示されている。この方法は、通信路特性Hを行列を用いて表し、その逆行列を演算することにより等化処理を行うものである。特に、CPを付加したシステムでは、通信路特性Hを表す行列を巡回行列で表すことができ、最小二乗誤差法(Minimum Mean Square Error;以下、MMSEという。)や、ゼロフォーシング法(Zero Forcing;以下、ZF法という。)などに基づいた逆行列演算により等化処理を行うことができる。
In addition to these methods, Non-Patent
図7は従来技術に係る行列演算による等化回路の構成を示すブロック図である。図7において、行列演算による等化回路は、S/P変換器51と、行列演算器55と、P/S変換器54と、等化コントローラ50とを備えて構成される。ここで、CPの長さをNeとし、遅延波の到来遅延時間がこの区間内に収まるとすると、準静的なフェージング通信路の通信路特性(行列)Hは次式で表すことができる。なお、当該明細書において、数式がイメージ入力された墨付き括弧の数式番号(数番号)と、数式が文字入力された大括弧の数式番号(数番号)とを混在して用いており、また、当該明細書での一連の数式番号として「式(1)」の形式を用いて数式番号を式の最後部に付与して(付与していない数式も存在する)用いることとする。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an equalization circuit based on matrix calculation according to the prior art. In FIG. 7, the matrix calculation equalizer circuit includes an S /
等化処理における乗算される行列は、MMSE基準に基づくものとZF基準に基づくものでは、それぞれ次式の通りである。なお、行列の上付き添字のHは複素共役転置である。 The matrixes to be multiplied in the equalization processing are as follows for the matrix based on the MMSE criterion and the matrix based on the ZF criterion. Note that the superscript H of the matrix is a complex conjugate transpose.
MMSE:(HHH+σ2I)HH (2)
ZF:(HHH)−1HH (3)MMSE: (HH H + σ 2 I) H H (2)
ZF: (HH H ) −1 H H (3)
この行列は、通信路の状況により変化するため、トレーニング信号などを使用し、最小平均二乗法(LMS:Least Mean Square)や逐次最小二乗法(RLS:Recursive Least Squares)などのアルゴリズムを用いて重み係数の更新を行う(例えば、非特許文献3参照。)。 Since this matrix changes depending on the condition of the communication channel, it uses training signals and weights using algorithms such as least mean square (LMS) and recursive least squares (RLS). The coefficient is updated (see, for example, Non-Patent Document 3).
以上説明したように、周波数領域等化処理や行列演算による等化処理では、きわめて大きな回路規模を有する等化回路を生成する必要があるという問題点があった。 As described above, the frequency domain equalization process and the equalization process using matrix operation have a problem that it is necessary to generate an equalization circuit having a very large circuit scale.
本発明の目的は以上の問題点を解決し、周波数領域等化処理や行列演算などの従来技術による等化処理に比較して、きわめて小さい回路規模で構成できる通信路等化装置及び方法を提供することにある。 The object of the present invention is to solve the above problems and provide a communication path equalization apparatus and method that can be configured with a very small circuit scale as compared with conventional equalization processing such as frequency domain equalization processing and matrix calculation. There is to do.
第1の発明に係る通信路等化装置は、
送信装置から送信される信号を受信装置により受信し、上記受信された信号を複数列の並列信号に直並列変換して出力する変換手段と、
上記変換手段から出力される並列信号及び所定の重み係数に対して循環畳込み演算を行って循環畳込み演算後の信号を出力する演算手段と、
上記演算手段から出力される信号に基づいて、上記送信装置と上記受信装置との間の通信路特性を等化するための上記重み係数を演算して上記演算手段に出力して設定する制御手段とを備え、
上記循環畳込み演算により上記送信装置と上記受信装置との間の通信路特性を等化することを特徴とする。A communication path equalizing apparatus according to a first invention is
Conversion means for receiving a signal transmitted from the transmission device by the reception device, and performing serial-parallel conversion on the received signal to a parallel signal of a plurality of columns and outputting the same;
Arithmetic means for performing a circular convolution operation on the parallel signal output from the conversion means and a predetermined weighting coefficient and outputting a signal after the circular convolution operation;
Control means for computing the weighting factor for equalizing the channel characteristics between the transmitting device and the receiving device based on the signal outputted from the computing means, and outputting and setting to the computing means And
The channel characteristic between the transmitting device and the receiving device is equalized by the circular convolution operation.
上記通信路等化装置において、上記送信装置から送信される信号は参照信号を含み、
上記制御手段は、上記演算手段から出力される信号に含まれる参照信号を、上記参照信号と同一の参照信号と比較し、その誤差が実質的に最小となるように上記重み係数を更新することにより上記重み係数を演算して上記演算手段に出力して設定することを特徴とする。In the communication path equalization device, the signal transmitted from the transmission device includes a reference signal,
The control means compares the reference signal included in the signal output from the arithmetic means with the same reference signal as the reference signal, and updates the weighting coefficient so that the error is substantially minimized. The weighting factor is calculated and output to the calculation means and set.
また、上記通信路等化装置において、上記演算手段は、
各レジスタで記憶される信号が循環するように接続された複数のレジスタを有し、上記変換手段から出力される並列信号を入力して各レジスタにおいて記憶して出力し、1つのレジスタに記憶された信号を次に接続されたレジスタに出力して記憶するように順次循環させて記憶して出力するサイクリックシフトレジスタと、
上記サイクリックシフトレジスタから出力される並列信号に対して所定の重み係数を乗算して乗算後の信号を出力する乗算手段と、
上記乗算手段から出力される乗算後の信号を加算して、加算後の信号を出力する加算手段とを備えたことを特徴とする。Further, in the communication path equalization apparatus, the computing means is
It has a plurality of registers connected so that the signal stored in each register circulates, inputs the parallel signal output from the conversion means, stores it in each register, outputs it, and stores it in one register A cyclic shift register that sequentially circulates and stores and outputs the output signal to the next connected register for storage.
Multiplying means for multiplying a parallel signal output from the cyclic shift register by a predetermined weighting factor and outputting a signal after multiplication;
And adding means for adding the signals after multiplication output from the multiplication means and outputting the signals after addition.
ここで、上記サイクリックシフトレジスタと、上記乗算手段と、上記加算手段とを、1つの高速演算器により構成したことを特徴とする。 Here, the cyclic shift register, the multiplication means, and the addition means are constituted by a single high-speed computing unit.
第2の発明に係る通信路等化方法は、
送信装置から送信される信号を受信装置により受信し、上記受信された信号を複数列の並列信号に直並列変換して出力するステップと、
上記並列信号及び所定の重み係数に対して循環畳込み演算を行って循環畳込み演算後の信号を出力するステップと、
上記循環畳込み演算後の信号に基づいて、上記送信装置と上記受信装置との間の通信路特性を等化するための上記重み係数を演算して上記循環畳込み演算のための重み係数として設定するステップとを含み、
上記循環畳込み演算により上記送信装置と上記受信装置との間の通信路特性を等化することを特徴とする。The channel equalization method according to the second invention is:
Receiving a signal transmitted from the transmitting device by the receiving device, serially parallel-converting the received signal into a plurality of parallel signals, and outputting,
Performing a circular convolution operation on the parallel signal and the predetermined weighting factor to output a signal after the circular convolution operation;
Based on the signal after the circular convolution operation, the weighting factor for equalizing the channel characteristics between the transmitting device and the receiving device is calculated and used as a weighting factor for the circular convolution operation. Including the step of setting,
The channel characteristic between the transmitting device and the receiving device is equalized by the circular convolution operation.
上記通信路等化方法において、上記送信装置から送信される信号は参照信号を含み、
上記重み係数を演算して設定するステップは、上記循環畳込み演算後の信号に含まれる参照信号を、上記参照信号と同一の参照信号と比較し、その誤差が実質的に最小となるように上記重み係数を更新することにより上記重み係数を演算して上記演算手段に出力して設定することを含むことを特徴とする。In the channel equalization method, the signal transmitted from the transmitter includes a reference signal,
The step of calculating and setting the weighting factor compares the reference signal included in the signal after the circular convolution operation with the same reference signal as the reference signal so that the error is substantially minimized. The method includes calculating the weighting factor by updating the weighting factor, outputting the setting to the calculating unit, and setting the weighting factor.
また、上記通信路等化方法において、送信装置から送信されるトレーニング信号を受信装置により受信し、上記トレーニング信号を複数列の並列信号に直並列変換して出力する変換ステップと、
上記並列信号に対してそれぞれ所定の重み係数と循環畳込み演算を行って循環畳込み演算後の信号を出力する演算ステップと、
上記循環畳込み演算後の信号を、上記トレーニング信号と同一のトレーニング信号と比較し、その誤差が実質的に最小となるように上記重み係数を更新し、上記更新された重み係数を用いて上記送信装置と上記受信装置との間の通信路特性を等化させる等化ステップとを含むことを特徴とする。Further, in the communication channel equalization method, a conversion step of receiving a training signal transmitted from a transmission device by a reception device, serially parallel-converting the training signal into a plurality of parallel signals, and outputting the training signal;
A calculation step of performing a predetermined weighting factor and a circular convolution operation on each of the parallel signals and outputting a signal after the circular convolution operation,
The signal after the circular convolution operation is compared with the same training signal as the training signal, the weighting factor is updated so that the error is substantially minimized, and the weighting factor is updated using the updated weighting factor. And an equalizing step for equalizing the channel characteristics between the transmitting device and the receiving device.
さらに、上記通信路等化方法において、上記演算ステップは、
各レジスタで記憶される信号が循環するように接続された複数のレジスタを有するサイクリックシフトレジスタを用いて、上記並列信号を入力して各レジスタにおいて記憶して出力し、1つのレジスタに記憶された信号を次に接続されたレジスタに出力して記憶するように順次循環させて記憶して出力するステップと、
上記サイクリックシフトレジスタから出力される並列信号に対して所定の重み係数を乗算して乗算後の信号を出力するステップと、
上記乗算後の信号を加算して、加算後の信号を出力するステップとを含むことを特徴とする。Furthermore, in the channel equalization method, the calculation step includes:
Using a cyclic shift register having a plurality of registers connected so that the signal stored in each register circulates, the parallel signal is input, stored and output in each register, and stored in one register And sequentially circulating and storing and outputting the received signal to a connected register and storing it,
Multiplying the parallel signal output from the cyclic shift register by a predetermined weighting factor and outputting the multiplied signal;
Adding the signals after the multiplication and outputting the signal after the addition.
本発明に係る通信路等化装置及び方法によれば、送信装置から送信される信号を受信装置により受信し、上記受信された信号を複数列の並列信号に直並列変換して出力し、上記並列信号及び所定の重み係数に対して循環畳込み演算を行って循環畳込み演算後の信号を出力し、上記循環畳込み演算後の信号に基づいて、上記送信装置と上記受信装置との間の通信路特性を等化するための上記重み係数を演算して上記循環畳込み演算のための重み係数として設定し、上記循環畳込み演算により上記送信装置と上記受信装置との間の通信路特性を等化する。従って、従来技術に比較して回路規模を大幅に縮小し、これにより、製造コストを大幅に低減させることができる。 According to the communication path equalization apparatus and method according to the present invention, a signal transmitted from a transmission apparatus is received by a reception apparatus, the received signal is serial-parallel converted into a plurality of columns of parallel signals, and output. A cyclic convolution operation is performed on the parallel signal and a predetermined weight coefficient to output a signal after the cyclic convolution operation, and between the transmission device and the reception device based on the signal after the cyclic convolution operation The weighting factor for equalizing the channel characteristics of the channel is calculated and set as a weighting factor for the circular convolution operation, and the communication path between the transmitting device and the receiving device is calculated by the circular convolution operation. Equalize the characteristics. Therefore, the circuit scale can be greatly reduced as compared with the prior art, and thus the manufacturing cost can be greatly reduced.
11…符号化器、
12…直並列変換器(S/P変換器)、
13…符号乗算器、
14…並直列変換器(P/S変換器)、
15…サイクリックプリフィクス付加器(CP付加器)、
16…無線送信回路、
17…アンテナ、
18,18A…トレーニング信号発生器、
21…アンテナ、
22…無線受信回路、
23…サイクリックプリフィクス除去器(CP除去器)、
24…等化回路、
25…直並列変換器(S/P変換器)、
26…符号乗算器、
27…並直列変換器(P/S変換器)、
28…復号器、
30…等化コントローラ、
31…直並列変換器(S/P変換器)、
32…サイクリックシフトレジスタ、
32A…高速循環畳込み演算器、
33−0乃至33−(N−1)…乗算器、
34−0乃至34−(N−1)…重み係数レジスタ、
35…加算器、
36…クロック発生器。11: Encoder,
12: Series-parallel converter (S / P converter),
13: Sign multiplier,
14 ... Parallel-serial converter (P / S converter),
15 ... cyclic prefix adder (CP adder),
16 ... wireless transmission circuit,
17 ... antenna,
18, 18A ... Training signal generator,
21 ... antenna,
22 ... a wireless receiving circuit,
23. Cyclic prefix remover (CP remover),
24 ... Equalization circuit,
25 ... Series-parallel converter (S / P converter),
26: Sign multiplier,
27 ... Parallel-serial converter (P / S converter),
28: Decoder,
30 ... Equalization controller,
31 ... Series-parallel converter (S / P converter),
32 ... cyclic shift register,
32A ... High-speed circular convolution operator,
33-0 to 33- (N−1)... Multiplier
34-0 to 34- (N−1)... Weight coefficient register,
35 ... adder,
36: Clock generator.
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。本発明に係る実施形態では、周波数領域等化回路及び行列演算による等化回路の回路規模を縮小するため、循環畳込み演算による等化回路を提案する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each following embodiment, the same code | symbol is attached | subjected about the same component. In the embodiment according to the present invention, an equalization circuit based on a circular convolution operation is proposed in order to reduce the circuit scale of the frequency domain equalization circuit and the equalization circuit based on a matrix operation.
図1(a)は本発明の実施形態に係る無線送信装置の構成を示すブロック図であり、図1(b)は図1(a)の無線送信装置からの無線信号を受信するために設けられ、等化回路24を備えた無線受信装置の構成を示すブロック図である。また、図2は図1の等化回路24の構成を示すブロック図である。実施形態に係る等化回路24は、周波数領域等化回路及び行列演算による等化回路と同等の性能を回路規模を縮小して達成するものである。
FIG. 1A is a block diagram showing a configuration of a wireless transmission device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is provided for receiving a wireless signal from the wireless transmission device of FIG. FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a wireless reception device including an
まず、図1を参照して、CPを用いた無線通信であって、等化回路24を備えた無線通信システムについて以下、詳細説明する。
First, with reference to FIG. 1, a radio communication system using CP and having an
無線通信システムでは、送信された信号は、反射、散乱され受信機では、遅延時間をもつ複数の信号が受信されることになる。遅延して到来した信号は、干渉信号となり、性能劣化の大きな要因となる。本実施形態では、遅延波による性能劣化を軽減するためにCPを付加したマルチコード伝送システムについて説明する。 In the wireless communication system, the transmitted signal is reflected and scattered, and the receiver receives a plurality of signals having a delay time. A signal that arrives with a delay becomes an interference signal, which is a major factor in performance degradation. In this embodiment, a multi-code transmission system to which a CP is added in order to reduce performance degradation due to a delayed wave will be described.
図1(a)の無線送信装置では、入力される情報ビット(ベクトル)bは、符号化器11により、冗長ビットが付加された符号化ビット(ベクトル)bcへ変換される。次いで、S/P変換器12により低速な複数M本の並列信号に変換された後、それぞれ別のブランチへ割り当てられる。それぞれのブランチにおいて異なる符号を乗算した後、それらを合成する。図1(a)では、この操作を符号乗算器13とP/S変換器14により行っている。合成後の信号であるマルチコード信号(ベクトル)sは、乗算する符号セット(行列)をCとすると、s=CTbcで表される。その後、シンボルの末尾と同じ信号(CP)をCP付加器15により送信信号の前に付加することにより信号を周期的に拡張する。当該送信信号は無線送信回路16により変調や電力増幅された後、アンテナ17から放射される。In the radio transmission apparatus of FIG. 1A, an input information bit (vector) b is converted into an encoded bit (vector) b c to which redundant bits are added by an encoder 11. Subsequently, after being converted into a plurality of low-speed M parallel signals by the S /
CPを付加したシステムでは、無線通信路の伝達関数を、巡回行列を用いて表すことができる。無線通信路の伝達関数(行列)をHとすると、受信信号(ベクトル)はr=Hsで与えられる。図1(b)の無線受信装置では、当該受信信号を無線受信回路22により受信して低雑音増幅した後、低域周波数変換、復調などの所定の無線受信処理を実行する。そして、無線送信装置のCP付加器15で付加したCPをCP除去器23により取り除いた後、等化回路24により詳細後述する回線等化処理が施された後、S/P変換器25により同一の信号を複数のM本のブランチへコピーする。それぞれのブランチにおいて、符号乗算器26により、無線送信装置で乗算した符号と同一の符号を乗算して出力信号を得る。さらに、P/S変換器27により直列信号に変換し、復号器28により復号後、受信データを得る。
In a system to which a CP is added, the transfer function of the wireless communication path can be expressed using a cyclic matrix. If the transfer function (matrix) of the wireless channel is H, the received signal (vector) is given by r = Hs. In the wireless reception device of FIG. 1B, the reception signal is received by the
なお、等化回路24の等化処理のために、無線送信装置では、本来送信すべきデータ送信の前段において、所定のトレーニング信号をトレーニング信号発生器18により発生させてCP付加器15の入力端子に入力して送信する一方、無線受信装置では、当該トレーニング信号を含む無線信号を復調してトレーニング信号を抽出した後、等化回路24の等化コントローラ30では、復調されたトレーニング信号を、無線送信装置側で発生されるトレーニング信号と同一のトレーニング信号をトレーニング信号発生器18Aにより発生されるトレーニング信号と比較することにより、公知の最小平均二乗法や逐次最小二乗法などの所定のアルゴリズムを用いて上記比較結果の誤差が実質的に最小となるように重み係数wi(i=0,1,2,…,N−1)の更新を行う。Note that, for the equalization processing of the
次いで、図2を参照して、本実施形態に係る等化回路24について以下に説明する。等化回路24は、S/P変換器31と、サイクリックシフトレジスタ32と、複数N個の乗算器33−0乃至33−(N−1)と、重み係数レジスタ34−0乃至34−(N−1)と、加算器35と、クロック発生器36と、等化コントローラ30とを備えて構成される。
Next, the
図2において、CP除去器23から入力されたシリアル形式の標本列(ベクトル)r=(r0,r1,r2,…,rN−1)は、S/P変換器31によりN個の並列データに変換された後、サイクリックシフトレジスタ32に入力される。サイクリックシフトレジスタ32は複数N個のレジスタ37−0乃至37−(N−1)からなり、先頭部のレジスタ37−0からの出力データが最後部のレジスタ37−(N−1)に入力されてデータが循環(巡回)するように構成されている。すなわち、クロック発生器36からのクロックに応じて、保持されたデータ値は、次のレジスタへシフトされる。上述のようにサイクリックシフトレジスタ32の両端が結線されており、サイクリックシフトレジスタ32内を標本列が循環する形になる。それぞれのレジスタ37−0乃至37−(N−1)に保持された標本値は、重み係数レジスタ34−0乃至34−(N−1)から出力される重み係数wi(i=0,1,2,…,N−1)が乗算され、加算器35により合成された後、S/P変換器25及び等化コントローラ30に出力される。等化コントローラ30は、所定のアルゴリズムに従って、加算器35からの出力値から、重み係数wiを計算しこれらの値を更新して重み係数レジスタ34−0乃至34−(N−1)を記憶する。すなわち、サイクリックシフトレジスタ32内のデータ値は、1つのブロックの一周期分のデータ値が循環したらそのデータ値を消去し次のブロックの演算を行う。ここで、サイクリックシフトレジスタ32とN個の乗算器33−0乃至33−(N−1)と加算器35とにより循環畳込み演算回路を構成している。また、等化コントローラ30による重み係数wiの更新は、他の従来技術の方法と同様に、無線送信装置側で発生されるトレーニング信号と同一のトレーニング信号をトレーニング信号発生器18Aにより発生して、加算器35から出力されるトレーニング信号を、上記トレーニング信号発生器18Aにより発生されるトレーニング信号と比較し、LMSやRLSなどのアルゴリズムを用いて比較結果の誤差が実質的に最小となるように重み係数wiの更新を行う。以上の構成により、循環畳込み演算を実行することにより回線等化処理を行う。In FIG. 2, the serial sample sequence (vector) r = (r 0 , r 1 , r 2 ,..., R N−1 ) input from the
次いで、本実施形態に係る循環畳込み演算等化装置と、周波数領域等化及び行列演算による等化装置との理論的関係について以下に説明する。 Next, the theoretical relationship between the cyclic convolution operation equalization apparatus according to the present embodiment and the equalization apparatus using frequency domain equalization and matrix operation will be described below.
ここでは、MMSE基準の等化処理を例に挙げて、非特許文献2などによる周波数領域等化処理及び特許文献3による行列演算による等化処理と、本実施形態に係る循環畳込み演算等化処理との関係について述べる。MMSEの重み行列は、送信信号(ベクトル)sと受信信号(ベクトル)yとの誤差を最小にするように行列の重みを選択する。これは、公知の最小二乗問題であり、その解は、次式で表される。
Here, taking the MMSE-based equalization process as an example, the frequency domain equalization process according to
通信路特性Hは、式(1)のように巡回行列で表されるので、次式のように書き換えることができる。 Since the channel characteristic H is expressed by a cyclic matrix as shown in Expression (1), it can be rewritten as shown in the following expression.
H=FΛFH (6)H = FΛF H (6)
ここで、行列FはDFT行列を表し、また、行列Λは次式で表される。 Here, the matrix F represents a DFT matrix, and the matrix Λ is represented by the following equation.
Λ=diag(H0,H1,…,HN−1) (7)Λ = diag (H 0 , H 1 ,..., H N-1 ) (7)
ここで、diag(・)は引数(・)を有する対角行列を表す。式(6)を式(5)に代入することにより、MMSE基準の重み係数(行列)wは、次式のように書き換えられる。 Here, diag (•) represents a diagonal matrix having an argument (•). By substituting equation (6) into equation (5), the weight coefficient (matrix) w based on MMSE is rewritten as the following equation.
w=F(Λ2+σ2I)−1ΛHFH (8)w = F (Λ 2 + σ 2 I) −1 Λ H F H (8)
ここで、σ2は雑音電力の分散を表す。また、(Λ2+σ2I)−1ΛHは対角行列なので、wは巡回行列となる。ここで、重み係数の巡回行列wを次式で表されると仮定する。Here, σ 2 represents the variance of noise power. Since (Λ 2 + σ 2 I) −1 Λ H is a diagonal matrix, w is a cyclic matrix. Here, it is assumed that a cyclic matrix w of weighting factors is expressed by the following equation.
w=(w0,w1,w2,…,wN−1) (9)w = (w 0 , w 1 , w 2 ,..., w N−1 ) (9)
このとき、巡回行列wの特徴から、その第一列のベクトルw0は、次式の関係を満たす。At this time, the vector w 0 of the first column satisfies the relationship of the following equation from the characteristics of the cyclic matrix w.
式(10)においてのみ、*は複素共役を表す。このとき、MMSE基準の等化回路の出力信号(ベクトル)wrは次式で表される。 Only in formula (10), * represents a complex conjugate. At this time, the output signal (vector) wr of the MMSE-based equalization circuit is expressed by the following equation.
ここで、
図3は図2の等化回路の変形例に係る等化回路24Aの構成を示すブロック図である。図3において、図2に比較して、サイクリックシフトレジスタ32と、N個の乗算器33−0乃至32−(N−1)と、加算器35とを1つの高速循環畳込み演算器32Aにより構成したことを特徴としている。当該高速循環畳込み演算器32Aは例えばDSP(デジタル・シグナル・プロセッサ)であり、サイクリックシフトレジスタ32と、N個の乗算器33−0乃至32−(N−1)と、加算器35との各演算をプログラムに基づく演算処理で実現するものである。この構成により、図3の等化回路24Aは、図2の等化回路24に比較して演算回数を削減し、時間的に早く演算結果を得ることができるという利点がある。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an
以上の実施形態においては、無線送信装置と無線受信装置との間の無線回線の通信路特性を等化させる等化回路24,24Aについて説明しているが、本発明はこれに限らず、有線回線の通信路特性を等化させる等化回路にも適用できる。
In the above embodiment, the
以上の実施形態においては、トレーニング信号である参照信号を用いてLMSアルゴリズムやRLSアルゴリズムなど(例えば、非特許文献5参照。)を用いて、送信装置からの受信信号に含まれる参照信号を、上記参照信号と同一の参照信号と比較し、その誤差が実質的に最小となるように、送信装置と受信装置との間の通信路を等化する、循環畳込み演算用重み係数を更新することにより当該重み係数を演算して設定した後、演算された重み係数を用いて参照信号でないデータ信号などの本体信号に対して循環畳込み演算をすることにより、送信装置と受信装置との間の通信路を等化した状態で本体信号を受信することができる。しかしながら、本発明はこれに限らず、送信装置からの受信信号に含まれる参照信号でないデータ信号などの本体信号に基づいて、CMA(Constant Modulus Algorithm)、MMA(Multi-Modulus Algorithm)、RCA(Reduced Constellation Algorithm)、ZF(Zero Forcing)法などの公知のブラインド適応制御アルゴリズム(例えば、非特許文献6−9参照。)を用いて、送信装置と受信装置との間の通信路を等化する、循環畳込み演算用重み係数を演算してもよい。すなわち、本願発明は、特に、循環畳込み演算により送信装置と受信装置との間の通信路を等化することを特徴とするものである。 In the above-described embodiment, the reference signal included in the received signal from the transmission device using the reference signal that is the training signal, using the LMS algorithm, the RLS algorithm, or the like (see, for example, Non-Patent Document 5) Compare the reference signal with the same reference signal, and update the weighting factor for the circular convolution operation that equalizes the communication path between the transmitting device and the receiving device so that the error is substantially minimized. After calculating and setting the weighting factor, the cyclic convolution operation is performed on the body signal such as the data signal that is not the reference signal using the calculated weighting factor, thereby The main body signal can be received with the communication path equalized. However, the present invention is not limited to this, and based on a body signal such as a data signal that is not a reference signal included in a received signal from a transmission device, CMA (Constant Modulus Algorithm), MMA (Multi-Modulus Algorithm), RCA (Reduced) Using a known blind adaptive control algorithm such as Constellation Algorithm) or ZF (Zero Forcing) method (for example, refer to Non-Patent Document 6-9), equalizing the communication path between the transmission device and the reception device; A cyclic convolution calculation weight coefficient may be calculated. That is, the present invention is particularly characterized in that the communication path between the transmission device and the reception device is equalized by a circular convolution operation.
以上詳述したように、本発明に係る通信路等化装置及び方法によれば、送信装置から送信される信号を受信装置により受信し、上記受信された信号を複数列の並列信号に直並列変換して出力し、上記並列信号及び所定の重み係数に対して循環畳込み演算を行って循環畳込み演算後の信号を出力し、上記循環畳込み演算後の信号に基づいて、上記送信装置と上記受信装置との間の通信路特性を等化するための上記重み係数を演算して上記循環畳込み演算のための重み係数として設定し、上記循環畳込み演算により上記送信装置と上記受信装置との間の通信路特性を等化する。従って、従来技術に比較して回路規模を大幅に縮小し、これにより、製造コストを大幅に低減させることができる。 As described above in detail, according to the communication path equalization apparatus and method according to the present invention, a signal transmitted from a transmission apparatus is received by a reception apparatus, and the received signal is serially parallel to a plurality of parallel signals. Converting and outputting, performing a circular convolution operation on the parallel signal and a predetermined weight coefficient, outputting a signal after the circular convolution operation, and transmitting the signal based on the signal after the circular convolution operation The weighting factor for equalizing the channel characteristics between the transmission device and the receiving device is calculated and set as a weighting factor for the circular convolution operation. Equalizes the channel characteristics with the device. Therefore, the circuit scale can be greatly reduced as compared with the prior art, and thus the manufacturing cost can be greatly reduced.
Claims (8)
上記変換手段から出力される並列信号及び所定の重み係数に対して循環畳込み演算を行って循環畳込み演算後の信号を出力する演算手段と、
上記演算手段から出力される信号に基づいて、上記送信装置と上記受信装置との間の通信路特性を等化するための上記重み係数を演算して上記演算手段に出力して設定する制御手段とを備え、
上記循環畳込み演算により上記送信装置と上記受信装置との間の通信路特性を等化することを特徴とする通信路等化回路。Conversion means for receiving a signal transmitted from the transmission device by the reception device, and performing serial-parallel conversion on the received signal to a parallel signal of a plurality of columns and outputting the same;
Arithmetic means for performing a circular convolution operation on the parallel signal output from the conversion means and a predetermined weighting coefficient and outputting a signal after the circular convolution operation;
Control means for computing the weighting factor for equalizing the channel characteristics between the transmitting device and the receiving device based on the signal outputted from the computing means, and outputting and setting to the computing means And
A communication path equalization circuit characterized by equalizing communication path characteristics between the transmission apparatus and the reception apparatus by the circular convolution operation.
上記制御手段は、上記演算手段から出力される信号に含まれる参照信号を、上記参照信号と同一の参照信号と比較し、その誤差が実質的に最小となるように上記重み係数を更新することにより上記重み係数を演算して上記演算手段に出力して設定することを特徴とする請求項1記載の通信路等化回路。The signal transmitted from the transmission device includes a reference signal,
The control means compares the reference signal included in the signal output from the arithmetic means with the same reference signal as the reference signal, and updates the weighting coefficient so that the error is substantially minimized. 2. The communication path equalizing circuit according to claim 1, wherein the weighting factor is calculated and output to the calculating means and set.
各レジスタで記憶される信号が循環するように接続された複数のレジスタを有し、上記変換手段から出力される並列信号を入力して各レジスタにおいて記憶して出力し、1つのレジスタに記憶された信号を次に接続されたレジスタに出力して記憶するように順次循環させて記憶して出力するサイクリックシフトレジスタと、
上記サイクリックシフトレジスタから出力される並列信号に対して所定の重み係数を乗算して乗算後の信号を出力する乗算手段と、
上記乗算手段から出力される乗算後の信号を加算して、加算後の信号を出力する加算手段とを備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の通信路等化回路。The computing means is
It has a plurality of registers connected so that the signal stored in each register circulates, inputs the parallel signal output from the conversion means, stores it in each register, outputs it, and stores it in one register A cyclic shift register that sequentially circulates and stores and outputs the output signal to the next connected register for storage.
Multiplying means for multiplying a parallel signal output from the cyclic shift register by a predetermined weighting factor and outputting a signal after multiplication;
3. The communication path equalizing circuit according to claim 1, further comprising an adding unit that adds the signals after multiplication output from the multiplication unit and outputs the signal after addition.
上記並列信号及び所定の重み係数に対して循環畳込み演算を行って循環畳込み演算後の信号を出力するステップと、
上記循環畳込み演算後の信号に基づいて、上記送信装置と上記受信装置との間の通信路特性を等化するための上記重み係数を演算して上記循環畳込み演算のための重み係数として設定するステップとを含み、
上記循環畳込み演算により上記送信装置と上記受信装置との間の通信路特性を等化することを特徴とする通信路等化方法。Receiving a signal transmitted from the transmitting device by the receiving device, serially parallel-converting the received signal into a plurality of parallel signals, and outputting,
Performing a circular convolution operation on the parallel signal and the predetermined weighting factor to output a signal after the circular convolution operation;
Based on the signal after the circular convolution operation, the weighting factor for equalizing the channel characteristics between the transmitting device and the receiving device is calculated and used as a weighting factor for the circular convolution operation. Including the step of setting,
A channel equalization method characterized by equalizing channel characteristics between the transmission device and the reception device by the circular convolution operation.
上記重み係数を演算して設定するステップは、上記循環畳込み演算後の信号に含まれる参照信号を、上記参照信号と同一の参照信号と比較し、その誤差が実質的に最小となるように上記重み係数を更新することにより上記重み係数を演算して上記演算手段に出力して設定することを含むことを特徴とする請求項5記載の通信路等化方法。The signal transmitted from the transmission device includes a reference signal,
The step of calculating and setting the weighting factor compares the reference signal included in the signal after the circular convolution operation with the same reference signal as the reference signal so that the error is substantially minimized. 6. The communication path equalization method according to claim 5, further comprising: calculating the weighting coefficient by updating the weighting coefficient, and outputting and setting the weighting coefficient to the calculating means.
上記並列信号に対してそれぞれ所定の重み係数と循環畳込み演算を行って循環畳込み演算後の信号を出力する演算ステップと、
上記循環畳込み演算後の信号を、上記トレーニング信号と同一のトレーニング信号と比較し、その誤差が実質的に最小となるように上記重み係数を更新し、上記更新された重み係数を用いて上記送信装置と上記受信装置との間の通信路特性を等化させる等化ステップとを含むことを特徴とする請求項5又は6記載の通信路等化方法。A conversion step of receiving the training signal transmitted from the transmission device by the reception device, serially parallel-converting the training signal into a plurality of parallel signals, and outputting,
A calculation step of performing a predetermined weighting factor and a circular convolution operation on each of the parallel signals and outputting a signal after the circular convolution operation,
The signal after the circular convolution operation is compared with the same training signal as the training signal, the weighting factor is updated so that the error is substantially minimized, and the weighting factor is updated using the updated weighting factor. The communication path equalization method according to claim 5 or 6, further comprising an equalization step of equalizing communication path characteristics between the transmission apparatus and the reception apparatus.
各レジスタで記憶される信号が循環するように接続された複数のレジスタを有するサイクリックシフトレジスタを用いて、上記並列信号を入力して各レジスタにおいて記憶して出力し、1つのレジスタに記憶された信号を次に接続されたレジスタに出力して記憶するように順次循環させて記憶して出力するステップと、
上記サイクリックシフトレジスタから出力される並列信号に対して所定の重み係数を乗算して乗算後の信号を出力するステップと、
上記乗算後の信号を加算して、加算後の信号を出力するステップとを含むことを特徴とする請求項7記載の通信路等化方法。The above calculation steps are:
Using a cyclic shift register having a plurality of registers connected so that the signal stored in each register circulates, the parallel signal is input, stored and output in each register, and stored in one register And sequentially circulating and storing and outputting the received signal to a connected register and storing it,
Multiplying the parallel signal output from the cyclic shift register by a predetermined weighting factor and outputting the multiplied signal;
8. The channel equalization method according to claim 7, further comprising the step of adding the signals after multiplication and outputting the signal after addition.
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