JP3568180B2

JP3568180B2 - データ伝送装置

Info

Publication number: JP3568180B2
Application number: JP15559197A
Authority: JP
Inventors: 誠一佐野; 俊之秋山; 敦宮下; 信夫塚本
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1997-06-12
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2017-06-12
Also published as: US6381251B1; JPH114210A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘ）方式で伝送を行う送信器、受信器において、復調器の同期検出の確度を向上させる方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
与えられた周波数帯域に直交した狭帯域のキャリアを多数並べて通信する方法としてＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘ）方式がある。
この方式で変調し送信された信号を受信器で復調する場合、同期がとれるまでは雑音のようにみえるＯＦＤＭ信号から同期をとり、復調する必要がある。
受信器と送信器の同期をとる手段としては、特開平７−３０５１３号公報に示されているように、送信器において、ＯＦＤＭ信号に予め無信号区間（ヌル区間）を定期的に挿入し、このヌル区間を基準として同期をとる例がある。
また、テレビジョン学会技術報告ＶＯＬ．１９，ＮＯ．１８（１９９５年８月発行）にデータ伝送処理の単位であるフレームの最初にヌル区間、スイープ信号（１シンボル期間に伝送帯域の下限周波数から上限周波数まで変化する信号）等からなる同期シンボル群を挿入し、これらを用いて同期をとる例がある。
その復調部の構成を図２に示す。
この構成は、ＯＦＤＭ方式で変調されたＲＦ信号が受信部ＲＦ９０でＩＦ周波数に変換された後、受信部ＩＦ９１でベースバンドに変換される。この信号は、Ａ／Ｄ変換器６２でディジタル化されＯＦＤＭ復調器９３に入力される。
そして、同期検出は受信部ＲＦ９０の出力信号から同期検出器９２で２乗検波し、同期検出してＯＦＤＭ復調器９３に入力される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、第一に、アナログ高周波信号である図２の受信部ＲＦ９０の出力を２乗検波し同期検出を行うための高周波アナログ回路が必要になり、雑音の混入等を考慮した安定した同期検出回路を実現するのが容易でない。また、第二に、ヌル区間に雑音が混入したり、データを伝送している区間にマルチパスおよびフェージングが発生して受信レベルが下がると無信号区間と誤り、結局、安定した同期検出ができなくなるという問題が発生する。
以下、図２の各部の波形を図３の模式図を用いて説明する。
図２の受信部ＲＦ９０の出力は図３のＯＦＤＭ受信信号７１に示すようにデータ伝送中は振幅があり、定期的にＮ１，Ｎ２，Ｎ３のヌル区間が設けられている。よって、図２のＯＦＤＭ復調器９２の出力は、図３のＯＦＤＭ受信信号７１のＮ１，Ｎ２の点でヌル区間の検出をして同期検出信号７２（Ｓ１，Ｓ２）を得る。しかし、マルチパスおよびフェージングの影響でＯＦＤＭ受信信号７１のＦ１の区間のようにレベルが低下した場合、誤ってＳ３を出力してしまう。
また、ＯＦＤＭ受信信号７１のヌル区間Ｎ３のように、この区間で雑音が入った場合、同期検出信号７２に示すようにヌル区間の検出ができないことがある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記の目的を達成するため、直交周波数多重変調方式を用いたデータ伝送装置において、受信器と送信器の同期をとるため、予め上記送信器で伝送信号に一定周期毎に所定の同期シンボル群を挿入しておき、上記伝送信号を復調する上記受信器に、該受信した伝送信号をベースバンドの信号に復調し、Ａ／Ｄ変換したディジタル信号の絶対値をとる手段と、該信号を所定帯域に帯域制限後、該信号の振幅が所定の値より大きいか小さいかを比較判定して対応する判定結果を出力する手段と、この判定結果に基づき、上記同期シンボル群の内の無信号期間（以下、ヌル区間）の検出判定を行う手段と、上記ヌル区間に続く他の同期シンボルの開始点検出を行う手段と、当該ヌル区間の存在と上記他の同期シンボルの開始点の両方が検出されたときを同期タイミングとし、上記受信器の復調器の動作タイミングを当該同期タイミングに合わせる手段を備えたものである。
【０００５】
また上記絶対値化され、所定帯域に帯域制限された信号の振幅が所定値より大きいか小さいかを比較判定し判定結果を出力する手段を、当該信号の振幅が所定値より大きいか小さいかを比較する比較手段と該比較結果に応じてカウント値を増減するカウンタ手段とし、上記ヌル区間の検出判定を行う手段を、上記カウント値が所定値以上あるいは以下になる時点をヌル区間の開始点として検出判定する手段としたものである。
さらに、上記ヌル区間に続く他の同期シンボルの開始点検出を行う場合、上記比較判定された判定結果出力のＮサンプル（Ｎは２以上の整数）の信号の状態から判定する多数決型エッジ検出手段を用いるようにしたものである。
さらにまた、上記多数決型エッジ検出手段として、上記ヌル区間に続く他の同期シンボルの信号がＮサンプル区間において所定のしきい値を超える数をカウントし、当該カウント数によって上記他の同期シンボルの開始点位置を検出する手段と、当該Ｎサンプル区間における上記他の同期シンボルの信号値の並びが所定の並びであるかを判定して当該他の同期シンボルの開始点を検出する手段とを有する構成としたものである。
【０００６】
以上により、本発明では、ヌル区間を検出する手段として、ディジタル化したベースバンドのＯＦＤＭ信号のレベルを用いヌル区間の判定を行い、このヌル検出処理をディジタル化したことにより、動作が安定化し、また、ヌル区間に続くスイープ信号のレベルを確認することにより、ヌル区間に瞬発的に雑音が混入した場合でも影響を受けにくい。
さらに、マルチパス、フェージングが発生し、受信信号のレベルが下がる場合でも、上記の方法でヌル区間を確認しているので、誤ってヌル区間と判断する確率を低減することができる。
さらにまた、本発明は、送信器と受信器の同期をとるための手段として、受信信号のヌル区間後のスイープ信号の開始点検出を１サンプルだけの判定ではなくＮサンプルの信号の状態から判定する多数決型エッジ検出としたため、受信信号のヌル区間およびヌル区間後に続くスイープ信号に雑音が混入しても、より高い精度でスイープ信号の開始点検出が可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のデータ伝送装置の受信器復調部の構成を図１を使い説明する。ＯＦＤＭ変調器から送られてきた信号は、ＲＦ／ＩＦ復調部６１でＩＦ周波数に変換された後、復調されてベースバンドのＯＦＤＭ信号となる。
そして、ＯＦＤＭベースバンド信号はＡ／Ｄ変換器６２でＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換器６２の出力は、復調器用制御器１０に入力される。復調器用制御器１０に入力された信号は、絶対値回路９で絶対値化される。この絶対値化された信号Ｓ１０の模式波形は図３のＯＦＤＭ信号７３である。
そして、この信号Ｓ１０は、信号に含まれる雑音を低減させるため、ローパスフィルタ１１に入力され、その出力は受信信号振幅判定器１２（例えば、汎用論理ＩＣ７４ＬＳ８５等）によって、受信信号振幅判定レベル設定器１３で設定された判定レベルで大小比較され信号Ｓ１２を得る。
そして信号Ｓ１２は設定された判定レベルよりも小さいときローレベル、大きいときハイレベルとなり、該信号Ｓ１２の模式波形は図３の判定結果７４となる。この信号Ｓ１２は、入力が仮にローレベルのとき値を増し、ハイレベルのとき値を減らすランダムウォークカウンタ（例えば、汎用論理ＩＣ７４ＬＳ１９１等）から構成されるヌル区間検出器１４に入力される。
【０００８】
そして、ヌル区間検出器１４内のランダムウォークカウンタの値は、図３に示すカウンタ値７５のように増減する。
そして、このランダムウォークカウンタの値が、予め設定した規定値を越えたらヌルと思われる区間を検出したとして、図３の波形７６のようなプレヌル信号を出力する。
また、図１の信号Ｓ１０（図３のＯＦＤＭ信号７３）は、受信信号振幅判定レベル設定器１３に予め設定された判定レベルで大小比較されるので、ヌルの終わりを明確に判断できるようにするため、図３のＯＦＤＭ受信信号７１に示すようにヌル期間Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３の後に、所定の同期信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を挿入しておく。この同期信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３としては、ＯＦＤＭ信号の振幅が最大となるスイープ信号等が良い。
【０００９】
なお、図１に示すスイープ信号検出器１５は、これらスイープ信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の開始を検出した時点でヌル区間終了を知らせる信号を出力する。このヌル区間終了信号の模式波形７７を図３に示す。
そして、受信部タイミング制御器１７は、ヌル区間検出器１４のヌル区間検出信号と受信部タイミング制御器１７のスイープ信号検出信号が対として検出されたときだけ、正しい同期信号として判定し、ＯＦＤＭ復調器全体に、同期信号を分配する。
そして、受信器が送信器に同期をとるための処理として、受信器のクロックの周波数、位相が、送信器のクロックの周波数、位相に追従するよう、受信器内のクロック発信器に制御をかける。この制御は、受信器が受信したスイープ信号と受信器がもつスイープ信号との相関演算を行い、受信器、送信器のクロックの周波数、位相差を求め、求めた値で受信器内のクロック発信器の制御を行う。
なお、上記の処理はディジタル信号の処理のため、Ａ／Ｄ変換器６２の出力が復調器用制御器１０に入力されてから同期の検出結果が出るまで遅延が生じる。このため、データ遅延器１８では、受信部タイミング制御器１７に従い復調器用制御器１０に入力されたＯＦＤＭディジタル信号に遅延をかけ、受信部タイミング制御器１７の出力と位相を合わせる。
【００１０】
ここで、ヌル区間後に続くスイープ信号を検出して同期をとる処理において、単にスイープ信号の開始点を検出しようとした場合、ヌル区間およびヌル区間後に続くスイープ信号に混入する雑音により、そのスイープ信号の開始点の位置を誤って判定してしまう場合がある。その例を図４に示す。
この図４の２値化同期シンボル波形１、２値化同期シンボル波形２は、図３の判定結果７４の同期シンボル部分である同期シンボル７８の区間を拡大したものである。
ここで、図３の同期シンボル７８の区間が、図４の２値化同期シンボル波形１のように、雑音のないヌル区間１−１，スイープ信号１−２であれば、スイープ信号開始点１−３を明確に判定できるが、図３の同期シンボル７８の区間に、図４の２値化同期シンボル波形２のヌル区間２−１，スイープ信号２−２のように雑音が混入した場合、単純な信号の立ち上がり検出では、ヌル区間２−１に混入した雑音２−４を、スイープ信号の開始点の位置と誤って判断してしまう。
【００１１】
この対策としては、前述のスイープ信号の相関演算の範囲を広くとり、正確なスイープ信号開始点２−３の位置を検出する必要がある。
つまり、図４の雑音のない２値化同期シンボル波形１の場合は、スイープ信号開始点１−３を正しく検出できるので、該スイープ信号開始点１−３を相関演算開始点として、Ｋ＝１からＫ＝ｊ（ｊは２以上の整数）まで、ｊ回のスイープ信号の相関演算を行う。その相関値Ｒの例を図５の相関演算結果４に示す。
一方、図４の雑音が混入した２値化同期シンボル波形２の場合、スイープ信号開始点２−３を検出するところを、雑音２−４の位置をスイープ信号の開始点の位置と誤って判断してしまうため、Ｋ＝−ｉ（ｉは２以上の整数）からＫ＝ｊまで、ｉ＋ｊ回のスイープ信号の相関演算を行う必要がある。その相関値Ｒの例を図５の相関演算結果５に示す。
結局、受信信号のＣ／Ｎ比が低く、ヌル区間およびヌル区間後に続くスイープ信号に雑音が混入して、正しいスイープ信号開始点を検出でない場合は、正しいスイープ信号開始点と、誤ってスイープ信号開始点と判断した点の間のサンプル数以上のサンプル数を加えた、広い区間のスイープ信号相関演算を行い、同期点を検出する必要があり、スイープ信号相関演算処理の規模が大きくなる。
【００１２】
そこで、本発明では、図１の構成に多数決型エッジ検出器１９を挿入し、ヌル区間に続くスイープ信号の開始点の検出精度を、さらに改善したものである。
この構成を図６に示し、多数決型エッジ検出器１９の動作について説明する。前述のＯＦＤＭ送信器から送信され、復調後、Ａ／Ｄ変換されたベースバンドのＯＦＤＭ信号は、受信信号振幅判定器１２に入力される。
そして、受信信号振幅判定レベル設定器１３に設定された判定レベルで、大小比較され、ヌル区間検出器１４および多数決型エッジ検出器１９に入力される。ヌル区間検出器１４でヌル区間を検出し、多数決型エッジ検出器１９でスイープ信号の開始を検出する。
この多数決型エッジ検出器１９の出力は、スイープ信号検出器１５に入力されスイープ信号の開始エッジを検出する。
そして、受信部タイミング制御器１７は、ヌル区間検出器１４のヌル区間検出信号とスイープ信号検出器１５のスイープ信号検出信号の両方が検出されたとき正しい同期として判定し、ＯＦＤＭ復調器の各部に同期信号を分配する。
【００１３】
以下、本発明の多数決型エッジ検出器１９の一実施例を図７に示し説明する。前述の受信信号振幅判定器１２で受信信号振幅判定レベル設定器１３に設定された判定レベルで大小比較され２値化された信号が、多数決型エッジ検出器１９に入力される。
この信号は、シフトレジスタ２１−１からシフトレジスタ２１−ｎ（ｎは、２以上の整数）へとシフトされる。加算器２２にはシフトレジスタ２１−１からシフトレジスタ２１−ｎの出力が入力される。
結局、この加算器２２の出力は、シフトレジスタ２１−１からシフトレジスタ２１−ｎに入力される信号が、受信信号振幅判定レベル設定器１３に設定された判定レベルより大きいときのサンプル数を数えた値となる。
そして、加算器２２の出力は比較器２４でスイープ信号判定レベル設定器２３の設定値と比較される。
例えば、シフトレジスタ２１が２０段あり、スイープ信号判定レベル設定器２３の設定値を１５サンプル以上とすると、２０のサンプル値の内１５サンプル以上が、受信信号振幅判定レベル設定器１３に設定された判定値より大きいときに、スイープ信号開始点と判断する。
【００１４】
このように、受信信号振幅判定器１２で、受信信号振幅判定レベル設定器１３に設定された判定レベルで大小比較され、２値化された信号を、多数決型エッジ検出器１９にてエッジ検出するので、受信信号のヌル区間およびヌル区間に続くスイープ信号に混入した雑音の影響が図１の構成より、さらに減少する。
なお、仮に図７のスイープ信号判定レベル設定器２３に「２０のサンプル値の内、１５サンプル以上の受信信号が受信信号振幅判定レベル設定器１３に設定された判定レベルより大きいとき」というように設定すると、実際にスイープ信号の開始点を検出するのは、２０のサンプル値の内１５サンプル以上、２０サンプルまでとなるので、雑音の混入する量に応じ、スイープ信号の開始点の検出タイミングが、最大５サンプルの範囲でずれる。
この５サンプルのずれは、スイープ信号の開始点の検出位置のずれとなるため図５に示すスイープ信号相関演算範囲を、前述の５クロックのずれを含めた広い範囲について行う必要があり、スイープ信号相関演算処理量が増すことになる。
【００１５】
この点について、多数決型エッジ検出器１９内の具体的な動作タイミング波形を図８に示し、以下に説明する。
図７のシフトレジスタを２０段とし、シフトレジスタ２１に、図８の入力波形３０のような雑音のないスイープ信号が入力された場合、加算器２２の出力値が比較器２４において、スイープ信号判定レベル設定器２３に設定された１５以上であるかを判定され、加算器出力波形３１のようになる。この時の遅延期間４１は、１５サンプルとなる。また、シフトレジスタ２１−ｎの出力は、出力波形３３となる。
一方、シフトレジスタ２１に、図８の入力波形３４のような４サンプルの雑音のある信号が入力された場合は、比較器２４の出力波形３５のようになり、遅延期間４４は１９サンプルとなる。
このように、雑音量で比較器２４の出力タイミングは変動するので、この条件では加算器２２の出力をそのままスイープ信号の開始点と判断すると、検出誤差４３に示すように、４サンプル誤差を生じる。
【００１６】
このため、図７のエッジ判定器２５で比較器２４の出力とシフトレジスタ２１−ｎの状態（この例では４サンプル）を確認し、仮にこれらのレベルが、Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｈとなるタイミングで判定する。
具体的には、図８の出力波形３３または出力波形３６に示すように、○印の付したサンプルの状態を判定する。
その結果、受信信号のヌル区間およびヌル区間後に続くスイープ信号に雑音が混入しても、スイープ信号の開始点を正しく検出することができる。
【００１７】
つぎに、本発明の多数決型エッジ検出器の他の実施例を図９に示す。
図１の受信信号振幅判定器１２で、受信信号振幅判定レベル設定器１３に設定された判定レベルで大小比較され２値化された信号が、多数決型エッジ検出器１９に入力される。
この信号は、シフトレジスタ２１−１からシフトレジスタ２１−ｎへとシフトされる。加算器２２−１では、入力された２値化判定値を加算する。
この加算結果は、レジスタ２６−１に格納される。
一方、シフトレジスタ２２−ｎの出力は加算器２２−２で加算される。この加算結果は、レジスタ２６−２に格納される。
そして、レジスタ２６−１からレジスタ２６−２の出力を、加算器２２−３で減算すると、シフトレジスタ２１−１からシフトレジスタ２１−ｎ間の受信信号振幅判定レベル設定器２３に設定された判定レベルより大きいときのサンプル数が求められる。
【００１８】
そして、比較器２４において、この値がスイープ信号判定レベル設定器２３で与えられたサンプル数以上であれば、スイープ信号が存在していると判断する。しかし、比較器２４の出力は、図７の多数決型エッジ検出器１９の比較器２４と同様に、図８の出力波形３３、出力波形３６のように、雑音の混入量に応じ検出タイミングがずれるので、図７のエッジ検出器２５と同様に、比較器２４の出力とシフトレジスタ２１−ｎの状態（この例では４サンプル）を確認し、仮にレベルが、Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｈとなるタイミングで判定する。
なお、多数決型エッジ検出器１９の場合、レジスタ２６−１とレジスタ２６−２は積算ループがあるので、初期化が必要である。その初期化は、リセット信号２７で行う。また、レジスタ２６−１とレジスタ２６−２のビット数は、シフトレジスタ２１−１からシフトレジスタ２１−ｎの総段数以上を表現できる数が必要である。
なお、前述の例では、同期シンボル群として、ヌル区間の後にスイープ信号が続く構成の場合について説明したが、ヌル区間に続く信号としては、一定レベルの１キャリア信号しか含まない信号等、振幅が一定である信号であれば良い。
【００１９】
【発明の効果】
本発明では、ヌル区間に入る雑音でヌル区間の検出をし損なうことや、マルチパス、フェージングが発生し受信信号のレベルが下がる場合でも、スイープ信号の開始点をヌル区間と誤って判断する確率が低減されると共に、ヌル区間の検出処理がディジタル化されているので、スイープ信号の開始点を正しく検出できる安定したＯＦＤＭ伝送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のデータ伝送装置の受信器復調部の構成を示すブロック図
【図２】従来のデータ伝送装置の受信器復調部の構成を示すブロック図
【図３】データ伝送装置の受信器復調部の各部の波形を示す模式図
【図４】同期シンボル部分の波形タイミングを説明する模式図
【図５】スイープ信号の相関演算結果を説明する模式図
【図６】本発明のデータ伝送装置の受信器復調部の一実施例の構成を示すブロック図
【図７】本発明の多数決型エッジ検出器の構成を示すブロック図
【図８】
本発明の多数決型エッジ検出器の各部波形図
【図９】
本発明の他の多数決型エッジ検出器の構成を示すブロック図
【符号の説明】
９：絶対値回路、１０：復調器用制御器、１１：ローパスフィルタ、１２：受信信号振幅判定器、１３：受信信号振幅判定レベル設定器、１４：ヌル区間検出器、１５：スイープ信号検出器、１７：受信部タイミング制御器、１８：データ遅延器、１９：多数決型エッジ検出器、６１：ＲＦ、ＩＦ復調部、６２：Ａ／Ｄ変換器、９０：受信部ＲＦ、９１：受信部ＩＦ、９３：ＯＦＤＭ復調器。

Claims

直交周波数多重変調方式を用いたデータ伝送装置において、受信器と送信器の同期をとるため、予め上記送信器で一定周期毎に所定の同期シンボル群を伝送信号に挿入しておき、当該伝送信号を復調する上記受信器に、該受信した伝送信号をベースバンドの信号に復調し、Ａ／Ｄ変換したディジタル信号の絶対値をとる手段と、該信号を所定帯域に帯域制限後、該信号の振幅が所定の値より大きいか小さいかを比較判定して対応する判定結果を出力する手段と、この判定結果に基づき、上記同期シンボル群の内の無信号期間（以下、ヌル区間）の検出判定を行う手段と、上記ヌル区間に続く他の同期シンボルの開始点検出を行う手段と、当該ヌル区間の存在が検出された後、上記ヌル区間に続く他の同期シンボルの開始点が検出されたタイミングで、上記他の同期シンボルと上記受信器が持つ同期シンボルとの相関演算を開始させるための制御信号を出力する手段を備えたことを特徴とするデータ伝送装置。
請求項１に記載のデータ伝送装置において、上記絶対値化され、所定帯域に帯域制限された信号の振幅が所定値より大きいか小さいかを比較判定し判定結果を出力する手段を、当該信号の振幅が所定値より大きいか小さいかを比較する比較手段と該比較結果に応じてカウンタ値を増減するカウンタ手段とし、上記ヌル区間の検出判定を行う手段を、上記カウンタ値が所定値以上あるいは以下になったとき、ヌル区間を検出したと判定する手段としたことを特徴とするデータ伝送装置。
請求項２に記載のデータ伝送装置において、上記ヌル区間に続く他の同期シンボルの開始点検出を行う手段を、上記比較手段に接続され上記信号の振幅がＮサンプル（Ｎは２以上の整数）区間において所定のしきい値を超えるサンプル数を数えるカウント手段と、上記所定のしきい値を超えるサンプル数が所要値以上であるか否かを判定する判定手段と、上記所定のしきい値を超えるサンプル数が所要値以上であるのが検出された後、上記Ｎサンプル区間の所定サンプルが上記所定のしきい値を超えた直後の所定期間で上記所定のしきい値を超えた状態を維持しているとき、上記所定サンプルが上記所定のしきい値を超えるタイミングを、上記ヌル区間に続く他の同期シンボルの開始点と判定するシンボル開始点判定手段としたことを特徴とするデータ伝送装置。