JPH0993301A - キャリア同期ユニット及び同期方法 - Google Patents

キャリア同期ユニット及び同期方法

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JPH0993301A
JPH0993301A JP7246196A JP24619695A JPH0993301A JP H0993301 A JPH0993301 A JP H0993301A JP 7246196 A JP7246196 A JP 7246196A JP 24619695 A JP24619695 A JP 24619695A JP H0993301 A JPH0993301 A JP H0993301A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力効率の問題を考慮したときに、周波数帯
域が平坦なフェージングチャンネルにおける同期検波
は、非同期検波に対して有利である。しかしながら、同
期検波に必要なキャリア再生は、フェージングチャンネ
ルの時間的な変動による特性の影響を蒙ることになる。
本発明は、キャリア同期のための新規で改良されたキャ
リア同期ユニット及び同期方法を提案する。 【解決手段】 RLS位相及び振幅推定とキャリア同期
決定指示における予測とが組み合わされる。RLS位相
及び振幅推定と予測とを組み合わせることで、追尾遅延
の問題は克服され、キャリア追尾能力の改善と全体的な
BER受信性能の改善とがもたらされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セルラ電話システ
ムに関し、特に、周波数非選択性フェージングチャンネ
ル間での同期検波通信システムにおけるキャリア同期ユ
ニット及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】同期検波方式は、差動同期或いは非同期
方式に比べ電力効率の点で優れている。しかしながら、
同期検波に必要なキャリア再生は、フェージングを受け
たチャンネルの時間的な変動によって影響を受ける。こ
のため、ディジタル通信システムにおける同期検波によ
ってもたらされる電力効率は、受信機にキャリア同期ユ
ニットが付設されているときにのみ改善される。
【0003】急速なフェージングに関する問題を解決す
ることは、ディジタルの移動体通信において重要であ
る。これまで、装置への配慮や、確固たる位相予測アル
ゴリズムが内といった理由で、フェージングを受けるチ
ャンネルに対しては、差動同期検波や他の非同期技法が
伝統的に用いられてきた。
【0004】このように、フェージングを受けた場合に
も、同期復調に近いものが達成されるならば、相当な性
能改善が達成できる。この場合、複雑なフェージング歪
を良好に推定することは、同期にも好結果をもたらすも
のと考えられる。
【0005】本質的に同期受信を行うM−PSKやM−
QAMのような線形変調システムは、非常に好ましい通
信システムを形成できる。非同期検波に対する同期検波
の電力に関する利点は、チャンネル符号化又は共通チャ
ンネル干渉を考慮したときに現実的に高まる。しかしな
がら、チャンネルがレイリーフェージング(Rayle
igh fading)によって妨害され、チャンネル
位相が急速に変動しているときは、受信信号から位相を
抽出する効率的なキャリア同期技法が同期復調の際に使
用されるべきである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】RLS(逐次形最小二
乗)適応アルゴリズム用の重み付け係数は、マルティプ
リカティブ歪(以下、単に、歪と呼ぶ)推定におけるノ
イズの影響を低減するため1に近いものでなくてはなら
ない。重み付け係数が大きくなればなるほど、付随的な
ノイズの影響は小さいものとなるが、歪の変化への応答
速度は遅くなる。重み付け係数が大きくなればなるほ
ど、RLS推定器の収束は遅くなり、そのことが結果的
には推定における追尾遅延(トラッキング遅延)を招く
ことになる。この追尾遅延は、同期決定、指示、即ち、
同期の確立にとっては決定的であり、この遅延がバース
トエラーをも生じさせる。
【0007】フェージングによって、複素数で表された
歪の両成分が同時に小さくなると、それらが振幅を深く
下げ、且つ、大きな位相変化を生じさせる。そうした急
速な位相変動は、同期確立システムのような位相追尾シ
ステムにとって困難をもたらす。この場合の追尾遅延
は、決定されたシンボルにエラーを引き起こし、推定用
にこれらの誤ったシンボルを用いることで、推定をさら
に劣化させ、そのことが同期ユニットの位相誤差を生じ
させると共に、停止状態へと導く。
【0008】本発明の目的は、RLS推定追尾遅延の影
響を低減できるキャリア同期ユニットを提供することで
ある。
【0009】本発明の他の目的は、追尾遅延を低減させ
ることにより優れた性能を有する受信機を提供すること
である。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、キャリア同期
用の新規で改良された装置及び方法を提案する。
【0011】本発明は、RLS(逐次形最小二乗)法に
よる位相及び振幅推定と、キャリア同期の決定、指示
(即ち、キャリア同期の確立)の際における予測とを組
み合わせたものである。
【0012】本発明では、受信信号とベースバンドとを
混合するために、自走発振器を用いることにより、開ル
ープ構造内のキャリア同期用に用いることができ、深い
フェージングが生じている間にPLLの能力衰退を回避
することができる。この方法は停止(ハングアップ)現
象を最小化し、好結果をもたらす高い可能性をもって急
速な位相獲得を可能にする。
【0013】最小二乗法によるフェージング記憶曲線を
適合させ、外挿することによる予測をRLS推定と組み
合わせることにより、追尾遅延効果を低減することがで
き、これによって、BER(ビット誤り率)受信機性能
の改良をもたらす。予測器は、現在及び過去の歪推定値
を用いて、歪を受ける後続する将来のnシンボルを予測
する。RLS適応アルゴリズムにおける大きな重み付け
係数を用いることにより、歪推定におけるノイズの影響
を大いに低減することができる。これらのノイズを伴わ
ない推定は予測に用いられ、これにより予測処理におけ
るノイズの増加はそれほど高くはなく、無視できる。
【0014】追尾遅延の問題は、フェージング記憶予測
システムを組み込むことにより克服されており、そのこ
とでキャリア追尾能力と全体としての受信機性能が改善
される。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施の形態を図
面を参照して説明する。ここでは、本発明の理解を容易
にするために、図面をまず簡単に説明しておく。
【0016】図1は、RLS位相及び振幅推定とキャリ
ア同期確立とを組み合わせたキャリア同期ユニットのブ
ロック図を例示する図であり、図1に示された同期確立
ユニットは、RLS位相及び振幅推定と、キャリア再生
用の予測とを組み合わせた動作を行う。
【0017】複素数であらわされるベースバンド線形変
調受信信号であるi1は、フェージングによる歪を推定
するのに用いられる。時間的に変動する歪の同期及び直
交成分(I/Q)は、低域濾波処理を受けたものであ
り、歪I/Qを推定するのに役立つ。フェージングに起
因する歪のI/Q成分の低域濾波特性は、地上移動体通
信、航空通信、衛星通信のための多くの物理的計測にお
いて立証されてきた。
【0018】本発明では、位相及び振幅推定は、歪のI
/Q成分を推定することにより実行される。伝搬される
振幅情報、複素歪の大きさは、コストの上昇なく精緻な
自動利得制御(AGC)に用いることができる。ダイバ
シティ受信と、最大レシオとを組み合わせることは、こ
のキャリア同期ユニットを用いることにより簡単に実現
できる。これは、このユニットがチャンネル利得の最適
推定をもたらすからである。
【0019】次に、図2を参照すると、送信機から送信
される伝送フレーム構造が示されている。ここで、送信
機は、既知のシンボルからなるパイロットシンボルを周
期的に挿入し、本発明に係る受信機側のキャリア同期ユ
ニットは、それらのシンボルを位相及び振幅推定処理に
おけるトレーニングに用いる。この伝送フレーム構造
は、図2に示されているように、M個のパイロットシン
ボル、続いてN個のデータシンボル、次にM個の新たな
パイロットシンボルが、順次、送信機から送信されてい
る。NとMの比N/Mが15を越えるものを用いること
ができ、これにより既知のシンボル挿入に基づく損失は
無視することができる。これらのパイロットシンボル
は、トレーニング期間中の位相及び振幅推定値を補正す
ることによって、位相誤差が発生した後における回復を
手助けする。深いフェージングに起因するか、もしくは
付随的なノイズに起因して、位相基準のジャンプが発生
することがあるが、それはパイロットシンボルを用いて
補正することができる。補正は、最低誤差を抑圧し、多
値レベル変調を可能にする。しかしながら、伝送パルス
形状又は平均電力比に対して何等の変化も生じさせない
から、送信機や受信機の複雑さが増すことは一切ない。
【0020】図1に戻ると、位相及び振幅推定器10
は、検波シンボルd1と既知のパイロットシンボルp1
とを用いて受信信号i1から位相及び振幅推定値を取り
出す。図示された位相及び振幅推定器10は、RLS位
相及び振幅推定器1と予測器2とを組み合わせたもので
ある。
【0021】図1において、RLS位相及び振幅推定器
1に接続されたスイッチ6は、検波シンボルd1又は既
知のパイロットシンボルp1を選択する。ここでは、フ
レーム同期が取れていると仮定されており、これにより
局部パイロットシンボル発生器5とスイッチ6とは、共
にフレームに同期して動作する。
【0022】図3を参照すると、RLS位相及び振幅推
定器1の一部が図示されている。図3に示されたシンボ
ル系列p1 d1は、検波シンボルd1及びパイロット
シンボルp1とを時分割多重することによって形成され
る。形成されたシンボル系列d1 p1と受信信号i1
は、歪推定値z1のための入力として用いられる。シン
ボルd1、p1に歪推定値z1を乗算することにより、
受信信号i1の推定値i3が生成される。誤差信号e1
は、図3に示すように、受信信号推定値i3を受信信号
i1から減算することにより計算され、RLS計算回路
(図示せず)に送出される。
【0023】ここで、RLS計算回路は、RLS適応ア
ルゴリズムを用いることにより、シンボル系列d1
1と受信信号i1とから歪z1を推定すると共に、時間
平均重み付け二乗誤差e1を最小化する。このように、
歪z1は、受信信号i1とその推定信号i3との間の重
み付け最小二乗誤差を最小化するRLS適応アルゴリズ
ムを用いて計算される。
【0024】いかなる誤差に付された重みも、誤差の経
過時間とともに指数関数的に低減され、これによりアル
ゴリズムは、数1であらわされる二乗誤差を最小化す
る。
【0025】
【数1】 但し、数1においてWはRLS適応アルゴリズム用の重
み付け係数である。
【0026】重み付け係数Wが大きくなればなるほど、
付随的なノイズの歪推定値z1に及ぼす影響は小さくな
るが、歪における変化に対する歪推定値z1の応答速度
は遅くなる。RLS推定用により大きな重み付け係数を
用いることは、結果的にz1の推定における追尾遅延を
招く。シンボルは正規のサンプリング時点でサンプルさ
れており、且つ、受信信号には、シンボル間干渉はない
ものと、仮定されている。
【0027】ベースバンド受信信号i1は、シンボルご
とに時刻{iT}において一度だけサンプリングされ、
RLS推定器1により歪推定用に用いられるサンプル値
{r1i}を与える。RLS推定器1は、時刻t=iT
において複素数の推定値r1iの系列を出力する。ただ
し、Tはシンボル期間である。
【0028】図1の予測器2は、現在及び過去の歪推定
値z1を用い、歪z2すなわち将来におけるnシンボル
を予測する。予測は、モリソンの最小二乗フェージング
記憶予測アルゴリズムに基づくものである。
【0029】推定値z1の系列を用いることにより、予
測器2は歪の第nステップの予測値z2i+n,i を形成す
る。第nステップの予測値z2i+n,i を形成するため、
モリソンの度数1の最小二乗フェージング記憶予測アル
ゴリズムを適用し、z1i,z1i-1,z1i-2,…を推定す
ることにより、予測器2はまず第1ステップの予測値z
i+1,i を決定しなければならない。予測器2は、次の
数2、数3、数4、及び数5にしたがって複素数値を算
定する。
【0030】
【数2】
【0031】
【数3】
【0032】
【数4】
【0033】
【数5】 ここで、数3であらわされたz2′i+1,i は、z1i+1
とz1i との差の予測値であり、それ故に、iに対する
z1i の変化率となる。アルゴリズムは、z1i −z1
i-1 が、iの数個の隣接値に亘ってiに対して実効的に
は不変であることを仮定している。Qは、予測アルゴリ
ズムの記憶係数であり、0から1までの通常は1に近い
実数の定数である。
【0034】図4は、図1に示された予測器2の具体的
な構成例を示す回路図であり、この図においても、予測
器2はモリソン(Morrison)の最小二乗フェー
ジング記憶予測アルゴリズムに基づいて、現在及び過去
の歪推定値を用いて将来における歪を予測する。
【0035】より具体的に言えば、図4に示された予測
器2は、数2〜数5を用いた計算を実行する回路であ
り、数2の計算は、減算器201により実行される。乗
算器、加算器、及び1サンプル遅延器によってそれぞれ
構成されるブロック202,203,204は、数3の
計算に用いられ、また、数4の計算は、ブロック20
5,206,207,208により実行される。最後
に、数5の計算は、ブロック209,210により行わ
れる。
【0036】尚、図示された回路は、最初に受信したサ
ンプルz1i において予測処理を開始するため、予測器
は、次の数6によって示された値が設定されている。
【0037】
【数6】 一方、時刻kTにおいて予測を再開させるため、予測器
は、次の数7の値を設定している。
【0038】
【数7】 RLS推定処理を再開するため、図1のRLS推定器1
は、内部記憶値を零にセットされる。結果的に、その後
の推定値に対する過去に受信したサンプルの影響を無効
とする。
【0039】深いフェージングとノイズとが歪とその推
定値との間に差異をもたらし、そのことが決定誤差を招
く。キャリア同期決定の際に、これらの誤差は、推定に
影響を及ぼし、そのことで同期ユニットはハングアップ
(停止)状態に陥ることがある。これらの欠点を克服す
るため、既知のパイロットシンボルが図2に示したよう
に位相及び振幅推定器のトレーニング用に用いられる。
トレーニング期間中、同期ユニットはハングアップから
回復し正確な推定を開始する。挿入されたパイロットシ
ンボルに起因する損失を最小化するため、トレーニング
期間ごとに数種のパイロットシンボルだけが用いられ
る。
【0040】推定におけるノイズを抑圧するために大き
なRLS重み付け係数を用いると、過去のサンプルがR
LS推定に大きく影響するため、ハングアップからの回
復と推定補正がトレーニング期間中にできなくなってし
まう。トレーニング期間中の推定処理を迅速化するた
め、RLS推定処理の再開は各トレーニング期間の最初
に内部記憶をリセットすることでなされる。トレーニン
グ期間の最後において、推定処理の再開は、数6、数7
に特定したように、プリセット用に最新の推定値を用い
ることでなされねばならない。
【0041】図1の補償器4は、推定されかつ予測され
た歪値z2を受信信号i1の位相及び振幅補償用に用い
る。補償器4は、受信信号i1に複素数値1/z2を乗
算する。補償された信号i2を用いることにより、スラ
イサ3は決定を行い、検波シンボルd1を出力する。同
期確立方法により、同期検波されたシンボルd1は周波
数非選択性フェージングチャンネル内の歪の位相及び振
幅推定に用いられる。受信機が妥当な低エラーレート状
態で作動していると仮定することで、検波シンボルd1
は歪の推定処理に十分に用いることができる。このシン
ボル検波は、ここでは歪の推定のために必要であり、必
ずしも受信機の実際の検波処理と同一である必要はな
い。信号i1,i2,d1,p1 d1,z1,z2
は、I/Q直交成分をもった複素数値信号である。すべ
ての処理は、シンボルレートで行われる。時刻iTにお
ける各信号のサンプルは、インデックスiによってあら
わされ、Tがシンボル期間である。
【0042】
【発明の効果】このように、本発明によれば、最小二乗
フェージング記憶曲線への適合又は外挿に基づく予測
と、RLS推定と組み合わさせることにより、追尾遅延
を低減することができ、そのことでBER性能が改善さ
れる結果となる。提案されたキャリア再生方法は、デコ
ーダ用にチャンネル品質情報を抽出する可能性を伴っ
て、ハングアップ現象を最小化する。このため、本発明
は、ディジタル装置に適しており、したがって、近年に
おける通信システム内の受信機のディジタル化要求に合
致するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】RLS位相及び振幅推定とキャリア同期確立シ
ステムとを組み合わせた本発明に係るキャリア同期ユニ
ットのブロック図である。
【図2】本発明に係るキャリア同期ユニットにおいて受
信されるトレーニング用の受信信号の例を示す図であ
る。
【図3】位相及び振幅推定処理の一部の動作を行う回路
部分を説明する図である。
【図4】予測処理のための計算方法を実行する予測器を
示す回路図である。
【符号の説明】
1 RLS推定器 2 予測器 3 スライサ 4 位相及び振幅補償器 5 パイロットシンボル発生器 6 スイッチ 10 位相及び振幅推定器 101,202,205,209 乗算器 102,203,206,207,210 加算器 201 減算器 204,208 1サンプル遅延器

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フェージングに起因する歪の位相及び振
    幅を推定する歪推定手段と、 前記歪を補償する手段と、 同期シンボル検波する手段と、 前記歪の位相及び振幅推定手段を周期的にトレーニング
    する手段とを具備してなり、 キャリア同期の決定、指示に位相及び振幅推定が使用さ
    れることを特徴とするキャリア同期ユニット。
  2. 【請求項2】 前記歪推定手段は、 フェージングに起因する歪の位相及び振幅をRLSアル
    ゴリズムに基づき、推定するRLS位相及び振幅推定手
    段と、 前記RLS位相及び振幅推定手段に操作可能に結合さ
    れ、歪を受ける後続の複数(n)シンボルを予測する予
    測手段とを具備する、 ことを特徴とする請求項1記載のキャリア同期ユニッ
    ト。
  3. 【請求項3】 前記RLS位相及び振幅推定手段は、時
    間平均重み付け二乗誤差を最小化するRLS適応アルゴ
    リズムを用いることで決定指示系の受信信号から位相及
    び振幅を取り出す、 ことを特徴とする請求項2記載のキャリア同期ユニッ
    ト。
  4. 【請求項4】 周期的に挿入された既知にシンボルによ
    ってあらわされるパイロットシンボルをトレーニングに
    用い、決定指示処理における停止状態を回避する手段を
    さらに具備する、 ことを特徴とする請求項3記載のキャリア同期ユニッ
    ト。
  5. 【請求項5】 前記予測手段は、前記RLS位相及び振
    幅推定手段からの現在及び過去の歪の推定値を用い、歪
    を受ける将来の複数(n)シンボルを予測し、該予測が
    モリソンの最小二乗フェージング記憶予測アルゴリズム
    に基づいて行われる、 ことを特徴とする請求項4記載のキャリア同期ユニッ
    ト。
  6. 【請求項6】 前記フェージング記憶予測手段は、追尾
    遅延を補償するために前記RLS位相及び振幅推定手段
    を用いて、nステップの予測を実行する、 ことを特徴とする請求項5記載のキャリア同期ユニッ
    ト。
  7. 【請求項7】 前記歪補償手段は、前記位相及び振幅推
    定手段の出力に操作可能に結合されて受信信号の位相及
    び振幅補償に対して応答する手段を備えている、 ことを特徴とする請求項1記載のキャリア同期ユニッ
    ト。
  8. 【請求項8】 前記同期シンボル検波手段は、位相及び
    振幅補償された受信信号を用いてシンボル検波を行う手
    段を具備しており、キャリア同期を決定、指示する際、
    同期検波されたシンボルを、歪の位相及び振幅推定に用
    いる、 ことを特徴とする請求項1記載のキャリア同期ユニッ
    ト。
  9. 【請求項9】 前記RLS位相及び振幅推定手段は、ト
    レーニング期間中に歪の推定値を迅速に補正する手段を
    さらに具備しており、推定値補正は、RLS位相及び振
    幅推定手段の記憶リセットによりなされ、RLS推定手
    段の内部記憶を零にセットすることにより、その後の推
    定値に用いる過去に受信したサンプルの影響を無効と
    し、推定処理を高速化する、 ことを特徴とする請求項3記載のキャリア同期ユニッ
    ト。
  10. 【請求項10】 フェージング記憶予測手段は、トレー
    ニング期間中に更新された推定値を用いて予測処理を再
    開する手段をさらに具備する、 ことを特徴とする請求項5記載のキャリア同期ユニッ
    ト。
  11. 【請求項11】 周期的なトレーニング手段は、 パイロットシンボルを生成する手段と、 フレームを構成する処理の際に、パイロットシンボルと
    検波シンボルとを多重化する手段とを具備しており、 これによって、受信機におけるフレーム同期が行われ
    る、 ことを特徴とする請求項5記載のキャリア同期ユニッ
    ト。
  12. 【請求項12】 既知のパイロットシンボルと検波シン
    ボルとが多重化された信号を受信信号として受け、当該
    受信信号によりフェージングによる歪を補正すると共
    に、同期検波を行うことを特徴とするキャリア同期方
    法。
  13. 【請求項13】 検波シンボルとパイロットシンボルと
    の比が15を越えていることを特徴とする請求項12記
    載のキャリア同期方法。
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