JP2004297536A

JP2004297536A - Adaptive equalization system

Info

Publication number: JP2004297536A
Application number: JP2003088335A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Sato; 文明佐藤
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP4365125B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system for sufficiently following the changes of the transmission environment even in radio communication under environment with rapid changes while realizing an adaptive equalization system since there is a problem that convergence time of an equalization error becomes large, equalization of a data signal is performed before the equalization error is completely converged and an erroneously judged equalization result is outputted since training of a training signal is insufficient though equalization is performed to the training signal at the head of transmission data in the conventional equalization system. <P>SOLUTION: The adaptive equalization system enhances transmission quality since the equalization error is more surely made small and judgment of the equalization result is surely performed by a system for repeatedly performing the equalization for the training. In addition, information signal transmission quantity per frame is increased since training signal length in one frame is reduced and information signal length in one frame is increased by repeatedly performing the training. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陸上通信等に用いられる適応等化方法に係り、特に高速データ伝送を行う際に発生するマルチパスフェージングを補償するための適応等化方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マルチパスフエージング対策のための適応等化方式としては、判定帰還型等化器（ＤＦＥ：ＤｅｃｉｓｉｏｎＦｅｅｄｂａｃｋＥｑｕａｌｉｚｅｒ）などが有効であることが一般に知られている。ＤＦＥは比較的小規模で実現でき、遅延時間が大きな場合でも等化可能である。
【０００３】
ＤＦＥについて図３を用いて説明する。図３は、従来のＤＦＥの構成ブロック図である。従来のＤＦＥは、図３に示すように、ＦＦフィルタ（ＦｅｅｄＦｏｒｗａｒｄＦｉｌｔｅｒ）１５０と、ＦＢフィルタ（ＦｅｅｄＢａｃｋＦｉｌｔｅｒ）１６０と、複素加算器１１２と、データ判定器１１３と、スイッチ１１５と、トレーニング信号発生器１１４と、タップ係数更新部１２１から構成されている。
【０００４】
入力信号（受信ベースバンド信号）がＦＦフィルタ１５０に入力されると、ＦＦフィルタ１５０は、直接波と遅延波を取り込んだダイバーシチ効果を得るための整合処理を実行する。遅延レジスタ１０１〜１０５は、伝送データ信号を１／２シンボル間隔で記憶し、複素乗算器１０７〜１１１は、各々が対応する遅延レジスタ１０１〜１０５の出力に対して、各々が対応する等化用複素タップ係数ｗｗ（ｎ）で複素乗算を行う。
【０００５】
また、ＦＢフィルタ１６０は、前シンボルの判定出力もしくはトレーニング信号発生器１２０からの参照トレーニング信号が入力されるが、これは等化するべき入力信号がトレーニング信号かデータ信号かによってＳＷ１１５で切り替えられる。
【０００６】
ＦＢフィルタ１６０は、判定出力または参照トレーニング信号を帰還し、複素加算器１１２で演算処理を行うことにより、残留遅延波の除去を行う。遅延レジスタ１１６，１１７は、伝搬路において発生するマルチパス遅延波の最大遅延時間に相当するシンボル数を遅延させ、複素乗算器１１８，１１９は、それぞれが対応する遅延レジスタ１１６，１１７の出力に対し、それぞれが対応する等化用複素タップ係数ｗｗ（ｎ）で複素乗算を行う。
【０００７】
ＦＦフィルタ１５０の出力信号とＦＢフィルタ１６０の出力信号は、複素加算器１１２へ入力され、複素加算器１１２で両信号の加算処理が行われ、この結果の出力信号がデータ判定部１１３へ入力される。データ判定部１１３は、複素加算器１１２からの信号を引き込んだ信号点（マッピング値）に対応する１点のマッピング値を選択するものであり、この出力信号は、そのシンボルの等化処理の結果である復調データとして出力されるとともに、ＦＢフィルタ１６０ヘの判定帰還値として用いられる。
【０００８】
複素加算器１２０は、ＳＷ１１５の出力と複素加算器１１２の出力である等化出力との差分を求め、等化誤差として出力する。タップ係数更新部１２１は、ＲＬＳやＬＭＳ等のＭＭＳＥ（ＭｉｎｉｍｕｍＭｅａｎＳｑｕａｒｅＥｒｒｏｒ）アルゴリズムにより、等化用複素タップ係数ｗｗ（ｎ）を更新し、等化誤差の最小化を図る。
【０００９】
このように、適時更新される等化用複素タップ係数ｗｗ（ｎ）で複素乗算を行うことにより、多重波成分のダイバーシチ合成やキャンセル動作を行い、等化機能を実現している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の等化方式では、伝送データの先頭にあるトレーニング信号に対して行うが、トレーニング信号のトレーニングが十分でないため、等化誤差の収束時間が大きくなり、完全に収束しないうちにデータ信号の等化が行われてしまい、誤って判定された等化結果が出力されてしまうという問題点があった。
【００１１】
本発明の目的は、適応等化を実現しつつ、伝送品質の向上を図ることができる適応等化方式を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
従来の適応等化方式でのトレーニングの等化処理は、伝送データの先頭から１回のみの実施であるが、本発明では、トレーニングのための等化処理を複数回行うことにより、トレーニング時の等化誤差を小さくすることで、伝送品質の向上を図る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明によるマルチトレーニング適応等化方式に供する伝送データのフレーム構成を示す。本発明によるフレーム構成は、トレーニング信号の後にデータが配置されている。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態に係るマルチトレーニング適応等化方式の構成を示す。
【００１６】
フレーム検出部１０は、入力信号（受信ベースバンド信号）が入力されると、フレーム中のトレーニング信号（同期ワード）を検出することにより、受信タイミングを捕捉する。フレーム検出部１０は、当該捕捉された受信タイミングに基づき、トレーニング信号をトレーニング信号メモリ１１に、データ信号をデータメモリ１３に出力し、それぞれ格納させる。
【００１７】
ＦＦフィルタ１４は、トレーニング時に、トレーニング信号メモリ１１に格納されたトレーニング信号が入力される。ＦＦフィルタ１４は、タップ係数ｗｗＦＦを用いてフィルタ演算を行う。当該タップ係数ｗｗＦＦは、タップ係数更新部１８に記憶されている値を用いる。
【００１８】
ＦＢフィルタ１５は、トレーニング信号発生器１９より出力される参照トレーニング信号が入力される。ＦＦフィルタ１５は、タップ係数ｗｗＦＢを用いてフィルタ演算を行う。当該タップ係数ｗｗＦＢは、タップ係数更新部１８に記憶されている値を用いる。
【００１９】
複素加算器１６は、ＦＦフィルタ１４およびＦＢフィルタ１５のフィルタ出力を加算し、等化出力を得る。複素加算器１７は、複素加算器１６の等化出力と参照トレーニング信号とが加算され、等化誤差電力和の算出を行う。
【００２０】
タップ係数更新部１８は、複素加算器１７算出された等化誤差電力和において、算出値が最小となるように、最適なタップ係数（タップ係数ｗｗＦＦおよびタップ係数ｗｗＦＢ）を算出する。タップ係数更新部１８は、当該最適なタップ係数を算出した場合、旧タップ係数に替えて新たなタップ係数を更新し、記憶する。当該新たなタップ係数により、ＦＦフィルタ１４およびＦＢフィルタ１５は、それぞれのフィルタ演算を行う。
【００２１】
等化誤差閾値判定部２２は、複素加算器１７算出された等化誤差電力和が入力される，。等化誤差閾値判定部２２は、等化誤差電力和に、トレーニングシンボル分を累積加算して、トレーニング等化誤差を算出する。
【００２２】
等化誤差閾値判定部２２は、トレーニング等化誤差が十分収束するような閾値として、予め決められた所定の値を備えていて、算出されたトレーニング等化誤差電力和と前記閾値との大小の比較を行い、比較結果に基づき、トレーニング等化／データ等化の切り替え制御を行う。
【００２３】
トレーニング／データ等化切替制御部２３は、当該比較結果に基づき、ＦＦフィルタ入力信号選択器１２およびＦＢフィルタ入力信号選択器２０の切り替え制御を行う。当該算出されたトレーニング等化誤差が、予め決められた閾値以下になるまで、トレーニング等化処理を複数回繰り返し、データ等化に最適なタップ係数の算出を行う。
【００２４】
ＦＦフィルタ入力信号選択器１２は、トレーニング等化誤差が予め決められた閾値以下と判定されると、データメモリ１３に格納されたデータを選択し出力する。ＦＢフィルタ入力信号選択器２０は、当該判定がされると、データ判定部２１より出力される等化結果判定値を選択し、復調データとして出力する。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の適応等化方式は、トレーニングのための等化を繰り返し行う方式により、より確実に等化誤差を小さくし等化結果の判定を確実に行えるため、伝送品質を向上させることができる。また、繰り返しトレーニングを行うことにより、１フレーム内におけるトレーニング信号長を減らし情報信号長を増やすことが可能となるため、１フレームあたりの情報信号伝送量を増やすことが可能となる。さらに、トレーニング信号長を減らすことにより、変動の速い環境下での無線通信において、伝送環境の変動に十分追従可能となるため、伝送品質の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマルチトレーニング適応等化方式に供するフレーム構成を示す。
【図２】本発明の一実施形態に係るマルチトレーニング適応等化方式の構成を示す。
【図３】従来の一実施形態に係るＤＦＥ方式（ＤｅｃｉｓｉｏｎＦｅｅｄｂａｃｋＥｑｕａｌｉｚｅｒ）の構成を示す。
【符号の説明】
１０：フレーム検出部、１１：トレーニング信号メモリ、１２：ＦＦフィルタ入力信号選択器、１３：データメモリ、１４：ＦＦフィルタ、１５：ＦＢフィルタ、１６，１７：複素加算器、１８：タップ係数更新部、１９：レーニング信号発生器、２０：ＦＢフィルタ入力信号選択器、２１：データ判定部、２２：等化誤差閾値判定部、２３：トレーニング／データ等化切替制御部
１０１，１０２，１０３，１０４：１／２シンボル遅延素子、１０７，１０８，１０９，１１０，１１１：複素乗算器、１１２：複素加算器、１１３：データ判定部、１１４：トレーニング信号発生器、１１５：ＦＢフィルタ入力信号選択器、１１６，１１７：１シンボル遅延素子、１１８，１１９：複素乗算器、１２０：複素加算器、１２１：タップ係数更新部、１５０：ＦＦフィルタ、１６０：ＦＢフィルタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an adaptive equalization method used for land communication and the like, and particularly to an adaptive equalization method for compensating for multipath fading that occurs when performing high-speed data transmission.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, it is generally known that a decision feedback equalizer (DFE: Decision Feedback Equalizer) is effective as an adaptive equalization method for preventing multipath fading. The DFE can be realized on a relatively small scale, and can be equalized even when the delay time is large.
[0003]
The DFE will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a configuration block diagram of a conventional DFE. As shown in FIG. 3, the conventional DFE includes an FF filter (Feed Forward Filter) 150, an FB filter (Feed Back Filter) 160, a complex adder 112, a data determiner 113, a switch 115, and a training signal. It comprises a generator 114 and a tap coefficient updating unit 121.
[0004]
When an input signal (reception baseband signal) is input to the FF filter 150, the FF filter 150 executes a matching process for obtaining a diversity effect that captures a direct wave and a delayed wave. The delay registers 101 to 105 store the transmission data signal at half symbol intervals, and the complex multipliers 107 to 111 output the output of the corresponding delay registers 101 to 105, respectively, to the corresponding output of the delay registers 101 to 105 for equalization. A complex multiplication is performed with a complex tap coefficient ww (n).
[0005]
Further, the FB filter 160 receives a determination output of a previous symbol or a reference training signal from the training signal generator 120, which is switched by the SW 115 depending on whether the input signal to be equalized is a training signal or a data signal.
[0006]
The FB filter 160 feeds back the judgment output or the reference training signal, and performs an arithmetic process in the complex adder 112, thereby removing the residual delay wave. The delay registers 116 and 117 delay the number of symbols corresponding to the maximum delay time of the multipath delay wave generated on the propagation path, and the complex multipliers 118 and 119 apply the outputs of the corresponding delay registers 116 and 117 respectively. Perform complex multiplication with the corresponding complex tap coefficients ww (n) for equalization.
[0007]
The output signal of the FF filter 150 and the output signal of the FB filter 160 are input to the complex adder 112, the addition processing of the two signals is performed in the complex adder 112, and the resulting output signal is input to the data determination unit 113. You. The data determination unit 113 selects one mapping value corresponding to a signal point (mapping value) from which the signal from the complex adder 112 is pulled in. This output signal is a result of the symbol equalization processing. , And is used as a decision feedback value to the FB filter 160.
[0008]
The complex adder 120 obtains a difference between the output of the SW 115 and the equalized output that is the output of the complex adder 112, and outputs the difference as an equalization error. The tap coefficient update unit 121 updates the complex tap coefficient for equalization ww (n) by an MMSE (Minimum Mean Square Error) algorithm such as RLS or LMS to minimize the equalization error.
[0009]
In this way, by performing complex multiplication with the complex tap coefficient ww (n) for equalization that is updated as appropriate, diversity combining and cancellation operations of multiple wave components are performed, thereby realizing an equalization function.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional equalization method as described above, the training is performed on the training signal at the head of the transmission data. However, since the training of the training signal is not sufficient, the convergence time of the equalization error increases, and before the convergence is complete, There is a problem in that the equalization of the data signal is performed and an erroneously determined equalization result is output.
[0011]
An object of the present invention is to provide an adaptive equalization scheme that can improve transmission quality while realizing adaptive equalization.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In the conventional adaptive equalization method, the training equalization process is performed only once from the beginning of the transmission data. However, in the present invention, the training equalization process is performed a plurality of times to perform training equalization. The transmission quality is improved by reducing the equalization error.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 shows a frame structure of transmission data provided for the multi-training adaptive equalization method according to the present invention. In the frame structure according to the present invention, data is arranged after the training signal.
[0015]
FIG. 2 shows a configuration of a multi-training adaptive equalization scheme according to an embodiment of the present invention.
[0016]
When an input signal (reception baseband signal) is input, the frame detection unit 10 captures a reception timing by detecting a training signal (synchronization word) in a frame. The frame detection unit 10 outputs the training signal to the training signal memory 11 and the data signal to the data memory 13 based on the captured reception timing, and stores them.
[0017]
The training signal stored in the training signal memory 11 is input to the FF filter 14 during training. The FF filter 14 performs a filter operation using the tap coefficient wwFF. As the tap coefficient wwFF, a value stored in the tap coefficient update unit 18 is used.
[0018]
The FB filter 15 receives the reference training signal output from the training signal generator 19. The FF filter 15 performs a filter operation using the tap coefficient wwFB. As the tap coefficient wwFB, a value stored in the tap coefficient update unit 18 is used.
[0019]
The complex adder 16 adds the filter outputs of the FF filter 14 and the FB filter 15 to obtain an equalized output. The complex adder 17 adds the equalized output of the complex adder 16 and the reference training signal, and calculates the sum of the equalized error powers.
[0020]
The tap coefficient updating unit 18 calculates the optimum tap coefficients (the tap coefficient wwFF and the tap coefficient wwFB) such that the calculated value is the minimum in the equalized error power sum calculated by the complex adder 17. When calculating the optimum tap coefficient, the tap coefficient update unit 18 updates and stores a new tap coefficient in place of the old tap coefficient. With the new tap coefficient, the FF filter 14 and the FB filter 15 perform respective filter operations.
[0021]
The equalization error threshold value determination unit 22 receives the sum of the equalization error powers calculated by the complex adder 17. The equalization error threshold value determination unit 22 calculates the training equalization error by cumulatively adding the training symbols to the equalization error power sum.
[0022]
The equalization error threshold value determination unit 22 has a predetermined value as a threshold value such that the training equalization error sufficiently converges, and determines the magnitude of the calculated training equalization error power sum and the threshold value. A comparison is made, and switching control between training equalization and data equalization is performed based on the comparison result.
[0023]
The training / data equalization switching control unit 23 controls switching of the FF filter input signal selector 12 and the FB filter input signal selector 20 based on the comparison result. The training equalization process is repeated a plurality of times until the calculated training equalization error becomes equal to or less than a predetermined threshold, and the optimum tap coefficient for data equalization is calculated.
[0024]
When the training equalization error is determined to be equal to or less than a predetermined threshold, the FF filter input signal selector 12 selects and outputs data stored in the data memory 13. When the determination is made, the FB filter input signal selector 20 selects the equalization result determination value output from the data determination unit 21 and outputs it as demodulated data.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, the adaptive equalization method of the present invention can reduce the equalization error more reliably and reliably determine the equalization result by the method of repeating the equalization for training, so that the transmission quality can be improved. Can be improved. Further, by repeatedly performing the training, it is possible to reduce the training signal length in one frame and increase the information signal length, so that it is possible to increase the information signal transmission amount per frame. Furthermore, by reducing the training signal length, in wireless communication in a fast-changing environment, it becomes possible to sufficiently follow a change in the transmission environment, so that the transmission quality can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a frame configuration provided for a multi-training adaptive equalization scheme according to the present invention.
FIG. 2 shows a configuration of a multi-training adaptive equalization scheme according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a configuration of a DFE (Decision Feedback Equalizer) according to an embodiment of the related art.
[Explanation of symbols]
10: frame detection unit, 11: training signal memory, 12: FF filter input signal selector, 13: data memory, 14: FF filter, 15: FB filter, 16, 17: complex adder, 18: tap coefficient update unit , 19: training signal generator, 20: FB filter input signal selector, 21: data decision unit, 22: equalization error threshold decision unit, 23: training / data equalization switching control unit 101, 102, 103, 104: 1/2 symbol delay element, 107, 108, 109, 110, 111: complex multiplier, 112: complex adder, 113: data decision unit, 114: training signal generator, 115: FB filter input signal selector, 116 , 117: 1 symbol delay element, 118, 119: complex multiplier, 120: complex adder, 121: tap coefficient update , 150: FF filter, 160: FB filter

Claims

適応等化器を用いて、伝送データを適応等化処理する方式において、
伝送データが一定長毎に予め定められた一定のパターンを持つトレーニング信号が付加されたフレーム構成である変調方式であり、
受信トレーニング処理を行う際に、
前記フレーム内のトレーニング信号部を用いて、等化器タップ係数トレーニングを行い、フィルタタップ係数を算出する手段と、
トレーニング終了時に、トレーニング信号部の等化誤差電力和と等化誤差が、所定の値まで収束するように予め決められた等化誤差閾値とを比較する手段と、
当該比較結果により、等化誤差が閾値以下になるまで算出したタップ係数を、２回目以降の等化器タップ係数トレーニングのタップ係数初期値として、複数回繰り返す等化器タップ係数トレーニングを行いタップ係数を収束させる手段と、
を備え持つことを特徴とする適応等化方式。In a system for adaptively equalizing transmission data using an adaptive equalizer,
The transmission data is a modulation scheme having a frame configuration in which a training signal having a predetermined pattern predetermined for each predetermined length is added,
When performing the receiving training process,
Means for performing equalizer tap coefficient training using the training signal portion in the frame and calculating filter tap coefficients,
At the end of training, a means for comparing a sum of equalization error power and an equalization error of the training signal unit with a predetermined equalization error threshold so as to converge to a predetermined value,
Based on the comparison result, the tap coefficients calculated until the equalization error becomes equal to or less than the threshold value are used as initial tap coefficient values for the second and subsequent equalizer tap coefficient trainings. Means for converging
An adaptive equalization method characterized by having:

請求項１記載のタップ係数を収束させる手段において、
伝送データのフレーム検出を行いフレーム内のトレーニング信号部とデータ部を分離する、フレーム検出部と、
前記トレーニング信号部を格納するトレーニング信号メモリ部と、
前記データ部を格納する、データメモリ部と、
受信トレーニング信号処理におけるＦＦ（ＦｅｅｄＦｏｒｗａｒｄ）フィルタ処理を行う、ＦＦフィルタ部と、
受信トレーニング信号処理における、ＦＢ（ＦｅｅｄＢａｃｋ）フィルタ処理うを行うＦＢフィルタ部と、
ＦＦフィルタ処理の結果とＦＢフィルタ処理の結果を加算する加算部と、
トレーニング信号を発生するトレーニング信号発生器と、
等化結果のシンボル判定を行うデータ判定部と、
等化処理の結果とデータ判定の結果を加算し等化誤差を算出する加算部と、
前記算出した等化誤差からＦＦタップ係数およびＦＢタップ係数を算出するタップ係数更新部と、
算出した等化誤差と予め決められた閾値とを比較し判定する等化誤差閾値判定部と、
前記等化誤差閾値判定部における判定結果に基づき受信トレーニング処理もしくはデータ等化処理を切替える処理切替部と、
を備え持つことを特徴とする適応等化器。2. A means for converging tap coefficients according to claim 1,
A frame detection unit that detects a frame of transmission data and separates a training signal part and a data part in the frame,
A training signal memory unit that stores the training signal unit;
A data memory unit for storing the data unit;
An FF filter unit that performs FF (Feed Forward) filter processing in the reception training signal processing;
An FB filter unit that performs FB (Feed Back) filter processing in the reception training signal processing;
An adding unit that adds the result of the FF filter processing and the result of the FB filter processing;
A training signal generator for generating a training signal;
A data determination unit that performs symbol determination on the equalization result;
An addition unit that adds the result of the equalization process and the result of the data determination to calculate an equalization error,
A tap coefficient updating unit that calculates an FF tap coefficient and an FB tap coefficient from the calculated equalization error;
An equalization error threshold determination unit that determines by comparing the calculated equalization error with a predetermined threshold,
A process switching unit that switches a reception training process or a data equalization process based on a determination result in the equalization error threshold value determination unit,
An adaptive equalizer characterized by having:

請求項１および請求項２記載の等化処理部における等化器として、判定帰還型等化器を用いることを特徴する適応等化方式。3. An adaptive equalization method, wherein a decision feedback equalizer is used as an equalizer in the equalization processing unit according to claim 1.