JPH11239083A - Qam復調器 - Google Patents

Qam復調器

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JPH11239083A
JPH11239083A JP10039255A JP3925598A JPH11239083A JP H11239083 A JPH11239083 A JP H11239083A JP 10039255 A JP10039255 A JP 10039255A JP 3925598 A JP3925598 A JP 3925598A JP H11239083 A JPH11239083 A JP H11239083A
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JP
Japan
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cma
dda
signal
modified
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JP10039255A
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English (en)
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Hideo Kitamura
日出夫 北村
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Original Assignee
Sharp Corp
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  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 復調信号の補正を適応型等化アルゴリズムで
行うQAM復調器において、CMAからDDAへの切り
替えを、収束ミスなく迅速に行うこと。 【解決手段】 直交振幅変調された信号を復調するQA
M復調器において、信号伝播路の状態に適応した等化補
正のためのCMA、修正CMA及び、DDAを実行する
手段を備え、かつ、前記等化補正のためのアルゴリズム
として、第1段階ではCMA、第2段階では修正CMA
を各々予め決めた回数毎に順番に実行し、歪がDDAが
実行できる程度にまで取り除かれた後、第3段階のDD
Aを実行する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルCAT
V、デジタル通信等におけるQAM(Quadrature Ampli
tude Modulation)復調器及び復調方法に関し、特に前
記復調器のブラインド等化器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】デジタルCATVなどケーブル網を利用
したデータ通信には変復調方式としてQAMが広く採用
されている。送信端から受信端へは伝送路上で様々な歪
みを受けて劣化した信号が到達するため、受信側のQA
M復調器では伝送路で被った歪みを補償する処理が必要
となる。この時、送信側からはトレーニング系列は伝送
しないため受信信号だけを用いた歪み補償、いわゆるブ
ラインド等化が行われる。生じる歪みとしては符号間干
渉や搬送波周波数からのずれである周波数オフセット及
び位相ジッタなどである。
【0003】図7は、基本的なQAM復調器の一例を示
したブロック図である。添字のnはn回目の処理である
ことを示しており、復調器101は入力信号に対し2つ
の直交する搬送波周波数を積算し、ロ一ルオフフィルタ
を掛けることにより複素ベ一スバンド信号xnを取り出
す。適応等化器102はトランスバーサルフィルタで構
成されており、適応的にタップ係数を更新しながら下記
(1)式の演算により符号間干渉を取り除いた信号yn
を出力する。誤差算出部105はこの適応等化器でのタ
ップ係数の更新に用いられる誤差en或いはenexp
(jφn)を求める。移相器103は下記(2)式のよ
うに適応等化器の出力信号ynにPLL部106で計算
した位相回転exp(−jφn)を与えることにより周
波数オフセットや位相ジッタを除去する。PLL部10
6では移相器の出力信号znに存在する位相誤差を評価
し、位相誤差を取り除くように次のn+1回目の処理で
移相器に与えるべき位相を計算する。判定器104は移
相器からの出力信号znに対して送信信号として取りう
る理想的な値の中から最も近いものを選択した信号
n′を出力する。
【0004】特開平7−95136号公報「ブラインド
等化システム及びその制御方法」では、図7に示すよう
なQAM復調器で用いられるブラインド等化の方式とし
て、ゴダッドアルゴリズムからDDA(Decision Direc
t Algorithm)に切り替える方式が提案されている。ま
た、K.Weso1owskiの論文“Analysis and Properties of
the Modified Constant Modu1us A1gorithm for B1ind
Equalization”Communication Theory,Vol.3,No.3,May
-June1992,P225-230ではCMA(Constant Modulus Alg
orithm)を改良した方式(以下修正CMAと称す)が提
案されており、修正CMAからDDAに切り替える方式
が説明されている。
【0005】ゴダッドアルゴリズムの中で最も代表的で
実用的なものはCMAである。以下ではCMA、修正C
MA、DDAの方式について説明する。CMA、修正C
MA、DDAの評価関数Jは式(3)、(4)、(5)
で表される。 yn=Cn Tn, …(1) Xn:処理nでの適応等化器のタップ遅延素子にある入
力信号ベクトル Cn:処理nでの適応等化器のタップ係数ベクトル zn=ynexp(−jφn) …(2) φn:位相誤差 J=E[(|zn2−R1)2] …CMA (3) J=E[((Re(zn))2−R2)2]+E[((Im(zn))2−R2)2] …修正CMA (4) J=E[(zn−zn′)2] …DDA (5) zn:移相器出力 zn′:判定器出力 R1、R2:定数 Re(Zn):複素信号znの実部 Im(zn):複素信号znの虚部
【0006】前記評価関数Jが最小となるようにLMS
(Least Mean Square)アルゴリズムによる勾配法を用
い、適応等化器のタップ係数ベクトルCnを以下の漸化
式により更新することができる。 CMAの場合 Cn+1=Cn−μenn * n=yn(|yn|2−R1),R1=E[|An|4]/E[|An|2] …CMA (6) 修正CMA及びDDAの場合 Cn+1=Cn−μenn *exp(jφn) en=Re(zn)((Re(zn))2−R2)+jIm(zn)((Im(zn))2−R2) …修正CMA (7) R2=E[|Re(An)|4]/E[|Re(An)|2] en=(zn′−zn) …DDA (8) yn:等化器出力 φn:移相器で与える回転位相 μ:ステッブサイズ *:複素共役化 An:送信する理想データの複素信号
【0007】CMAに用いる(6)式の常数R1は送信
信号の平均電力的な値を示しており、QAMの多値数が
256QAMのように大きい場合には非常に大きい値と
なる。従って、収束状態では(3)式の評価関数は最小
になっているが、各処理時間単位に見ればR1の大きさ
に依存した誤差enが常に生じる。従って、宗他“階層
的なブラインド等化アルゴリズム”1994年テレビジ
ョン学会年次大会予稿集、P.251−252でも論じ
られているように、CMAはQAMの多値数が大きいと
収束後の誤差が大きいという問題がある。また、収束す
るまでにかなりの時間を要するという問題点も挙げられ
ている。但し、CMAは前記特開平7−95136号公
報で述べられているように、符号間干渉や周波数オフセ
ット、位相ジッタのような歪みが大きい場合にも収束す
るという利点がある。これはCMAでは振幅と位相を分
離した形で相互に影響を与えないように等化できるため
である。つまり(6)式のCMAは振幅成分のみを理想
的な大きさに近づけるように等化しており位相成分には
何もしないことを示している。このため、周波数オフセ
ットや位相ジッタにより生じる位相誤差の補正値φn
DDAと同様の下記(9)式に示すDDエラーを用いる
手法を使っても振幅と位相は影響し合うことはないため
整合性を失うことがない。
【0008】 φn+1=φn+αεn+βΣεi …DDA、CMA(9) εi=Im(zi/zi′) α:比例定数、β:積分定数 これに対し修正CMAでは(7)式に示した誤差en
用いて下記(10)式により移相器で与える回転位相を
求めることもできる。 φn+1=φn−αεn−βΣεi …修正CMA(10) εi=Im(ei *i
【0009】また、DDAでは周波数オフセットや符号
間干渉などの歪みが大きい場合には等化に失敗すること
がある。DDAでは(8)式の誤差ベクトル(zn′−
n)が正しく成り立つことを前提としている。しかし
ながら、これは符号間干渉や周波数オフセットなどの歪
みが少ない場合には受信信号が送信された理想点付近に
集中するため成り立つが、歪みが大きい場合には受信信
号が送信された理想点から大きく隔たってしまい正しい
誤差ベクトルは求められないため成り立たない。
【0010】この点をDDAのアルゴリズムでの誤差ベ
クトルを示す図8で説明する。図中、h1、h2はどちら
も理想点hoptが送信されたものとする。歪みが小さ
いh1の場合にはhopt付近の正しくhoptと判定
される矩形領域S1にあるため、正しい誤差ベクトルv1
が求まる。しかし、歪みが大きいため理想点hoptか
ら大きく隔たったh2の場合には、toptと判定され
る矩形領域S2にあるため、正しい誤差ベクトルはV2B
であるのに反して間違った誤差ベクトルV2Aが求まって
しまうことになり等化に失敗してしまう。但し、DDA
は(8)式から分かるように正しい誤差ベクトルが求ま
る状況においては誤差に追随した非常に精度が良い等化
が行えるという利点がある。
【0011】修正CMAについてCMAと大きく異なる
点はDDAと同様に位相が等化に関与する点である。C
MAでは受信した複素ベースバンド信号の実部、虚部を
区別することなく振幅でみたが、修正CMAでは(7)
式のように受信信号を実部と虚部とに区別し、実部と虚
部の各々について平均電力理想データの実部(虚部)の
平均電力的な値R2と一致するように等化する。従っ
て、受信した信号の位相が理想データに対して回転して
いる場合には受信信号の実部、虚部の平均電力に偏りが
生じるため、偏りを無くすように位相も考慮した形でタ
ップ係数が更新されることになり、CMAよりも誤差に
追従した精度の良い等化が行える。しかしながら、特に
受信信号の位相が周波数オフセットにより大きく回転し
ている状態では位相を特定できず、さらに(9)式ある
いは(10)式から求められるPLL部での位相補正と
の整合性もとれないなどの理由で等化に失敗することが
ある。
【0012】他方、前記K.Weso1owskiの論文でシミュレ
ーション結果とともに述べられているように、符号間干
渉や周波数オフセット、位相ジッタなどの歪みが適度な
場合にはCMAより収束が速いという利点がある。以
上、CMA、DDA、修正CMAの各方式はそれぞれ利
点と欠点があり、表1はそれらの利点と欠点をまとめた
ものである。
【0013】
【表1】
【0014】このように各方式には短所及び長所がある
ので、前記特開平7−95136号公報に記載されてい
るように、従来から、歪みが大きい場合にも良好な収束
が得られるCMAを最初に実行し、DDAが収束する程
度に歪みが除去できた時点で初めてDDAに切り替える
という手法が一般的に用いられている。このQAM復調
器は図9にブロック図で示されており、図7と同じブロ
ックには同じ番号が付されている。
【0015】CMA実行部301では(6)式によるC
MA誤差を求め、DDA実行部302では(8)式によ
るDDA誤差を求める。切り替え制御手段(1)303
ではCMAとDDAの切り替え制御を行い、DDAの場
合のみexp(jφn)を掛けた値を適応等化器102
に出力するようにする。PLL部(1)304では
(9)式によるφnの算出を行う。また、前記K.Weso1ow
skiの論文ではDDAに切り替えるまでの時間を短くで
きるということで最初に修正CMAを実行し、歪みが除
去できた時点でDDAに切り替えるという手法が提案さ
れており、特に歪みが適度な状態であれば時間を短くで
きる効果が大きいことが報告されている。
【0016】このQAM復調器は図10にブロック図で
示している。図中、修正CMA実行部401では(7)
式による修正CMA誤差を求める。切り替え制御手段
(2)403では修正CMAとDDAの切り替え制御を
行ってexp(jφn)を掛けた値を適応等化器102
に出力するようにする。切り替えに伴いPLL部(2)
402も修正CMAの場合には(10)式、DDAの場
合には(9)式によりφnを求める。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】従来のCMAからDD
Aへの切り替え方式ではCMAの収束速度が遅いため、
CMAにおいてDDAで収束できる程度にまで収束させ
るまでに時間がかかる。また、修正CMAからDDAへ
の切り替え方式では符号間干渉や周波数オフセットなど
の歪みが著しい状態では修正CMAが収束せずに等化に
失敗することがある。本発明は前記従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的は前記従来の問題点
のない、適応型等化アルゴリズムで補正を行うQAM復
調器を提供することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、直交
振幅変調された信号を復調する復調器において、信号伝
播路の状態に適応した補正を行うCMA、修正CMA及
び、DDAを実行する手段を備え、かつ、前記補正を行
う適応型等化のアルゴリズムとして、第1段階ではCM
A、第2段階では修正CMAを各々予め決めた回数毎に
順番に実行した後、第3段階のDDAを実行するQAM
復調器である。
【0019】請求項2の発明は、請求項1に記載された
QAM復調器において、等化された信号における収束の
度合いを評価する評価手段を備え、前記第1段階のCM
Aの実行が前記予め決めた回数だけ終了した時点で、前
記評価手段がDDAに移行できる程度の収束状態と評価
したときには、前記第2段階の修正CMAを省略して、
つまり前記修正CMAを飛ばして前記第3段階のDDA
を実行するQAM復調器である。
【0020】請求項3の発明は、請求項1又は2に記載
されたQAM復調器において、前記評価手段は、適応等
化器で等化された信号と、理想的な信号配置点の中から
前記等化された信号に対して最も近い点を一つ選択する
判定手段からの信号との間の距離或いは該距離の2乗の
平均値を算出し、該平均値が予め決めたしきい値より小
さい場合に前記収束状態と評価するQAM復調器であ
る。
【0021】請求項4の発明は、直交振幅変調された信
号を復調するQAM復調方法において、信号伝播路の状
態に適応した補正を行う適応型等化の実行を行う際に、
第1段階ではCMA、第2段階では修正CMAを各々予
め決めた回数毎に順番に実行し、その後、第3段階のD
DAを実行するQAM復調方法である。
【0022】本発明は、以上のような構成を採ることに
より、第1段階のCMAにおいて第2段階の修正CMA
が行えるようになるまで符号間干渉や周波数オフセット
のような歪みを除去し、第2段階の修正CMAでは第3
段階のDDAが行えるようになるまでCMAより高速に
歪みを除去する、第3段階のDDAでは収束時にも誤り
の少ない徴細な等化を行う。また、前記評価手段により
第1段階のCMAの終了時点で、DDAに移行できる程
度まで等化できた場合を検出し、第2段階の修正CMA
の実行を省略して第3段階のDDAに移行する。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の案施例について図
面を参照しながら説明する。図1は本発明のQAM復調
器のブロック図である。図中、従来のQAM復調器のブ
ロック図9、図10と同じブロックには同じ番号を付け
ている。図1から明らかなように、従来と異なるブロッ
クは切り替え制御手段(3)501のみである。しか
し、従来のブロック図9、図10ではCMA実行部とD
DA実行部、あるいは修正CMAとDDA実行部のいず
れか2つしかないが、本発明ではCMA実行部301、
修正CMA実行部401、DDA実行部302の3つが
備わっており、その点従来のものと大きく異なってい
る。切り替え制御手段501ではCMA、修正CMA、
DDAを順番に切り替えて、CMA以外の場合はexp
(jφn)を掛けた値を適応等化器102に出力し、適
応等化器ではこの値を使ってタップ係数の更新を行いな
がら等化する。また、PLL部(1)304はCMA、
修正CMA、DDAの全ての場合について(9)式に示
すようなDDエラーを用いる手法を用いることにより回
路が簡単になる。
【0024】図2に適応等化器102、CMA実行部3
01、修正CMA実行部401、DDA実行部302、
切り替え制御部501のより詳細なブロック図を示す。
太線は複素信号を示している。図中、601は1シンボ
ル遅延素子、602は複素共役化をする素子、603は
複素乗算器、604は複素加算器、605は逆移相器で
あって移相器103と逆の位相回転exp(jφn)を
与え、タイマー部606はスタート信号からの経過時間
によりセレクタ607、608を切り替えてCMA、修
正CMA、DDAによる等化を順番に実行する。
【0025】本発明の図1に示したQAM復調器の復調
手順を図3に示す。まず、PLL部(1)304をオフ
状態にしてCMAを20msだけ実行する(ステップ7
01)。次にPLL部をオン状態にして25msだけさ
らに続けてCMAを実行する(ステップ702)。この
ようにPLL部を最初はオフの状態にしてCMAによる
等化を一定期間行うことで、PLL部をオンする時には
符号間干渉などによる振幅成分の歪みがかなり除去され
ていることになる。従って、PLLをオンした初期の状
態から位相誤差の評価が正確に行えるのでPLL部のロ
ックが速く安定する。その後、修正CMAに切り替えて
10msだけ実行(ステップ703)した後、最終的に
DDAを実行する(ステップ704)。この切り替えを
制御手段(3)501により実行する。なお、上記の切
り替えの時間は予めシミュレーション等により決めてお
く。
【0026】修正CMAはCMAより収束が速いことか
ら上記のようにCMAとDDAの間に修正CMAを入れ
ることによって、従来のCMAから直接DDAへと切り
替える場合に比べDDAに切り替えるまでの時間を短縮
することができる。また、最初から修正CMAを用いて
DDAに切り替える方式では、符号間干渉や周波数オフ
セットが大きい場合には等化に失敗するという問題があ
るため、最初にCMAを使用して修正CMAが収束する
程度まで歪みを取り除く必要がある。さらにC/Nが低
い場合にCMAではループフィルタの出力値が収束すべ
き点以外に落ち着いてしまうことがあるが、修正CMA
ではコンステレーションの傾きを考慮した等化を行うた
め、仮にCMAの段階で擬似的な収束に陥っても修正C
MAによりこの状態から復帰することも期待できる。
【0027】図4は、本発明のQAM復調器の別の実施
例を示し、この実施例においては、修正CMAをとばし
CMAからDDAへ直接切り替えることが可能か否かを
評価する評価部801を付加している。図中、評価部8
01は、誤差算出部802、距離(平均値)算出部80
3及び、比較部804から成り、誤差算出部802では
判定器104の入力信号znとこれを判定した信号zn
との間の距離を算出する。図5でzn=x+jy,zn
=x′+jy′とした場合、距離dは以下の式により求
める。 d2=(X−X′)2+(y−y′)2
【0028】距離(平均値)算出部803では例えばこ
の距離dの4個の平均値を算出する。比較部804では
平均値と予め設定したしきい値との比較を行い、平均値
がしきい値より小さい場合には切り替え制御手段(4)
805に、修正CMAを飛ばしDDAに移行するよう指
示する収束(判定)信号806を出力する。切り替え御
御手段(4)805は収束(判定)信号805が真であ
れば修正CMAを飛ばしてDDAに直接移行するよう制
御する。
【0029】図6は、この動作を表したフロー図であ
り、まずPLL部をオフ状態にしてCMAを20ms実
行し(ステップ1001)、その後PLLをオン状態に
してCMAを25ms実行する(ステップ1002)、
そしてステップ1002のCMA終了時点でDDAが実
行できる程度に収束している場合、つまり、誤差の大き
さの平均がしきい値以下である場合にはステッブ100
4の修正CMAの処理時間10msの工程を省略する。
収束していない場合にはPLLを動作させたままで修正
CMAを10ms実行し、それ以降復調処理を終了する
迄DDAによる適応等化処理を行う。なお、本実施例で
はCMA、修正CMA、DDAのいずれの場合にも適応
等化器として線形等化器を用いて説明したが、DDAの
場合には判定帰還形等化器を使用することも出来る。
【0030】
【発明の効果】請求項1、4に対応した効果:修正CM
AはCMAより等化速度が速いため、等化アルゴリズム
をCMA、修正CMA、DDAと3段階に順番に切り替
えることにより、CMAからDDAへと切り替える場合
に比べてDDAにするまでに要する時間を短くすること
ができる。また、符号間干渉やキャリアオフセットなど
の歪みが大きい場合にも収束するCMAを最初に用いて
いるため、最初から修正CMAにして途中でDDAに切
り替えるときに生じる、符号間干渉やキャリアオフセッ
トなどの歪みが大きいことによる等化の失敗を無くする
ことができる。
【0031】請求項2に対応する効果:歪みが少なくC
MAで直ちに収束したような場合には無駄な修正CMA
の処理を省略できるから、DDAにするまでの時間を早
めることができる。
【0032】請求項3に対応する効果:等化された信号
と理想的な信号配置点より決定した点との距離、或いは
距離の2乗の平均値と予め決めたしきい値との大小の比
較から修正CMAの処理を省略するか否かを評価するた
め、修正CMAが必要か否かの判断を的確に行うことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のQAM復調器のブロック図である。
【図2】本発明のQAM復調器の一部を詳細に示したブ
ロック図である。
【図3】本発明の処理の流れを示す図である。
【図4】本発明の評価部を付加したQAM復調器のブロ
ック図である。
【図5】評価部で用いる信号を示した図である。
【図6】本発明の評価部を付加した場合の処理の流れを
示す図である。
【図7】従来の基本的なQAM復調器のブロック図であ
る。
【図8】DDAのアルゴリズムでの誤差ベクトルを示し
た図である。
【図9】従来のCMA/DDA切り替え方式のQAM復
調器のブロック図である。
【図10】従来の修正CMA/DDA切り替え方式のブ
ロック図である。
【符号の説明】
101…復調器、102…適応等化器、103…移相
器、104…判定器、105…誤差算出部、106…P
LL部、301…CMA実行部、302…DDA実行
部、303…切り替え制御手段、304…PLL部、4
01…修正CMA実行部、402…PLL部、403…
切り替え制御手段、501…切り替え制御部、601…
1シンボル遅延素子、602…複素共役化をする素子、
603…複素乗算器、604…複素加算器、605…逆
移相器、606…タイマー部、607,608…セレク
タ、801…評価部、802…誤差算出部、803…距
離(平均値)算出部、804…比較部、805…切り替
え制御手段、806…収束(判定)信号。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直交振幅変調された信号を復調する復調
    器において、信号伝播路の状態に適応した補正を行うC
    MA、修正CMA及び、DDAを実行する手段を備え、
    かつ、前記補正を行う適応型等化のアルゴリズムとし
    て、第1段階ではCMA、第2段階では修正CMAを各
    々予め決めた回数毎に順番に実行した後、第3段階のD
    DAを実行することを特徴とするQAM復調器。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載されたQAM復調器にお
    いて、等化された信号における収束の度合いを評価する
    評価手段を備え、前記第1段階のCMAの実行が前記予
    め決めた回数だけ終了した時点で、前記評価手段がDD
    Aに移行できる程度の収束状態と評価したときには、前
    記第2段階の修正CMAを省略して、前記第3段階のD
    DAを実行することを特徴とするQAM復調器。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載されたQAM復調
    器において、前記評価手段は、適応等化器で等化された
    信号と、理想的な信号配置点の中から前記等化された信
    号に対して最も近い点を一つ選択する判定手段からの信
    号との間の距離或いは該距離の2乗の平均値を算出し、
    該平均値が予め決めたしきい値より小さい場合に前記収
    束状態と評価することを特徴とするQAM復調器。
  4. 【請求項4】 直交振幅変調された信号を復調するQA
    M復調方法において、信号伝播路の状態に適応した補正
    を行う適応型等化の実行を行う際に、第1段階ではCM
    A、第2段階では修正CMAを各々予め決めた回数毎に
    順番に実行し、その後、第3段階のDDAを実行するこ
    とを特徴とするQAM復調方法。
JP10039255A 1998-02-20 1998-02-20 Qam復調器 Pending JPH11239083A (ja)

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