JP7451030B2

JP7451030B2 - 無線受信装置

Info

Publication number: JP7451030B2
Application number: JP2020031549A
Authority: JP
Inventors: 賢晃加藤; 康英田中
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2024-03-18
Anticipated expiration: 2040-02-27
Also published as: JP2021136578A

Description

本発明は、無線受信装置に関し、特に、無線通信装置における受信に纏わる機序としての無線受信装置に関する。

無線通信装置に関する技術として、例えば、複数の変調符号化方式の中からデータ通信に用いる変調符号化方式を適応的に選択するデータ通信装置であって、受信信号からデータ通信の回線品質を測定する品質測定手段と、複数の変調符号化方式の中の２つの、マルチパスおよびフェージングによる擾乱が無い、白色ガウスノイズのみによる理想条件下における回線品質に対するスループットの特性（静特性）を示す曲線の交点での回線品質の値から求まる閾値と、品質測定手段で測定された回線品質とを比較することにより、いずれかの変調符号化方式を選択する適応変調制御手段と、を有し、適応変調制御手段が、前記閾値が記録されている閾値テーブルを有する、仕組みが知られている（特許文献１）。

特許第４５０６９７９号公報

ところで、マイクロ波帯の無線通信システムでは、トラフィック需要の増加に伴って伝送容量の大容量化が望まれており、伝送容量を拡大するための１つの手段は伝送帯域幅の拡大であるものの、マイクロ波帯では使用できる伝送帯域幅が制限されている。そこで、伝送容量を拡大するために変調方式の多値化が行われる。ここで、変調方式の多値化に関連して、等化器の性能としては、変調多値数が低多値の変調方式が選択される場合には信号再生上の等化限界が高い一方で、変調多値数が高多値の変調方式が選択される場合には信号再生上の等化限界が低いという特性がある。しかしながら、例えば特許文献１のような従来の適応変調制御方法は、伝搬路環境を如何に正確に推定して変調方式を適切に切り替えるかに主眼が置かれており、伝搬路環境や無線装置の不完全性（具体的には、非線形歪、位相ノイズ、熱雑音）を考慮して変調方式に応じた等化器の最適動作を選択する、といった対応はしていない。このため、従来の適応変調制御方法では、変調多値数が低多値の変調方式が選択されている場合と変調多値数が高多値の変調方式が選択されている場合とで最適なパラメータの選択を行って等化器を適切に動作させることはできない、という問題がある。

そこで本発明は、伝搬路環境に応じて無線フレームの変調方式を切り替える適応変調方式において、送信側の無線通信装置において選択された無線フレームの変調方式に対して性能が最善となるように等化器に関係するパラメータを切り替えて等化器を適切に動作させることが可能な、無線受信装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、受信した無線フレームについての変調方式の変調多値数の程度に関する変調多値数情報を出力する変調方式受信部と、等化処理において用いられるタップ係数を計算し更新するタップ更新部と、前記タップ更新部へと供給するパラメータとして、前記タップ係数を計算し更新する処理においてシンボル点の誤差検出の対象とするシンボル点の範囲であり、同相Ｉ－直交Ｑ平面の各象限の劣化領域を除く範囲が切り替え可能なスイッチと、を有し、前記スイッチが、前記変調方式受信部から出力される前記変調多値数情報に基づいて前記タップ更新部へと供給する前記パラメータを切り替える、ことを特徴とする無線受信装置である。

請求項１に記載の発明によれば、受信した無線フレームについての変調方式の変調多値数（即ち、同相Ｉ－直交Ｑ平面におけるシンボル点／信号点の数）の程度に基づいてタップ更新部へと供給するパラメータを切り替えるようにしているので、送信側の無線通信装置において選択された無線フレームの変調方式に対応させてタップ更新部を適切に動作させ、延いては等化器を適切に動作させることが可能となる。請求項１に記載の発明によれば、したがって、伝搬路環境に応じて無線フレームの変調方式の変調多値数を切り替えることに加えて変調方式の変調多値数に応じて性能が最善となるようにタップ更新部／等化器に関係するパラメータを切り替えるようにしているので、等化性能を相乗的に向上させることが可能となる。

さらに、請求項１に記載の発明によれば、タップ係数の計算・更新処理においてシンボル点の誤差検出の対象とするシンボル点の範囲を、無線フレームの変調方式の変調多値数の程度に基づいて切り替えるようにしているので、送信側の無線通信装置において選択された無線フレームの変調方式に応じて最適なタップ計算対象範囲の選択を行うことができ、非線形歪や位相ノイズによる等化性能の劣化を回避して、タップ更新部を適切に動作させ、延いては等化器を適切に動作させることが可能となる。

この発明の実施の形態における無線通信システムの概略構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る無線受信装置の概略構成を示す機能ブロック図である。この発明の実施の形態２に係る無線受信装置の概略構成を示す機能ブロック図である。非線形歪や位相ノイズが及ぼすシンボル点の劣化領域を示す図である。（Ａ）は変調方式が２５６ＱＡＭである場合の劣化領域を示す図である。（Ｂ）は変調方式が１６ＱＡＭである場合の劣化領域を示す図である。位相ノイズによる性能劣化の特徴を説明する図である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。なお、以下では、この発明の特徴的な構成について説明し、無線通信を行う際の従来と同様の仕組みについては説明を簡略にしたり省略したりする。

図１は、この発明の実施の形態における無線通信システム１００の概略構成を示す図である。図１では、無線通信システム１００の概略構成を示す（図１の上側）とともに、無線通信の送受信局のそれぞれに配置される無線通信装置１０１の概略構成の機能ブロックを示す（図１の下側）。

無線通信システム１００を構成する無線通信の送受信局のそれぞれに、無線通信装置１０１およびアンテナ１０２が配置される（図１の上側参照）。無線通信装置１０１同士は、アンテナ１０２を介して無線回線１０３によって相互に接続される。

まず、この発明の実施の形態において無線受信装置１が適用されるベースの構成としての無線通信装置１０１の概略構成を説明する。

無線通信装置１０１は、送信用として、変調部１２０および送信部１３０を備えるとともに、受信用として、受信部１５０、判定帰還型等化器１６０、および復調部１７０を備え、さらに、インターフェース部１１０を備える（図１の下側参照）。

ここで、無線通信装置１０１は、送信用の機序と受信用の機序とを備えて送受信を行う装置であるところ、以下の説明では、送信用の機序を用いて送信に纏わる処理を行う場合の無線通信装置１０１のことを「送信側」と称し、受信用の機序を用いて受信に纏わる処理を行う場合の無線通信装置１０１のことを「受信側」と称する。

インターフェース部１１０は、主として、データ回線終端装置１１１（データ通信装置やデータ回線装置と呼ばれる機器を含む）を備える。インターフェース部１１０は、通信対象の伝送データの入力を受け、前記伝送データを、データ回線終端装置１１１を介して、変調部１２０へと出力する。

変調部１２０は、インターフェース部１１０から出力される伝送データの入力を受け、前記伝送データにフレーム同期信号を挿入して無線フレーム（送信信号）を生成し、さらに、前記無線フレーム（送信信号）に所定の周波数の搬送波信号を重畳させてデジタル変調して出力する。変調部１２０は、前記無線フレーム（送信信号）に、例えば４００ＭＨｚ程度の周波数の搬送波信号を重畳させてデジタル変調を行う。無線通信システム１００における変調方式として、直角位相振幅変調が用いられる。なお、直角位相振幅変調は「ＱＡＭ」とも表記される（ＱＡＭ：Ｑuadrature Ａmplitude Ｍodulation の略）。

この発明では、無線通信装置１０１は、瞬時の伝搬路環境に応じて、無線フレームの変調方式のパラメータ、具体的には直角位相振幅変調の変調多値数の切り替えを行う（延いては、伝送容量を変更する）適応変調方式によって通信を行う。適応変調方式の具体的な仕法、言い換えると、瞬時の伝搬路環境に応じて変調多値数を切り替える仕法は、公知の手法が存在し、また、この発明では特定の手法には限定されないので、ここでは詳細の説明は省略する。

無線通信装置１０１は、例えば、フェージングが発生していないなどで伝搬路の状態が良好であるときには変調多値数を大きくして伝送容量を拡大させ、また、フェージングの影響があるものの大きくないなどで伝搬路の状態が中庸である（即ち、特別良好でもないものの特別不良でもない）ときには変調多値数を中位にして伝送容量と伝送品質とのバランスをとり、さらに、フェージングの影響が大きいなどで伝搬路の状態が不良であるときには変調多値数を小さくして伝送容量を縮小させる。

無線通信装置１０１は、無線フレームの変調方式として、具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、伝搬路の状態が良好であるときには変調多値数が大きい変調方式として１０２４ＱＡＭから４０９６ＱＡＭまでの範囲のうちのいずれかを用い、また、伝搬路の状態が中庸であるときには変調多値数が中位の変調方式として１２８ＱＡＭから５１２ＱＡＭまでの範囲のうちのいずれかを用い、さらに、伝搬路の状態が不良であるときには変調多値数が小さい変調方式として４ＱＡＭから６４ＱＡＭまでの範囲のうちのいずれかを用いる。なお、４ＱＡＭは「ＱＰＳＫ」とも表記される（ＱＰＳＫ：Ｑuadrature Ｐhase Ｓhift Ｋeying の略）。

送信部１３０は、変調部１２０から出力されるデジタル変調された無線フレーム（送信信号）の入力を受け、前記デジタル変調された無線フレーム（送信信号）を、Ｄ／Ａ変換器でデジタル－アナログ変換した上で、局部発振器および混合器によって前記所定の周波数（例えば、４００ＭＨｚ程度）よりも高周波の信号（送信波信号）に変換する。送信部１３０は、前記デジタル変調された無線フレーム（送信信号）を、周波数が例えば１０ＧＨｚ程度の信号に変換する。

送信部１３０は、また、前記周波数変換した無線フレーム（送信波信号）を、所定の周波数帯域の信号のみを通過させる送信フィルタを通過させるとともにパワーアンプで増幅した上で出力する。

そして、変調部１２０においてデジタル変調されるとともに送信部１３０において周波数変換された無線フレーム（送信波信号）は、送信部１３０から分波器１４０を介してアンテナ１０２へと導かれ、アンテナ１０２から無線回線１０３を介して他方の（言い換えると、この通信では受信側になる）無線通信装置１０１のアンテナ１０２へと、電波として送信される。

また、他方の（言い換えると、この通信では送信側になる）無線通信装置１０１のアンテナ１０２から無線回線１０３を介して無線フレームが当該の（言い換えると、この通信では受信側になる）無線通信装置１０１のアンテナ１０２へと電波として送信されると、アンテナ１０２は、受信した無線フレームを電気信号（受信波信号）へと変換して出力する。

アンテナ１０２から出力される、電気信号に変換された無線フレーム（受信波信号）は、分波器１４０を介して受信部１５０へと導かれる。

受信部１５０は、無線フレーム（受信波信号）の入力を受け、前記無線フレーム（受信波信号）を、所定の周波数帯域の信号のみを通過させる受信フィルタを通過させるとともにプリアンプで増幅した上で、局部発振器および混合器によって前記高周波（例えば、１０ＧＨｚ程度）よりも低い周波数（例えば、４００ＭＨｚ程度）の信号に変換する。

受信部１５０は、さらに、前記周波数変換した信号をパワーアンプで増幅するとともにＡ／Ｄ変換器でアナログ－デジタル変換して、デジタル信号に変換された無線フレーム（受信信号）を出力する。

なお、受信部１５０では無線フレーム（受信波信号）に対して直交検波処理が施されて位相が相互に直交する同相成分（Ｉｃｈ）のベースバンド信号と直交成分（Ｑｃｈ）のベースバンド信号とが生成されるが、以降の説明では同相成分と直交成分とについて各々別々に着目する必要がある場合を除いて同相成分と直交成分とを特に区別することなくどちらにも共通する内容として説明し、また、図面では同相成分の信号と直交成分の信号とを１つの信号線で表す。

判定帰還型等化器１６０は、受信部１５０から出力される無線フレーム（受信信号）をシンボル判定器が判定した結果に対応する後続符号間干渉量を、帰還ループによって後続ビットへと帰還させて差引くことにより、符号間干渉を除去して出力する。

復調部１７０は、判定帰還型等化器１６０から出力される無線フレーム（受信信号）の入力を受け、前記無線フレーム（受信信号）を復調するとともに、前記復調した無線フレーム（受信信号）に挿入されているフレーム同期信号に基づいて無線フレーム（受信信号）から伝送データを取り出し、取り出した伝送データをインターフェース部１１０へと出力する。

上記の無線通信システム１００では、上述のとおり、無線通信装置１０１は、瞬時の伝搬路環境に応じて、無線フレームの変調方式のパラメータ、具体的には直角位相振幅変調の変調多値数（例えば、４ＱＡＭ（ＱＰＳＫ）～４０９６ＱＡＭ）を切り替えながら無線通信を行う。しかしながら、従来の適応変調制御方法は、伝搬路環境を如何に正確に推定して変調方式を適切に切り替えるかに主眼が置かれており、伝搬路環境や無線装置の不完全性（具体的には、非線形歪、位相ノイズ、熱雑音）を考慮して変調方式に応じた等化器の最適動作を選択する、といった対応はしていない。このため、従来の適応変調制御方法では、変調多値数が低多値の変調方式が選択されている場合と変調多値数が高多値の変調方式が選択されている場合とで最適なパラメータの選択を行って等化器を適切に動作させることはできない、という問題がある。

そこで、この発明に係る無線受信装置１は、送受信される無線フレームについての変調方式の変調多値数の程度に応じて等化処理に纏わる動作を制御して変調方式に応じた等化処理の最適動作を選択するための仕組みを備えるようにしている。

（実施の形態１）
図２は、この発明の実施の形態１に係る無線受信装置１の概略構成を示す機能ブロック図である。なお、図２は、上記で説明した無線通信システム１００における無線通信装置１０１のような構成（図１参照）をベースとしつつ、この発明の特徴的な構成を分かり易く示すことを考慮して、無線通信装置１０１の構成のうちの一部を省略している。図２は、具体的には、上記で説明した無線通信装置１０１の受信部１５０と復調部１７０との間の判定帰還型等化器１６０に相当する構成に対して適用される特徴的な構成を、特に受信に纏わる機序としての無線受信装置１として示している。

ここで、この発明では、上述のとおり、無線通信装置１０１は、瞬時の伝搬路環境に応じて、無線フレームの変調方式のパラメータ、具体的には直角位相振幅変調の変調多値数（例えば、４ＱＡＭ（ＱＰＳＫ）～４０９６ＱＡＭ）を切り替えながら無線通信を行う。そして、当該の通信において送信側となる無線通信装置１０１は、当該の通信において受信側となる無線通信装置１０１に対して、送信する無線フレームの変調方式のパラメータ、具体的には直角位相振幅変調の変調多値数を通知するための制御情報を送信する。

そして、この実施の形態に係る無線受信装置１は、受信した無線フレームについての変調方式の変調多値数の程度に関する変調多値数情報を出力する変調方式受信部２と、等化処理において用いられるタップ係数を計算し更新するタップ更新部５と、タップ更新部５へと供給するパラメータを切り替え可能なタップ制御スイッチ１０と、を有し、タップ制御スイッチ１０が、変調方式受信部２から出力される変調多値数情報に基づいてタップ更新部５へと供給する前記パラメータを切り替える、ようにしている。

この実施の形態に係る無線受信装置１は、また、タップ更新部５へと供給される上記パラメータが、タップ係数の更新量を決定づけるステップサイズである、ようにしている。

この実施の形態に係る無線受信装置１は、デジタル無線伝送において等化処理を行う回路であり、主として、変調方式受信部２と、ＦＦ等化部３と、ＦＢ等化部４と、タップ更新部５と、タップ制御スイッチ１０とを含む機序として構成される。

変調方式受信部２は、送信側の無線通信装置１０１から送信される無線フレームについての変調方式のパラメータ、具体的には直角位相振幅変調の変調多値数を通知するための制御情報を、送信側の無線通信装置１０１から受信する。

変調方式受信部２は、上記の制御情報に基づいて、受信した無線フレームの変調方式の変調多値数が低多値、中多値、および高多値のうちのいずれであるのかを、所定の区分・振り分けに従って判別する。そして、変調方式受信部２は、タップ制御スイッチ１０に対して、無線フレームの変調方式の変調多値数が低多値であるときは低多値変調信号を出力し、無線フレームの変調方式の変調多値数が中多値であるときは中多値変調信号を出力し、また、無線フレームの変調方式の変調多値数が高多値であるときは高多値変調信号を出力する。

変調方式受信部２から出力される、受信した無線フレームについての変調方式の変調多値数の程度に関する情報のことを「変調多値数情報」と呼ぶ。変調多値数情報は、ここでは、具体的には低多値変調信号、中多値変調信号、および高多値変調信号のことである。

なお、変調方式受信部２が、送信側の無線通信装置１０１から送信される無線フレームの変調方式、具体的には直角位相振幅変調の変調多値数を自動的に判別するようにしてもよい。この場合、変調方式受信部２は、送信側の無線通信装置１０１から送信される無線フレームの供給を受け、前記無線フレームの変調方式を識別するとともに、識別した変調方式の変調多値数が低多値、中多値、および高多値のうちのいずれであるのかを、所定の区分・振り分けに従って判別する。そして、変調方式受信部２は、タップ制御スイッチ１０に対して、無線フレームの変調方式の変調多値数が低多値であると識別・判別したときは低多値変調信号を出力し、無線フレームの変調方式の変調多値数が中多値であると識別・判別したときは中多値変調信号を出力し、また、無線フレームの変調方式の変調多値数が高多値であると識別・判別したときは高多値変調信号を出力する。

ＦＦ等化部３は、受信部１５０から出力されるアナログ－デジタル変換された無線フレーム（受信信号）にフィードフォワード等化を適用するための仕組みであり、すなわちセンタータップからみて現在あるいは未来のデータを合成するタップ（フィードフォワードタップ）であり、タップ係数可変のトランスバーサルフィルタを用いて構成され、フィードフォワード等化器として機能する（ＦＦ：Ｆeed Ｆorward の略）。ＦＦ等化部３は、タップ更新部５から出力されるタップ係数に従って等化処理を行う。

ＦＢ等化部４は、デジタルサンプルにフィードバック等化を適用するための仕組みであり、すなわちセンタータップからみて過去のデータを合成するタップ（フィードバックタップ）であり、タップ係数可変のトランスバーサルフィルタを用いて構成され、シンボル判定部８の判定結果を受けるフィードバック等化器として機能する（ＦＢ：Ｆeed Ｂack の略）。ＦＢ等化部４は、タップ更新部５から出力されるタップ係数に従って等化処理を行う。

加算器７は、ＦＦ等化部３の出力とＦＢ等化部４の出力とを足し合わせる。シンボル判定部８は、加算器７からの出力についてシンボル判定を行う。誤差計算部９は、シンボル判定部８から出力される信号について、理想シンボルと受信シンボルとの間の位相誤差を計算する。誤差計算部９は、具体的には減算器によって構成される。

タップ更新部５は、ＦＦ等化部３およびＦＢ等化部４のタップ係数を計算・更新し、前記計算・更新したタップ係数をＦＦ等化部３とＦＢ等化部４とのそれぞれに対して出力する。タップ更新部５は、下記の数式１で表されるＬＭＳアルゴリズムを適応アルゴリズムとして用いてタップ係数の計算・更新処理を行う（ＬＭＳ：Ｌeast Ｍean Ｓquares の略）。
（数１）ｈ(ｎ＋１)＝ｈ(ｎ)＋μｅ_nｘ(ｎ)
ここに、ｈ(ｎ＋１)：時刻ｎ＋１のタップ係数ベクトル
ｈ(ｎ)：時刻ｎのタップ係数ベクトル
μ：ステップサイズパラメータ
ｅ_n：理想シンボルと受信シンボルとの間の誤差
ｘ(ｎ)：入力信号

数式１における、誤差ｅ_nは誤差計算部９によって計算されてタップ更新部５へと入力され、入力信号ｘ(ｎ)は受信部１５０から出力されてタップ更新部５へと入力される。また、数式１におけるステップサイズパラメータμは、ＬＭＳアルゴリズムによる係数の更新量を決定づけて適応動作の収束速度と推定精度との間のバランスを調節するパラメータであり、μ＞０である。この発明の説明では、ＬＭＳアルゴリズムにおけるステップサイズパラメータであって、等化処理において用いられるタップ係数を計算し更新する際のステップサイズパラメータのことを単に「ステップサイズ」と呼ぶ。

タップ更新部５は、タップ制御スイッチ１０から供給されるステップサイズを用いてタップ係数の計算・更新処理を行う。

タップ制御スイッチ１０は、低多値用出力部１１、中多値用出力部１２、および高多値用出力部１３の各々から出力される信号のうちのいずれかを選択してタップ更新部５へと供給する機能を備える。タップ制御スイッチ１０は、変調方式受信部２から出力される変調多値数情報に従って低多値用出力部１１、中多値用出力部１２、および高多値用出力部１３のうちのいずれかとの接続を切り替える。

低多値用出力部１１には、無線フレームの変調方式の変調多値数が低多値である場合に用いられることにより、タップ更新部５を適切に動作させ、延いては等化器の性能を最善とすることを可能とするようなステップサイズ（「低多値用ステップサイズ」と呼ぶ）が記憶されている。

中多値用出力部１２には、無線フレームの変調方式の変調多値数が中多値である場合に用いられることにより、タップ更新部５を適切に動作させ、延いては等化器の性能を最善とすることを可能とするようなステップサイズ（「中多値用ステップサイズ」と呼ぶ）が記憶されている。

上記の「変調多値数が中多値である」とは、上記の「変調多値数が低多値である」よりも変調方式の変調多値数が大きいことをいう。そして、中多値用ステップサイズは、低多値用ステップサイズよりもステップサイズの値が小さくなるように設定される。

高多値用出力部１３には、無線フレームの変調方式の変調多値数が高多値である場合に用いられることにより、タップ更新部５を適切に動作させ、延いては等化器の性能を最善とすることを可能とするようなステップサイズ（「高多値用ステップサイズ」と呼ぶ）が記憶されている。

上記の「変調多値数が高多値である」とは、上記の「変調多値数が中多値である」よりも変調方式の変調多値数が大きいことをいう。そして、高多値用ステップサイズは、中多値用ステップサイズよりもステップサイズの値が小さくなるように設定される。

タップ制御スイッチ１０は、変調方式受信部２から出力される変調多値数情報として低多値変調信号が入力されると、低多値用出力部１１と接続して、タップ更新部５に対して、タップ更新部５へと供給するパラメータとして低多値用ステップサイズを供給する。この場合、タップ更新部５は、タップ制御スイッチ１０から供給される低多値用ステップサイズを用いてタップ係数の計算・更新処理を行う。

タップ制御スイッチ１０は、また、変調方式受信部２から出力される変調多値数情報として中多値変調信号が入力されると、中多値用出力部１２と接続して、タップ更新部５に対して、タップ更新部５へと供給するパラメータとして中多値用ステップサイズを供給する。この場合、タップ更新部５は、タップ制御スイッチ１０から供給される中多値用ステップサイズを用いてタップ係数の計算・更新処理を行う。

タップ制御スイッチ１０は、さらに、変調方式受信部２から出力される変調多値数情報として高多値変調信号が入力されると、高多値用出力部１３と接続して、タップ更新部５に対して、タップ更新部５へと供給するパラメータとして高多値用ステップサイズを供給する。この場合、タップ更新部５は、タップ制御スイッチ１０から供給される高多値用ステップサイズを用いてタップ係数の計算・更新処理を行う。

ここで、無線フレームの変調方式として例えば４ＱＡＭ（ＱＰＳＫ）から４０９６ＱＡＭまでの範囲が想定される場合に、各変調方式の変調多値数が低多値、中多値、および高多値のうちのいずれであるのかは、特定の区分・振り分けには限定されないとともに、変調方式の変調多値数の程度である低多値、中多値、および高多値のそれぞれと対応づけられる、タップ係数の計算・更新処理において用いられるステップサイズ（即ち、低多値用ステップサイズ、中多値用ステップサイズ、および高多値用ステップサイズ）は特定の値には限定されない。

変調方式の変調多値数の区分・振り分けは、具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、下記のように設定されてもよい。
低多値：４ＱＡＭ（ＱＰＳＫ）～６４ＱＡＭ
中多値：１２８ＱＡＭ～５１２ＱＡＭ
高多値：１０２４ＱＡＭ～４０９６ＱＡＭ

低多値用ステップサイズと中多値用ステップサイズとの間の大小関係については、具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、低多値用ステップサイズが中多値用ステップサイズの１．５～３倍程度に設定されてもよい。また、中多値用ステップサイズと高多値用ステップサイズとの間の大小関係については、具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、高多値用ステップサイズが中多値用ステップサイズの１／３～２／３倍程度に設定されてもよい。

なお、低多値用ステップサイズ、中多値用ステップサイズ、および高多値用ステップサイズの各々としての、等化処理において用いられるタップ係数を計算し更新する際のステップサイズパラメータは、それぞれ、特定の値に限定されるものではなく、無線通信装置１０１（特に、判定帰還型等化器１６０）の特性や所望の精度が考慮されて適当な値に設定されたり、実機を用いた試験の結果に基づいて適切な値に設定されたり、或いは、シミュレーションの結果に基づいて適正な値に設定されたりすることが考えられる。また、低多値用ステップサイズ、中多値用ステップサイズ、および高多値用ステップサイズは、予め固定的に設定されて低多値用出力部１１、中多値用出力部１２、および高多値用出力部１３のそれぞれに格納されているようにしてもよく、或いは、低多値用出力部１１、中多値用出力部１２、および高多値用出力部１３のそれぞれに対してユーザが適宜設定可能であるようにしてもよい。

ここで、送信側の無線通信装置１０１において変調多値数が低多値の変調方式が選択される場合は、等化器の性能としては信号再生上の理論的等化限界が高いので、高速なフェージング変動に追従可能な動作パラメータで等化器が動作した方が有利である。一方で、送信側の無線通信装置１０１において変調多値数が高多値の変調方式が選択される場合は、等化器の性能としては信号再生上の理論的等化限界が低いので、フェージングによる性能劣化をできる限り抑えるために、安定動作を保証する動作パラメータで等化器が動作することが要求される。

そして、この実施の形態に係る無線受信装置１によれば、受信した無線フレームについての変調方式の変調多値数（即ち、同相Ｉ－直交Ｑ平面におけるシンボル点／信号点の数）の程度に基づいてタップ更新部５へと供給するパラメータを切り替えるようにしているので、送信側の無線通信装置１０１において選択された無線フレームの変調方式に対応させてタップ更新部５を適切に動作させ、延いては等化器を適切に動作させることが可能となる。この実施の形態に係る無線受信装置１によれば、したがって、伝搬路環境に応じて無線フレームの変調方式の変調多値数を切り替えることに加えて変調方式の変調多値数に応じて性能が最善となるようにタップ更新部５／等化器に関係するパラメータを切り替えるようにしているので、等化性能を相乗的に向上させることが可能となる。

この実施の形態に係る無線受信装置１によれば、特に、タップ係数を更新する際のステップサイズを、無線フレームの変調方式の変調多値数の程度に基づいて切り替えるようにしているので、送信側の無線通信装置１０１において選択された無線フレームの変調方式に応じて最適なステップサイズの選択を行うことができ、タップ更新部５を適切に動作させ、延いては等化器を適切に動作させることが可能となる。

この実施の形態に係る無線受信装置１によれば、また、変調多値数が大きい場合のステップサイズの方が、変調多値数が小さい場合のステップサイズよりも小さいようにしているので、送信側の無線通信装置１０１において選択された無線フレームの変調方式に対して性能が最善となるようにステップサイズを切り替えてタップ更新部５を適切に動作させ、延いては等化器を適切に動作させることが可能となる。

（実施の形態２）
図３は、この発明の実施の形態２に係る無線受信装置１の概略構成を示す機能ブロック図である。なお、図３は、上記で説明した無線通信システム１００における無線通信装置１０１のような構成（図１参照）をベースとしつつ、この発明の特徴的な構成を分かり易く示すことを考慮して、無線通信装置１０１の構成のうちの一部を省略している。図３は、具体的には、上記で説明した無線通信装置１０１の受信部１５０と復調部１７０との間の判定帰還型等化器１６０に相当する構成に対して適用される特徴的な構成を、特に受信に纏わる機序としての無線受信装置１として示している。

この実施の形態に係る無線受信装置１は、また、タップ更新部５へと供給される上記パラメータが、タップ係数を計算し更新する処理においてシンボル点の誤差検出の対象とするシンボル点の範囲である、ようにしている。

この実施の形態に係る無線受信装置１は、デジタル無線伝送において等化処理を行う回路であり、主として、変調方式受信部２と、ＦＦ等化部３と、ＦＢ等化部４と、タップ更新部５と、ホールド制御部６と、タップ制御スイッチ２０とを含む機序として構成される。

実施の形態２は、ホールド制御部６を有している点、タップ制御スイッチ（実施の形態１では符号１０、実施の形態２では符号２０）に纏わる構成、およびタップ更新部５における処理内容において上述の実施の形態１と異なる。一方で、変調方式受信部２、ＦＦ等化部３、ＦＢ等化部４、加算器７、シンボル判定部８、および誤差計算部９については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

タップ更新部５は、ＦＦ等化部３およびＦＢ等化部４のタップ係数を計算・更新し、前記計算・更新したタップ係数をＦＦ等化部３とＦＢ等化部４とのそれぞれに対して出力する。タップ更新部５は、上記の数式１で表されるＬＭＳアルゴリズムを適応アルゴリズムとして用いてタップ係数の計算・更新処理を行う。タップ更新部５は、タップ制御スイッチ２０からホールド制御部６を介して供給されるステップサイズを用いてタップ係数の計算・更新処理を行う。

ホールド制御部６は、等化の目的である線形歪等化とは異なる劣化要素である非線形歪や位相ノイズの影響が特に大きいために誤差が特に大きいと考えられる場合に、タップ係数の計算・更新の処理を行わないようにする機能を備える。この場合、タップ係数は、更新されず、同じタップ係数が用いられて等化処理が行われる。ホールド制御部６は、例えば検出された誤差の大きさに基づいて、タップ係数の計算・更新の処理を行うか否かを判断するようにしてもよい。なお、ホールド制御部６を有することは、本発明において必須の構成ではない。

タップ制御スイッチ２０は、低多値用出力部２１、中多値用出力部２２、および高多値用出力部２３の各々から出力される信号のうちのいずれかを選択してホールド制御部６へと供給する機能を備える。タップ制御スイッチ２０は、変調方式受信部２から出力される変調多値数情報に従って低多値用出力部２１、中多値用出力部２２、および高多値用出力部２３のうちのいずれかとの接続を切り替える。

低多値用出力部２１には、無線フレームの変調方式の変調多値数が低多値である場合に用いられることにより、タップ更新部５を適切に動作させ、延いては等化器の性能を最善とすることを可能とするような、タップ係数の計算・更新を行う際にシンボル点の誤差検出の対象とするシンボル点の範囲（「低多値用検出対象範囲」と呼ぶ）が記憶されている。低多値用検出対象範囲は、無線フレームの変調方式の変調多値数が低多値である場合に、同相Ｉ－直交Ｑ平面（別言すると、複素平面）上に割り当てられたシンボル点（「理想シンボル点」などとも呼ばれる）のうち、タップ更新部５におけるタップ係数の計算・更新処理においてシンボル点の誤差検出の対象とするシンボル点の範囲の定義であり、言い換えると、タップ更新部５におけるタップ係数の計算・更新処理においてシンボル点の誤差検出の対象から除外するシンボル点の範囲の定義である。低多値用検出対象範囲は、無線フレームの変調方式の変調多値数が低多値である場合に、等化の目的である線形歪等化とは異なる劣化要素である非線形歪や位相ノイズの影響が大きいために誤差が大きいと推察されるシンボル点の検出誤差に基づくタップ係数の計算・更新を回避し得るように設定される。なお、シンボル点の誤差検出の対象から除外されたシンボルについても、低多値用検出対象範囲内のシンボル点の検出誤差に基づいて更新されたタップ係数が用いられて等化処理が行われる。

中多値用出力部２２には、無線フレームの変調方式の変調多値数が中多値である場合に用いられることにより、タップ更新部５を適切に動作させ、延いては等化器の性能を最善とすることを可能とするような、タップ係数の計算・更新を行う際にシンボル点の誤差検出の対象とするシンボル点の範囲（「中多値用検出対象範囲」と呼ぶ）が記憶されている。中多値用検出対象範囲は、無線フレームの変調方式の変調多値数が中多値である場合に、同相Ｉ－直交Ｑ平面（別言すると、複素平面）上に割り当てられたシンボル点（「理想シンボル点」などとも呼ばれる）のうち、タップ更新部５におけるタップ係数の計算・更新処理においてシンボル点の誤差検出の対象とするシンボル点の範囲の定義であり、言い換えると、タップ更新部５におけるタップ係数の計算・更新処理においてシンボル点の誤差検出の対象から除外するシンボル点の範囲の定義である。中多値用検出対象範囲は、無線フレームの変調方式の変調多値数が中多値である場合に、等化の目的である線形歪等化とは異なる劣化要素である非線形歪や位相ノイズの影響が大きいために誤差が大きいと推察されるシンボル点の検出誤差に基づくタップ係数の計算・更新を回避し得るように設定される。なお、シンボル点の誤差検出の対象から除外されたシンボルについても、中多値用検出対象範囲内のシンボル点の検出誤差に基づいて更新されたタップ係数が用いられて等化処理が行われる。

上記の「変調多値数が中多値である」とは、上記の「変調多値数が低多値である」よりも変調方式の変調多値数が大きいことをいう。

高多値用出力部２３には、無線フレームの変調方式の変調多値数が高多値である場合に用いられることにより、タップ更新部５を適切に動作させ、延いては等化器の性能を最善とすることを可能とするような、タップ係数の計算・更新を行う際にシンボル点の誤差検出の対象とするシンボル点の範囲（「高多値用検出対象範囲」と呼ぶ）が記憶されている。高多値用検出対象範囲は、無線フレームの変調方式の変調多値数が高多値である場合に、同相Ｉ－直交Ｑ平面（別言すると、複素平面）上に割り当てられたシンボル点（「理想シンボル点」などとも呼ばれる）のうち、タップ更新部５におけるタップ係数の計算・更新処理においてシンボル点の誤差検出の対象とするシンボル点の範囲の定義であり、言い換えると、タップ更新部５におけるタップ係数の計算・更新処理においてシンボル点の誤差検出の対象から除外するシンボル点の範囲の定義である。高多値用検出対象範囲は、無線フレームの変調方式の変調多値数が高多値である場合に、等化の目的である線形歪等化とは異なる劣化要素である非線形歪や位相ノイズの影響が大きいために誤差が大きいと推察されるシンボル点の検出誤差に基づくタップ係数の計算・更新を回避し得るように設定される。なお、シンボル点の誤差検出の対象から除外されたシンボルについても、高多値用検出対象範囲内のシンボル点の検出誤差に基づいて更新されたタップ係数が用いられて等化処理が行われる。

上記の「変調多値数が高多値である」とは、上記の「変調多値数が中多値である」よりも変調方式の変調多値数が大きいことをいう。

タップ制御スイッチ２０は、変調方式受信部２から出力される変調多値数情報として低多値変調信号が入力されると、低多値用出力部２１と接続して、ホールド制御部６に対して、タップ更新部５へと供給するパラメータとして低多値用検出対象範囲を供給する。この場合、タップ更新部５は、タップ制御スイッチ２０からホールド制御部６を介して供給される低多値用検出対象範囲に従ってタップ係数の計算・更新処理を行う。すなわち、タップ更新部５は、低多値用検出対象範囲において定義されているシンボル点の範囲内の理想シンボル点（および、当該の理想シンボル点に対応する受信シンボル点）のみを取り上げてタップ係数の計算・更新処理を行う。

タップ制御スイッチ２０は、また、変調方式受信部２から出力される変調多値数情報として中多値変調信号が入力されると、中多値用出力部２２と接続して、ホールド制御部６に対して、タップ更新部５へと供給するパラメータとして中多値用検出対象範囲を供給する。この場合、タップ更新部５は、タップ制御スイッチ２０からホールド制御部６を介して供給される中多値用検出対象範囲に従ってタップ係数の計算・更新処理を行う。すなわち、タップ更新部５は、中多値用検出対象範囲において定義されているシンボル点の範囲内の理想シンボル点（および、当該の理想シンボル点に対応する受信シンボル点）のみを取り上げてタップ係数の計算・更新処理を行う。

タップ制御スイッチ２０は、さらに、変調方式受信部２から出力される変調多値数情報として高多値変調信号が入力されると、高多値用出力部２３と接続して、ホールド制御部６に対して、タップ更新部５へと供給するパラメータとして高多値用検出対象範囲を供給する。この場合、タップ更新部５は、タップ制御スイッチ２０からホールド制御部６を介して供給される高多値用検出対象範囲に従ってタップ係数の計算・更新処理を行う。すなわち、タップ更新部５は、高多値用検出対象範囲において定義されているシンボル点の範囲内の理想シンボル点（および、当該の理想シンボル点に対応する受信シンボル点）のみを取り上げてタップ係数の計算・更新処理を行う。

ここで、無線フレームの変調方式として例えば４ＱＡＭ（ＱＰＳＫ）から４０９６ＱＡＭまでの範囲が想定される場合に、各変調方式の変調多値数が低多値、中多値、および高多値のうちのいずれであるのかは、特定の区分・振り分けには限定されないとともに、変調方式の変調多値数の程度である低多値、中多値、および高多値のそれぞれと対応づけられる、タップ係数の計算・更新処理においてシンボル点の誤差検出の対象とするシンボル点の範囲（即ち、低多値用検出対象範囲、中多値用検出対象範囲、および高多値用検出対象範囲）は特定の範囲には限定されない。

また、タップ係数の計算・更新処理においてシンボル点の誤差検出の対象とするシンボル点の範囲（「タップ計算対象範囲」とも呼ぶ）に関連して、無線通信装置１０１の不完全性として非線形歪や位相ノイズが挙げられ、このような不完全性が影響を及ぼしてシンボル点が劣化する領域（言い換えると、劣化する領域に含まれるシンボル点）は変調方式／変調多値数によって異なる。不完全性が影響を及ぼしてシンボル点が劣化する領域（「劣化領域」と呼ぶ）は、同相Ｉ－直交Ｑ平面（別言すると、複素平面）の各象限において同相成分（Ｉｃｈ）についても直交成分（Ｑｃｈ）についても振幅の絶対値が大きい４つの領域となる（図４参照）。このため、例えば、変調方式が２５６ＱＡＭである場合には、図４（Ａ）に示すように、同相Ｉ－直交Ｑ平面の各象限の劣化領域に１０個ずつ含まれる合計４０個のシンボル点を除く２１６個の理想シンボル点（および、当該の理想シンボル点に対応する受信シンボル点）のみを取り上げてタップ係数の計算・更新処理を行うことが考えられ、一方、変調方式が１６ＱＡＭである場合には、図４（Ｂ）に示すように、同相Ｉ－直交Ｑ平面の各象限の劣化領域に１個ずつ含まれる合計４個のシンボル点を除く１２個の理想シンボル点（および、当該の理想シンボル点に対応する受信シンボル点）のみを取り上げてタップ係数の計算・更新処理を行うことが考えられる。ただし、図４に示す、不完全性が影響を及ぼしてシンボル点が劣化する領域（即ち、劣化領域）や、前記劣化領域に基づいてタップ係数の計算・更新処理においてシンボル点の誤差検出の対象から除くシンボル点の範囲は、あくまでも一例であり、図４に示す例に限定されるものではない。

不完全性が影響を及ぼしてシンボル点が劣化する領域に関連して、特に位相ノイズによるシンボル点の劣化について説明を加えると、図５に示すように、同じ角度の位相ジッタであっても、同相Ｉ－直交Ｑ平面において同相成分（Ｉｃｈ）についても直交成分（Ｑｃｈ）についても振幅の絶対値が大きいほどシンボル点の揺らぎ幅が大きくなってより一層劣化する。

なお、低多値用検出対象範囲、中多値用検出対象範囲、および高多値用検出対象範囲の各々としての、タップ係数の計算・更新処理においてシンボル点の誤差検出の対象とするシンボル点の範囲は、それぞれ、特定の範囲に限定されるものではなく、無線通信装置１０１（特に、判定帰還型等化器１６０）の特性や所望の精度が考慮されて適当な範囲に設定されたり、実機を用いた試験の結果に基づいて適切な範囲に設定されたり、或いは、シミュレーションの結果に基づいて適正な範囲に設定されたりすることが考えられる。また、低多値用検出対象範囲、中多値用検出対象範囲、および高多値用検出対象範囲は、予め固定的に設定されて低多値用出力部２１、中多値用出力部２２、および高多値用出力部２３のそれぞれに格納されているようにしてもよく、或いは、低多値用出力部２１、中多値用出力部２２、および高多値用出力部２３のそれぞれに対してユーザが適宜設定可能であるようにしてもよい。

この実施の形態に係る無線受信装置１によれば、受信した無線フレームについての変調方式の変調多値数（即ち、同相Ｉ－直交Ｑ平面におけるシンボル点／信号点の数）の程度に基づいてタップ更新部５へと供給するパラメータを切り替えるようにしているので、送信側の無線通信装置１０１において選択された無線フレームの変調方式に対応させてタップ更新部５を適切に動作させ、延いては等化器を適切に動作させることが可能となる。この実施の形態に係る無線受信装置１によれば、したがって、伝搬路環境に応じて無線フレームの変調方式の変調多値数を切り替えることに加えて変調方式の変調多値数に応じて性能が最善となるようにタップ更新部５／等化器に関係するパラメータを切り替えるようにしているので、等化性能を相乗的に向上させることが可能となる。

この実施の形態に係る無線受信装置１によれば、特に、タップ係数の計算・更新処理においてシンボル点の誤差検出の対象とするシンボル点の範囲（即ち、タップ計算対象範囲）を、無線の変調方式の変調多値数の程度に基づいて切り替えるようにしているので、送信側の無線通信装置１０１において選択された無線フレームの変調方式に応じて最適なタップ計算対象範囲の選択を行うことができ、非線形歪や位相ノイズによる等化性能の劣化を回避して、タップ更新部５を適切に動作させ、延いては等化器を適切に動作させることが可能となる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。具体的には、上記の実施の形態ではこの発明に係る無線受信装置１が適用されるベースの構成として図１に示す無線通信装置１０１を挙げたが、この発明が適用され得る無線通信装置の構成は、図１に示す無線通信装置１０１に限定されるものではなく、上記で説明したような無線受信装置１の構成が受信に纏わる機序として適用することができる（言い換えると、受信に纏わる機序に組込むことができる）無線通信装置であればどのような構成でもよい。付け加えると、上記の実施の形態では等化器として判定帰還型等化器１６０が用いられるようにしているが、本発明が適用され得る等化器は、判定帰還型の等化器に限定されるものではなく、タップ係数の計算・更新処理を行う回路を備える等化器であればどのような構成の等化器であってもよい。

また、上記の実施の形態１では無線フレームの変調方式の変調多値数の程度に応じて３種類のステップサイズを使い分けるようにしているが、実施の形態１の要点は変調多値数の程度に応じて複数種類のステップサイズを使い分けることであり、変調多値数の程度に応じて使い分けるステップサイズの種類は、２種類でもよく、また、４種類以上でもよい。付け加えると、無線通信システム１００において送受信される無線フレームの変調方式として想定される変調多値数ごとに、ステップサイズが設定されるようにしてもよい。その上で、実施の形態１では、変調多値数が大きいほど、ステップサイズの値が小さくなるように設定される。

また、上記の実施の形態２では無線フレームの変調方式の変調多値数の程度に応じて３種類のタップ計算対象範囲を使い分けるようにしているが、実施の形態２の要点は、変調多値数の程度に応じて複数種類のタップ計算対象範囲を使い分けることであり、変調多値数の程度に応じて使い分けるタップ計算対象範囲は、２種類でもよく、また、４種類以上でもよい。付け加えると、無線通信システム１００において送受信される無線フレームの変調方式として想定される変調多値数ごとに、タップ計算対象範囲が設定されるようにしてもよい。

また、上記の実施の形態１や実施の形態２ではタップ更新部５におけるタップ係数の計算・更新処理において適応アルゴリズムとしてＬＭＳアルゴリズムが用いられるようにしているが、この発明において用いられる適応アルゴリズム（別言すると、波形等化アルゴリズム）は、ＬＭＳアルゴリズムに限定されるものではなく、ステップサイズパラメータ或いはステップサイズパラメータに相当するパラメータを用いるアルゴリズムであればどのようなアルゴリズムであってもよい。タップ更新部５におけるタップ係数の計算・更新処理において用いられる適応アルゴリズムとして、例えば、ＣＭＡ（Ｃonstant Ｍodulus Ａlgorithm の略）が用いられてもよい。

１無線受信装置
２変調方式受信部
３ＦＦ等化部
４ＦＢ等化部
５タップ更新部
６ホールド制御部
７加算器
８シンボル判定部
９誤差計算部
１０タップ制御スイッチ（実施の形態１）
１１低多値用出力部（実施の形態１）
１２中多値用出力部（実施の形態１）
１３高多値用出力部（実施の形態１）
２０タップ制御スイッチ（実施の形態２）
２１低多値用出力部（実施の形態２）
２２中多値用出力部（実施の形態２）
２３高多値用出力部（実施の形態２）
１００無線通信システム
１０１無線通信装置
１０２アンテナ
１０３無線回線
１１０インターフェース部
１１１データ回線終端装置
１２０変調部
１３０送信部
１４０分波器
１５０受信部
１６０判定帰還型等化器
１７０復調部

Claims

受信した無線フレームについての変調方式の変調多値数の程度に関する変調多値数情報を出力する変調方式受信部と、
等化処理において用いられるタップ係数を計算し更新するタップ更新部と、
前記タップ更新部へと供給するパラメータとして、前記タップ係数を計算し更新する処理においてシンボル点の誤差検出の対象とするシンボル点の範囲であり、同相Ｉ－直交Ｑ平面の各象限の劣化領域を除く範囲が切り替え可能なスイッチと、を有し、
前記スイッチが、前記変調方式受信部から出力される前記変調多値数情報に基づいて前記タップ更新部へと供給する前記パラメータを切り替える、
ことを特徴とする無線受信装置。