JPH01196924A - 伝送路歪補償方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）産業上の利用分野 本発明は、伝送路が激しく変動するフェージング回線に
おいて多値直交振幅変調方式を適用する場合の伝送路歪
補償方式に関するものである。

（２）従来の技術 ディジタル無線回線、特に陸上移動通信回線においては
、フェージングの影響により、受信波の包路線や位相が
変動する。

従来、このような回線においては、包路線が２０ｄＢ以
上変動することを考慮し、包絡線に情報を含まない周波
数変調あるいは位相変調方式が採用されていた。

しかし、周波数の利用効率を更に高めるには、振幅にも
情報を含める多値直交振幅変調方式を適用する必要があ
る。

多値直交振幅変調方式は、従来、マイクロ波回線のよう
に、伝送路変動の非常に緩やかな伝送路で利用されてい
る変調方式である。またその場合の伝送路歪の補償は、
包絡線子はＡ　Ｇ　Ｃ（Ａｕｔｏ−ｍａｔｉｃ　Ｇａ１
ｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）　　によって、また位相変
動はＰ　Ｌ　Ｌ　（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏ
ｐ）　　で位相変動を再生し、検波することによって行
ってきた。

（３）発明が解決しようとする課題 以上の方法は、伝送路変動が緩やかな固定マイクロ回線
においては、有効な方法であった。しかし、陸上移動通
信回線のように、伝送路変動が非常に激ましい回線の場
合、次のような問題が発生する。

１）包路線変動が非常に激しいので、ＡＧＣによって包
絡線子を完全に補償することができない。

２）包絡線子を完全に補償できない部分では、データ判
定のためのしきい値が適正に設定できない。

３）位相変動も激しいので、ＰＬＬによって、フェージ
ングの位相歪を完全に補償することができない。

従って、多値直交振幅変調方式を伝送路変動の激しい通
信回線に適用するためには、以上の点をすべて解決する
新たな伝送路歪補償方式が必要となる。

（４）課題を解決するための手段 伝送路変動が激しい通信回線で伝送路歪を補償する場合
、伝送路変動を予測または測定しながら補償する必要が
ある。

本発明では、伝送路歪補償のため、送受信部を、次のよ
うな構成とする。

１）送信部では、伝送路歪測定用として、情報シンボル
Ｎ個毎（Ｎは自然数）に１回、既知のシンボルを送信す
る。従って伝送帯域は同じ情報量を伝送する場合、従来
の方式と比べると（Ｎ＋１）／Ｎ倍となる。フレームシ
ンボルを挿入した場合のフレーム構成を第１図に示す。

２）受信部では、まずフレームシンボルを検出する。

３）フレームシンボルは既知信号なので、それを用いて
、フレームシンボルにおける伝送路の歪を測定する。

４）フレームシンボル以外（情報が伝送されているシン
ボル）における伝送路歪は、フレームシンボルで測定さ
れた伝送路歪を基に推定−する。

５）４）で推定された伝送路歪を基に、受信信号の歪を
補償する。

６）更に、４）の情報を基に、データ判定のためのしき
い埴を計算する。

？）　　５）、６）の結果を基に、送信されたシンボル
を推定し、その信号を復号することによフてデータを再
生する。

（５）作用 第２図に、多値直交変調方式の代表的例として、１６Ｑ
ＡＭの信号空間ダイヤグラム（複素ベースバンド信号の
信号点を複素平面上に示したもの）を示す。１６ＱＡＭ
は、第２図のように、複素平面上に等間隔に信号を配置
する方式である。また、Ｍ値ＱＡＭにおいて１つのシン
ボルに含まれる情報量はに＝ｌｏｇ２（Ｍ）ビットであ
る。従って第２図の場合は、１つのシンボルに４ビツト
の情報が含まれている。

送信部の構成を第３図に示す。まず、データをシリアル
／パラレル変換部（１）においてにビットずつ区切った
後、ベースバンド信号生成部（２）において対応する複
素ベースバンド信号に変換する。

次に、フレーム同期挿入部（３）において伝送路歪測定
用として、情報シンボルＮ個毎に１回フレームシンボル
（既知）を挿入する。

フレームシンボルによって伝送路歪を測定する場合、推
定精度を向上させるためには、フレームシンボルのＳ／
Ｎを高くする必要がある。従ってブレームシンボルとし
ては、最大振幅を与える点（第２図Ａ、　　Ｂ、　　Ｃ
，Ｄ）が適当である。以下では、フレームシンボルとし
てＡ点（３＋ｊ・３）を用いるものとする。

その後、送信フィルタ部（４）において帯域制限し、直
交変調部（５）で変調し、増幅部（６）で電力増幅した
後、アンテナ部（７）より送信する。

以上の操作を行った１６ＱＡＭの送信信号ｘ（ｔ）は、
次式のように記される。

ｘ（ｔ）＝ａ＋（ｔ）ｃｏｓ（ωｔ）−ａｏ（ｔ）ｓｉ
ｎ（ωｔ）　　　　　（１）ここで、 ａＩ（ｔ）：送信ベースバンド信号の同相成分ａΩ（ｔ
）：送信ベースバンド信号の直交成分ω：送信角周波数 である。ここで、ａ＋（ｔ）、　ａｏ（ｔ）は、送信フ
ィルタ部（４）によって帯域制限された波形である。

受信部の構成を第４図に示す。

アンテナ部（１１）において受信し、受信フィルタ部（
１２）において帯域外の雑音を除去した後、ＡＧＣ部（
１３）において適正なレベルに増幅する。

ＡＧＣ部（１３）で増幅された後の受信信号ｙ（ｔ）は
、次式のように記される。

ｙ（ｔ）＝ｒ（ｔ）ｓ＋（ｔ）ｃｏｓ（ωを十〇（ｔ）
）−ｒ（ｔ）ｓＱ（ｔ）ｓｉｎ（ｕ　を十〇（ｔ））　
　　　　　（２）ただし、 ｒ（ｔ）　：伝送路による包路線変動 θ（ｔ）：伝送路による位相変動 とする。また、ｓ＋　（ｔ）、　　ｓｏ’（ｔ）は、受
信フィルタ部（１２）によって帯域制限された後のベー
スバンド波形である。

その後、同期検波部（１４）で搬送波を再生すると共に
、それを用いて面間検波を行い、受信複素ベースバンド
信号ｕ（ｔ）を得る。

ここで、搬送波再生においては、受信人力の中心周波数
のみを再生し、伝送路による位相変動は再生しないもの
とする。従って、同期検波後の受信複素ベースバンド信
号ｕ（ｔ）は、 ｕ（ｔ）−ｕ＋（ｔ）＋ｊ−ｕｏ（ｔ）＝ｒ（ｔ）ｅｘ
ｐ（ｊ・θ（ｔ）Ｘｓ＋　（ｔ）＋ｊ−ｓｏ　（ｔ））
＝ｃ（ｔＸｓ＋　（ｔ）＋ｊ−ｓｏ（ｔ））　　　　　
　　　　（３）となる。ただし、ｃ（ｔ）は、伝送路に
よる複素伝送路歪であり、 ｃ（ｔ）＝ｃ＋（ｔ）＋ｊ−ｃｏ（ｔ）＝ｒ（ｔ）ｅｘ
ｐ（Ｊ・θ（ｔ））　　　　　　　　　　　　（４）で
ある。従って、ｕ（ｔ）には、送信シンボルと共に伝送
路歪が含まれることになる。

この信号から、まずクロック再生部（１５）においてク
ロ・ンクを再生する。なお、クロックは複素ベースバン
ド信号からの他、受信波の包絡線から得ることも可能で
ある。

次にフレーム検出部（１６）においてフレームシンボル
のタイミングを検出する。

フレームシンボルは、最大振幅を持つ信号点なので、ｕ
（ｔ）には、周期的に最大振幅のものが含まれる。従っ
てそのタイミングを検出することにより、フレームシン
ボルのタイミングが検出できる。

伝送路歪推定部（１７）では、フレームタイミングにお
ける受信ベースバンド信号から伝送路歪を推定する。そ
の方法は次のとおりである。

まず、　１番目のフレームシンボルの受信タイミングを
、ｔＩ　＝ｌ　（Ｎ＋１　）Ｔ、とする。ここで、Ｔ５
は、１シンボル長である。その時の受信複素ベースバン
ド信号ｕ（ｔＩ）は、　（３）式より ｕ（ｔＩ）＝ｕ＋（ｔＩ）＋ｊ◆ｕＱ（ｔＩ）＝（３＋
Ｊ・３）ｃ（ｔＩ）（５） となる。従ってｔ”ｔＩにおけるｃ（ｔ）の推定（［８
（ｔ）は、ε（ｔＩ）：ｕ（ｔＩ）／（３＋ｊ・３）　
　　　　　　　　　　（６）と求まる。

一方ε（ｔｌ）は、ｃ（ｔ）を（Ｎ＋Ｉ）Ｔｓ　（ｓｅ
ｃ）間隔でサンプリングしたことに相当する。従って、
フレームシンボルの挿入間隔（（Ｎ＋１）Ｔ、）　　を
ｃ（ｔ）のすイキスト間隔以下に設定し、内挿法を用い
ることにより、情報シンボルにおけるｃ（ｔ）の推定１
直を求めることができる。

内挿の方法としては、Ｎｅｗｔｏｎの公式、Ｇａｕｓｓ
の公式等いくつかある。ここでは、例として、２次　−
のＧａｕｓｓの補完公式を用いた方法を述べる。

ｔ＝（Ｎ＋１）ＴＳ、　２（Ｎ＋１）Ｔ５．３（Ｎ＋１
）Ｔ、はフレームシンボルの受信タイミングとし、その
時の伝送路歪を、ＣＩ、　　Ｃ２１Ｃ３とする。また、
フレームシンボルの挿入間隔は、ｃ（ｔ）の帯域で決ま
るナイキスト間隔より十分小さいとする。

その場合、　　２（Ｎ＋１）Ｔ、≦ｔ≦３（Ｎ＋１）Ｔ
５　　におけるｃ（ｔ）は、以下のように２次関数で内
挿することができる。

伝送路変動がシンボルレートに対して非常に遅いときに
は、フレームシンボルをまず平滑化し、Ｓ／Ｎを向上さ
せた後内挿することも可能である。

その後、求められた伝送路歪の推定１直６（ｔ）を、伝
送路歪補償部（１８）へ転送し、それを用いてｕ（ｔ）
における伝送路歪を補償する。

なお、伝送路補償方法としては２通り考えられる。

１つは、 ａ（ｔ）Ｆ（ｔ）ｅｘｐ（ｊ・σ（ｔ））　　　　　　
　　　　　　（８）とする時、伝送路補償部（１８）に
おいてら（ｔ）＝ｕ（ｔ）ｅｘｐ（−ｊ・０　（ｔ））
／Ｐ（ｔ）　　　　　　　（９）を計算することにより
、包絡線と位相を共に補償し、データの判定しきい値を
、帆±２．±ｊ・２とする方法である。

もう１つは、伝送路補償部（１８）においては弓（ｔ）
＝：ｕ（ｔ）ｅｘｐ（−ｊ・θ（ｔ））　　　　　　　
　　（１０）を計算することにより位相のみを補償し、
データの判定しきい値を、０．±２Ｐ（ｔ）、　　±ｊ
◆２Ｐ（ｔ）とする方法である。

その後、伝送路歪が補償されたベースバンド信号８（ｔ
）及びしきい値情報を復号部（１９）へ転送し、送信シ
ンボルを再生し、そのシンボルに含まれるにビットの情
報を再生する。この情報は、パラレル／シリアル変換部
（２０）でシリアル情報に変換し、再生データとして出
力する。

（６）発明の効果 本発明を用いると、従来困難とされてきた陸上移動通信
へ多値直交変調を適用することが可能となり、周波数の
利用効率が大きく向上する。

一方、本発明では、伝送路歪を測定するためにフレーム
シンボルを挿入しているので、従来の方゛式と比較して
、 ■情報シンボルへ割り当てられる電力が減少する。

■伝送帯域が（Ｎ＋１）／Ｎ倍となる。

という点が問題となる。

従来は再生搬送波の位相の不確定性を補償するため、差
動符号化が行われた。それに対して本発明では、フレー
ムシンボルを用いているので、各信号点は絶対位相検波
が可能である。従って、従来の方式より誤り率特性を改
善することが可能となる。この割合は、情報シンボルに
割り当てられる電力の減少分より大きいので、■は問題
ない。

また、多値直交変調を用いることによる周波数の利用効
率の向上度は、フレームシンボルを挿入することによる
周波数の利用効率の低下度より逼かに大きいので、■に
ついても問題ない。

【図面の簡単な説明】

第１図はフレームシンボルを挿入した場合のフレーム構
成図、第２図は、１６ＱＡＭの信号空間ダイヤグラム、
第３図は送信部の構成図、第４図は受信部の構成図であ
る。 ｌ・・・シリアル／パラレル変換部、２・・・ベースバ
ンド信号生成部、３・・・フレーム同期挿入部、４・・
・送信フィルタ部、５・・・直交変調部、６・・・増幅
部、７・・・アンテナ部、　１１・・・アンテナ部、　
１２・・・受信フィルタ部、　１３・・・ＡＧＣ部、　
１４・・・同期検波部、１５・・・クロック再生部、　
１６・・・フレーム検出部、１７・・・伝送路歪推定部
、　１８・・・伝送路歪補償部、１９・・・復号部、　
２０・・・パラレル／シリアル変換部。 特許出願人　郵政省電波研究所長 １シンボル　　　　　１シンボル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 多値直交振幅変調方式において、シリアル／パラレル変
   換部、ベースバンド信号生成部、送信フィルタ部、直交
   変調部、増幅部、アンテナ部を持つ通常の送信部に、情
   報シンボルＮ個毎（Ｎは自然数）に既知のシンボルを１
   個挿入するフレーム同期挿入部を付加し、 受信部においては、アンテナ部、受信フィルタ部、ＡＧ
   Ｃ部、同期検波部、クロック再生部、復号部、パラレル
   ／シリアル変換部を持つ通常の受信部に、送信時に挿入
   したフレーム信号のタイミングを検出するフレーム検出
   部、フレームシンボルが既知という性質を利用して、フ
   レームシンボルにおける伝送路歪を検出し、検出された
   歪の時系列を内挿することにより、フレームシンボル以
   外のシンボルにおける伝送路歪を推定する伝送路歪推定
   部及び伝送路歪推定部において推定された伝送路歪の情
   報を用いて受信ベースバンド信号の歪を補償し、復号部
   においてデータの判定の際必要となるしきい値情報を推
   定する伝送路歪補償部を付加することにより、多値直交
   振幅変調方式における伝送路歪を補償することを特徴と
   する、伝送路歪補償方式。