(57)【要約】  【課題】  １つの等化器で残留振幅誤差補償と残留位相誤差補償の双方を最適に機能させる。  【解決手段】  ＬＭＳアルゴリズムで１つの複素タップ係数を更新し、入力信号の位相誤差が０のときに前記タップ係数の虚部を０にするように収束する１タップの等化器であって、振幅補償用及び位相補償用としてステップゲインμi (n)、μq (n)を夫々設け、前記タップ係数の更新量の実部及び虚部に前記μi (n)、μq (n)をそれぞれ別個に乗算して、現在のタップ係数に加算することでタップ係数を更新するようにした。μi (n)、μq (n)は、それぞれ振幅変動及び位相変動の速度に合わせて設定する。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の等化器において、振幅等化と位相等化の夫々の収束速度を決定するステップゲインを別個に設定することを特徴とする等化器。
【請求項２】
適応アルゴリズムで１つの複素タップ係数を更新し、入力信号の位相誤差が０のときに前記タップ係数の虚部を０にするように収束する１タップの等化器であって、
振幅補償用及び位相補償用としてステップゲインμi (n)、μq (n)を夫々設け、
前記タップ係数の更新量の実部及び虚部に、前記μi (n)、μq (n)をそれぞれ別個に乗算して現在のタップ係数に加算することでタップ係数を更新することを特徴とする等化器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、等化器に係り、特にディジタル無線受信機において高精度の波形等化により復調特性を向上した等化器に関する。
【背景技術】
【０００２】
多値ＱＡＭ変調方式を利用した変復調装置においては、通常、送受信装置の双方で同一のローカル周波数で発振する局部発信器からのキャリア信号を用いて変復調を行うものであるが、送受信機間の発振周波数の精度誤差、温度変動、経年変化などによって周波数オフセットが生じる。
この周波数オフセットは、加入者系無線アクセスシステム（ＦＷＡ：Fixed Wireless Access）の分野や、それに限らず無線通信の高周波数化、または変調方式の多値化の流れの中で解決すべき大きな問題であり、周波数オフセット補償の重要度が増している。
【０００３】
この周波数オフセットは、受信機において、直交検波後のベースバンド信号に一定速度の位相回転となって現れ、正しい復調信号を得るためにはこの周波数オフセットを補償する必要がある。
また、周波数オフセットのみならず、ＡＧＣ制御の残留誤差やフレームの途中でレベルが変動する場合の振幅補償も必要になってくる。
【０００４】
従来、このような残留周波数オフセットや残留振幅変動を精度良く補償するものとして、タップ数を小さく（例えば１）した等化器が知られる（例えば、特許文献１参照。）。
図８は特許文献１が開示する１タップ等化器のブロック図である。図８の等化器は、次式で表されるＬＭＳアルゴリズムを用いて動作する。
ｈ(n+1)＝ｈ(n)＋μｕ(n)*ｅ(n)
ｅ(n)＝ｄ(n)−ｕ(n)ｈ(n)
ｕ(n)は入力信号、ｈ(n)はタップ係数、ｄ(n)はシンボル判定結果の参照シンボル、ｅ(n)は参照シンボルとの等化誤差を表し、これらはＩ相、Ｑ相からなる複素数として表現される。また、*は複素共役を意味し、μは等化器の収束速度に関係するステップゲインであり、実数である。ステップゲインμを大きくすると収束速度は速くなるが残留等化誤差が大きくなり、逆に小さくすると残留等化誤差は小さくなるが収束速度が遅くなる。従ってステップゲインμは、等化する対象に応じて最適な値を選ぶ必要がある。
【０００５】
図８の等化器の動作を説明する。変調方式判定手段から通知される変調方式情報により、等化器出力のｙi(n)、ｙq(n)をシンボル判定した結果を参照シンボルｄi(n)、ｄq(n)として用い、その差から等化誤差ｅi(n)、ｅq(n)を求める。等化誤差ｅi(n)、ｅq(n)と入力信号ｕi(n)、ｕq(n)とを複素乗算して、ステップゲインμを掛算し、タップ更新の処理を行う。このようにして得られたタップ係数ｈi(n)、ｈq(n)を用いて入力信号ｕi(n)、ｕq(n)と複素乗算を行い、出力信号ｙi(n)、ｙq(n)が得られる。この等化器は無歪時、つまり前段までの等化が収束し参照シンボルと全く同じ入力信号ｕi(n)、ｕq(n)が入力された時、ｈi(n)＝１、ｈq(n)＝０となる。そのため、タップ係数ｈi(n)は、主に入力信号ｕi(n)、ｕq(n)の振幅誤差を補正する係数、タップ係数ｈq(n)は、主に位相誤差を補正する係数とみなせる。
【０００６】
図８の等化器は、主にローカル周波数を制御するＡＦＣ（Automatic Frequency Control）の残留周波数オフセットと、局部発信器の位相雑音による残留位相誤差を補償できることが主な効果であるが、ＡＧＣ制御の残留誤差、または、前段までの等化器がトレーニングを行うＵＷ区間以降のレベル変動等の残留振幅誤差を補償することもできる。通常、前段までの等化手段によりあるレベルまで等化誤差は抑えられているため、この等化器では残留位相誤差は主にｈq(n)成分により補償され、残留振幅誤差は主にｈi(n)成分で補償される。この等化器の収束速度を決めるステップゲインμは、等化する対象に応じて最適な値を選ぶ必要があることは前述した。
【０００７】
ここで、ｈi(n)は残留振幅誤差を補償するものであるが、例えばＦＷＡのような固定無線では、急激な振幅変動は少ないためステップゲインμは小さくすることができるが、移動体無線のように急激な振幅変動が大きいシステムでは、収束速度を速くするためにステップゲインμを大きくする必要がある。また振幅変動のステップゲインはＡＧＣループの制御誤差の大きさや無線フレーム長とシンボルレートに対するフレーム中の振幅変動にも関係するパラメータである。
また、ｈq(n)は残留位相誤差を補償するのが目的であるが、ステップゲインμは、ＡＦＣ制御の精度に依存する残留周波数オフセットの量や局部発信器の位相雑音の大きさで決まる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−７４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の図８の等化器では、残留振幅誤差を補償するｈi(n)と残留位相誤差を補償するｈq(n)のステップゲインμは同じ値であったために、例えばＦＷＡシステムのように固定無線で残留振幅誤差が小さく、無線周波数が数十ＧＨｚと高く残留位相誤差の大きいシステムでは、収束速度を速くする必要のある残留位相誤差補償に最適なステップゲインμに設定する必要がある。これでは、残留振幅誤差は少なく収束速度は遅くても構わないｈi(n)に対して過大なステップゲインμを与えることになり、結果的に残留等化誤差が大きくなり、これが等化器の機器劣化となってエラーレートに悪影響を与えるという問題があった。つまり、残留振幅誤差補償と残留位相誤差のそれぞれについて最適なステップゲインを設定できなかった。
【００１０】
本発明は、上述した背景からなされたものであり、残留振幅誤差補償と残留位相誤差補償の双方を最適に機能させて、信号劣化を最小限に抑えることが可能な等化器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
単一の等化器において、振幅等化と位相等化の夫々の収束速度を決定するステップゲインを別個に設定することを特徴とする等化器。（ただし「単一」とは１タップの意味でなく、タップ係数が１つのアルゴリズムで共に制御されるという意味であり、タップ数は任意である。）
【００１２】
適応アルゴリズムで１つ（ないし複数）のタップ係数を更新し、入力信号の位相誤差が０のときに前記タップ係数の虚部を０にするように収束する１（ないし複数）タップの等化器であって、
振幅補償用及び位相補償用としてステップゲインμi (n)、μq (n)を夫々設け、
前記（１ないし複数の）タップ係数の（夫々について、）更新量の実部及び虚部に、前記ｈi (n)、ｈq (n)をそれぞれ別個に乗算して現在のタップ係数に加算することでタップ係数を更新することを特徴とする等化器。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にかかる歪補償直交変調器によれば、残留振幅誤差補償と残留位相誤差補償の双方が最適に機能するので、信号劣化を最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、実施例を通じて説明するが、実施例は本発明の一例に過ぎず、本発明は実施例で具体的に記載された数値、処理順序、実現手段（ハードウェア）に限定されるものではなく、異ならせてもよい。例えば、実施例１はシンボルレートで動作する１タップの等化器について述べているが、これに限定するものではない。
また本発明は、特許文献１ないし実施例の中で参照される本願と同一出願人による先の特許出願の記載と組み合わせることを妨げない。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の等化器を適用したＦＷＡ用受信機のブロック図である。
ミキサ１は、入力された中間周波信号ＩＦ１をサンプリング可能なＩＦ２にダウンコンバートする。
ＡＧＣ２は、変動するＩＦ２の振幅をＡＤＣ３のダイナミックレンジ内で安定化するように利得制御する。
ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）３は、ＡＧＣ２の出力信号をシンボルレートの２倍のサンプルレートでＡ／Ｄ変換する。
直交検波部４は、ＡＤＣ３でサンプリングされたデジタル信号をＩ相、Ｑ相のベースバンド信号に変換する。
同期処理部５は、ＵＷ区間中に動作し、直交検波後のベースバンド信号から既知のＵＷ（ユニークワード）信号と相関値を求め、その結果からＡＧＣ制御、ＡＦＣ制御、シンボル同期、フレーム同期を行う。
ＶＣＯ（Voltage Controled Oscillators）６は、同期処理部５のＡＦＣ制御に従って、ミキサ１に与えるローカル信号を発振する。
ＶＣＯ７は、同期処理部５のシンボル同期機能により再生されたシンボルタイミングを発生し、後段のデジタル処理の内部クロックとして与える。
等化処理部８は、同期処理部５にて確立されたフレーム同期が通知されると、直交検波後のベースバンド信号から、初期位相誤差検出、適応等化処理、変調方式情報の復号を行う。
初期位相補正９は、等化処理部８から通知された初期位相誤差に基づき、直交検波後のベースバンド信号に対し、１無線フレーム中に一定の位相回転を施す。初期位相補正９は、例えば複素乗算器である。
等化器１０は、ＵＷ区間中にトレーニングを行い、それ以降の区間では一定のタップ係数で動作する等化器であり、タップ数は８である。等化器１０にはシンボル同期の精度を上げる役割もあるため、２倍オーバサンプリングで動作する。
等化器１１は、判定帰還形の等化器であり、タップ数は１である。等化器１１の出力がシンボル判定され、受信機の出力データとなる。等化器１１はシンボルレートで動作する。
【００１６】
図２は、無線フレーム構成及び各機能の動作区間を示す図である。無線フレームはＣＷ、ＵＷ、ＣＣＨ、ＤＡＴＡで構成されており、ＵＷ（Unique Word）はＰＮ４（１５シンボル）が（８＋８／１５）回繰り返されている。ＣＣＨ（Control CHannel）は変調方式情報等の制御情報である。ＵＷとＣＣＨの変調方式は常にＢＰＳＫである。ＤＡＴＡ区間はＱＰＳＫから１０２４ＱＡＭまでの変調方式を用いた適応変調が行われ、シンボル判定をする際には、ＣＣＨにある変調方式情報を用いる。
【００１７】
図３は、同期処理部５が計算するＵＷ相関値の一例である。同期処理部５は、ＰＮ４（１５シンボル）との相関値を１または０．５シンボル間隔で計算する相関器（例えばマッチトフィルタ）を備えるが、ＵＷはＰＮ４（１５シンボル）が（８＋８／１５）回繰り返されているので、ＵＷ区間中に８本のピーク値（Ａ(1)〜Ａ(8)）が現れる。
ＡＧＣ制御は、８本の相関ピーク値の電力の和Ｐと目標電力の差分（又は比）でＡＧＣループを制御する。具体的には、例えば特開２００４−２４２１３７に記載された方法でも良い。
またＡＦＣは、隣接する相関ピーク値の７つのペアの相対位相差ΦからＡＦＣループを制御する。例えば、相対位相差Φは、
【数１】
2006121400.tif 000003
により求め、これをＶＣＯ６の制御電圧に与える。或いは特願２００４−１９５５８に記載された方法でも良い。
シンボル同期は、相関ピーク位置の１／２シンボル前後の位置における相関電力値の差を８つのピークについて累積し、これを相関ピーク電力値の累積値で割ったものを位相誤差とするＰＬＬにより制御する。
このようにシステム同期が確立されれば、等化処理部８に通知される。なおシンボル同期が確立された以降の処理は、サンプルレートをシンボルレートと同じにしても良い。
【００１８】
図４、図５及び図６は、各部のコンステレーションを示す図である。図４(a)〜(c)はＣＷ、ＵＷ区間を通したコンステレーション、図５及び図６は無線フレーム全体すなわちＣＷ、ＷＵ、ＣＣＨ、ＤＡＴＡ（１０２４ＱＡＭ）区間を通したコンステレーションである。
等化処理部８は、ＣＷ区間において図４(a)に示される直交検波後のベースバンド信号から初期位相誤差を検出し、初期位相誤差情報を初期位相補正部８に通知する。初期位相誤差の検出は、例えば特願２００４−１９５５８に記載されているように、各シンボルの偏角と４５°との差分を求めて、ＣＷ区間の時間分、平均した値を初期位相誤差とすることで行う。偏角の差分ではなく複素共役乗算値を平均しても良い。その結果、初期位相補正部９はＣＷのシンボルが４５°の角度に位置するようコンステレーションを回転させ、図４(b)のような信号を出力する。
等化処理部８は次に、ＵＷ区間において等化器１０と協働し、ＬＭＳアルゴリズムによりＵＷをトレーニング信号として等化器１０のタップ係数の更新（適応等化処理）を行う。等化器１０は、更新されたタップ係数を用いて逐次、波形等化を行い、図４(c)に示されるような信号を出力する。
【００１９】
図５は、等化器１０の出力のコンステレーションである。ＣＷ、ＵＷ区間では、初期位相補正８、等化器１０の機能によりシンボル点（４５°及び−１３５°の角度で濃く見える点）がはっきりと見えているが、１０２４ＱＡＭのＤＡＴＡ区間では、残留位相誤差によりコンステレーションが徐々に回転し、シンボル判定をすることが困難になっている。この残留位相誤差は、ＵＷ区間に同期処理部５が行ったＡＦＣ制御の残留周波数オフセットと局部発信器の位相雑音が原因である。この残留位相誤差を補償するためのものが等化器１１である。
【００２０】
図６は、等化器１１の出力のコンステレーションである。等化器１１は、ＵＷ区間ではタップ係数がｈi(n)＝１、ｈq(n)＝０に固定されてスルー動作をし、ＣＣＨ区間及びＤＡＴＡ区間では、等化処理部８でＣＣＨから復号された変調方式情報を用いて、シンボル判定結果を参照シンボルとしてトラッキング動作を行う。
図６に示されるように、残留位相誤差を補償してシンボル判定が可能であることが分かる。また、等化器１１は、ＵＷ区間に同期処理部５が行ったＡＧＣ制御の残留誤差、または、ＵＷ区間以降のレベル変動等の残留振幅誤差も補償することが可能である。
【００２１】
図７は等化器１１のブロック図であり、本発明の特徴を含んでいる。従来の１タップ等化器との違いは、ステップゲインが残留振幅誤差補償のｈi(n)の収束速度を決めるステップゲインμiと、残留位相誤差補償のｈq(n)の収束速度を決めるステップゲインμqとに分かれていることである。つまり、タップ係数の更新式は以下のように表される。
ｈi(n+1)＝ｈi(n)＋μi・Ｒｅ［ｕ(n)*ｅ(n)］
ｈq(n+1)＝ｈq(n)＋μq・Ｉｍ［ｕ(n)*ｅ(n)］
ステップゲインμは複素数になったが、μi及びμqはｕ(n)ｅ(n)の実部及び虚部とそれぞれ別個に乗算されるのであって、μとｕ(n)ｅ(n)が複素乗算されるわけではない。
【００２２】
本実施例のように、振幅変動が小さく（遅く）、位相変動が大きい（速い）場合、μiをμqより小さく設定する。これにより、振幅誤差と残留位相誤差の双方に対して、変動に追従できる収束速度としつつ、収束状態における不要な振動を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１に係るＦＷＡ用受信機のブロック図
【図２】実施例１に係るＦＷＡ用受信機の無線フレーム構成及び各機能の動作区間を示す図
【図３】実施例１に係るＦＷＡ用受信機の同期処理部が計算するＵＷ相関値の一例
【図４】実施例１に係るＦＷＡ用受信機の各部のコンステレーション
【図５】実施例１に係るＦＷＡ用受信機の等化器１０出力のコンステレーション
【図６】実施例１に係るＦＷＡ用受信機の等化器１１出力のコンステレーション
【図７】実施例１に係るＦＷＡ用受信機の等化器１１のブロック図
【図８】従来の１タップ等化器のブロック図
【符号の説明】
【００２４】
１  ミキサ
２  ＡＧＣ
３  ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）
４  直交検波部
５  同期処理部
６，７  ＶＣＯ
８  等化処理部
９  初期位相補正
１０，１１  等化器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図５】
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【図６】
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