JPH061908B2

JPH061908B2 - 伝送路歪補償方式

Info

Publication number: JPH061908B2
Application number: JP63021203A
Authority: JP
Inventors: 政一三瓶
Original assignee: JUSEISHO TSUSHIN SOGO KENKYUSHOCHO
Current assignee: JUSEISHO TSUSHIN SOGO KENKYUSHOCHO
Priority date: 1988-02-02
Filing date: 1988-02-02
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2009-01-05
Also published as: JPH01196924A; US4899367A

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、受信波の包絡線や位相
が変動する。

従来、このような回線においては、包絡線が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、
包絡線歪はＡＧＣ（Automatic Gain Controller）によ
って、また位相変動はＰＬＬ（Phase-Locked Loop）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しい回線の場
合、次のような問題が発生する。

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

2)包絡線歪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値
を計算する。

7)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っ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Ｋ＝log₂(M)ビツトである。従
って第２図の場合は、１つのシンボルに４ビットの情報
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、Ｋ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。従ってフ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_Ｉ（ｔ）ｃｏｓ（ωｔ）−ａ_Ｑ（ｔ）ｓｉｎ（ωｔ） (1) ここで、 a_I(t)：送信ベースバンド信号の同相成分 a_Q(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_I(t),a_Q(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_Ｉ（ｔ）ｃｏｓ（ωｔ＋θ（ｔ））−ｒ（ｔ）ｓ_θ（ｔ）
ｓｉｎ（ωｔ＋θ（ｔ）） (2) ただし、 r(t)：伝送路による包絡線変動 θ(t)：伝送路による位相変動とする。また、s_I(t),s_Q(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
れを用いて同期検波を行い、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、受信入力の中心周波数
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_Ｉ（ｔ）＋ｊ・ｕ_Ｑ（ｔ）＝ｒ（ｔ）ｅｘｐ（ｊ・θ（ｔ））（ｓ_Ｉ（ｔ）＋ｊ・ｓ_Ｑ（ｔ））＝Ｃ（ｔ）（ｓ_Ｉ（ｔ）＋ｊ・ｓ_Ｑ（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_Ｉ（ｔ）＋ｊ・ｃ_Ｑ（ｔ）＝ｒ（ｔ）ｅｘｐ（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)においてクロッ
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、ｌ番目のフレームシンボルの受信タイミングを、
t_I＝l(N+1)T_sとする。ここで、T_s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(t_I)は、(3)式
よりｕ（ｔ_Ｉ）＝ｕ_Ｉ（ｔ_Ｉ）＋ｊ・ｕ_Ｑ（ｔ_Ｉ）＝（３＋ｊ・３）ｃ（ｔ_Ｉ） (5) となる。従ってｔ＝ｔ_Ｉにおけるc(t)の推定値は、と求まる。

一方は、c(t)を(N+1)T_s(sec)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((M+1)
T_s)をc(t)のナ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)の推定値を
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)T_s,2(N+1)T_s,3(N+1)T_s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、c₁,c₂,c₃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_s≦t≦3(N+1)T_s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値を、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、とする時、伝送路補償部(18)において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、0,±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、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Ｋ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。１…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、１
１…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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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。