JP6350814B2 - データ受信システム、及び復調方法 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル変調信号を受信して変調されている信号を復調する技術に関し、その変調信号のデータ復調品質の劣化を低減するデータ受信システム、及び復調方法に関する。

データ通信に使用される送信機、中継器、及び受信機には、データ復調時のビット誤りの原因となる振幅周波数歪や群遅延周波数歪などによる影響が少なからず存在する。これらの歪みを除去するため、旧来のシステムではアナログ回路による等化器(イコライザ)を用い、最近のシステムは複素ＦＩＲフィルタを用いたデジタル等化器を用いている。

アナログ衛星放送やアナログ衛星通信で用いた変調方式では、フィルタなどで生じる振幅歪や群遅延歪などが伝送特性に与える影響はさほど大きくなかった。
一方、昨今のデジタル衛星放送やデジタル衛星通信における変調方式では、受信システム部において等化器を利用して歪み特性の補償を行っている。
この補償では、衛星に搭載されている中継器や伝搬路などで生ずる振幅周波数歪や群遅延周波数歪などの各種歪みを補償している。

関連するデータ通信システムは、例えば特許文献１や２が挙げられる。

特許文献１には、衛星放送用の中継器が記載されている。また、衛星に搭載する振幅周波数歪及び群遅延周波数歪を補償する歪補償器が記載されている。

また、特許文献２には、中継器で生じる群遅延周波数歪による受信側の問題を解決するために、送信側システムで予め群遅延逆特性を送信波に付与して中継に向けて送出する通信システムが開示されている。

特開２００３−２１８７６１号公報 特開２００７−２２８０５７号公報

衛星通信やマイクロ波通信等において、データ復調品質をより改善するには、振幅周波数歪や群遅延周波数歪などの各種歪を精確に補償することが一つの課題となる。

この補償のために、振幅歪特性や群遅延歪特性を反映させた等化パラメータを用いて、歪を補償する技術がある。この補償技術によれば、受信機側で振幅周波数歪や群遅延周波数歪などの各種歪を補償する際に、振幅歪特性や群遅延歪特性を事前に把握した上で等化パラメータを設定することで、精確な歪補償を実施できる。

しかしながら、現実には最適な等化パラメータを常時的に設定できない様々な要因がある。例えば、振幅歪特性や群遅延歪特性の測定を精確に実施することが困難な受信機（受信部）で、最適な等化パラメータを常時的に設定することが困難となる。また、無線システムが置かれた特性が環境条件によって著しく変化するような場面で、受信機側で最適な等化パラメータを常時的に設定することが困難となる。より具体的な事例では、衛星に搭載された受信機（中継器）や、機器を頻繁に異なる通信局に移動させるような運用形態などで、常時的に最適な等化パラメータを設定し続けることが困難である。

換言すれば、上記のような場面では、最適な等化パラメータを常時的に得られず、適切な等化性能を有する受信システムが実現できない問題がある。先に示した先行技術もこの問題を内在している。

本発明は、適切な等化パラメータを等化器に常時的に与えるデータ受信システムを提供することを目的とする。

本発明に係るデータ受信システムは、受け付けたデジタル変調信号の波形歪を設定された等化パラメータに基づいて等化する複素等化手段と、該複素等化手段の出力信号をデジタル復調する復調手段と、該復調手段の出力信号を誤り訂正復号する誤り訂正復号手段とを含み、前記誤り訂正復号手段の出力信号を受け付けて、該出力信号を再符号化した信号を前記複素等化手段までの伝搬路で生じた遅延量を反映させて再変調すると共に、この再変調信号についてフーリエ展開する第１のフーリエ展開手段と、前記複素等化手段の出力信号をフーリエ展開する第２のフーリエ展開手段と、前記第１及び第２のフーリエ展開手段の出力信号から抽出される差分の継時的変化から統計処理で得た雑音成分が現れた歪情報を、等化パラメータに導入すると共に、前記複素等化手段に継続的に最新の等化パラメータを与える等化パラメータ設定手段とを有することを特徴とする。

本発明に係る無線システムによる復調方法は、受け付けたデジタル変調信号の波形歪を設定された等化パラメータに基づいて等化する複素等化手段と、該複素等化手段の出力信号をデジタル復調する復調手段と、該復調手段の出力信号を誤り訂正復号する誤り訂正復号手段とを用いて、受け付けたデジタル変調信号を復調及び誤り訂正して復調信号を得る際に、前記誤り訂正復号手段の出力信号を受け付けて、該出力信号を再符号化した信号を前記複素等化手段までの伝搬路で生じた遅延量を反映させて再変調して、この再変調信号についてフーリエ展開し、前記複素等化手段の出力信号をフーリエ展開し、前記それぞれフーリエ展開された２つの出力信号からその差分を抽出して、その継時的変化を統計処理して得た雑音成分が現れた歪情報を、等化パラメータに導入して、前記複素等化手段に継続的に最新の等化パラメータを与えることを特徴とする。

本発明によれば、適切な等化パラメータを等化器に常時的に与えるデータ受信システムを提供できる。

本発明の実施形態にかかるデータ受信システムの一部を示すブロック図である。 本発明の実施例にかかる受信機該当部分の構成を示すブロック図である。

本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。

図１は、実施形態のデータ受信システムの一部を示す構成図である。各構成要素は以下の動作を行えるように構成されている。

本発明にかかるデータ受信システムは、図１に示すように、複素等化部１０と復調部２０と誤り訂正復号部３０とを含む。このデータ受信システムは、受け付けたデジタル変調信号を復調及び誤り訂正して復調信号を得る際に、受け付けたデジタル変調信号の波形歪を設定された等化パラメータに基づいて等化（歪除去）する。

複素等化部１０では、設定された等化パラメータに基づいて等化する。この等化パラメータは、図中の第１のフーリエ展開部４０、第２のフーリエ展開部５０、等化パラメータ設定部６０によって逐次設定される。

第１のフーリエ展開部４０は、誤り訂正復号部３０の出力信号を受け付けて、再符号化する。次に、第１のフーリエ展開部４０は、再符号化した信号を、複素等化部１０までの伝搬路で生じた遅延量を反映させて再変調する。次に、第１のフーリエ展開部４０は、再変調した信号（再変調信号）を、フーリエ展開することにより、周波数スペクトラム情報（第１のベクトル周波数成分）を生成して出力する。

第２のフーリエ展開部５０は、複素等化部１０の出力信号を受け付けて、フーリエ展開することにより、周波数スペクトラム情報（第２のベクトル周波数成分）を生成して出力する。

等化パラメータ設定部６０は、第１のフーリエ展開部４０及び第２のフーリエ展開部５０から受け付けた２つの周波数スペクトラム情報の差分を逐次抽出する。等化パラメータ設定部６０は、抽出した差分を統計処理して、雑音成分が現れた歪に関する情報（歪情報）を導出する。
次に、等化パラメータ設定部６０は、この歪情報を等化パラメータとして複素等化部１０に設定する。この歪情報には、図中の信号Ａ’に生じている各種歪が合わさった歪が表れる。

この等化パラメータの設定を受信機全体として継続的に実行する。このことで、適切な等化パラメータを等化器に常時的に与えることが可能になる。

このように、上記再変調信号を複素フーリエ変換によりベクトル周波数成分に変換した周波数スペクトラム情報を、復調部２０による復調前の信号を複素フーリエ変換で得た周波数スペクトラム情報と比較して、波形歪を抽出する。

この際、一方の周波数スペクトラム情報を他方の周波数スペクトラム情報に揃える処理が含まれるため、比較時に信号間の周波数オフセットの影響を低減できる。

次に、一実施例を説明する。図２は、受信機の復調器周囲の回路構成を示したブロック図である。

この受信機（データ受信システム）は、複素等化部１００、復調器２００、誤り訂正復号器３００、誤り訂正再符号化器４０１、ドップラーシフト補償器４０２、再変調器４０３、第１のフーリエ変換器４０４、第２のフーリエ変換器５００、複素比較器６０１、統計処理器６０２、等化パラメータ計算器６０３を備えている。各構成要素は、以下のように動作するように構成されている。

複素等化部１００は、受け付けたデジタル変調信号Ａの振幅周波数歪と群遅延周波数歪とを設定された等化パラメータに基づいて等化して、デジタル変調信号Ａ’として出力する。

復調器２００は、複素等化部１００の出力信号Ａ’をデジタル復調する。

誤り訂正復号器３００は、復調器２００の出力信号Ｂを誤り訂正復号して復調信号Ｃを出力する。

誤り訂正再符号化器４０１は、誤り訂正復号器３００の出力信号Ｃを同一方式の誤り訂正符号化方式で符号化（再符号化）して、再符号化信号Ｂ’を出力する。

ドップラーシフト補償器４０２は、復調器２００から複素等化部１００の出力信号Ａ’のドップラーシフト量を抽出する。

再変調器４０３は、誤り訂正再符号化器４０１の出力信号Ｂ’を、ドップラーシフト補償器４０２が出力したドップラーシフト量を反映させつつデジタル変調して、再変調信号Ａ’’を出力する。この際に、送受信機間の距離変化に従って生じた歪をドップラー補償する。

第１のフーリエ変換器４０４は、再変調器４０３の出力信号Ａ’’をフーリエ変換する。

第２のフーリエ変換器５００は、複素等化部１００の出力信号Ａ’をフーリエ変換する。

複素比較器６０１は、第１のフーリエ変換器４０４の出力信号Ｄ’’と第２のフーリエ変換器５００の出力信号Ｄ’とを複素比較して、それらの差分を複素周波数歪情報Ｅとして出力する。

統計処理器６０２は、記憶部を有して、複素比較器６０１から出力された複素周波数歪情報Ｅを逐次蓄積しつつ複数回読み込んで統計処理することによって、複素周波数歪情報群に含まれた雑音成分を低減した補償複素周波数歪情報Ｅ’を生成する。

等化パラメータ計算器６０３は、統計処理器６０２から出力される補償複素周波数歪情報Ｅ’と、複素等化部１００に設定されている等化パラメータとを元にして等化パラメータを計算して複素等化部１００に最新の等化パラメータＦを与える。

この復調回路周囲では、全体として以下のように動作する。
図示したように、入力されたデジタル変調信号Ａは、まず複素等化部１００に入力される。
初期状態において等化パラメータが無い若しくは未定の場合、この複素等化部１００では歪補償を行わないこととなる。等化パラメータは、入力信号がそのまま出力されるような等化パラメータを初期設定として有していればよい。また、既知の歪要因が明確であれば、任意の既知要因を除去する初期等化パラメータを用いることとしてもよい。

複素等化部１００から出力されたデジタル変調信号Ａ’は、復調器２００において復調され、さらに誤り訂正復号器３００において誤り訂正復号される。この誤り訂正復号器３００の出力信号Ｃが本復調回路構成の出力信号（復調信号）となる。

本復調回路内ではさらに、復調信号は、誤り訂正復号器３００の出力信号Ｃが同一の誤り訂正符号化方式によって誤り訂正再符号化器４０１によって再符号化される。さらに、再符号化された信号は、再変調器４０３において復調器２００における変調方式と同一の方式によって再変調される。
この際、再変調器４０３は、再符号化信号Ｂ’を再変調時にドップラーシフト補償器４０２を用いて算定したドップラー量を反映させてシフト補償する。このシフト補償で、後段の処理過程で二つのフーリエ変換器（４０４、５００）の出力比較を行う際に誤差要因となる周波数オフセットが低減される。

こうして得られた再変調信号Ａ’’は第１のフーリエ変換器４０４において複素フーリエ変換される。

一方、複素等化部１００から出力された受信信号Ａ’は第２のフーリエ変換器７において複素フーリエ変換される。

これらの第１のフーリエ変換器４０４と第２のフーリエ変換器５００の出力信号Ｄ’’及びＤ’は、複素比較器６０１において逐次比較され、その差分が逐次出力される。

統計処理器６０２から出力される雑音が軽減ざれた複素周波数歪情報Ｅ’は、等化パラメータ計算器６０３に送られる。ここでは入力された複素周波数歪情報と現在設定されている等化パラメータに基づいて、より適切な等化パラメータとして新たな等化パラメータＦが算出され、都度複素等化部１００に設定する。等化パラメータの生成方法は、複素等価器１００の構成に合わせて適宜定めればよい。

このように、複素等化部１００の出力信号Ａ’とシフト補償された再変調器４０３の出力信号Ａ’’との差分を抽出するため、多くの雑音成分を緻密に洗い出せる。特に、ドップラー量の変化に追随した周波数シフト補償を実施する構成と成っているため、ドップラー量の変化に起因する雑音から生じている波形歪をも低減できる。

ここで、実施例で用いた再変調信号Ａ’’の信号特徴を説明する。
送信側機器や中継機器を含む信号伝送路において振幅歪や群遅延歪が全く存在せず、なおかつ受信信号に含まれる雑音成分が極めて少ない場合、デジタル変調信号Ａと再変調信号Ａ’’の複素周波数スペクトラムは同一と成る。この条件下であれば、複素比較器６０１より出力される複素歪成分は、常時的にゼロとなる。

また、デジタル変調信号Ａに振幅歪や群遅延歪を含む雑音成分が含まれることにより復調器２００の出力に復調によるビット誤りが発生した場合でも、誤り訂正復号器３００によって許容範囲であれば誤り訂正される。このため、その出力データを再符号化および再変調した再変調信号Ａ’’には、ビット誤りによる誤差成分は存在しないか極めて少なくなる。

また、再変調器４０３の出力から第１のフーリエ変換器６０１に至る再変調信号Ａ’’の信号伝送路には歪発生要因がほぼ存在しないように構成できる。

これらの特徴により、複素等化器１００に設定パラメータを設定していない初期状態において、複素比較器６０１の出力は、デジタル変調信号Ａが受けてきた振幅周波数歪および群遅延周波数歪のみにより構成された複素周波数歪となる。

また、複素等化部１００に既に等化パラメータが設定された後では、複素比較器６０１の出力は、経時変化によって発生した複素周波数歪の変化分が含まれる。

従って、複素比較器６０１の出力として得られた複素周波数歪情報Ｅをもとにして複素等化部１００の等化パラメータを算出すれば、常時的に理想状態に近似した歪補償が実現できる。

また、入力されたデジタル変調信号には、歪成分の他に熱雑音等に起因する雑音成分が現実には含まれる。複素比較器６０１により出力される複素周波数歪情報は、変調データに関係なく一定であるため、この複素周波数歪情報を統計処理器６０２で統計処理を行うことによって、この雑音成分による誤補償を低減できる。

このような原理により、適応的に良好な等価パラメータを自動的に設定し続けることが可能になる。結果、本発明の復調器方式では受信変調信号に含まれる振幅周波数歪や群遅延周波数歪などの各種歪みを常時的に適切に補償しながらデータ受信が可能にある。

なお、上記各部は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせを用いて実現してもよい。ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせた形態では、ＲＡＭ（Random Access Memory）に等価パラメータ生成プログラムが展開され、プログラムに基づいて制御部（ＣＰＵ：Central Processing Unit）等のハードウェアを動作させることによって、各部を各種手段として実現する。また、このプログラムは、記憶媒体に固定的に記録されて頒布されても良い。当該記録媒体に記録されたプログラムは、有線、無線、又は記録媒体そのものを介して、メモリに読込まれ、制御部等を動作させる。尚、記録媒体を例示すれば、オプティカルディスクや磁気ディスク、半導体メモリ装置、ハードディスクなどが挙げられる。

以上実施形態及び実施例を図示して説明したが、そのブロック構成の分離併合、手順の入れ替えなどの変更は本発明の趣旨および説明される機能を満たせば自由であり、上記説明が本発明を限定するものではない。

上記データ受信システムは、例えば、受信機、受信局、中継器などに組み入れることが可能である。また、地上局や人工衛星でのデータ受信に利用できる。特に、周回衛星などの高速で移動する送信システム又は受信システムを一方に有する無線システムでより有効に効果を奏する。

以上説明したように、本発明を適用したデータ受信システムは、適切な等化パラメータを等化器に常時的に与えることができる。
すなわち、本発明によれば、適切な等化パラメータを等化器に常時的に与えるデータ受信システムを提供できる。

本発明は、ＯＦＤＭ受信機や、中継器の受信部分など広範な複素等化器を用いる復調システムに使用できる。

１０ … 複素等化部（複素等化手段）
２０ … 復調部（復調手段）
３０ … 誤り訂正復号部（誤り訂正復号手段）
４０ … 第１のフーリエ展開部（第１のフーリエ展開手段）
５０ … 第２のフーリエ展開部（第２のフーリエ展開手段）
６０ … 等化パラメータ設定部（等化パラメータ設定手段）
１００ … 複素等化器
２００ … 復調器
３００ … 誤り訂正復号器
４０１ … 誤り訂正再符号化器
４０２ … ドップラーシフト補償器
４０３ … 再変調器
４０４ … 第１のフーリエ変換器
５００ … 第２のフーリエ変換器
６０１ … 複素比較器
６０２ … 統計処理器
６０３ … 等化パラメータ計算器

Claims (8)

1. 受け付けたデジタル変調信号の波形歪を設定された等化パラメータに基づいて等化する複素等化手段と、該複素等化手段の出力信号をデジタル復調する復調手段と、該復調手段の出力信号を誤り訂正復号する誤り訂正復号手段とを含み、
   前記誤り訂正復号手段の出力信号を受け付けて、該出力信号を再符号化した信号を前記複素等化手段までの伝搬路で生じた遅延量を反映させて再変調すると共に、この再変調信号についてフーリエ展開する第１のフーリエ展開手段と、
   前記複素等化手段の出力信号をフーリエ展開する第２のフーリエ展開手段と、
   前記第１及び第２のフーリエ展開手段の出力信号から抽出される差分の継時的変化から統計処理で得た雑音成分が現れた歪情報を、等化パラメータに導入すると共に、前記複素等化手段に継続的に最新の等化パラメータを与える等化パラメータ設定手段と
   を有することを特徴とするデータ受信システム。
2. 前記等化パラメータ設定手段は、前記統計処理で得た雑音成分が現れた歪情報と、前記複素等化手段に設定されている等化パラメータとを元に新たな等化パラメータの値を算定することを特徴とする請求項１に記載のデータ受信システム。
3. 受け付けたデジタル変調信号の振幅周波数歪と群遅延周波数歪とを設定された等化パラメータに基づいて等化する複素等化器と、
   前記複素等化器の出力信号をデジタル復調する復調器と、
   前記復調器の出力データを誤り訂正復号して復調信号を出力する誤り訂正復号器と、
   前記誤り訂正復号器の出力信号を同一方式の誤り訂正符号化方式で訂正符号化する誤り訂正再符号化器と、
   前記復調器の出力信号から前記デジタル変調信号のドップラーシフト量を抽出するドップラーシフト補償器と、
   前記誤り訂正再符号化器の出力信号を、前記ドップラーシフト補償器の出力するドップラーシフト量を反映させて、デジタル変調する再変調器と、
   前記再変調器の出力信号をフーリエ変換する第１のフーリエ変換器と、
   前記複素等化器の出力信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換器と、
   前記第１のフーリエ変換器の出力信号と前記第２のフーリエ変換器の出力信号とを複素比較して得た差分を複素周波数歪情報として出力する複素比較器と、
   前記複素比較器から出力された複素周波数歪情報を複数回読み込んで統計処理することによって、複素周波数歪情報群に含まれた雑音成分を低減させた補償複素周波数歪情報を生成する統計処理器と、
   前記統計処理器から出力された前記補償複素周波数歪情報と、前記複素等化器に設定されている等化パラメータとを元にして等化パラメータを計算して前記複素等化器に最新の等化パラメータを与える等化パラメータ計算器と
   を有することを特徴とするデータ受信システム。
4. 請求項１ないし３の何れか一項に記載されたデータ受信システムを搭載した受信局。
5. 請求項１ないし３の何れか一項に記載されたデータ受信システムを搭載した周回軌道に乗せられる人工衛星。
6. 受け付けたデジタル変調信号の波形歪を設定された等化パラメータに基づいて等化する複素等化手段と、該複素等化手段の出力信号をデジタル復調する復調手段と、該復調手段の出力信号を誤り訂正復号する誤り訂正復号手段とを用いて、受け付けたデジタル変調信号を復調及び誤り訂正して復調信号を得る際に、
   前記誤り訂正復号手段の出力信号を受け付けて、該出力信号を再符号化した信号を前記複素等化手段までの伝搬路で生じた遅延量を反映させて再変調して、この再変調信号についてフーリエ展開し、
   前記複素等化手段の出力信号をフーリエ展開し、
   前記それぞれフーリエ展開された２つの出力信号からその差分を抽出して、その継時的変化を統計処理して得た雑音成分が現れた歪情報を、等化パラメータに導入して、前記複素等化手段に継続的に最新の等化パラメータを与える
   ことを特徴とする無線システムによる復調方法。
7. 新たな等化パラメータを前記複素等化手段に設定する際に、前記統計処理で得た雑音成分が現れた歪情報と、前記複素等化手段に設定されている等化パラメータとを元に新たな等化パラメータの値を算定して、前記複素等化手段に設定することを特徴とする請求項６に記載の無線システムによる復調方法。
8. 受け付けたデジタル変調信号の振幅周波数歪と群遅延周波数歪とを設定された等化パラメータに基づいて等化する複素等化器と、前記複素等化器の出力信号をデジタル復調する復調器と、前記復調器の出力データを誤り訂正復号して復調信号を出力する誤り訂正復号器とを用いて、受け付けたデジタル変調信号を復調及び誤り訂正して復調信号を得る際に、
   前記誤り訂正復号器の出力信号を同一方式の誤り訂正符号化方式で訂正符号化すると共に、前記復調器の出力信号から前記デジタル変調信号のドップラーシフト量を抽出し、
   訂正符号化した信号を、抽出したドップラーシフト量を反映させて、デジタル変調し、
   該デジタル変調した信号をフーリエ変換し、
   前記複素等化器の出力信号をフーリエ変換し、
   それぞれフーリエ変換した信号を複素比較して複素周波数歪情報を出力し、
   前記複素周波数歪情報を複数回読み込んで統計処理することによって、複素周波数歪情報群に含まれた雑音成分を低減させた補償複素周波数歪情報を生成し、
   生成された前記補償複素周波数歪情報と、前記複素等化器に設定されている等化パラメータとを元にして最新の等化パラメータを計算し、前記複素等化器に設定する
   ことを特徴とする無線システムによる復調方法。

Images