JPH01200831A - 判定帰還形等化器 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、ディジタル移動通信のような高速フェージン
グ下で、伝送帯域特性の変動が速く、また劣化が著しい
場合に、伝送特性の劣化を抑える目的で使用する判定帰
還形等化器に関するものである。

「従来の技術」 送信機から送出された信号は、信号伝送路上にある伝送
装置および伝送媒体の帯域特性により、線形歪を受ける
。このため、ディジタル信号伝送では符号量干渉が生じ
、受信特性が低下する。

この種の線形歪による伝送特性劣化を軽減するために種
々の等化器が考案されているが、性能が高い代表的なも
のとして、判定帰還形等化器が知られている。

従来の判定帰還形等化器の構成を第４図に示す。

第４図において、ある信号系列が入力端子ｌから、タッ
プ付き遅延回路２の中の単位遅延器３と第１段目のタッ
プ係数乗算器５に入力されろ。タップ付き遅延回路２の
中の各単位遅延器３の出力は、それぞれ乗算器５に被乗
数として入力される。

一方、乗算器５の乗数（タップ係数）としては、第５図
に示すタップ係数変更回路によって伝送路の特性と逆の
特性を持つように定められた値Ｃ８〜Ｃ１が該乗算器５
に入力される。それぞれの乗算器５の出力は加算器６に
入力され、その出力は減算器７の被減数として入力され
る。

減算器７の出力は、判定器８によって符号判定され、そ
の結果は出力端子ＩＩから出力されると同時に、第２の
タップ付き遅延回路９の第１番目の単位遅延器３に入力
される。タップ付き遅延回路９の中の各単位遅延器３の
出力は、上記タップ付き遅延回路２の場合と同様にして
、乗算器５によりタップ係数Ｄ１〜Ｄ、と乗算され、そ
の結果が加算器ｌＯで加算され、加算結果が減算器７の
減数として入力される。

変動する伝送路の補償に判定帰還形等化器を用いるには
、変動する伝送路の特性の変化にタップ係数を追従させ
る適応制御を行う必要があり、これはタップ係数変更回
路により行われる。

従来の判定帰還形等化器のタップ係数変更回路の構成を
第５図に示す。

第５図において、第４図の判定器８の入力および出力は
、これらの差を求める減算器１２に入力される。減算器
１２の出力は、定数乗算器１３によって定数を乗じられ
たのち、乗算器１４によってタップ付き遅延回路２の出
力を乗じられ、減算器１６とレジスタ１７からなる累算
器１５に加えられる。累算器１５の出力が第４図の乗算
器５の乗数、すなわちタップ係数Ｃ３−Ｃ□となる。

また、タップ付き遅延回路９に接続された乗算器５の乗
数、すなわちタップ係数Ｄ１〜ＤＪについても、同様に
求められる。

本適応アルゴリズムを用いて、タップ係数Ｃ８〜Ｃ，、
Ｄ、〜ＤＪを変更することにより、等化器の特性を伝送
路の特性変動に追従させることができる。

「発明が解決しようとする課題」 上述した従来の判定帰還形等化器は、有線通信、固定無
線通信のように、遅延プロファイルの変動が伝送信号の
速度と比べて比較的遅い場合には、タップ係数変更回路
による適応制御のみでも十分実用になった。

しかしながら、移動通信のように、信号の伝送速度に比
べて伝送路特性の変動が速いときには、タップ係数Ｃ３
−Ｃｉ、Ｄ１〜Ｄ、を追従させることは困難になる。

タップ係数を高速に求める手段として、送信信号に一定
周期（たとえば１　ｍ　ｓ周期）で挿入されタ一定パタ
ーンのトレーニングパルスから、相関器によって遅延波
の複素プロファイルを求め、これをもとにレビンソン・
アルゴリズムを解いてタップ係数の一般解を得る方法が
知られている。

しかし、この方法は、複雑な演算が必要となるうえ、タ
ップ係数は遅延波の複素プロファイルのみを考慮したも
のであり、符号量干渉をゼロにする解は多数存在する。

これらの解の中には等化器出力の雑音が他の解に比べて
多いものが存在する。

すなわち、雑音の面では最適化されていないという欠点
があった。

以上から、移動通信に等化器を適用する場合には、タッ
プ係数の設定のために新しい手法が必要となる。

本発明の目的は、移動通信に適用するため、高速フェー
ジング下においても、その伝送特性の変動に十分追従で
きる適応性を持った判定帰還形等化器を提供することに
ある。

「課題を解決するための手段」 上記課題を解決するために、この発明は、判定器の前後
にタップ付き遅延回路を有し、該タップ付き遅延回路の
各タップ出力にタップ係数を乗じて加算し、該加算結果
に基づいて受信波の等化を行うように構成された判定帰
還形等化器において、前記受信波に含まれる複数の離散
成分のうちで、最もレベルの高い主波と、この主波に対
して時間的に先行する先行波とがあるとき、該主波と先
行波との時間間隔、振幅比、および位相差を、トレーニ
ングパルスによって検出する相関器と、面記先行波に基
づいた判定を行い、レベルの小さい先行波によって前記
主波を打ち消す先行波モードと、前記主波に基づいた判
定を行い、レベルの大きい主波によって前記先行波を打
ち消す主波モードの２つのモードのうち、等化器出力の
ＳＮ比が大きくなる方のモードを選択し、選択されたモ
ードに対応する値を前記タップ係数の初期値として設定
するタップ係数初期値設定回路とを具備することを特徴
とする。

「作用」 上記手段によれば、タップ係数の設定にあたって、受信
信号に挿入されたトレーニングパルスから、相関器によ
って受信波の複素プロファイル、すなわち、主波と先行
波との時間間隔、振幅比、および位相差を求め、受信波
のＣＮＲ（搬送波対雑音電力比）、先行波と主波のレベ
ル比、等化器のタップ数の点から、先行波モード、主波
モードのいずれか一方のモードを選択し、タップ係数を
初期設定する。これにより、はぼ最適のタップ係数をた
だちに設定することが可能となる。

なお、主波より後から到来する遅延波による干渉は、本
発明には直接関係してこないが、その理由については後
述する。

従来の技術では、タップ係数は入力信号の変化によって
逐次的に変化させていたが、本発明による方法では、タ
ップ係数の最適値をトレーニングパルスが受信されるた
びに求め、初期値として設定する点が異なる。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。

第１図は、この発明の一実施例の構成を示すブロック図
である。

図において、１８はＲＦ帯ＡＧＣ回路、１９は準同期検
波器、２０はＡＰＣ回路、２１は基準搬送波発生器、２
２はベースバンド帯ＡＧＣ回路、２３は判定帰還杉等化
回路、２４は相関器、２５はタップ係数初期値設定回路
である。

受信された信号は、ＲＦ帯ＡＧＣ回路１８によって受信
レベルを平滑化され、準同１卯検波器１９によって検波
される。同相信号、直交信号からなる準同期検波器１９
の出力は、ベースバンド帯ＡＧＣ回路２２によってレベ
ルを一定にされたあと、判定帰還形等化回路２３に人力
される。

上記ＡＦＣ回路２０は、準同期検波器１９に加えろ基錦
搬送波の周波数を制御し、受信信号の周波数と基準搬送
波の周波数の差を一定の範囲内に抑えるものである。

相関器２４は、受信波中に挿入されたトレーニングパル
スをもとに、受信波の複素プロファイルを推定するもの
である。すなわち、相関器２４は、受信波に含まれる複
数の離散成分のうちで、最もレベルの高い主波と、この
主波に対して時間的に先行する先行波とがあるとき、主
波と先行波との時間間隔、振幅比、および位相差（これ
らを複素プロファイルという）を、トレーニングパルス
から検出するものである。上記トレーニングパルスは、
たとえば、３２ビツトのビット列からなる一定パターン
のパルス列であり、一定周期（たとえば１ｍ５）ごとに
送られてくるものである。

タップ係数初期値設定回路２５は、相関器２４で求めた
複素プロファイルを用いて、判定帰還形等化回路２３の
タップ係数の初期値を決定するもので、その決定方法に
ついては以下に詳述する。

上記タップ係数の初期設定値の具体的な求め方について
、先行波と遅延波からなる２波モデルを用いて説明する
。

なお、以下の説明では、説明の簡単化のために、先行波
と遅延波との時間間隔をｌタイムスロットとし、先行波
の振幅をＷ。、先行波から１タイムスロツトだけ遅延し
た遅延波の振幅をＷｌとおく。ここで、 ｗｏ”＋　ｗ、”＝　１　％　　ξ＝　Ｗ　（／　Ｗ　
。

とおき、これら２つの波の大きい方を主波と呼ぶことと
する。すなわち、比ξ〉１のときは遅延波が主波となり
、比ξくｌのときは先行波が主波となる。この発明は、
前者の場合、つまり先行波に続いて主波が到来する場合
に有効であるが、この理由は、第２図、第３図の説明の
ときに述べる。

さて、受信信号系列を、 一、Ａ−ｔ、Ａ−１．Ａｏ、Ａ　１．Ａ　ｔ、”・とお
き、この系列が、 Ｗｏ　Ａ　ｎ＋　ｖ、　Ａ　ｎ−。

なる特性を持つ伝送路を通過したものとする。

このとき、第４図のタップ付き遅延回路２の中のデータ
は、次のようになる（第４図参照）。

Ｂ　−ｒ　＝　Ｗｏ　Ａ　ｉ　”　Ｗ＋　Ａ　ｉ−＋Ｂ
　−＋　”　Ｗ６　Ａ　１　＋　１１　Ａ　。

Ｂｏ　　”　Ｗｏ　Ａｏ　＋　Ｗ＋　Ａ　−＋　　””
”　　（１）また、第４図のタップ付き遅延回路９の中
のデータは、判定器８の出力を入力としているため、誤
り率が０であるときには、 Ｂ、＝Ａ−１ Ｂ　ｘ　＝　Ａ　−ｘ Ｂ、＝Ａ−，（２） となる。

従って、判定帰還形等化回路２３の出力Ｙ、は、次のよ
うになる。

−Σ　ＤｋＡ−１ ＋　　（ｃ　　ｏ　　ｖ＋　　−Ｄ　Ｉ）　　Ａ　−１
−Σ　　Ｄ　　ｋ　Ａ−１・・・・・・　（３） （３）式において、Ｙ　ｏ　＝　Ａ　ｏとおくと、タッ
プ係数００〜Ｃ１、Ｄ、−ＤＪは、次の条件を満たさな
ければならない。

Ｃｌｗｏ　＝　０　　　　　−−　　　　（４）ＣｋＷ
ｏ　十Ｃｋ＋＋　ｗ、　＝　０　（１≦に≦ｉ　−１）
−−（５）Ｃｏ　Ｗｏ　＋　　Ｃ＋　９ｒ＋　＝　　１
　　　　”””　　　（６）ＣｏＷ、−Ｄ１＝　０　　
　　　・・・・・・　　（７）Ｄｋ−〇（２≦に≦ｉ）
　　　　・・・・・・　　（８）この式を解く場合、先
行波に基づく判定を行ない、先行波によってレベルの大
きい主波を打ち消す先行波モードと、主波に基づく判定
を行ない、主波によってレベルの小さい先行波を打ち消
す主波モードが存在する。

（Ａ）先行波モードの場合 この場合、タップ係数Ｃ１の項数か有限であるとすれば
、上記（４）式よりタップ係数ｃｉ−０である。これを
（５）式に代入すると、タップ係数Ｃえ〜Ｃ１−０が得
られる。これをさらに（６）式に代入すると、次の式か
得られる。

Ｃｋ＝Ｄり＝０（１≦に≦ｉ、２≦Ｑ≦ｊ）・・・・・
・（９）（Ｂ）主波モードの場合 この場合、タップ係数Ｃｋは、等比級数的に減少し無限
に続く。そこで、タップ係数ＣＩは無限であるとし、タ
ップ係数り、をとりあえず任意の値と仮定して、これら
の式を解くと、上記（７）式、および（６）式より、次
の関係が得られる。

Ｄ、＝　任意、　Ｄ（＝　Ｏ（２≦（！≦ｊ）・・・・
・・　　（１０） 次に、受信波に含まれる雑音は相関がないものとすると
、判定帰還形等化回路２３の出力の雑音のパワは、タッ
プ係数Ｃ３−Ｃ１、Ｄ１〜Ｄ、の絶対値の２乗和に比例
する。そこで、タップ係数の絶対値の２乗和を、タップ
係数Ｄ１の関数として評価すると、Ｄ　＋　＝　ｗｏ／
　’９１　＋のとき最小値となる。このとき、タップ係
数００〜ＣＩＳＤ　Ｉ−Ｄ　Ｊの収束値は、（４）〜（
８）式から以下のようになる。

ＤＱ＝　　上’−，ＤＱ　　＝　　Ｏ（２≦ｇ≦ｊ）宥
１ ・・・・・・　　（１１） また、これらのモードを用いたときに、判定帰還形等化
回路２３の出力に現れる誤差は、受信波に含まれる雑音
のパワをＮ１、タップ数をｉ＋１とすると、以下のよう
になる。

まず、上で述べたように、 ｗ、）”＋　Ｗ１’＝　ｌ　　ｗ＋／　ｗｏ−ξ　とお
くと、という式が成立する。そこで、先行波モードと主
波モードの各場合につき、等化器の出力に現れる誤差を
求める。この誤差を求めるにあたり、タップ係数Ｄ１〜
Ｄ、は、判定器８の後段のタップ係数であるため、雑音
を含まないものとみなし、タップ係数００〜Ｃ，にのみ
着目する。

（１）　　先行波モードの場合 この場合、（９）式より、タップ係数Ｃｏ、Ｄ＋以外は
ゼロであるから、タップ係数の２乗和に比例する誤差Ｃ
０′・ＮＴのみが現れる。よって、誤差は次のようにな
る。

（２）主波モード この場合、タップ数が有限なことに起因する誤差と、タ
ップ係数の２乗和に比例する誤差とが現れる。

（ａ）タップの打ち切りによる誤差 タップ数：ｉ＋１とすると、誤差は、 （Ｃｎｗｏ）” となる。

なお、タップの打ち切りによる誤差は、Ｃｎ　Ｃ２Ｃ，
ｃｏ　　　Ｄ、　　Ｄ。

先行波ｗｏＡ　ｎ　　ｗｏＡ　ｔ　　ＷｏＡ　１ｗｏＡ
　ｏＡ　−１主波ｗ＋Ａ　ｎ−１ｗ＋Ａ　Ｉ　　ｗ＋Ａ
　ｏ　　ｖ＋Ａ　−１という信号列において、主波とそ
の斜め上の先行波（例えば、主波のＷＩＡＯと先行波の
Ｗ。Ａ、）とが打ち消しあうようにされているため、タ
ップ係数ｃｏに対応する先行波成分Ｗ。Ａ、のみが残る
ことにより生じるものである。

ここで、上記タップ係数は次のとおりである。

Ｄ、−Ｗ−！ｌ！− Ｄｔ＝０ （ｂ）タップ係数の２乗和による誤差 Ｇｏ”＋Σ　Ｃｋ！ となる。したがって、上記（１３ａ）、　（１３ｂ）よ
り全体の誤差は、次のようになる。

第２図は、判定帰還形等化回路２３のタップ数を一定に
し、雑音のパワを変化させたときの出力の誤差量であり
、ＣＮＲが２０ｄＢ、または１ＯｄＢの受信波が判定帰
還形等化器２３に入力されたときの、出力側でのＳＮＲ
を示すものである。

先行波モードの場合には、レベルの小さな先行波や遅延
波でレベルの大きな主波を打ち消すことになるため、比
ξが大きくなるに従ってＳＮＲの劣化量が大きくなる。

ここで、比ξは、すでに述べたように、遅延波の振幅智
、を先行波の振幅ｗ０で除したものであるから、比ξの
絶対値１ξＩ＜１のときには、先行波が主波となり、比
Ｉξｌ＞１のときには、遅延波が主波となる。

そして、図から分かるように、１ξ１〈ｌの場合は、先
行波モードの方が常にＳＮＲがよく、このモードが選択
されることになる。

一方、比の絶対値Ｉξｌ＞１のときには、遅延波が主波
となり、主波モードの方がＳＮＲが優れている場合と、
先行波モードの方が優れている場合とがある。

すなわち、１ξ１＜１の場合は、選択の余地がないが、
ＩＦ５〉ｌの場合は、ＳＮＲが優れている方を選択する
ことにより、従来では得られない効果を得ることができ
る。

第２図から分かるように、比の絶対値１ξ１がほぼ１．
５以上の場合には、主波モードのＳＮＨの方が優れてい
るが、この絶対値が１に近づくに従って、タップ係数の
収束が悪くなるため、有限のタップ数で打ち切った影響
と、入力雑音の影響によりＳＮＲの劣化量が大きくなる
。しかしながら、比の絶対値１ξＩｈ＜１の近傍では、
初項Ｃ１が小さくなるために、逆にＳＮＲの劣化量は小
さくなり、１ξｌ＝１のときに先行波モードの場合と一
致する。

第３図は、雑音のパワを一定にし、判定帰還形等化回路
２３のタップ数を変化させたときの出力の誤差量を示す
ものであり、タップ数ｉが増加するのにつれてＳＮＲが
良くなることが分かる。

これらの図から分かるように、受信波のＣＮＲ１等化器
のタップ数、先行波と遅延波のレベル比に応じて、先行
波モードと主波モードの２つのモードを切り換えてタッ
プ係数の初期値を設定すれば、誤差の小さな出力が得ら
れる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、判定帰還形等
化器のタップ係数の初期設定にあたって、信号系列に挿
入されたトレーニングパルスから、相関器によって遅延
波の複素プロファイルを推定し、これと受信波のＣＮＲ
，等化器のタップ数によって、２つのモードのうち等化
器の出力の雑音が小さくなる方を選択し、そのときのタ
ップ係数を初期値として設定するようにしたから、出力
誤差が少なく、かつ伝送路の変動に高速に追従できる等
化器が得られる。

本発明を用いることにより、ディジタル移動通信のよう
な高速フェージング環境下で伝送路の特性の変動が速い
応用分野に等化器を適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示すブロック図、第２
図は本実施例を用いたときの受信信号のＣＮＲと判定帰
還形等化器出力の雑音特性を示す図、第３図は本実施例
を用いたときの判定帰還形等化器のタップ数と出力の雑
音特性を示す図、第４図は従来の判定帰還形等化器の要
部の構成を示すブロック図、第５図は従来の判定帰還形
等化器のタップ係数変更回路の構成を示すブロック図で
ある。 ｌ・・・・・・入力端子、２・・・・・・タップ付き遅
延回路、３・・・・・・単位遅延器、４・・・・・・タ
ップ係数、５・・・・・・タップ係数乗算器、６・・・
・・・加算器、７・・・・・・減算器、８・・・・・・
判定器、９・・・・・・タップ付き遅延回路、ｌＯ・・
・・・・加算器、１１・・・・・・出力端子、１２・・
・・・・減算器、１３・・・・・・定数乗算器、１４・
・・・・・乗算器、１５・・・・・・累算器、１６・・
・・・・減算器、１７・・・・・・レジスタ、１８・・
・・・・ＲＦ帯ＡＧＣ回路、１９・・・・・・同期検波
器、２０・・・・・・ＡＦＣ回路、２１・・・・・・基
準搬送波発生器、 ２２・・・・・・ベースバンド帯ＡＦＣ回路、２３・・
・・・判定帰還形等化器、２４・・・・・・相関器、２
５・・・・・タップ係数初期値設定回路、２６・・・・
・・出力端子。 出願人　　日本電信電話株式会社 第２図 ＣＮＲと出力の言呉差の関係（タップ数１・７）第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 判定器の前後にタップ付き遅延回路を有し、該タップ付
   き遅延回路の各タップ出力にタップ係数を乗じて加算し
   、該加算結果に基づいて受信波の等化を行うように構成
   された判定帰還形等化器において、 前記受信波に含まれる複数の離散成分のうちで、最もレ
   ベルの高い主波と、この主波に対して時間的に先行する
   先行波とがあるとき、該主波と先行波との時間間隔、振
   幅比、および位相差を、トレーニングパルスによって検
   出する相関器と、前記先行波に基づいた判定を行い、レ
   ベルの小さい先行波によって前記主波を打ち消す先行波
   モードと、前記主波に基づいた判定を行い、レベルの大
   きい主波によって前記先行波を打ち消す主波モードの２
   つのモードのうち、等化器出力のＳＮ比が大きくなる方
   のモードを選択し、選択されたモードに対応する値を前
   記タップ係数の初期値として設定するタップ係数初期値
   設定回路と を具備することを特徴とする判定帰還形等化器。