JP2006157762A - 受信装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 A/D変換手段1が受信信号をA/D変換して受信サンプリング系列を取得し、窓タイミング設定手段2、3がFFTのための窓のタイミングを設定し、並べ替え手段4〜6が窓のタイミングと所定の基準タイミングとの差に基づくサンプル量だけ窓内の受信サンプリング系列の先頭のサンプルを後尾へ並べ替え、FFT実行手段7が並べ替え後の受信サンプリング系列に対してFFTを実行し、等化処理手段8がFFTの実行結果に対して等化処理を実行し、復調手段9が等化処理の実行結果に対して復調処理を実行する。
【選択図】 図1
Description
図7に示されるように、OFDM方式では、多数のデジタル変調波を加算することが行われ、I軸及びQ軸について直交変調を行って得られた変調信号を送信する。搬送波のデジタル変調方式としては、例えば、16値直交振幅変調(16QAM:16 Quadrature Amplitude Modulation)や、32QAMや、64QAMなどの多値変調方式を用いることも可能である。
このような反射波による受信性能劣化を軽減するための措置として、様々な処理が検討されているが、その代表的なものとして、ガードインターバルの付加がある。
ガードインターバルが付加されることにより、ガードインターバル内に収まる遅延時間の反射波に対しては、シンボル間干渉による劣化を避けることができ、このため、マルチパスフェージングに対して強い耐性を有することが可能である。
FFT窓位置制御部12は、A/D(Analog to Digital)変換器11により受信信号をサンプリングした結果である受信サンプリング系列から、有効シンボル長のサンプルを取り出す。FFT部13は、取り出されたサンプルに対して高速フーリエ変換(FFT)を行い、時間軸信号から周波数軸信号(キャリア信号)へ変換する。等化処理部14が等化処理を行った後に、復調部15が復調を行う。この際、FFT窓位置制御部12では、上記したシンボル間干渉が発生しないようなタイミングで、受信サンプリング系列にFFT窓を設ける必要がある。
図10には、FFT窓の位置が有効シンボルの位置と正確に一致した時における、OFDM信号のシンボル波形とFFT窓との時間的なタイミングの一例を示してある。このように、FFT窓の位置が有効シンボルの位置と一致している場合には、図11に位相回転の一例を模式的に示すように、各キャリアの位相は全てのキャリアに対して位相角が0度(°)となる。これは、全てのキャリアが、FFT窓内で位相角が0度から始まり0度で終結するためである。
従って、この位相回転のスペクトラムは、図14に示されるように、(−K)サンプルに位置するインパルス性の波形となる。
このように、伝送系で発生する反射波等の影響を受け、これらの位相回転は時間毎或いはキャリア毎に変化する。例えば、64QAM等で変調された信号を復調するには、伝送路で生じた振幅変動や位相回転を補正する必要があり、このため、図17に示されるように、数キャリア間隔毎に振幅と位相の基準キャリアであるパイロットキャリアを設けることが一般的に行われている。
等化処理部14では、更に、データキャリアと、パイロットキャリアの内挿補間処理により算出された伝送路特性とを複素除算することにより、振幅と位相の補正を行う。
図16に示されるように、反射波の遅延時間が長くなると、位相角のスペクトラムも遅延時間に比例して広がっていく。OFDM方式では、ガードインターバルの期間Tgまでの遅延時間の反射波に対しては、シンボル間干渉が発生しないため、ガードインターバル期間Tg以内の反射波に対しては精度の良い内挿補間を行う必要がある。
反射波の遅延時間がガードインターバル期間Tgまで及ぶ時における位相角のスペクトラム分布は、図18に示される斜線部分のように、周波数が(−Tg〜0)にまで広がり、Tgの帯域幅を有している。
ここで、位相角スペクトラムがTgの帯域幅を有するような反射波を正しく内挿補間処理するためには、サンプリング定理により、パイロットキャリアの間隔を少なくとも式1に示される間隔で配置する必要がある。
(有効シンボル長/Tg) ・・(式1)
CPの場合には、式1を満足するパイロット間隔にしなければならない。
SPの場合には、シンボル毎にパイロットキャリアの位置が異なるため、図20(a)、(b)に示されるように、受信パイロットキャリア(図中で、黒塗りで示される丸)をシンボル方向に内挿補間処理することで、キャリアの伝送路特性(図中で、斜線で示される丸)を推定することが行われ、これにより、式1を近似的に満足することができる。
例えば、有効シンボル長が1024[サンプル]であり、ガードインターバル長が128[サンプル]であるOFDM信号では、CPの場合には、シンボル内に8[キャリア](=1024[サンプル]/128[サンプル])の間隔毎にパイロットキャリアを設ける必要があるが、SPの場合には、時間内挿補間処理後に8[キャリア]の間隔を満足すればよい。
一般に、図18に示される斜線の範囲の周波数分布を有する信号の周波数内挿補間演算を実施するには、この斜線枠の周波数範囲を通過領域内に有するフィルタを用いる必要がある。従って、通常のデジタルの低域通過フィルタ(LPF:Low Pass Filter)で構成する場合には、図21に点線で示されるような特性を有するデジタルLPFを用いる必要がある。しかし、この特性のフィルタでは、正の周波数特性と負の周波数特性とが対称ではないため複素デジタルフィルタが必要となるが、複素フィルタとしては、図22に示されるように4個のLPF21〜24と2個の加算器25、26から構成され、通常のデジタルLPFを4個用いる必要があり、論理規模が大きくなってしまうという問題がある。
図24に示されるフィルタでは、図22に示される複素フィルタと比較すると、論理規模がほぼ半分に削減されている。
以下では、FFT部13に入力する受信サンプリング系列の一部を巡回的に並び替える方式について説明する。
図25(a)には、受信された直接波(例えば、主波)と、FFT部13に入力するために切り出す範囲を模式的に示してある。受信装置のFFT部13では、送信装置で逆高速フーリエ変換(IFFT:Inverse FFT)の演算が為された(B+b)の1024サンプルクロック分の信号列を切り出してFFT処理する。ここで、FFT部13では、入力される信号列が図25(b)に示されるように無限に繰り返されると仮定して離散フーリエ変換を行う。
従って、図25(c)に示されるように、図25(b)に示されるBの信号列の先頭のb’’の部分(例えば、先頭の32サンプルクロック分の信号列)をbの信号列の部分の後ろに移動してからFFT処理すると、図25(a)に示される直接波(例えば、主波)の(B+b)の部分の信号列をb’’の期間(例えば、32サンプルクロック期間)だけ先行させた信号列をFFT処理した結果と同じ結果が得られる。
逆に、図25(a)〜(c)に示されるように、FFT入力順序を巡回的に並び替えることは、FFT窓の位置が時間的に後ろにずれたことと等価になる。従って、図25(b)、(c)に示されるb’’のサンプルをシンボルの後ろに移動したことは、位相角の回転量が有効シンボル長当り+b’’回転の割合で正の方向に回転することに相当し、位相角が+b’’サンプル分、周波数シフトすることになる。
従って、図23(a)、(b)に示されるように(Tg/2)サンプルの周波数シフトを行う場合には、FFT窓を主波に同期させて取り込み、前側の(Tg/2)サンプルをシンボルの後側に並べ替えることで実現できる。
上記と同様に、A/D変換器11によるA/D変換の後に、FFT窓位置制御部12により受信サンプリング系列上にFFT窓を設け、窓内のサンプル値を取り込む。並べ替え処理部41では、FIFO(First In First Out)メモリなどの記憶機能を有する記憶素子を用いて、上記した並べ替え処理を行う。また、上記と同様に、FFT部13によりFFTを行い、等化処理部14により伝送路特性を推定して受信データキャリア信号に対して伝送路特性の補正を行う。等化処理後の信号は、復調部15により復調処理されて、情報符号として出力される。
しかしながら、FFT窓の位置を適応的に制御した場合には、受信信号に対する窓位置がシンボル毎にずれてしまうことがあり、図27に示されるように、シンボル間で位相角の回転量が変化してしまう。
このため、シンボル毎に周波数内挿補間処理が完結するCPの場合には問題は無いが、時間内挿が必要なSPの場合には、シンボル間の位相角回転量の変化により時間内挿補間処理を正常に行うことができないといった問題があった。
すなわち、A/D変換手段が、受信信号をA/D変換して、受信サンプリング系列を取得する。窓タイミング設定手段が、前記受信サンプリング系列に対して、FFTのための窓(FFT窓)のタイミングを設定する。並べ替え手段が、前記設定された窓のタイミングと所定の基準タイミングとの差に基づくサンプル量だけ、前記設定された窓内の前記受信サンプリング系列の先頭のサンプルを、当該窓内の受信サンプリング系列の後尾へ並べ替える。FFT実行手段が、前記並べ替え後の受信サンプリング系列に対して、FFTを実行する。等化処理手段が、前記FFTの実行結果に対して、等化処理を実行する。復調手段が、前記等化処理の実行結果に対して、復調処理を実行する。
このように、OFDM方式を用いた受信信号について、FFTの前段において、受信サンプリング系列を並べ替える態様を効果的に制御することで、受信品質を向上させることができる。
また、FFTのための窓としては、例えば、或る開始タイミングから或る終了タイミングまでの間の受信サンプリング系列をFFTの対象として切り出すための窓が用いられる。
また、タイミングとしては、例えば、時系列的に並んだ信号値についての位置として把握することも可能である。
また、所定の基準タイミングとしては、種々なタイミングが用いられてもよい。
なお、主波としては、例えば、直接波或いはレベルが最大の波が用いられる。主波以外に、例えば、反射波が受信される。
また、等化処理としては、例えば、時間(シンボル)や周波数に関して、パイロットシンボルの内挿補間や外挿補間の処理が行われ、当該処理結果に基づいて受信信号の振幅や位相が補正される。
すなわち、前記窓タイミング設定手段では、伝送路特性検出手段が前記受信サンプリング系列に基づいて伝送路特性を検出し、窓タイミング決定手段が前記検出された伝送路特性に基づいて前記窓のタイミングを決定し、窓内抽出手段が前記決定された窓のタイミングで設定される窓内の前記受信サンプリング系列を抽出する。
前記並べ替え手段では、基準タイミング生成手段が前記基準タイミングを生成し、並べ替え量制御手段が前記設定された窓のタイミングと前記生成された基準タイミングとの差に基づいて並べ替えるサンプルの量を制御し、並べ替え処理実行手段が前記制御されたサンプル量だけ前記設定された窓内の前記受信サンプリング系列の先頭のサンプルを当該窓内の受信サンプリング系列の後尾へ並べ替える処理を実行する。
ここで、伝送路特性としては、種々なものが用いられてもよく、例えば、主波や反射波のタイミング(時間的な位置)や、主波や反射波のレベルを用いることができる。
また、基準タイミングとしては、例えば、受信装置の内部或いは外部に設けられた発振器から発振される信号、若しくは、当該信号から生成される信号や、又は、受信信号から得られる信号などにより規定されるタイミングを用いることができる。
すなわち、前記OFDM方式により送信された信号のシンボルは、ガードインターバルと有効シンボルから構成されている。
また、基準タイミング制御手段が、前記受信信号に含まれる主波の有効シンボルのタイミングと前記基準タイミングとの差が一定となり、且つ、前記並べ替え後の受信サンプリング系列の先頭に前記主波の有効シンボルの先頭が配置されるように、前記基準タイミングを制御する。
ここで、OFDM方式の信号は、例えば、有効シンボルの後ろ側の一部分と同一のものをガードインターバルとして、当該ガードインターバルを有効シンボルの先頭に付加した信号が用いられる。
図1には、本発明の一実施例に係るOFDM方式を用いたデジタル伝送装置の受信装置(OFDM受信装置)の構成例を示してある。
本例のOFDM受信装置は、A/D変換器1と、マルチパス検出部2と、FFT窓制御部3と、基準タイミング発生器4と、並べ替え量制御部5と、可変並べ替え制御部6と、FFT部7と、等化処理部8と、復調部9を備えている。
本例のOFDM受信装置では、伝送路特性に応じた窓位置を設け、基準タイミング信号に基づいて受信サンプリング系列の並び替え量を可変に制御する。
受信されたアナログの信号がA/D変換器1に入力され、A/D変換器1によりデジタル信号へ変換された当該信号がマルチパス検出部2とFFT窓位置制御部3へ出力される。ここで、A/D変換された受信信号は、アナログ受信信号がサンプリングされた結果である受信サンプリング系列に相当する。
例えば、移動体伝送などでの伝送路環境は時々刻々と変化し、主波と反射波の時間的な位置や、これらのレベルが変化する。
このため、マルチパス検出部2では、主波と反射波の時間的な位置、又は、これらのレベルを、シンボル毎或いは数十から数百シンボル毎に逐次検出し、当該検出結果に関する情報をFFT窓位置制御部3と並べ替え量制御部5へ出力する。
ここで、マルチパス検出部2の構成としては、種々なものが用いられてもよい。一例として、送信機では、OFDM信号のシンボルの一部に同期用のシンボルを挿入し、そして、受信機では、予め記憶してある当該同期用シンボルと受信サンプリング系列との相互相関演算を行うことにより、主波や反射波の時間的な位置、或いは、これらのレベルを観測する。
ここで、遅延時間がガードインターバル内である反射波が存在する伝送路環境では、シンボル間干渉が発生しないようにFFT窓の位置を設ける必要がある。
このため、FFT窓位置制御部3は、適応制御によりシンボル間干渉が発生しないように、図2に示されるようなタイミングを有するFFT窓を設け、当該FFT窓の内部に位置する受信サンプリング系列を切り取って可変並べ替え処理部6へ出力する。
ここで、マルチパス検出部2による検出の誤差やFFT窓の位置の適応制御により、FFT窓の位置がシンボル毎にずれることが生じ、位相角の回転量が変化する。
そこで、本例では、並べ替え量制御部5において、このような位相角の回転量の変化を打ち消すように、受信サンプリング系列の並べ替え量を制御する。
基準タイミング信号としては、例えば、受信同期クロックを生成する電圧制御水晶発振器(VCXO)或いは外部よりルビジウム発振器などから入力される同期信号に基づいてシンボル周期で生成されるシンボルに同期したパルス信号や、シンボル周期のn倍(nは自然数)の周期を有するパルス信号などを用いることができる。
並べ替え量制御部5は、マルチパス検出部2から入力されるFFT窓開始タイミング信号WRにより特定されるFFT窓の開始タイミングと基準タイミング発生器4から入力される基準タイミング信号により特定されるタイミングとの時間差を算出し、常に位相角の回転量が一定となるように可変並べ替え処理部6を制御するための信号(制御信号)を可変並べ替え処理部6へ出力する。
なお、この例では、添え字として使用するxはシンボルの番号を表し、また、主波の有効シンボルの先頭と基準タイミング信号との固定遅延量αについては、時間内挿の対象となる期間においては変動量が無視できるほど小さいとする。
並べ替え量制御部5では、x番目のシンボルについて、FFT窓開始タイミング信号WRxのパルス(FFT窓開始パルス)と基準タイミング信号のパルスとの間の時間差dxを求める。そして、主波と基準タイミング信号との間の時間差は固定した遅延量であることから、このときの並べ替え量Cxを式2のように決定する。
Cx=dx−α ・・(式2)
可変並べ替え処理部6は、並べ替え制御部5から入力される並べ替え量Cxの情報に従って、図4や図5に示されるように、FFT窓位置制御部3から取り込まれたFFT窓内の受信サンプリング系列について、当該取り込まれたFFT窓の前側のサンプルをシンボルの後側に並び替える。このように、シンボル毎に変動するFFT窓の位置に対して、常に受信サンプリング系列の並べ替え量を可変に制御することにより、シンボル毎で同じ位相角となるように、位相角の回転量を一定とすることができる。
なお、図4には1番目のシンボル(シンボル1)についての例を示してあり、図5には2番目のシンボル(シンボル2)についての例を示してある。
図4に示されるシンボル1ではFFT窓の位置がFFT窓タイミングパルスWE1で示される位置であるのに対して、図5に示されるシンボル2ではFFT窓の位置がFFT窓タイミングパルスWE2で示される位置へ変動している。
同様に、シンボル2では、FFT窓の開始タイミングと基準タイミング信号との時間差d2を検出して、並べ替え量C2=d2−α=A’を求め、このA’に相当するサンプル部分を残りのサンプルB、C’の後ろへ並べ替える。すなわち、並べ替え後には、B、C’、A’の順にサンプルが並ぶ。
すると、時間内挿補間処理においては、例えば図27に示されるような位相角の回転量の変化が発生すると内挿補間処理を正常に行うことができないが、本例では、位相角の回転量を一定にすることができるため、時間内挿補間処理を正常に行うことができる。
そこで、本例では、受信サンプリング系列のサンプルの並べ替え量の制御により位相角の回転量を小さな値とすることにより、0次ホールド型の周波数外挿補間処理の外挿補間精度を向上させ、帯域端近辺における復調精度を向上させる。
このように、時間内挿補間処理により固定する位相角の回転量を主波に対して0とすることで、つまり主波の位相角が回転しないような処理をすることで、周波数内挿及び周波数外挿の処理において高い精度を得ることができる。
一例として、まず、ガードインターバルの相関演算や同期シンボルの相関演算を行うことにより、主波の開始位置を検出する。次に、検出した主波の開始位置と基準タイミング信号との時間差が固定遅延量αとなるように、基準タイミング発生器4において基準タイミング信号を制御する。なお、当該制御では、時間内挿の対象となる期間においては固定遅延量αの変動量は無視できるほど小さいという条件を満足するように、非常にゆっくりとした制御を行う。
また、本例のOFDM受信装置では、主波の有効シンボルの開始位置と基準タイミング信号との時間差が一定時間差α(αは実数)となるように当該基準タイミング信号を可変制御し、周波数内挿補間フィルタの帯域内における主波の位置を制御する。
また、本例のOFDM受信装置では、基準タイミング信号として、受信クロックの分周クロック、或いは、高精度な発振器からの入力又はその分周信号を用いる。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー(登録商標)ディスクやCD(Compact Disc)−ROM等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム(自体)として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。
Claims (3)
- OFDM方式により送信された信号を受信する受信装置において、
受信信号をA/D変換して受信サンプリング系列を取得するA/D変換手段と、
前記受信サンプリング系列に対してFFTのための窓のタイミングを設定する窓タイミング設定手段と、
前記設定された窓のタイミングと所定の基準タイミングとの差に基づくサンプル量だけ前記設定された窓内の前記受信サンプリング系列の先頭のサンプルを当該窓内の受信サンプリング系列の後尾へ並べ替える並べ替え手段と、
前記並べ替え後の受信サンプリング系列に対してFFTを実行するFFT実行手段と、
前記FFTの実行結果に対して等化処理を実行する等化処理手段と、
前記等化処理の実行結果に対して復調処理を実行する復調手段と、
を備えたことを特徴とする受信装置。 - 請求項1に記載の受信装置において、
前記窓タイミング設定手段は、前記受信サンプリング系列に基づいて伝送路特性を検出する伝送路特性検出手段と、前記検出された伝送路特性に基づいて前記窓のタイミングを決定する窓タイミング決定手段と、前記決定された窓のタイミングで設定される窓内の前記受信サンプリング系列を抽出する窓内抽出手段を有し、
前記並べ替え手段は、前記基準タイミングを生成する基準タイミング生成手段と、前記設定された窓のタイミングと前記生成された基準タイミングとの差に基づいて並べ替えるサンプルの量を制御する並べ替え量制御手段と、前記制御されたサンプル量だけ前記設定された窓内の前記受信サンプリング系列の先頭のサンプルを当該窓内の受信サンプリング系列の後尾へ並べ替える処理を実行する並べ替え処理実行手段を有する、
ことを特徴とする受信装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の受信装置において、
前記OFDM方式により送信された信号のシンボルは、ガードインターバルと有効シンボルから構成されており、
当該受信装置は、前記受信信号に含まれる主波の有効シンボルのタイミングと前記基準タイミングとの差が一定となり且つ前記並べ替え後の受信サンプリング系列の先頭に前記主波の有効シンボルの先頭が配置されるように前記基準タイミングを制御する基準タイミング制御手段を備えた、
ことを特徴とする受信装置。
Priority Applications (1)
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Family Applications (1)
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