JP2000341239A - 直交周波数分割多重信号の伝送方法および伝送装置 - Google Patents

直交周波数分割多重信号の伝送方法および伝送装置

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JP2000341239A
JP2000341239A JP11147935A JP14793599A JP2000341239A JP 2000341239 A JP2000341239 A JP 2000341239A JP 11147935 A JP11147935 A JP 11147935A JP 14793599 A JP14793599 A JP 14793599A JP 2000341239 A JP2000341239 A JP 2000341239A
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amplitude
specific
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JP11147935A
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Hideki Nakahara
秀樹 中原
Koichiro Tanaka
宏一郎 田中
Yukimune Shirakata
亨宗 白方
Yuji Hayashino
裕司 林野
Yasuo Harada
泰男 原田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 周波数直交多重伝送方式では、受信側で信号
を復調する際に離散的フーリエ変換(DFT)処理を行
う。この際、信号源での時間窓信号と同期するDFT時
間窓タイミングクロックを精度よく生成しなければなら
ない。 【解決手段】 信号源において、所定数の特定周波数成
分の振幅及び位相を特定パターンを用いて連続して変調
し、受信側において、特定周波数成分の相関行列に対し
て固有値展開に基づくスーパーレゾリューション法を適
用することで、多重波環境においても特定パターンに対
するDFT時間窓タイミングおよび遅延時間を精度よく
推定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】直交周波数分割多重(Orthog
onal Frequency Division Multiplexing;以下、OFD
Mと称す)伝送方法に関し、より特定的には、有線また
は無線の伝送路を介し、直交周波数分割多重信号を用い
てデータ伝送する方法、及びその受信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】OFDM方式では、送信側で信号を変調
する際に逆離散的フーリエ変換(IDFT)処理を行
う。受信側では復調に際し離散的フーリエ変換(DFT)
処理を行う。この際、送信側での時間窓信号と同期する
DFT時間窓タイミングクロックを生成しなければなら
ない。
【0003】従来は、特開平9−247122号公報に
示されるように、伝送信号に振幅が他のシンボルに比べ
て大きいか、または0の同期シンボルを設けてタイミン
グクロックを生成していた。しかし、この手法では伝送
路中の大きな雑音やマルチパス環境下において振幅変動
を受けた場合に、同期用シンボルを検出することが困難
となる。
【0004】また、同期シンボルを用いない手法とし
て、特開平8−274745号公報に示されるように、
特定周波数成分の振幅を0にして送信し、復調において
DFT処理後の特定周波数成分の振幅が最小になるよう
にタイミングを漸近的に調節する手法がある。しかし、
この手法ではタイミングの調整が複数回に及び、調節に
時間がかかってしまう。
【0005】また、従来の手法では同じ周波数を持つ複
数のOFDM信号を受信した場合にそれぞれのOFDM
信号に対するDFT時間窓タイミングを求めることがで
きない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】同期シンボルを設ける
ことなく、漸近的手法によらずに多重波環境や大きな雑
音を有する環境下でも,精度よくDFT時間窓タイミン
グクロックを求める受信装置を提供し、OFDM方式の
伝送信号を低い誤り率で伝送することを目的とする。
【0007】さらに、同じ周波数を持つ複数のOFDM
信号を受信した場合に,それぞれのOFDM信号に対す
るDFT時間窓タイミングクロックを求めることを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】所定数の特定周波数成分
の振幅及び位相を特定パターンを用いて連続して多重変
調して送信し、受信側において、特定周波数成分の受信
データベクトルの相関行列に対して固有値展開に基づく
スーパーレゾリューション法を適用する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図を用いて説明する。
【0010】(第1の実施の形態)本発明の第1の実施
の形態を説明する。以下の数式において、Tは転置、*
は複素共役転置を示す。
【0011】図1に示すように、OFDM信号源11に
おいてOFDMシンボルの全キャリアのうちN本をパイ
ロットキャリアとして特定パターンCで変調する。この
特定パターンには、データが既知のBPSK変調等が用いら
れる。N本のパイロットキャリアは周波数軸上で等間隔
に選ばれる。変調されたOFDM信号は、伝送路2を介
し受信部3で受信される。
【0012】図2は、受信装置の構成図である。はじめ
に、DFT部1で1シンボル分のデータを時間窓タイミ
ングクロックClock#aでDFTを施し、周波数領域デー
タを得る。受信データベクトル取得部2で、周波数領域
データからN個のパイロットキャリア部分の複素数デー
タ、
【0013】
【数1】
【0014】を得る。参照データベクトル記憶部3で、
受信信号に含まれる特定パターンと同じ振幅および位相
を持った参照データベクトル
【0015】
【数2】
【0016】を用意する。規格化データベクトル生成部
4で、受信データベクトルを参照データベクトルで除算
【0017】
【数3】
【0018】し、規格化データベクトル
【0019】
【数4】
【0020】を得る。相関行列作成部5で、規格化デー
タベクトルに対する相関行列
【0021】
【数5】
【0022】を作る。
【0023】次に、相関行列移動平均部6で、相関行列
内における移動平均(詳細は、T.J.Shan, M.Wax,
and T.Kailath, "On Spatial Smoothing for Directi
on-of-Arrival Estimation of Coherent Signals," IE
EE Trans. ASSP,33, pp.806-811, Aug. 1985.)
を施す。
【0024】移動平均には、前方移動平均、後方移動平
均を用い、移動平均後の相関行列の次数がnであるとす
ると、
【0025】
【数6】
【0026】であらわされる。(数6)の演算で、多重
波間の相関が除去される。
【0027】推定部7において、移動平均後の相関行列
に対し、スーパーレゾリューション法を適用し、多重波
の遅延時間を求める。
【0028】推定部7における遅延時間推定法には、例
えば、MUSIC法(詳細は、 R.O.Schmidt :“Multiple
Emitter Location and Signal Parameter Estimatio
n",IEEE Trans. Antennas Propagat., AP-34, 3,
pp.276-280,Mar. 1986)や、 ESPRIT法(R.Roy, an
d T.Kailath, "ESPRIT-Estimation of Signal Parame
ters via Rotational Invariance Techniques," IEEE
Trans. Acoust. Speech, Signal Processing, ASSP
-37,7,pp.984-995,Jul.1989.)などのスーパーレ
ゾリューション法が適用できる。遅延時間推定法に、MU
SIC法を適用した場合を以下に説明する。
【0029】受信信号に含まれる到来信号波の数をLと
する。移動平均後の相関行列Rxxを固有値展開
【0030】
【数7】
【0031】し、固有値を大きさの順にソートする。
【0032】
【数8】
【0033】ここで、信号電力と雑音電力に相当する固
有値に分けることができ、雑音電力より大きな固有値の
数から多重信号の数を推定する。ここで、L個の一般固
有ベクトル
【0034】
【数9】
【0035】の張るL次元部分空間は、信号部分空間A
【0036】
【数10】
【0037】と一致する。また、n-L個の固有値に対応
する一般固有ベクトル
【0038】
【数11】
【0039】が張るn-L次元部分空間は雑音部分空間と
呼ばれる。相関行列Rxxはエルミート行列で、エルミー
ト行列の固有ベクトルは互いに直交するという性質か
ら、信号部分空間と雑音部分空間は直交補空間の関係に
ある。すなわち、
【0040】
【数12】
【0041】が成り立つ。
【0042】したがって、
【0043】
【数13】
【0044】のような評価関数を定義すると、L個の信
号の各到来遅延時間
【0045】
【数14】
【0046】のとき、(数13)は、分母が0となり
((数12)が成り立つ)、無限大の値を持つ。
【0047】そこで、(数13)において、τを0から
【0048】
【数15】
【0049】まで変化させ、そのピーク値に相当する時
間が遅延時間に相当する。推定された遅延時間のうち信
号電力が大きい第一番目の遅延時間がClock#aと本来の
時間窓タイミングとのずれに相当し、その推定値をもと
に、タイミングクロック調節部8で時間窓タイミングク
ロックClock#aを調節する。図5は(数13)によって
求められるMUSICスペクトラムで,例えば到来波が2波
場合,先行波の遅延時間がクロックのずれに相当する。
タイミングクロックを調節後,データ復調部9でデータ
を復調する。
【0050】(第2の実施の形態)次に本発明の第2の
実施の形態を説明する。
【0051】受信信号の雑音レベルが高く、推定精度が
落ちる場合の実施の形態を説明する。これは図3に示す
ように、上述した実施例に相関行列の平均操作を行う相
関行列平均化部10を加えたもので、連続して受信され
る複数シンボルから得られる相関行列を(数16)の演
算により平均化することで、雑音成分が抑圧される。
【0052】
【数16】
【0053】なお、平均化のために用いるシンボルの数
は雑音レベルに応じて決めればよい。
【0054】(第3の実施の形態)次に本発明の第3の
実施の形態を説明する。
【0055】信号源が異なる複数のOFDM信号が受信
される場合に、それぞれのDFT時間窓タイミングクロ
ックおよび遅延時間を推定する場合の実施例について説
明する。図4に示すように、OFDM信号源A14にお
いてOFDMシンボルの全キャリアのうちN本をパイロ
ットキャリアとして特定パターンCAで変調する。一方、
OFDM信号源B15において、同様に特定パターンCB
で変調する。この際、特定パターンのシンボルは信号源
Aのものと非同期でよい。伝送路中で信号源Aのパイロッ
トキャリアと同じ周波数帯に、信号源Bのパイロットキ
ャリアが合成されて受信される。
【0056】受信側での処理は、上述した第1の実施の
形態と同じである。受信信号に含まれる複数の特定パタ
ーンのうち、一つの特定パターンと同じ振幅および位相
持った参照データベクトル(数2)を参照ベータベクト
ル記憶部3に保持し、規格化データベクトル生成部3で
受信データベクトルを推定する信号源の参照データベク
トルで除算する。この処理と移動平均の効果により、推
定する特定パターン以外の信号は雑音成分として拡散
し、雑音部分空間に排除される。以下,第1の実施の形
態と同様に、信号空間に含まれる推定する特定パターン
の信号源成分に対するDFT時間窓タイミング及び遅延
時間を推定することができる。なお、第2の実施の形態
での受信側での処理と同様に、推定する特定パターンの
OFDM信号に対して雑音レベルが高い場合は、複数シ
ンボルから作られる相関行列を相関行列平均化部10で
平均処理を施せばよい。これにより推定精度を上げるこ
とができる。
【0057】
【発明の効果】本発明は、信号源において所定数の特定
周波数成分の振幅及び位相を特定パターンを用いて連続
して変調し、受信側において特定周波数成分のデータベ
クトルの相関行列に対して固有値展開に基づくスーパー
レゾリューション法を適用することで、劣悪な伝送路環
境でも特定パターンに対するDFT時間窓タイミングお
よび遅延時間を精度よく推定することができる。また、
雑音成分を抑圧するために相関行列の平均操作を行うと
推定精度をあげることができる。さらに、互いに異なる
特定パターンを用いて振幅及び位相を連続して変調した
複数の信号源からの信号を合成して受信した場合に、所
望の特定パターン以外の信号を雑音部分空間に排除する
ことにより、所望の特定パターンに対するDFT時間窓
タイミング及び遅延時間を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1、第2の実施の形態における信号
源及び伝送路の構成図
【図2】本発明の第1の実施の形態における受信機の構
成図
【図3】本発明の第2の実施の形態における受信機の構
成図
【図4】本発明の第3の実施の形態における信号源及び
伝送路の構成を示すブロック図
【図5】MUSICスペクトラムを示す図
【符号の説明】
1 DEF部 2 受信データベクトル取得部 3 参照データベクトル記憶部 4 規格化データベクトル生成部 5 相関行列作成部 6 相関行列移動平均部 7 推定部 8 タイミングクロック調節部 9 データ復調部 10 相関行列平均化部 11 OFDM信号源 12 伝送路 13 受信部 14 OFDM信号源A 15 OFDM信号源B
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白方 亨宗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 林野 裕司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 原田 泰男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5K022 DD00 DD13 DD19 DD22 DD33 DD42 5K047 AA05 BB01 CC01 HH01 HH15 HH43 MM03 MM12

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】信号源において所定数の特定周波数成分の
    振幅及び位相を特定パターンを用いて連続して変調する
    変調部を有し、 受信側において受信した特定周波数成分の振幅及び位相
    を数値化し、受信データベクトルを得る受信データベク
    トル化部と、 前記受信データベクトルを受信信号に含まれる特定パタ
    ーンの振幅及び位相を有する参照信号で除算し、規格化
    データベクトルを得る規格化データベクトル生成部と、 前記規格化データベクトルの相関行列を生成する相関行
    列作成部と、 前記相関行列に移動平均を施す移動平均化部と、 前記移動平均後の相関行列に対してスーパーレゾリュー
    ション法を適用することにより、参照信号とした特定パ
    ターンに対するDFT時間窓タイミング及び多重波の遅
    延時間を推定する推定部と、 前記DFT時間窓タイミングの推定値をもとにDFT時
    間窓タイミングクロックを調節する調節部より構成され
    ることを特徴とする直交周波数分割多重信号の伝送装
    置。
  2. 【請求項2】複数の信号源が、同一の周波数領域にある
    特定周波数成分の振幅及び位相を互いに異なる特定パタ
    ーンを用いて連続して変調して多重伝送を行うことを特
    徴とする請求項1記載の直交周波数分割多重信号の伝送
    装置。
  3. 【請求項3】前記相関行列作成部から時間サンプルが異
    なる複数の相関行列を平均する相関行列平均化部を有
    し、平均した相関行列に移動平均を施すことを特徴とす
    る請求項1または2記載の直交周波数分割多重信号の伝
    送装置。
  4. 【請求項4】信号源において所定数の特定周波数成分の
    振幅及び位相を特定パターンを用いて連続して変調する
    ステップを有し、 受信側において受信した特定周波数成分の振幅及び位相
    を数値化し、受信データベクトルを得る第1のステップ
    と、 前記第1のステップから得られる受信データベクトルを
    受信信号に含まれる特定パターンの振幅及び位相を有す
    る参照信号で除算し、規格化データベクトルを得る第2
    のステップと、 前記第2のステップから得られる規格化データベクトル
    の相関行列を生成する第3のステップと、 前記第3のステップから得られる相関行列に移動平均を
    施す第4のステップと、 前記第4のステップから得られる移動平均後の相関行列
    に対してスーパーレゾリューション法を適用することに
    より、参照信号とした特定パターンに対するDFT時間
    窓タイミング及び多重波の遅延時間を推定する第5のス
    テップと、 前記第5のステップから得られるDFT時間窓タイミン
    グの推定値をもとにDFT時間窓タイミングクロックを
    調節する第6のステップを有する直交周波数分割多重信
    号の伝送方法。
  5. 【請求項5】複数の信号源が、同一の周波数領域にある
    特定周波数成分の振幅及び位相を互いに異なる特定パタ
    ーンを用いて連続して変調して多重伝送を行うことを特
    徴とする請求項4記載の直交周波数分割多重信号の伝送
    方法。
  6. 【請求項6】前記第3のステップから時間サンプルが異
    なる複数の相関行列を平均する相関行列平均化ステップ
    を有し、平均した相関行列に移動平均を施すことを特徴
    とする請求項4、または5記載の直交周波数分割多重信
    号の伝送方法。
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