JP5425529B2 - ビット誤り率評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、受信波の伝送歪みを補償する機能を有する無線受信機において、その受信波のビット誤り率を評価するビット誤り率評価装置に関する。

データ通信に供される無線伝送系では、受信端に到来した受信波の品質に応じて通信速度や変調方式などが最適に選択されることにより、データ誤りが少なく効率的な伝送が図られている。しかし、送信端から受信端に至る無線伝送路では、一般に、有線伝送路に比べて、外来ノイズが発生し易く、かつ伝送特性が広範に変化する可能性が高い。

したがって、特に、ＶＨＦ帯以上の周波数帯に比べてフロアノイズレベルが高いＭＦ帯やＨＦ帯の無線伝送系では、伝送品質の評価は、ＡＬＥ(Automatic Link Establishment)方式に基づき最良の無線チャネルを選択するための基準を与える重要な技術となっている。

従来、このような伝送品質は、受信端において、送信端から送信された既知のデータのビット誤り率（ＢＥＲ）として評価されていた。

なお、本発明に関連した先行技術としては、例えば、後述する特許文献１ないし特許文献３に開示される技術がある。
(1) 「無線通信リンク上で、送信機から受信機に、適応符号化・変調（ＡＣＭ）を使用して、可変のデータ転送速度でデータが送信される系において、
前記受信機から前記送信機にフィードバックされるフィードバック情報と、前記データの符号化および変調のためにフォーワード誤り訂正（ＦＥＣ）符号および変調方式を規定するＡＣＭプロファイルとに基づく選択によって、前記データを送信する前記可変のデータ転送速度が設定され、
前記フィードバック情報が使用不可能であることを検出したとき、前記フィードバックとは独立に前記送信機の動作が変更される」点に特徴があるレート可変な通信リンクの管理…特許文献１

(2) 「利用可能伝送形式を識別するための手段と、
前記識別された利用可能伝送形式を無線リンク品質メトリックに基づいて評価するための手段と、
前記識別された利用可能伝送形式のうちの少なくとも１つを、前記評価された無線リンク品質メトリックに基づいて、通信のために選択するための手段とを具備することにより、マルチバンド無線通信のためのシステム、装置、および方法に関する。周波数バンドおよび／または伝送形式は、無線通信のための周波数範囲の中で利用可能なように識別され、かつ利用可能なそれぞれの周波数バンドに対する信号品質メトリックを評価し、評価した信号品質に基づいて、識別された周波数バンドのうちの少なくとも１つを通信のために選択することができる。」点に特徴がある周波数バンド適応無線通信システム…特許文献２

(3) 「周期的なノイズやインピーダンス変動が存在する伝送路状態において、その局所的なノイズやインピーダンス変動に影響されることなく、可能な限り最大の通信速度で動作するように通信パラメータを設定することを可能とするために、送受信装置１００は電灯線の状態を確認するためのトレーニングパケットを、相異なる二回のタイミングで送信し、送受信装置１０１はトレーニングパケットが受信される毎に、各キャリアの周波数におけるＳＮＲを解析し、その結果得られるＳＮＲ評価結果を記憶すると共に、送受信装置１０１は二回のチャネルエスティメーションアルゴリズムによって得られた二つのＳＮＲ評価結果を比較して、ＰＨＹレートが速くなる方のＳＮＲ評価結果を選択して、送受信装置１００に送信し、さらに、送受信装置１００は受信したＳＮＲ解析結果に基づいて変復調ルールを変更する。」点に特徴がある通信ネットワークシステム…特許文献３

特開２００９−２７６９０号公報 特表２００９−５０４０１０号公報 特表２００７−５２９１５６号公報

ところで、上述した従来例では、ビット誤り率の測定のためにデータ通信が別途必要であった。また、そのデータ通信の過程では、無線伝送路の品質が低い状態であっても受信端で既知のデータがある程度の高い伝送品質で受信されなければならないために、通信速度が低く抑えられなければならなかった。

さらに、このようなビット誤り率の測定は、上記既知のデータの長さがある程度長くなければ、十分な精度では実現されなかった。
したがって、従来例では、ビット誤りの測定のために長い時間を要していた。

また、ビット誤り率は、精度よく測定されても、無線伝送路で生じた歪みの成分と、その無線伝送路で重畳された雑音の成分との双方に起因するビット誤りが反映される。
したがって、従来例では、伝送品質は、ビット誤り率が高くなる要因が峻別されることなく評価されていた。

さらに、上記既知のデータは、例えば、伝送情報の送信に用いられるＰＳＫ変調方式に比べて、送信波のレベルが大きくなるＦＳＫ変調方式に基づいて伝送される。
したがって、従来例では、既知のデータのビット誤り率がその既知のデータとは異なる伝送情報のビット誤り率より低く評価されるために、最良の無線チャネルは必ずしも十分な確度では選択されなかった。

本発明は、構成が大幅に複雑化することなく、精度よく効率的にビット誤り率を評価できるビット誤り率評価装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、ビット誤り率記憶手段には、入力される受信波の伝送歪みの補償の下で得られた前記受信波のビット誤り率が前記受信波のＳＮ比に対応づけられて予め登録される。ＳＮ比特定手段は、前記補償を担う等化器に含まれる減算手段の出力に前記受信波の既定の部位に応じて現れる雑音成分のレベルとその補数との比として、前記受信波のＳＮ比を特定する。ビット誤り率評価手段は、前記ＳＮ比特定手段によって得られたＳＮ比に基づいて前記ビット誤り率記憶手段を参照し、前記受信波のビット誤り率を評価する。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のビット誤り率評価装置において、前記受信波の伝送歪みの補償は、判定帰還型の等化処理として行われる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載のビット誤り率評価装置において、前記ビット誤り率記憶手段に登録される個々のビット誤り率に対応するＳＮ比は、
前記受信波として伝送される伝送情報の内、前記伝送情報を含むフレームのフレーム同期に供されるフレーム同期ワードについて求められる。

本発明によれば、伝送品質は、受信波に含まれる信号成分のレベルが絶対値として求められることなく、単純な手順の処理により評価される。
本発明によれば、受信波の伝送品質は、伝搬路の伝送特性が変動しても安定に精度よく評価される。
本発明によれば、伝送品質の評価に要する時間の大幅な短縮が可能となる。
したがって、本発明が適用された無線伝送系では、従来例に比べて、コストが大幅に増加することなく、伝送品質および伝送速度が高められ、かつ安定に維持される。

本発明の一実施形態を示す図である。 本実施形態においてプロセッサが行う処理のフローチャートである。 ビット誤り率テーブルの構成を示す図である。 ビット誤り率テーブルの生成に用いられる測定系の構成を示す図である。 本実施形態に適用されたフレーム構成を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す図である。
図において、受信機１０のアンテナ端子には、アンテナ２０の給電点が接続される。その受信機１０の第一および第二の出力には、アンテナ２０に到来した受信波が規定の信号点配置に基づく信号判定の下で得られたシンボル列と、後述するビット誤り率とがそれぞれ出力される。なお、以下では、受信波は、４相ＰＳＫ方式に基づいて生成されると仮定する。

受信機１０では、上記受信波を示すベースバンド信号がフィルタ１１の入力に与えられ、そのフィルタ１１の出力は判定器１２の入力および減算器の一方の入力に接続される。判定器１２の出力には上述したシンボル列が得られ、そのシンボル列は、減算器１３の他方の入力およびプロセッサ１４の第一の入力ポートに与えられる。減算器１３の出力はフィルタ１１の制御端子およびプロセッサ１４の第二の入力ポートに接続される。プロセッサ１４の出力ポートには既述のビット誤り率が出力される。

図２は、本実施形態においてプロセッサが行う処理のフローチャートである。
以下、図１および図２を参照して本実施形態の動作を説明する。
本実施形態では、プロセッサ１４の主記憶の特定の記憶領域に、図３に示すビット誤り率テーブル１４Ｔが配置される。

このようなビット誤り率テーブル１４Ｔに登録されるビット誤り率ＢＥＲ(1)〜ＢＥＲ(N)は、図４に示す測定系によって後述する通りに求められる。
図４に示す測定系の後段部は、図１に示す受信機１０が配置され、その受信機１０のアンテナ端子には、既述のアンテナ２０に代わるコンバイナ３１の出力が接続される。コンバイナ３１の第一の入力には標準信号発生器（ＳＧ）３２の出力が接続され，そのコンバイナ３１の第二の入力には、規定のレベルの雑音信号が入力される。

ビット誤り率テーブル１４Ｔに対するビット誤りＢＥＲ(1)〜ＢＥＲ(N)の登録は、以下の通りに行われる。
標準信号発生器３２は、所定のフレームの列で反復して変調され、かつアンテナ２０に到来すべき受信波の主要な成分に相当する無線周波信号を予め決められた周期でレベルをレベルＬ(1)〜Ｌ(N)と段階的に変化させながら順次生成する。
以下では、このように段階的に変化するレベルＬ(1)〜Ｌ(N)に個別に対応して行われる各部の動作については、これらのレベルＬ(1)〜Ｌ(N)に個別に対応した添え番号「１」〜「N」の何れにも該当し得る添え文字「Ｃ」を用いて記述する。

受信機１０のアンテナ端子には、このような無線周波信号に併せて、上記雑音信号が入力される。以下、このようにしてアンテナ端子に入力される信号については、「擬似受信波Ｒ(C) 」と称する。

受信機１０は、その擬似受信波Ｒ(C) を示すベースバンド信号（以下、「擬似ベースバンド信号」という。）をフィルタ１１に入力する。このフィルタ１１に併せて、既述の判定器１２および減算器１３は、擬似ベースバンド信号として与えられる個々のフレーム（図５(a))に含まれるフレーム同期ワード（UW）（図５(b))に応答する「判定帰還型等化器」として機能する。

したがって、判定器１２の出力には、擬似ベースバンド信号に時系列の順に含まれるフレーム同期ワードを示す信号点の列（図５(c))がシンボル列Ｓ(C) として得られる。

また、減算器１３の出力には、このようなシンボル列Ｓ(C) に含まれる個々のシンボルの信号空間上における誤差N(C) が得られる。
さらに、フィルタ１１は、例えば、トランスバーサル型フィルタとして構成され、そのトランスバーサル型フィルタの各タップの係数は、上述した誤差Ｎ(C) に基づいて適宜更新される。これらの係数は、判定帰還型等化器の各段のレベルダイヤグラムが擬似受信波のレベルの好適な値で正規化される値の組み合わせとして決定され、かつ維持される。

したがって、減算器１３の出力に得られる誤差N(C) は、擬似受信波のレベルに対する比率として与えられる。

プロセッサ１４は、図４に示す測定系に受信機１０が組み込まれている状態では、通常のモード（以下、「通常モード」という。）とは異なる「校正モード」で作動し、以下の校正処理を行う。

(1) 誤差N(C) のレベルＬｎ(C) を求める（図２ステップＳ１）。
(2) 判定器１２が出力するシンボル列Ｓ(C) に含まれるフレーム同期ワードのビット誤り率ＢＥＲ(C) を求める（図２ステップＳ２）。

(3) 上記レベルＬｎ(C) に対して下式で示されるＳＮ比ＳＮＲ(C) を求める（図２ステップＳ３）。
ＳＮＲ(C) ＝（１−Ｌｎ(C) ）／Ｌｎ(C)
(4) ビット誤り率テーブル１４Ｔに、ビット誤り率ＢＥＲ(C) をＳＮ比ＳＮＲ(C) に対応づけて登録する（図２ステップＳ４）。

したがって、ビット誤り率テーブル１４Ｔには、標準信号発生器３２が生成する無線周波信号のレベルＬ(1)〜Ｌ(N)の下で個別に計測されたＳＮ比ＳＮＲ(1) 〜ＳＮＲ(N) に対応して、受信機１０によって復調されたフレーム同期ワードのビット誤り率ＢＥＲ(1)〜ＢＥＲ(N)が予め登録される。

一方、受信機１０が無線伝送系の受信局に設置された状態では、プロセッサ１４は、上記「校正モード」ではなく、「通常モード」で作動し、以下の通常処理を行う。なお、受信機１０の構成要素の内、プロセッサ１４以外の要素が通常モードにおいて行う動作については、既述の「校正モード」における動作と同じであるので、ここではその詳細な説明を省略する。

受信機１０には、送信端から無線伝送路を介してアンテナ２０に到来した受信波が入力される。
減算器１３の出力には、このような受信波に含まれるフレーム同期ワードに重畳された雑音Ｎが信号空間上における誤差として得られる。

プロセッサ１４は、以下の処理を行う。
(1) 雑音ＮのレベルＬｎを求める（図２ステップＳ５）。
(2) 上記レベルＬｎに対して下式で示されるＳＮ比ＳＮＲを求める（図２ステップＳ６）。
ＳＮＲ＝（１−Ｌｎ）／Ｌｎ

(3) ビット誤り率テーブル１４Ｔのレコードの内、このようにして求められたＳＮ比ＳＮＲとの誤差が最小であるＳＮ比ＳＮＲ′に対応づけられたレコードを特定し（図２ステップＳ７）、そのレコードに登録されたビット誤り率ＢＥＲを取得する（図２ステップＳ８）。

(4) このビット誤り率ＢＥＲに対して好適であり、かつ既述のフレームの伝送情報フィールド（図５(d))の無線伝送に適用されるべき以下の項目の全てまたは一部を特定する（図２ステップＳ９）。
フレーム構成、変調方式、無線チャネルの構成（周波数配置（周波数割り付け）、チャネル構成、伝送路符号化方式等々）

(5) これらの特定された項目に基づいて後続する伝送情報を送信する送信局宛に、これらの項目を直接的にあるいは間接的に示す情報を送信する（図２ステップＳ１０）。

すなわち、既述の判定帰還型等化器が行う正規化の下で求める雑音信号の比率と、その比率の補数とに基づいて受信波のＳＮ比が求められ、このＳＮ比に基づいてビット誤り率テーブル１４Ｔが参照される簡単な処理により、伝送品質が効率的に精度よく求められる。

また、このようなＳＮ比は、無線伝送路で生じるマルチパス等のように、判定帰還型等化の下で補償される歪みによる誤差が抑圧されつつ、精度よく求められる。
したがって、本実施形態が適用された無線伝送系では、無線伝送路の特性の広範な変動に柔軟に適応して精度よく効率的に伝送品質が評価され、かつ伝送情報の無線伝送は、その評価の結果に適応した方式や形態で安定に行われる。

なお、本実施形態では、判定帰還型の等化器が備えられているが、このような等化器は伝搬路で生じた歪みを補償する如何なる等化器であってもよい。
本実施形態では、このような補償の対象となる歪みは、マルチパス歪みに限定されず、例えば、周波数軸上におけるノッチ、チャネル間干渉、送受信間干渉等であってもよい。

本実施形態は、ＳＮ比の特定が既知の情報であるフレーム同期ワードに基づいて行われている。しかし、このような既知の情報は、既定のフレーム構成の下で既知であるならば、制御情報や伝送情報に含まれてもよい。

本実施形態は、ＭＦ帯やＨＦ帯におけるデータの無線伝送系に本発明が適用されている。しかし、本発明は、このようなＨＦ帯の無線伝送系に限定されず、ＶＨＦ帯その他の周波数帯においてデータの無線伝送を実現する系にも適用可能である。また、このような無線伝送の対象となるデータは、所望の信号点配置の下で伝送される画像情報等の如何なる情報であってもよい。

本実施形態では、本発明は、４相ＰＳＫ変調方式が適用された無線伝送系に適用されている。しかし、本発明は、既述のＳＮ比の計測や評価が可能であるならば、如何なる変調方式が適用された無線伝送系にも適用可能であり、かつ変調方式だけではなく、多元接続方式やフレーム構成が如何なるものであっても適用可能である。

本実施形態では、本発明は、無線伝送系のビット誤り率の評価に適用されている。しかし、本発明は、例えば、無線伝送路の特性に応じて変化し得るＬＱＩ(Link Quality Indicator)、あるいは伝送路復号化の過程で得られるシンドロームのように、無線回線の品質や伝送品質を直接的にあるいは間接的に示す値の評価にも適用可能である。

本実施形態では、ビット誤り率テーブル１４Ｔの各レコードが対応づけられたＳＮ比は、校正モードと同様の手順（図２ステップＳ１〜Ｓ３）に基づいて求められなくてもよく、例えば、標準信号発生器３２によって生成される無線周波信号のレベルＬ(1)〜Ｌ(N)と、コンバイナ３１に入力される雑音信号の規定のレベルとに基づいて直接算出されてもよい。

本実施形態では、ビット誤り率テーブル１４Ｔの各レコードには、これらのレコードに対応するＳＮ比を降順（あるいは昇順）に示す離散的な値の列は、既知であっても、ビット誤り率と共に登録されなくてもよい。
また、ビット誤り率テーブル１４Ｔに登録される情報は、データの復調に供されるモデム（図示されない。）の特性が仕様や試験データとしてそのモデムの製造者等によって提供される場合には、例えば、その特性が受信機１０の構成、性能等に基づく換算の結果として求められてもよい。このような場合には、既述の校正モードあるいは図４に示す測定系の構成の省略や大幅な簡略化が可能となる。

本実施形態では、既述のフレームの伝送情報フィールドの無線伝送に適用されるべきフレーム構成、変調方式、無線チャネルの構成（周波数配置（周波数割り付け）、チャネル構成、伝送路符号化方式等々）等の項目の組み合わせと、これらの組み合わせの選定の基準とについては、本発明の特徴ではなく、如何なるものであってもよい。

本実施形態では、後続する伝送情報を送信する送信局に対するこれらの項目の通知は必ずしも無線伝送によって行われなくてもよく、その通知に供される伝送路、伝送方式、チャネル構成等は如何なるものであってもよい。

また、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲において多様な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。

１０ 受信機
１１ フィルタ
１２ 判定器
１３ 減算器
１４ プロセッサ
１４Ｔ ビット誤り率テーブル
２０ アンテナ
３１ コンバイナ
３２ 標準信号発生器（ＳＧ）

Claims (3)

1. 入力される受信波の伝送歪みの補償の下で得られた前記受信波のビット誤り率が前記受信波のＳＮ比に対応づけられて予め登録されたビット誤り率記憶手段と、
   前記補償を担う等化器に含まれる減算手段の出力に前記受信波の既定の部位に応じて現れる雑音成分のレベルとその補数との比として、前記受信波のＳＮ比を特定するＳＮ比特定手段と、
   前記ＳＮ比特定手段によって得られたＳＮ比に基づいて前記ビット誤り率記憶手段を参照し、前記受信波のビット誤り率を評価するビット誤り率評価手段と
   を備えたことを特徴とするビット誤り率評価装置。
2. 請求項１に記載のビット誤り率評価装置において、
   前記受信波の伝送歪みの補償は、
   判定帰還型の等化処理として行われる
   ことを特徴とするビット誤り率評価装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のビット誤り率評価装置において、
   前記ビット誤り率記憶手段に登録される個々のビット誤り率に対応するＳＮ比は、
   前記受信波として伝送される伝送情報の内、前記伝送情報を含むフレームのフレーム同期に供されるフレーム同期ワードについて求められる
   ことを特徴とするビット誤り率評価装置。