(57)【要約】FTN信号伝達に関する反復タイミング回復のための方法及び装置が提供される。反復タイミング回復方法及び装置は、等化されたFTN信号を整合する最大事後確率（MAP）デコーダの前の追加の等化器を用いた前方誤り訂正ブロックから切り詰められた符号間干渉（ISI）ターゲットにフィードバックタイミング誤り信号を用いる。タイミング誤りは、その後、変更M&Mタイミング誤り検出器を用いて生成される。
2012528523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反復タイミング回復のための方法であって、
入力信号の適応等化を実行するステップと、
当該適応等化された入力信号の最尤系列推定を実行して、シンボルタイミングを検出するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
シンボルタイミング回復のための装置であって、
入力信号の適応等化を実行するための適応等化器と、
当該適応等化された入力信号の最尤系列推定を実行して、シンボルタイミングを検出するシンボル検出器と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項３】
反復タイミング回復のための方法であって、
整合フィルタを用いて補間された第１の誤り信号をフィルタリングするステップと、
当該フィルタリング済みの補間された第１の誤り信号を等化するステップと、
M&Mタイミング誤り検出器を用いてタイミング誤りを検出して、第２の誤り信号を生成するステップと、
前記第２の誤り信号を用いてナイキスト速度より速い信号伝達を使用する信号のタイミングを回復するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項４】
反復タイミング回復のための装置であって、
補間された第１の誤り信号をフィルタリングする整合フィルタと、
当該フィルタリング済みの補間された第１の誤り信号を等化する等化器と、
M&Mタイミング誤り検出器を用いてタイミング誤りを検出して、第２の誤り信号を生成するタイミング誤り検出器と、
前記第２の誤り信号を用いてナイキスト速度より速い信号伝達を使用する信号のタイミングを回復する回復回路と
を備えることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受信器システムにおける反復タイミング再生のための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
キャリア再生スキーマは、フィードフォワード構造及びフィードバック構造の２つの構造に分類することができる。
【０００３】
フィードバックキャリア再生は、デジタル位相ロックループ（PLL: Phase Locked Loop）を使用して、キャリア位相及び周波数オフセットを追跡（track out）する。しかしながら、フィードバックキャリア再生は、判定指向型又は非データ支援型アプローチに依存して、各時点での位相誤りを見積もる。判定指向型アプローチにおいて、判定誤りは追加の自己ノイズを引き起こすことになる一方で、非データ支援型アプローチは多元位相偏移変調（MPSK: multiple phase shift keying）フォーマットの限られた数のみに適用することができる。さらに、フィードバックキャリア再生スキーマは、位相の曖昧さに起因して多くの誤りを引き起こし得るサイクルスリップによって不安定化することができる。フィードフォワードキャリア再生は、サイクルスリップの可能性を低減するために使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フィードフォワードキャリア再生は、データシステムで具現化される周知のデータシンボル（例えば、パイロット又は同期シンボル）に依存する。パイロット又は同期間隔中にデータが伝送されないため、これは帯域効率を低減する。フィードフォワードキャリア再生の第２の欠点は、測定ブロック間の位相ノイズによる大きな周波数オフセット又は位相変化を再生することができないことである。
【０００５】
ナイキスト速度より速い（FTN: Faster-than-Nyquist）信号伝達（signaling）は、FTNが信号対ノイズ比（SNR: Signal-to-Noise Ratio）、帯域幅（BW: bandwidth）、及びビットエラーレート（BER: bit error rate）の間の簡単なトレードオフを可能にするため、次の世代の伝送システムに関して重要になっている。FTN信号伝達におけるタイミング再生は、シンボル期間が高い帯域効率を得るために時間をとるとき、強いISI効果による大きな挑戦となる。
【０００６】
本発明の原理のもと、反復タイミング再生が、前方誤り訂正（FEC: forward error correction）ブロックからのフォードバックタイミング誤り信号を用いたFTN信号伝達のために提案される。ＦＥＣブロックは、低密度パリティ検査信号（LDPC: Low Density Parity Check）、ターボデコーダ、又は低出力ビタビアルゴリズム（SOVA: soft output Viterbi algorithm）などのいわゆるソフトデコーダにより実現することができる。現在の着想において、ＭＡＰデコーダは、FTN信号の符号間干渉（ISI: inter symbol interference）応答を整合するために用いられる。追加の等化器が、等化されたFTN信号と切り詰められた（truncated）ISIターゲットとを一致させる最大事後確率（MAP: maximum a posteriori）デコーダの前段に利用される。タイミング誤りは、その後、変更（modified）M&M（Mueller and Muller）タイミング誤り検出器（TED: timing error detector）を用いることにより生成される。
【０００７】
反復シンボルタイミング再生は、ISIがFTN信号伝達に関して厳しい問題となるときに用いられる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従来技術のこれらの及び他の欠点及び短所は、位相シフトキーイングシステムにおける反復タイミング及びキャリア回復のための方法及び装置を目的とする本発明により解決される。
【０００９】
本発明の一態様によると、反復タイミング回復に関する方法が提供される。本方法は、シンボルタイミングを回復するために、適応等化及び最尤系列推定を実行するステップを備える。
【００１０】
本発明の他の態様によると、反復タイミング回復のための装置も提供される。当該装置は、シンボルタイミングを回復するために、適応等化を実行するための適応等化器と、最尤系列推定を実行するためのシンボル検出器とを備える。
【００１１】
本発明の他の態様によると、反復タイミング回復に関する方法が提供される。本方法は、補間された（interpolated）第１の誤り信号を整合フィルタを用いてフィルタリングするステップと、当該フィルタリング済みの挿入された第１の誤り信号を等化（equalizing）するステップと、M&Mタイミング誤り検出器を用いてタイミング誤りを検出して、第２の誤り信号を生成するステップと、前記第２の誤り信号を用いてナイキスト速度より速い（FTN: Faster-than-Nyquist）信号伝達を使用する信号のタイミングを回復するステップとを備える。
【００１２】
本発明の他の態様によると、反復タイミング回復のための装置も提供される。当該装置は、挿入された第１の誤り信号を整合フィルタを用いてフィルタリングするための整合フィルタと、当該フィルタリング済みの挿入された第１の誤り信号を等化するための等化器と、M&Mタイミング誤り検出器を用いてタイミング誤りを検出して、第２の誤り信号を生成するためのタイミング誤り検出器と、前記第２の誤り信号を用いてナイキスト速度より速い（FTN: Faster-than-Nyquist）信号伝達を使用する信号のタイミングを回復するための回復回路とを備える。
【００１３】
本発明のこれらの及び他の態様、特徴、及び利点は、添付の図面と関連して読まれるべき例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】FTN信号伝達に関する等化を利用した平均最小二乗誤差（LMSE: least-mean-square error）推定に関する装置を示す図である。
【図２】FTN信号伝達に関する反復タイミング回復のための装置を示す図である。
【図３】反復タイミング回復のための方法を示す図である。
【図４】FTN信号伝達に関する反復タイミング回復のための方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
伝送システムに関する反復タイミング回復のためのアプローチが本明細書に説明される。
【００１６】
FTN信号伝達は、メモリを伴うチャネル応答としてモデル化することができる。さらに、チャネルを制限する加法性ホワイトガウスノイズ（AWGN: Additive White Gaussian noise）帯域における最適信号検出器は、先験的情報を利用可能な場合、最大尤度検出器又は最大事後確率検出器である。また、FTN信号伝達に関する最適信号検出器は、現在のシンボルに依存しないだけでなく、隣接シンボルにも依存しないことは明らかである。隣接シンボルにより導入された干渉は、符号間干渉（ISI）と呼ばれる。ISI歪み信号は、トレリス構造でモデル化され、そのメモリはしばしば無限である。そのため、トレリスにおける無限状態は、シンボル検出を考慮しなければならない。この問題を解決する１つの方法として、準最適復号構造を用いることにより復号プロセスにおける状態の数を減らすことである。本開示において、最尤系列推定（MLSE: Maximum Likelihood Sequence Estimation）は、メモリを伴うチャネルに関して最適検出能力を達成するために用いられる。それにも関わらず、変形は、ISI応答の切り詰め（trancation）によって実現される状態の数の低減によりMLSE上でなされる必要があり、準最適化を引き起こすが、シンボル検出を実現可能である。切り詰めは、ISI歪み信号の周波数応答を歪曲し、そのためMLSEは、以下でより詳細に説明されるMLSEと適応等化検出との組み合わせに変更される。
【００１７】
最尤系列推定（MLSE）は、Forney and Viterbi[Fo73]によって最初に言及され、最適検出は、トレリスを介して最大尤度パス（最尤系列）を推定するビタビデコーダを用いたViterbi[Vit67]によって与えられた。Bahl、Cocke、Raviv、及びJelinekはさらに、各シンボル決定に関するソフト出力値を生成するECJRアルゴリズム[BCJR74]によって最尤系列推定を改善する。この論文において、BCJRアルゴリズムは、FTN信号検出に関して説明される一方で、複雑性はMax-log-MAPデコーダ[Ko90][Er94]によってさらに低減される。Max-log-MAPデコーダは、トレリスを介した後方及び前方再起に依存する。最尤系列推定（MLSE）デコーダの設計上で最も重要なステップは、状態推移確率又はいわゆるブランチメトリック（branch metrics）の定義である。それゆえに、受信したシンボルｙとISI応答ターゲットｔ（ｓ，ｓ’）との間のユークリッド距離は、式（１）で示されるように、
ｘ（ｓ，ｓ’）＝‖ｙ[ｎＴs]−ｔ（ｓ，ｓ’）‖2          （１）
で求められる。ここで、ｓは後者状態（successor states）として定義され、ｓ’はトレリスにおける現在状態（current state）として定義される。各状態切り詰めに関するターゲットｔ（ｓ，ｓ’）は、切り詰めISI長Ｌを有する切り詰めISI応答波形ｈｍでチャネルメモリ内の可能な候補を折り畳む（folding）ことにより生成される。BPSK変調に関して、我々は、
【００１８】
【数１】
2012528523.tif 000003
【００１９】
を得る。
【００２０】
Max-log-MAP復調プロセスは、その後、前方並びに後方再起、及び事後確率対数尤度比LLR計算[WH00]にさらに分けられる。
５（１）前方再起
【００２１】
【数２】
2012528523.tif 000004
【００２２】
（２）後方再起
【００２３】
【数３】
2012528523.tif 000005
【００２４】
（３）事後確率LLR計算
【００２５】
【数４】
2012528523.tif 000006
【００２６】
ここで、下付き文字ｋは、トレリスの時間インデックスを定義することに留意すべきである。
【００２７】
我々は、切り詰めISI応答は、実現可能MLSE検出器を実装するために用いられなければならないことを言及する。切り詰めISI応答ＨISI（ｊ）と真のISI応答Ｈpost（ｊ）との間の振幅差がいまだにあるということに留意すべきである。それゆえ、適応等化器は、MLSE検出器の前に用いられるべきである。等化器を適用するために、平均最小二乗誤差（LMSE）適用[Ｈａｙ０１]が用いられる。LMSE適用は、下記の式で当たれられる、等化されたシンボルｙ’(ｎＴs)と所望のシンボルｄ(ｎＴs)との間の平均最小二乗誤差を最小化する。
ｅ(ｎＴs)＝ｙ’(ｎＴs)−ｄ(ｎＴs)        （６）
等化を用いるLMSEは、図１に示される。フィルタ係数ベクトルｗ(ｎＴs)は、以下の式で表される。
ｗ(ｎＴs)＝ｗ((ｎ−１)Ｔs)＋μ[ｅ(ｎＴs)ｘ(ｎＴs)]      （７）
ここで、ｘ(ｎＴs)＝[ｙ(ｎＴs)，ｙ((ｎ−１)Ｔs)，…，ｙ((ｎ−Ｌ＋１)Ｔs)]Tであり、ＬはFIRフィルタの長さであり、（□）Tは転置操作を表し、μはステップサイズである。標準的なタイミング誤り検出の性能は、FTN信号伝達が用いられるときに低下する。MLSE等化に基づく変調シンボル検出器は上述した。出願人による他の開示において提案された２−ステップアプローチにおける洗練されたステップのタイミング誤り検出器性能を改善するために、MLSE等化反復タイミング誤り検出器が本開示において提案される。反復タイミング誤り回復を実装するために、[MMF98]に与えられる最急降下に基づくタイミング誤りε’(ｎＴs)に関する反復検索処理のための等化が我々のシステムに適用される。
【００２８】
【数５】
2012528523.tif 000007
【００２９】
タイミング誤りε’に関する目的関数Ｌ(ｙ(ｎＴs)|ａ, ε’)を最大化するために、我々は変更（modified）M&Mタイミング誤り検出器を用いてタイミング誤り推定におけるISI歪みを考慮する。変更M&Mタイミング誤り検出器は、
【００３０】
【数６】
2012528523.tif 000008
【００３１】
ここで、ｙ’(ｎＴs)は等化器出力であり、ａ’(ｎＴs)はMax-log-MAPデコーダからの現在の決定（current decision）であり、ａ’(ｎＴs)は切り詰めインパルス応答で畳み込まれて（convolved）、式（２）を用いてａ’’(ｎＴs)を生成する。FTN信号伝達のための提案された反復タイミング回復は、図２に示される。
【００３２】
本発明の一実施形態は、図１に例示される。図１は、反復タイミング回復のための装置を示す。FIRフィルタは、入力信号をフィルタリングするために用いられる。入力信号はまた、第１のMax-log-MAP及び等化器ブロックと信号通信する。FIRフィルタは、平均最小二乗（LMS）ブロックによる制御下の係数を有する。LMSブロックは、第１のMax-log-MAP並びに等化器ブロックの出力、及び加算回路の出力を入力として受け取る。加算回路は、第２のMax-log-MAP回路と信号通信する非反転入力端子と、ターゲットパルス形成回路から来る第２の反転入力端子とを有する。FIRフィルタの出力端子は、第２のMax-log-MAP回路及び第３のMax-log-MAP回路と信号通信する。第３のMax-log-MAP回路の出力は、ターゲットパルス形成回路の入力端子と信号通信し、装置の出力として用いられる。第２のMax-log-MAP回路の出力はまた、等化器シンボルを表す装置の出力である。
【００３３】
本発明の他の実施形態は、図２に例示される。図２は、ナイキスト速度より速い（FTN）信号伝達に関する反復タイミング回復のための装置を示す。補間器の出力端子は、整合フィルタの入力端子と信号通信する。整合フィルタの出力端子は、等化器と信号通信する。等化器の出力端子は、Max-log-MAPブロックと信号通信し、Mueller & Muller（M&M）タイミング誤り検出器（TED）ブロックと信号通信する。Max-log-MAPブロックの出力端子は、符号間干渉（ISI）フィルタの入力端子と信号通信する。ＩＳＩフィルタの出力端子は、M&M TEDの第２の入力端子と信号通信する。M&M TEDの出力端子は、乗算回路の第１の入力端子と信号通信する。乗算回路の第２の入力端子は、変数である。乗算回路の出力端子は、加算回路の第１の非反転入力端子と信号通信する。加算回路の第２の入力端子は、加算回路出力の遅延バージョンであり、加算回路は補間器の入力端子と信号通信もする。
【００３４】
本発明の他の実施形態は、図３に例示される。図３は、反復タイミング回復のための方法を示す。本方法は、適応等化ステップ３１０と、平均最小二乗推定ステップ３２０とを備える。
【００３５】
本発明の他の実施形態は、図４に例示される。図４は、ＦＴＮ信号伝達に関する反復タイミング回復のための方法を示す。本方法は、フィルタリングするステップ４１０と、等化（equalizing）するステップ４２０と、検出するステップ４３０と、タイミングを回復するステップ４４０とを備える。
【００３６】
図に示される様々な要素の機能は、専用のハードウェアとともに適切なソフトウェアと共同してソフトウェアを実行可能なハードウェアの使用を介して提供することができる。プロセッサによって提供されるとき、単一の専用プロセッサ、単一の共有プロセッサ、又はいくつかを共有することができる複数の個々のプロセッサによって、機能を提供することができる。さらに、用語「プロセッサ」又は「コントローラ」の明確な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアを排他的に言及するように解釈すべきではないし、限定ではなく、デジタルシングルプロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ソフトウェアを記録するための読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び不揮発性ストレージを暗に含むことができる。
【００３７】
従来型及び／又はカスタムの他のハードウェアも含むことができる。同様に、図に示される任意のスイッチは概念的である。これらの機能は、プログラムロジックの操作を介して、専用のロジックを介して、プログラムロジック及び専用ロジックの相互作用を介して、又は手動でさえ実行することができ、実装者によって選択可能な特定の技術は文脈からより詳細に理解される。
【００３８】
ここで、発明の詳細な説明は、上述された本発明の多くの付随する利点及び特徴を与えることになる。例えば、ある利点は、シンボルタイミングを回復するために適応等化及び最尤系列推定を実行するステップを備える反復タイミング回復のための方法である。他の利点は、シンボルタイミングを回復するために、適応等化を実行する適応等化器と、最尤系列推定を実行するシンボル検出器とを備える反復タイミング回復のための装置である。他の利点は、整合フィルタを用いて補間された第１の誤り信号をフィルタリングするステップと、当該フィルタリング済みの補間された第１の誤り信号を等化するステップと、M&Mタイミング誤り検出器を用いてタイミング誤りを検出して、第２の誤り信号を生成するステップと、前記第２の誤り信号を用いてナイキスト速度より速い信号伝達を使用する信号のタイミングを回復するステップとを備える反復タイミング回復のための方法である。さらに他の利点は、補間された第１の誤り信号をフィルタリングする整合フィルタと、当該フィルタリング済みの補間された第１の誤り信号を等化する等化器と、M&Mタイミング誤り検出器を用いてタイミング誤りを検出して、第２の誤り信号を生成するタイミング誤り検出器と、前記第２の誤り信号を用いてナイキスト速度より速い信号伝達を使用する信号のタイミングを回復する回復回路とを備える反復タイミング回復のための装置である。
【００３９】
本発明の詳細な説明は、本発明を例示する。従って、当業者は、本明細書に明確に記載又は示されていないが、本発明を具現化し、その精神及び範囲内に含まれる様々なアレンジメントを案出可能となることが理解されるであろう。
【００４０】
本明細書に記載された全ての例示及び条件付の言語は、従来技術を超えた発明者によって貢献される本発明及び概念を理解することにおいて読み手を補助するための教育上の目的に向けられたものであり、そのような詳細に記載された例示及び条件に限定せずに解釈されるものである。
【００４１】
さらに、本発明の原理、態様、及び実施形態とともにそれらの特定の例示を記載した本明細書の全ての提示は、それらの構造的及び機能的同等物の両方を網羅することを目的とする。加えて、そのような同等物は、現在周知の同等物及び将来開発される同等物、すなわち、構造に関わらず同等の機能を実行するように開発された任意の要素の両方を含む。
【００４２】
従って、例えば、本明細書で提示されるブロック図は、本発明を具現化する例示的電気回路の概念図を表すことが当業者によって理解されよう。同様に、任意のフローチャート、フロー図、状態移行図、擬似コードなどは、コンピュータ可読媒体において実質的に表されることができ、そのようなコンピュータ又はプロセッサが明確に示されているかどうかに関わらず、コンピュータ又はプロセッサによって実行される様々な処理を表す。
【００４３】
特許請求の範囲において、特定された機能を実行するための手段として表された任意の要素は、例えば、ａ）その機能を実行するための回路の組み合わせ、又はｂ）任意のフォームのソフトウェア、すなわち、ファームウェア、マイクロコードなどを含む、機能を実行するためのソフトウェアを実行するための適切な回路と結合するソフトウェアを含む機能を実行するためのあらゆる方法を包含することを意図している。そのような特許請求の範囲によって定められたような本発明は、様々な記載された手段によって提供される機能性が特許請求の範囲が要求する手法においてともに結合及びもたらされるという事実に属する。従って、これらの機能性を提供する任意の手段は、本明細書で示されたものと同等であると考えられる。
【００４４】
本明細書において本発明の「ある実施形態」又は「一実施形態」への言及は、それらの他の変形と同様に、実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、特性などが本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれるということを意味する。従って、本明細書を通して様々な場所に出現する「ある実施形態において」又は「一実施形態において」というフレーズの体裁は、任意の他の変形と同様に、同様の実施形態を全て言及する必要はない。
【図１】
2012528523.tif 000009
【図２】
2012528523.tif 000010
【図３】
2012528523.tif 000011
【図４】
2012528523.tif 000012
【国際調査報告】
2012528523.tif 000013
2012528523.tif 000014
2012528523.tif 000015
2012528523.tif 000016
2012528523.tif 000017