JP6394863B2

JP6394863B2 - 受信機、復調方法、及び復調プログラム

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Publication number: JP6394863B2
Application number: JP2014138576A
Authority: JP
Inventors: 奥居　民生; 民生奥居
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2014-07-04
Filing date: 2014-07-04
Publication date: 2018-09-26
Anticipated expiration: 2034-07-04
Also published as: JP2016019023A

Description

本発明は、デジタル変調信号を受信して変調データを復調する技術に関するものであり、特に衛星通信やマイクロ波通信等において、伝送機器や伝送路でのデータ復調品質の改善をするための適応振幅群遅延等化機能付き受信機、復調方法、及び復調プログラムに関する。

データ通信に使用される送信機、中継器、受信機には、データ復調時のビット誤り率発生の原因となる振幅周波数歪および群遅延周波数歪が少なからず存在する。これらの歪みを除去するため、旧来はアナログ回路による等化器(イコライザ)、最近は複素FIRフィルタを用いたデジタル等化器が用いられる。

従来、アナログ衛星放送やアナログ衛星通信の変調方式では、中継器のフィルタの振幅歪や群遅延歪などが、通信波の伝送特性に与える影響はさほど大きくなかったため、各歪みに対する補償は実際にはあまり行われていなかった。一方、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は、衛星に搭載されている中継器や伝送路等で発生する振幅周波数歪や群遅延周波数歪などの歪みを補償するため、受信機において等化器を利用して歪み特性の補償をしている。

データ送受信システムの例として、特許文献１が挙げられる。特許文献１は、誤り訂正符号化された送信データをターボ等化処理によって復号化する送受信システムであって、送信装置における変調方式及び符号化率を選択する送受信システム、移動通信方法を開示する。この送受信システムでは、ターボ等化技術において繰り返し回数が制限されている場合に、その繰り返し回数で送信データの復号化の処理か完了可能な変調方式および符号化率を選択することを可能とする。

特許文献２は、ＯＦＤＭ適応等化受信方法及び受信機を開示する。この受信方法では、単数又は複数のアンテナに受信された直交周波数分割多重された信号から現時点以前の符号間干渉成分を取り除く第１適応等化処理と、現時点のキャリア間干渉又は現時点以降の符号間干渉成分を取り除く第２適応等化処理と、前記第１及び第２適応等化処理によって等化された信号を処理する信号検出処理と、誤り訂正復号する誤り訂正復号処理と、前記第１及び第２適応等化処理で用いられるチャネル応答を推定するチャネル推定処理とを実行し、伝送特性の劣化を改善している。

特開２０１０−８７７０７号公報特開２００４−２２１７０２号公報

しかしながら、特許文献１や２に記載の送受信システムでは、歪み特性を事前に把握した上で等化パラメータをあらかじめ決定しておく必要があるため、伝送機器や伝送路等の特性変化に対して柔軟に追従することは難しい。従って、周波数特性の精度の良い等化や歪み補償を行うことは困難であった。

伝送機器や伝送路での振幅周波数歪および群遅延周波数歪に対処するための等化器を用いた補償技術では、振幅歪特性および群遅延歪特性を事前に把握した上で等化パラメータをあらかじめ決定しておく必要がある。このため、これらの特性の測定が困難な場合、特性が環境条件によって著しく変化する場合、および機器を頻繁に異なる通信局に移動させる場合などでは、最適な等化パラメータが得られないために適切な等化性能が実現できない課題が存在していた。

本発明は、伝送機器や伝送路でのデータ復調品質を改善するための技術を提供することを目的とする。

上述の課題に鑑み、本発明の一態様は、入力する受信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する誤り訂正復号器と、前記誤り訂正復号器の出力データを同一の誤り訂正符号で誤り訂正符号化する誤り訂正再符号化器と、前記誤り訂正再符号化器の出力データを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それらの差分を複素周波数歪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る複素周波数歪データ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データに含まれる雑音成分を軽減する統計処理器と、前記統計処理器から出力される複素周波数歪データと前記複素等化器に設定されている等化パラメータ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この等化パラメータを設定する等化パラメータ計算器を有する受信機に関する。

本発明の別の態様は、複素等化手段によって入力する受信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等化し、復調手段によって前記複素等化手段の出力信号をデジタル復調し、誤り訂正復号手段によって前記復調手段の出力データを誤り訂正復号し、誤り訂正再符号化手段によって前記誤り訂正復号手段の出力データを同一の誤り訂正符号で誤り訂正符号化し、再変調手段によって前記誤り訂正再符号化手段の出力データをデジタル変調し、第1のフーリエ変換手段によって前記再変調手段の出力信号をフーリエ変換し、第2のフーリエ変換手段によって前記複素等化手段の出力信号をフーリエ変換し、複素比較手段によって前記第1のフーリエ変換手段の出力信号と前記第2のフーリエ変換手段の出力信号とを複素比較してそれらの差分を複素周波数歪として出力し、統計処理手段によって前記複素比較手段から出力される複素周波数歪データ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データに含まれる雑音成分を軽減し、等化パラメータ計算手段によって前記統計処理手段から出力される複素周波数歪データと前記複素等化手段に設定されている等化パラメータを元にして等化パラメータを計算して前記複素等化手段にこの等化パラメータを設定する受信機による復調方法に関する。

また、本発明の他の態様は、入力する受信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等化する第１の処理と、前記第１の処理の出力信号をデジタル復調する第２の処理と、前記第２の処理の出力データを誤り訂正復号する第３の処理と、前記第３の処理の出力データを同一の誤り訂正符号で誤り訂正符号化する第４の処理と、前記第４の処理の出力データをデジタル変調する第５の処理と、前記第５の処理の出力信号をフーリエ変換する第６の処理と、前記第１の処理の出力信号をフーリエ変換する第７の処理と、前記第６の処理の出力信号と前記第７の処理の出力信号とを複素比較してそれらの差分を複素周波数歪として出力する第８の処理と、前記第８の処理から出力される複素周波数歪データ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データに含まれる雑音成分を軽減する第９の処理と、前記第９の処理から出力される複素周波数歪データと前記第１の処理の処理用に設定されている等化パラメータを元にして等化パラメータを計算して前記第１の処理の処理用にこの等化パラメータを設定する処理とをプロセッサに実行させる復調プログラムに関する。

前述の課題を解決するため、本発明の一態様では受信信号を復調し、誤り訂正復号によって得られた復調データを同一の誤り訂正方式によって再符号化および再変調し、この再変調信号と前述の受信信号とをいずれも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上で比較することにより、振幅および群遅延の歪量を自動的に算出し、これを補償するための等化パラメータを算出した上でこれを複素等化器に設定することにより、等化パラメータをあらかじめ決定しておく必要のない適応振幅群遅延等化機能付き伝送システムを実現している。

本発明によると、適応歪補償機能の実現が可能となり、データ復調品質の改善を図ることができる。

本発明の更なる利点及び実施形態を、記述と図面を用いて下記に詳細に説明する。

本発明の実施形態による受信機の概略構成について説明するための図である。図１に示す受信機の処理を示すフローチャートである。本発明の実施形態による伝送システムの概略構成を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態に従う受信機について、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、以下に説明する実施例によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。

本発明の実施形態について図１から図３を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態による受信機１００の一部を構成する改良された等化器の概略構成を示す図である。本受信機１００は、周波数特性を最適化させるために伝送路などで劣化した信号の補償に使用するものである。

図１に示す受信機１００は、受信したデジタル変調信号２０を等化する複素等化器１と、等化されたデジタル変調信号２０を復調する復調器２と、復調後のデジタル変調信号２０の誤り訂正復号する誤り訂正復号器３と、誤り訂正復号器３における誤り訂正符号化方式と同一の内容によって、誤り訂正復号された信号を再符号化する誤り訂正再符号化器４と、復調器２における変調方式と同一の方式によって、再符号化された信号を再変調する再変調器５と、再変調された信号と等化された信号とを複素フーリエ変換する第１のフーリエ変換器６及び第２のフーリエ変換器７と、第１のフーリエ変換器６と第２のフーリエ変換器７との出力を比較しその差分を出力する複素比較器８と、複素比較器８より出力される複素周波数歪情報の統計処理を行う統計処理器９と、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を元にして新たな等化パラメータが算出し、あらためて複素等化器１に設定する等化パラメータ計算器１０とを備えている。

図３は、データ通信に使用される受信機１００、中継器２００、送信機３００から構成する衛星通信システムの概略構成を説明するための図である。本実施形態による衛星通信システムは、データ通信を送信する放送局などの送信機３００が、通信波を変調してアップリンクの周波数に変換した後、増幅器により電力を増幅して衛星などの中継器２００に通信波を送出する。送信機３００から通信波を受信した中継器２００は、通信波の周波数を周波数変換器によりダウンリンクの周波数に変換し、所定の処理を行った通信波を受信局などの受信機１００に通信波として送出する。そして、受信機１００は中継器２００から送出された通信波を受信し、復調信号を出力する。このようなデータ通信方法において発生する振幅周波数歪や群遅延周波数歪などの歪みは、本実施形態による複素等化器１を用いる補償技術により低減可能となる。

次に、図１に示す受信機１００の一部を構成する等化器などの動作について図２を参照しつつ説明する。図２は、図１に示す構成の動作処理を説明するためのフローチャートである。

まず、入力する受信デジタル変調信号２０は複素等化器１に入力される（Ｓ１０１）。初期状態において、この複素等化器１には一切の歪補償を行わない、即ち入力信号がそのまま出力されるような等化パラメータが設定される。

複素等化器１から出力されるデジタル変調信号は、復調器２において復調され（Ｓ１０３）、さらに誤り訂正復号器３において誤り訂正復号される（Ｓ１０５）。この誤り訂正復号器３の出力データが、本受信機１００の復調出力信号２１となる。

本受信機内ではさらに、誤り訂正復号器３の出力データ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４によって再符号化され（Ｓ１０７）、さらに再変調器５において、復調器２における変調方式と同一の方式によって再変調される（Ｓ１０９）。こうして得られた再変調信号２２は第１のフーリエ変換器６において複素フーリエ変換される（Ｓ１１１）。

一方複素等化器１から出力される受信信号は第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（Ｓ１１３）。これらのふたつのフーリエ変換器、すなわち第１のフーリエ変換器６と第２のフーリエ変換器７の出力は、複素比較器８において比較され、その差分が出力される（Ｓ１１５）。

ここにおいて、前述の再変調信号２２は以下の特徴を有する。
（１）送信側機器、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とき、受信デジタル変調信号２０と再変調信号２２の複素周波数スペクトラムは同一である。このとき、複素比較器８より出力される複素歪成分は、いずれもゼロとなる。
（２）送信側機器、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存在し、または受信信号に雑音成分が含まれることにより復調器２において復調出力にビット誤りが発生した場合でも、誤り訂正復号器３によって誤り訂正されるため、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２２には前記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。
（３）再変調器５の出力から第１のフーリエ変換器６に至る再変調信号２２の伝送路には一切の歪発生原因が存在しない。

これらの特徴により、初期状態においては、複素比較器８の出力データは受信デジタル信号２０が受け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る複素周波数歪そのものであるということができる。また複素等化器１に既に等化パラメータが設定される場合は、複素比較器８の出力データは経時変化によって発生した複素周波数歪の変化分であるといえる。従って、複素比較器８の出力データとして得られた複素周波数歪情報をもとにして複素等化器１の等化パラメータを算出すれば、常に理想的な歪補償が実現可能である。

実際には、入力する受信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含まれており、この成分による誤補償を低減するための処理が必要である。複素比較器８より出力される複素周波数歪の情報は、変調データにかかわりなく一定であるため、本発明では、この複素周波数歪情報を統計処理器９で統計処理を行うことによって、この雑音成分を低減している（Ｓ１１７）。

統計処理器９から出力される、雑音が軽減された複素周波数歪情報は、等化パラメータ計算器１０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を元にして新たな等化パラメータが算出され、あらためて複素等化器１に設定される（Ｓ１１９）。

このような原理により、本発明の受信機１００では受信信号に含まれる振幅周波数歪および群遅延周波数歪を常に補償しながらデータ受信が可能な適応振幅群遅延等化機能を実現している。

また、本実施形態による受信機１００の変形例として、熱雑音等に起因する雑音成分をさらに低減させるため、雑音成分補償器を備えることも可能である。この場合、複素周波数歪情報を統計処理器９で統計処理を行うことによる雑音成分の低減に加えて、さらなる効果的な雑音成分の除去をすることが可能になる。

なお、上述した実施形態に含まれる特徴を用いた補正プログラムも本発明の範疇に含まれる。上述の実施形態において、実施形態の処理は、プログラム、ソフトウェア、又はコンピュータによって実行されることが可能な命令でコード化された、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体によって実行されてもよい。記憶媒体には、光ディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク等の可搬型の記録媒体が含まれることはもとより、ネットワークのようにデータを一時的に記録保持するような伝送媒体も含まれる。

１ … 複素等化器
２ … 復調器
３ … 誤り訂正復号器
４ … 誤り訂正再符号化器
５ … 再変調器
６ … 第１のフーリエ変換器
７ … 第２のフーリエ変換器
８ … 複素比較器
９ … 統計処理器
１０ … 等化パラメータ計算器
２０ … 受信デジタル変調信号
２１ … 復調出力信号
２２ … 再変調信号

Claims

入力する受信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する誤り訂正復号器と、前記誤り訂正復号器の出力データを同一の誤り訂正符号で誤り訂正符号化する誤り訂正再符号化器と、前記誤り訂正再符号化器の出力データを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それらの差分を複素周波数歪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る複素周波数歪データ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データに含まれる雑音成分を軽減する統計処理器と、前記統計処理器から出力される複素周波数歪データと前記複素等化器に設定されている等化パラメータ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この等化パラメータを設定する等化パラメータ計算器を有することを特徴とする受信機。
前記受信機は、
前記複素等化器が、少なくとも熱雑音成分が含まれた受信デジタル変調信号について振幅周波数歪と群遅延周波数歪とを等化して、前記復調器及び前記第2のフーリエ変換器に出力信号を伝達し、
前記複素比較器が、熱雑音成分が影響されている前記第1のフーリエ変換器及び前記第2のフーリエ変換器の出力信号について、複素比較してそれらの差分を、少なくとも熱雑音成分の影響が低減されている複素周波数歪として出力し、
前記統計処理器が、前記複素比較器から出力される複素周波数歪データを複数回読み込んで統計処理することによって、複素周波数歪データに含まれる熱雑音に起因する雑音成分を低減させることを特徴とする請求項１に記載の受信機。
複素等化手段によって入力する受信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等化し、
復調手段によって前記複素等化手段の出力信号をデジタル復調し、
誤り訂正復号手段によって前記復調手段の出力データを誤り訂正復号し、
誤り訂正再符号化手段によって前記誤り訂正復号手段の出力データを同一の誤り訂正符号で誤り訂正符号化し、
再変調手段によって前記誤り訂正再符号化手段の出力データをデジタル変調し、
第1のフーリエ変換手段によって前記再変調手段の出力信号をフーリエ変換し、
第2のフーリエ変換手段によって前記複素等化手段の出力信号をフーリエ変換し、
複素比較手段によって前記第1のフーリエ変換手段の出力信号と前記第2のフーリエ変換手段の出力信号とを複素比較してそれらの差分を複素周波数歪として出力し、
統計処理手段によって前記複素比較手段から出力される複素周波数歪データ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データに含まれる雑音成分を軽減し、
等化パラメータ計算手段によって前記統計処理手段から出力される複素周波数歪データと前記複素等化手段に設定されている等化パラメータを元にして等化パラメータを計算して前記複素等化手段にこの等化パラメータを設定する
ことを特徴とする受信機による復調方法。
入力する受信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等化する第１の処理と、前記第１の処理の出力信号をデジタル復調する第２の処理と、前記第２の処理の出力データを誤り訂正復号する第３の処理と、前記第３の処理の出力データを同一の誤り訂正符号で誤り訂正符号化する第４の処理と、前記第４の処理の出力データをデジタル変調する第５の処理と、前記第５の処理の出力信号をフーリエ変換する第６の処理と、前記第１の処理の出力信号をフーリエ変換する第７の処理と、前記第６の処理の出力信号と前記第７の処理の出力信号とを複素比較してそれらの差分を複素周波数歪として出力する第８の処理と、前記第８の処理から出力される複素周波数歪データ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データに含まれる雑音成分を軽減する第９の処理と、前記第９の処理から出力される複素周波数歪データと前記第１の処理の処理用に設定されている等化パラメータを元にして等化パラメータを計算して前記第１の処理の処理用にこの等化パラメータを設定する処理とをプロセッサに実行させることを特徴とする復調プログラム。