(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送チャネル上を伝送された信号の等化のための等化装置であって、
送信信号系列に接続されたフィードフォワード型等化器と、
上記フィードフォワード型等化器の出力側に接続され、該出力信号を判断する信号判断器と、
上記信号判断器の出力に接続された判定フィードバック型等化器と、
上記信号判断器の出力に接続され、帯域限定された判定フィードバック型等化器と、
上記フィードフォワード型等化器、判定フィードバック型等化器および帯域限定された判定フィードバック型等化器の各出力を加算する加算器と
を有することを特徴とする等化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の等化装置において、
前記帯域限定された判定フィードバック型等化器が、帯域限定手段および波形整形手段からなることを特徴とする等化装置。
【請求項３】
請求項２に記載の等化装置において、
前記帯域限定手段としてＩＩＲフィルタを用いることを特徴とする等化装置。
【請求項４】
請求項２に記載の等化装置において、
前記波形整形手段としてＦＩＲフィルタを用いることを特徴とする等化装置。
【請求項５】
請求項４に記載の等化装置において、
前記ＦＩＲフィルタの係数を、回線に応じて適応的に変更することを特徴とする等化装置。
【請求項６】
請求項１に記載の等化装置において、
前記伝送チャネルを伝送毎に調査し、スペクトラル・ヌルを有する、もしくは近ヌルを示す帯域を調べ、調査結果に応じて帯域制限を行うことを特徴とする等化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モデムなどの通信機器や磁気記録装置などで用いられる波形等化を行う等化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
モデム等通信の分野では、回線により劣化を受けた受信波形をもとの送信波形に復元する必要がある。この復元を行う等化器のなかで、最も一般的なものは、FIR型フィルタの係数を、回線に応じてＬＭＳ(Least Mean Square)方式で更新することにより、回線の伝達関数Hの逆関数Ｈ-1を実現する自動等化器である。
しかしながら、このＦeed Ｆorward型の等化器（以下 ＦＦＥ: Feed Forward Equalizer）は、伝達関数の逆関数Ｈ-1を用いて等化を行うため、高域や低域のノイズを強調してしまうという難点がある。
【０００３】
このノイズ強調を防ぐために考案されたものが、判定帰還形等化器（以下 ＤＦＥ: Decision Feedback Equalizer）である。ＤＦＥは、受信器により判定された信号系列を(１−Ｈ)の特性を持つフィルタに通して得た信号を、受信信号に加えてやることにより、受信信号から符号間干渉を取り除こうとするものである。
しかし、この手法では判定結果を用いるため、後の信号からの影響を取り除くことはできない。そのため、ＦＦＥとＤＦＥを組み合わせて使うことが考えられる。
【０００４】
以上のような問題点に対し、例えば特開平8-8795号公報に記載の「等化装置及び方法」は、ＦＦＥ+ＤＦＥの構成を用いることにより、スペクトル・ヌルにおけるノイズ強調を抑えながら、ＤＦＥを用いる場合に問題となるエラーの伝播を抑えている。すなわち、この等化装置は、公報図５に示すように、フィードフォワード・フィルタと決定エレメントを有する決定指示型等化器からなる教示システム、および上記教示システムの出力を入力とするフィードバック・フィルタとフィードフォワード・フィルタと決定エレメントを有する学習システムから構成される。学習システムに対して受信記号シーケンスの評価を与える教示システムを用いることにより、学習シーケンスを必要とせず、システムのノイズを実質的に増加させずにスペクトル欠損を補償できるような受信記号シーケンスの等化を実現している。
【０００５】
また、例えば、特表平9-506747号公報に記載の「スペクトル・ヌルを有するチャネルの適応式ノイズ予測パーシャル・レスポンス等化」では、等化後に残ったノイズ成分に含まれる自己相関性を用いてノイズの影響を減じようとしている。
すなわち、この等化器は、公報ＦＩＧ.３に示すように、チャネル応答を所定のパーシャル・レスポンス関数に整形する線形PR等化器と、その後段のPRビタビ検出器を備えた線形予測機構から構成されており、線形PR等化器の出力でのノイズ成分および残存妨害成分を白色化し、これによって検出前に可能な最高のSN比を達成することにより、線形パーシャル・レスポンス等化器の出力シーケンスを修正する。しかし、この方法では、主にノイズの低域成分については、ある程度抑えることが可能となるが、充分とは言えない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、前記の「等化装置及び方法」（特開平8-8795号公報参照）は、ＦＦＥ＋ＤＦＥの構成を用い、DFEを用いる場合に起きるエラーの伝播を抑えようとするものである。しかしながら、ＤＦＥを用いることにより、高域のノイズを抑えることは可能となるが、０Hzにスペクトラル・ヌルを持つ低域ノイズに関しては充分に抑えることはできないという問題がある。
一方、前記の「スペクトル・ヌルを有するチャネルの適応式ノイズ予測パーシャル・レスポンス等化」（特表平9-506747号公報）では、スペクトル・ヌル近辺でのノイズ強調の問題に対し、等化後に残ったノイズ成分に含まれる自己相関性を用いてノイズの影響を減じている。しかしながら、強調されたノイズから予測フィルタ出力を引く形となっているため、演算誤差等も大きくなり、もともと含まれていたノイズよりも大きくなってしまうことに変わりはない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、これら従来の課題を解決し、上記のようなスペクトラル・ヌルを持つチャネルにおける等化において、ノイズの強調を行わずに等化を行うことが可能な等化装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の等化装置は、▲１▼フィードフォワード型等化器と、信号判断器と、判定フィードバック型等化器と、帯域限定された判定フィードバック型等化器とこれらの出力を加算する加算器とを有することを特徴としている。
また、上記▲１▼において、▲２▼帯域限定された判定フィードバック型等化器が、帯域限定手段および波形整形手段からなることも特徴としている。
また、上記▲２▼において、▲３▼帯域限定手段としてＩＩＲ（Infinite  Impulse Response)フィルタを用いることも特徴としている。
また、上記▲２▼において、▲４▼波形整形手段としてＦＩＲ（Finite Impulse Response)フィルタを用いることも特徴としている。
【０００９】
また、上記▲４▼において、▲５▼FIRフィルタの係数を回線に応じ、適応的に変更することも特徴としている。
また、上記▲１▼において、▲６▼伝送毎に伝送チャネルを調査し、スペクトラル・ヌルを有する、もしくは近ヌルを示す帯域を調べ、それに応じて帯域制限を行うことも特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の原理および実施例を、図面により詳細に説明する。
（原理および一実施例）
図１は、本発明の一実施例を示す等化装置のブロック構成図である。また、図２は、スライサ出力に誤りがない場合の等価システムである。
この場合には、0Hzにスペクトラル・ヌルを持つ回線に対し、低域のノイズ強調を行わずに等化を行う場合を例にとって、本実施例を説明する。
一般的な ＦＦＥ１０＋ＤＦＥ１２の構成に加え、Low Pass Filter(以下ＬＰＦ)１４およびＦＩＲ Filter１３が追加されている。さらに、スライサ１４も加えられる。
【００１１】
ＬＰＦ１４がスライサ出力の低域成分を取り出し、ＦＩＲフィルタ１３により波形整形され、等化器出力に加算される。等化器が充分にトレーニングされ、スライサ出力に誤りがない場合には、図１は図２のシステムと等価になる。図２における送信信号系列Ｓと等化器出力Ｓ'の間の関係は、以下のような式で表すことができる。
Ｓ'＝(ＳＨ+n)ＨＦＦＥ ＋ ＳＨＤＦＥ ＋ ＳＨＬＰＦＨＦＩＲ
【００１２】
図３は、逆関数による等化の波形による説明図である。
等化器エラーを小さくするということは、Ｓ'をＳに近づけるということになる。ＦＦＥのみで等化器が構成される場合、Ｓ'=(ＳＨ+n)ＨＦＦＥとなることから、ＨＦＦＥは Ｈ-1としての役割を果たすことになる。この場合、図３に示すように、伝達関数 Ｈ のスペクトラル・ヌルもしくはそれに近い周波数帯域のノイズが強調されてしまうことになる。
【００１３】
次に、ＦＦＥ＋ＤＦＥの場合、Ｓ'=(ＳＨ+n)ＨＦＦＥ ＋ ＳＨＤＦＥとなることから、ＨＦＦＥ＝(１−ＨＤＦＥ)Ｈ-1のとき等化器エラーが小さくなり、ｎＨＦＦＥとなる。低域のエラー強調を避けるためには、１−ＨＤＦＥの伝達関数のスペクトルをＨに近づければよい。しかし、ＤＦＥはインパルス応答のpre-cursor部分を除去することが原理的に不可能であるため、ＨＦＦＥによる低域のノイズ強調は若干残ることになる。
【００１４】
ところで、通常、ＤＦＥはタップ数の短い ＦＩＲフィルタで構成される。これは、フィルタ長を長くした場合に起こる計算量やトレーニングの収束速度の問題に対し、得られる利得が少ないためである。短いタップ数からなるということは、DFEの伝達関数の周波数分解能が低いことを表す。一方、スペクトラル・ヌルに近い周波数帯域では、通常、伝達関数は急激に減衰する。
【００１５】
図４は、周波数分解能の低い伝達関数による近似を示す図である。
図４に見られるように、スペクトラル・ヌルに近い領域では、１−ＨＤＦＥの伝達関数のスペクトルは精度よくＨを近似することができない。その結果、ＤＦＥを用いた場合においても、充分に低域のノイズを抑えることはできず、しかもスペクトラル・ヌルの近辺では低域を必要以上に通過させてしまうことにより、新たな等化器エラーを生み出してしまうことになる。
【００１６】
図５は、本発明に使用される低域フィルタ(ＬＰＦ)の特性図であり、図６はＦＩＲにより波形整形されたＬＰＦ出力を示す図である。
本発明の一実施例においては、ＤＦＥに加え、ＬＰＦ＋にＦＩＲを導入する。例えば、ＬＰＦが図５のようなスペクトラムを持つフィルタであるとする。これをＦＩＲを利用して波形整形し、ＬＰＦ+ＦＩＲで図６のような伝達関数を実現すれば、通常のＤＦＥと組み合わせることにより、精度良く Ｈ を近似することができるようになる。よって、通常のＤＦＥのみを用いた場合と比較して、はるかに低域のノイズを抑えることが可能となる。
【００１７】
（代表的実施例）
図７は、本発明の代表的な実施例を示す等化装置の構成図である。
これまでの説明は、０Hzにスペクトラル・ヌルを持つ回線を例に説明してきたが、本発明は任意の周波数帯域にスペクトラル・ヌルを持つ持つ場合にも適用可能である。スペクトラル・ヌルを持つ周波数帯域近辺を精度良く近似することができれば、通常の ＤＦＥ と組み合わせることにより、ノイズの増幅を抑えることができる。図７では、本発明のより一般的な構成を示す等価装置を表している。
【００１８】
（実施例１，２）
すなわち、図７では、図１に示すスライサの代りに信号判断器１１を用い、図１のにＦＩＲ１３とＬＰＦ１４の代りに帯域限定型判定フィードバック等化器１５を用いる（請求項１に対応）。
図７に示す等化器を用いることで、図６に示すと同等のLPF出力が得られるので、スペクトラル・ヌル近辺のノイズを効果的に抑制することができる。
また、帯域限定型判定フィードバック等化器１５として、帯域抽出フィルタ（もしくは帯域制限フィルタ）と波形整形フィルタを組み合わせることにより、スペクトラル・ヌルを持つ周波数帯域近辺を精度良く近似することができる（請求項２に対応）。これにより、容易に帯域限定された判定フィードバック型等化器を実現することができる。
【００１９】
（実施例３，４）
また、帯域抽出フィルタ（もしくは帯域制限フィルタ）として、ＩＩＲを使うことにより、少ないタップ数でより狭帯域の帯域抽出または帯域制限を行うことができる。単純なＩＩＲを用いた場合、帯域外のノイズが大きくなってしまうが、波形整形フィルタと組み合わせることにより、帯域外のノイズの影響を小さくすることが可能となる（請求項３に対応）。ＩＩＲフィルタと波形整形フィルタを用いることにより、少ない計算量とメモリ量で、より狭帯域に帯域制限を行うことができ、ノイズの影響を小さくできる。
また、波形整形フィルタとしてＦＩＲを用いることにより、少ないタップ数でもノイズの少ない波形整形が可能となる（請求項４に対応）。波形整形フィルタとしてＦＩＲ、帯域制限フィルタとしてＩＩＲを用いることで、少ない計算量とメモリ量により、より正確にスペクトラル・ヌル近辺の伝達関数を近似することが可能になるため、効果的にノイズを抑制することができる。
【００２０】
（実施例５）
また、波形整形フィルタとしてＦＩＲを用い、伝送路に応じて適応的に係数を更新することにより、より伝送路の伝達関数に近い伝達関数を実現することができ、ノイズの増幅を抑えることが可能となる。係数の更新方法としては、一般の FFEや DFEで用いられる ＬＭＳ法(最小二乗平均法)などを利用することが可能である（請求項５に対応）。すなわち、ＬＭＳ技術を用いると、フィルタはエラー信号に比例して更新される。このエラー信号は、非監視アルゴリズムにより簡単に計算できる。これにより、より伝送路の伝達関数に近い伝達関数を実現することができるので、ノイズの増幅を抑制することができる。
【００２１】
（実施例６）
さらに、実際のデータ伝送を始める前に、伝送路を調査し、スペクトラル・ヌルもしくは近ヌルを有する帯域を調べ、その帯域に対し帯域制限をかけてやることにより、伝送路に応じた帯域限定型フィードバック等化を行うことが可能となる（請求項６に対応）。伝送路は、地理的位置、伝送経路、干渉あるいは伝送媒体の変動等により伝送特性が形成される。伝送性能を損失させるものとして、多重経路による影響、例えば信号の時間的変動(フェージング)や信号の欠除があり、また高いビット速度での記号間の干渉がある。このような伝送路に対してスペクトラル・ヌルないし近ヌルを有する帯域を測定し、その帯域に対して帯域制限をかける。これにより、伝送路に応じた帯域限定型フィードバック等化を行うことができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、請求項１に記載の等化器を利用することにより、スペクトラル・ヌル近辺のノイズを効果的に抑えることが可能となる。また、請求項２に記載の等化器を利用することにより、容易に帯域限定された判定フィードバック型等化器を実現することができる。
【００２３】
また、請求項３に示すように、帯域制限手段としてＩＩＲフィルタを用いることにより、少ない計算量・メモリ量でより狭帯域に帯域制限を行うことが可能となる。
また、請求項４に示すように、波形整形手段として ＦＩＲフィルタを用いることにより、少ない計算量・メモリ量で、より正確にスペクトラル・ヌル近辺の伝達関数を近似することが可能となり、効果的にノイズを抑えることが可能となる。
【００２４】
また、請求項５に示すように、波形整形フィルタとして ＦＩＲを用い、伝送路に応じて適応的に係数を更新することにより、より伝送路の伝達関数に近い伝達関数を実現することができ、ノイズの増幅を抑えることが可能となる。
さらに、請求項６に示すように、実際のデータ伝送を始める前に、伝送路を調査し、スペクトラル・ヌルもしくは近ヌルを有する帯域を調べ、その帯域に対し帯域制限をかけてやることにより、伝送路に応じた帯域限定型フィードバック等化を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す等化装置の構成図である。
【図２】スライサ出力に誤りがない場合の図１の等価システムを表す図である。
【図３】逆関数による等化を示す波形図である。
【図４】周波数分解能の低い伝達関数による近似の波形図である。
【図５】低域フィルタの例を示す波形特性図である。
【図６】ＦＩＲにより波形整形されたＬＰＦの出力を示す波形図である。
【図７】本発明による代表的な実施例を示す等化装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
１０…ＦＦＥ（Feed Foward Equalizer)、１１Ａ…信号判断器、
１２…ＤＦＥ(Dcision Feedback Equalizer)、
１５…帯域限定型判定フィードバック等化器、１１…スライサ、
１３…ＦＩＲフィルタ、１４…ＬＰＦ(Low Pass Filter)、１６…ノイズ源、
１７…伝達関数。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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