JP3598371B2 - Signal processing method for orthogonal frequency division multiplexed signal - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式を用いた通信あるいは放送における信号処理方法に関しており、特に多重伝搬路特性をもった環境での受信や移動受信において効果のある直交周波数分割多重信号の信号処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地上テレビジョン放送の伝送においては、特に高層建築が林立する都市部において、建築物に反射し遅延して到着する電波による妨害（マルチパス妨害）が大きな問題となる。この妨害は、アナログ変調による放送波については、ゴーストとしてよく知られた問題である。デジタル変調による放送波においては、受信機が受信中のシンボルに対し、過去に到着しているべきシンボルが遅延して干渉するシンボル間干渉となる。妨害波が受けた遅延時間が、1シンボルの長さに比して、例えば数十分の１といったきわめて小さい値であれば、そのようなシンボル間干渉の影響は小さい。すなわち、同じデータを伝送するなら、シンボル長がなるべく大きい方式を用いると、シンボル間干渉の影響を小さくすることができる。
【０００３】
そのような方式の一つにＯＦＤＭがある。これは、複数の搬送波を用いる多重化によってデータの転送を分担させ、シンボル長を大きくすることで、遅延到来波による妨害を小さくすることができる方式である。さらに、遅延到来波の遅延時間に見合う時間だけ、各送信シンボルの間に時間の空白を挿入することによって、遅延波の影響を排除する工夫(ガードインターバル)が可能な方式である。このような性質から、我が国の地上デジタルテレビジョン放送の方式に採用されることになった。
【０００４】
ＯＦＤＭ方式では、数百から数千のデジタル変調波を周波数軸上に等間隔に並べて伝送する。これを、一般的なＦＤＭ（Frequency Division Multiplexing）と比較してみると、変調波のスペクトル間隔に違いがある。一般的なFDM方式では、各々の変調波のスペクトルは互いに重ならないよう周波数間隔をあけて配置されており、受信側においても、個々の変調波を抽出するためのフィルタを用いる必要がある。しかしＯＦＤＭ方式においては、周波数間隔をシンボル長の逆数とし、すべてのシンボルタイミングを一致させる。この条件下では、スペクトルの一部が重なるような多重化となるが、受信側では完全に分離可能である。このように、通常のＦＤＭでは、多重化を行う前および受信時の双方においてフィルタが必要であるが、ＯＦＤＭでは使用しない。
【０００５】
ＯＦＤＭ方式は、上述の様に、多数の直交するキャリアに情報を乗せて伝送する方式であり、個々のチャンネルのデータ転送速度は遅いため、遅延到来波による妨害を小さくすることができることが知られている。また、送信局からの電波が受信機に到達するまでの伝搬経路中に、多数の反射波や遅延波が生じる場合には、受信点ではそれらが複合した受信状態（多重伝搬）になり、信号品質が劣化することも知られている。
【０００６】
しかし、一般に、信号品質の劣化が生じた場合においても、多重伝搬路特性が判明すれば、その逆特性や伝達関数（複素遅延プロファイル）を用いて、受信信号に対して信号処理を施すことにより、信号品質を改善させることが期待できる。
【０００７】
これまでに提案された一般的な伝搬路特性の推定手法として、スキャッタード・パイロット(ＳＰ:Scattered Pilot)シンボルを使用した推定手法が良く知られている。これは、伝搬路特性の推定のために付加されるもので、地上デジタル放送の固定受信を主たる目的としたものである。
【０００８】
この伝搬路特性の推定手法は、送信側から既知情報としてＳＰシンボルを含んだ信号を送信し、受信側で受信した既知の情報と、送信された既知情報とを比較して、その変化を検出することにより伝搬路歪の原因となる多重伝搬路特性を推定する手法である。また、その逆特性を受信信号に与えることによる補償技術が実用化されている。
【０００９】
しかしながら、上記のＳＰを用いる従来の伝搬路特性の推定手法では、十分な推定精度を得るために、複数の受信シンボルを利用した時間と周波数の次元での相互補間を行う必要がある。多重伝搬路特性が時々刻々変化する移動受信に適用すると、伝送路特性が大きく変化しないことを前提とした相互補間演算手法では、大きな誤差が生じることから伝搬路特性の推定誤差が大きくなるという問題があった。この問題のために従来の伝搬路特性の推定手法を移動受信に利用することが困難となっていた。
【００１０】
また、推定精度を向上させるためには、ＳＰの挿入個所を増やすべきであるが、逆に本来の信号情報を減少させてしまい、情報の伝送量の低下を招くため移動受信の変動に対応できるほどのＳＰの付加は望めない。
【００１１】
例えば、時速２４０ｋｍで移動する新幹線で９００ＭＨｚ帯のＯＦＤＭ信号を受信する場合、固定された放送局からの信号は、ドップラー効果により±２００Ｈｚの周波数ずれを伴う。ここで、新幹線の前方と後方方向から電波が受信アンテナに入射するという多重伝搬路が形成されている場合は、高周波側と低周波側との双方にずれた信号が受信される。上記の地上デジタルテレビジョン放送の場合は、それぞれのスペクトル幅が１ｋＨｚ程度であるので、前記のドップラーシフト幅はその４割にも達する。従って、シンボル長が１ｍｓｅｃとした場合、次のシンボルが受信された時点で最大１４４度の位相回転が生じる。時間方向には４シンボル毎にＳＰが挿入されているため、ＳＰから次のＳＰの間に576度の位相回転が生じてしまい位相特性が補間できない。このようなドップラーシフトが時々刻々変化するために、上記のスキャッタード・パイロットを用いる従来の伝搬路特性の推定手法のみでは、誤り信号の補償を行うことは困難であった。
【００１２】
このため、ＯＦＤＭ方式の移動受信では、DQPSK-OFDM（Differential Quadrature Phase Shift Keying-Orthogonal Frequency Division Multiplexing）として知られる方式を使用して、多重伝搬路特性の補償を行わずに復調する手法が用いられている。
【００１３】
また、他の問題として、一般に、多重伝搬路の伝達関数を表すものとして複素遅延プロファイル(ＣＤＰ: Complex Delay Profile )が用いられるが、上記のＣＤＰの計算には、膨大な数値計算が必要である。
【００１４】
多重伝搬路特性の推定は、上述の様に、固定受信を想定してスキャッタード・パイロット（ＳＰ）を利用した技術は知られていたが、ＳＰ信号からの推定結果を利用したＣＤＰの算出は計算手法が複雑であり、計算量も膨大であるため、短時間で変化してしまう移動受信では、即座に対応することが困難であった。また、移動受信では、前記のドップラー効果による問題もあり、ＣＤＰの算出がさらに困難となっていた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の様に、従来手法では解決できない課題として次のようなものがあった。ひとつは、スキャッタード・パイロット（ＳＰ）を用いる従来の伝搬路特性の推定手法では、多重伝搬路特性が時々刻々変化する移動受信には推定誤差が大きくなるという問題であり、もうひとつは、上記の複素遅延プロファイルの計算が、膨大な数値計算を必要とすることである。
【００１６】
この発明の目的は、ＳＰの含まれていないＤＱＰＳＫ−ＯＦＤＭなどの位相変調信号を受信した場合でも、復調したデータを利用して信号の補償や多重伝搬路特性の推定を行うことができる直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号の信号処理方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明は、信号エネルギーよりノイズエネルギーのほうが大きいデータによる影響を少なくする直交周波数分割多重信号の信号処理方法に関するものであり、直交周波数分割多重信号の信号処理において、復調されて得られた信号空間ダイヤグラム上の複数の信号点、あるいは、復調した信号の相対位相差でプロットされた信号空間ダイヤグラム上の複数の信号点の統計処理を行って、信号空間ダイヤグラムにおける変動を抽出する手続きと、前記の変動の逆の操作を前記の複数の信号点に加える手続きと、前記の操作の加えられた複数の信号点を、それらの分布を代表する点の属するグループに分類する手続きであって、
複数の座標点の統計処理は、信号空間ダイヤグラム上の信号点の分布状態から決まる値に関連づけられた角度により信号空間ダイヤグラム上の原点を中心とする情報が誤って識別される確率が高い領域が定められ、その情報が誤って識別される確率が高い領域に分布する信号点を、上記の統計処理から除外することを特徴としている。
【００１８】
また、第２の発明は、受信データのみから複素遅延プロファイルを求めるために、上記した発明によって受信シンボルから送信シンボルを推定し、この受信シンボルと送信シンボルとを用いて伝達関数を求め、その伝達関数から複素遅延プロファイルを求める手続きを含むことを特徴としている。
【００１９】
また、第３の発明は、時間解析精度あるいは距離解析精度を改善するために、上記した第２の発明に加えて、推定した送信シンボルに、送信データのサンプリング時間より短い予め決められた微小時間に起こる位相変化を与える因子を乗じた送信シンボルを用いて、複素遅延プロファイルを求める手続きを含むことを特徴としている。
【００２０】
また、第４の発明は、送信シンボルの推定精度を改善するために複数の受信信号系を用いて、受信帯域内の振幅位相特性の異なる条件で信号を受信し、上記した第１ないし第３のいずれかにの発明によって、それぞれの受信シンボルからそれぞれの送信シンボルを推定し、複数の受信シンボルから位相ギャップ情報に関する予め決められた判定基準にしたがって受信シンボルを選択し、選択された受信シンボルを用いて送信シンボルを推定する手続きを含むことを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態として、図１に示す様に、受信した信号を入力として、その信号に高速フーリエ変換を適用して、信号空間ダイヤグラムの位置に対応した信号とし、この信号に位相変動補償を行い、位相変動補償後の受信信号に対してキャリア間の位相ずれを補償して送信シンボルを推定する直交周波数分割多重信号の信号処理方法を提案している。また、この方法を利用して位相補償後の受信信号から送信シンボルを推定し、受信信号との相関から複素遅延プロファイルを得る方法を提案している。
【００２２】
次に、実施の形態を図面に基づいて、以下に詳細に説明する。以下では、送信シンボルを推定するＯＦＤＭ信号の推定法を、第１の実施形態として図２および３にそのブロック図を示す。その後、複素遅延プロファイルの解析法を第２の実施形態として、図７および８を用いて説明する。
【００２３】
まず、ＯＦＤＭ信号の補償法について、ＤＱＰＳＫ−ＯＦＤＭ（Differential Quadrature Phase Shift Keying-Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号を例に説明する。
【００２４】
その概要を述べると、ＤＱＰＳＫ−ＯＦＤＭの移動受信、ＱＰＳＫ−ＯＦＤＭの移動受信において受信信号を解析して位相変動を抽出し、その逆特性を信号に与えることによってドップラーシフトに起因する位相変動を抑圧する。また、個々の受信シンボルに着目すれば、静的マルチパス特性にキャリア間干渉の劣化が加わったモデルと仮定できるので、本発明では、ＤＱＰＳＫ−ＯＦＤＭやＱＰＳＫ−ＯＦＤＭの受信シンボルについて、隣接のキャリア間の位相差を観測して、キャリア間の位相ずれを補償した後、シンボル判定を行うものである。さらに、絶対位相を信号の情報を利用して特定すれば、推定された送信シンボルが得られる、という特徴が有る。
【００２５】
このために、ＯＦＤＭ信号の多数の直交キャリアのうち、任意の１キャリアに着目する。このキャリアの関わる情報は、信号空間ダイヤグラムにおいて図４（ａ）に示すような信号点配置を取る。当然ながら、この信号点の位置は伝送する情報に依存するので、伝送される信号点の位置を受信側で事前に予測することはできない。
【００２６】
一般に、信号空間ダイヤグラムの座標は、直交座標軸であるが、信号に歪が無く雑音成分が無い限り、どの信号点をとっても信号と原点とを結ぶ線分と座標軸とのなす角度は一定である。ところが、実際には、多重伝搬路の影響を受けるため、図４（ｂ）のように受信信号の振幅と位相が変移する事が起こる。さらに移動しながら受信すると、ドップラーシフトが起こり、信号点は原点の周りに移動するため、図４（ｃ）のように振幅と位相の変化が時々刻々変化することが知られている。
【００２７】
ここで、移動受信に対して用いられるＤＱＰＳＫ信号は、時間を前後して送られたデータの位相角度の差から情報を読み取るため、±４５度までの位相回転は信号の判定には影響しない事が知られている。しかし、受信側の高速移動などによるドップラーシフトの影響などで±４５度近くの大きな位相回転が加わった状態にあると、わずかな雑音の影響でも±４５度を超えてしまう。この場合、隣の象限の情報とされて、情報が誤って識別されてしまうことがある。したがって、ＤＱＰＳＫについても位相回転を補償できれば、対雑音特性の改善を期待できることがわかる。
【００２８】
そこで、位相回転量を求めて補償するために、図５（ａ）左のような信号空間ダイヤグラムの全ての象限に分布する差動復調データを、図５（ａ）右のように第1象限に集積する座標変換を行う。この変換の具体的方法は幾つかの方法が考えられるが、ここでの変換条件は次のようにするものとする。つまり、基本的に全てのデータについて、Ｉ軸、Ｑ軸の絶対値を求めて表示する。ただし、座標データのいずれか一方が負の場合（同じ事であるが、それらの積が負の場合）のみ、Ｉ軸とＱ軸のデータを入れ換える。この結果をＩ軸Ｑ軸の直交座標に表示すると図５のようになり、各データが原点を中心に回転して第１象限に重なるようになる。
【００２９】
次に、複数の補償後の信号から振幅の変化量の統計処理（平均値の算出）を行い、位相角も理想的に補償した結果、何らかの選択した信号について、図５（ｂ）の黒丸（●）のような値が推定されたとする。これに対して、その選択した信号について補償後の位置が図５（ｂ）に示す星（★）のような値だとすれば、この信号には雑音や干渉などの影響による誤差が残留していると考えられる。また、その選択した信号以外の他の信号をとると、一般には、黒丸（●）の位置の周りに分布する。
【００３０】
また、この黒丸（●）と星（★）の差から雑音電力を見積れるので、全てのキャリアについて求めて平均すると帯域内の平均雑音電力が推定できる。
【００３１】
予測される平均信号電力、例えば図５の黒丸（●）の位置の信号のもつ信号電力に対して平均雑音電力が大きくて位相回転が信号空間ダイヤグラムで原点の周りの回転について±４５度の閾値を超えるようになると、情報が誤って識別される確率が高くなる。このような領域に有る信号については、複素遅延プロファイルを求める際には、次の様に除外する。つまり、この状態をシンボル推定が不能な状態と定義して、送信シンボルの信号空間ダイヤグラム上での座標（Ｉ、Ｑ）の推定値を（０、０）で置換えて、複素遅延プロファイルの相関に影響しないように抑圧する。
【００３２】
このように変換されたデータには、まだ雑音や歪が重畳しており、シンボル推定にはこれらの雑音や歪は誤差要因となる。そこで、雑音の影響を抑圧して正確な位相回転量を抽出するために、複数サンプルの平均値を求める。平均値の取り方には種々の方法がある事が知られているが、以下では、相加平均を想定するものとする。他の平均の取り方を行っても、以下の説明と本質的に異なるところは無い。
【００３３】
この場合、絶対位相は特定できないが、位相回転の変化量が精度良く求まる。この位相回転の逆回転を受信信号に施せば、受信信号の信号空間ダイヤグラム上の位置は、各象限の境界から遠ざかるので、情報が誤って識別されることが減少し、通信品質の改善が可能である。また、上記の様に位相回転補償を行った信号についてさらに補償誤差を検出し、このための補償回路に帰還することにより、位相回転以外の補償誤差の累積を防ぐことができる。
【００３４】
図２は、このようなＯＦＤＭ信号の補償を行うためのブロック図である、また信号の流れを示す。受信されたＯＦＤＭ信号は、高速フーリエ変換部でフーリエ変換されて、信号空間ダイヤグラム上の座標に関連付けられた信号となる。この信号は分岐され、一方は位相シフト部へ、他の一方は、差動復調部に送られる。それ以降は、次の手順にしたがっている。
【００３５】
１）差動復調：時間を前後して受信されたシンボルの相対位相差を求める。
２）座標変換：次に、座標変換により、信号を第１象限に集積する。
３）位相変動推定：次に、集積された信号は統計処理され、位相変動値が推定される。
４）位相シフト：上記で推定された位相変動値で、ＦＦＴからの信号空間ダイヤグラム上の信号（Ｉ，Ｑ信号）の位相をシフトして補償する。
５）位相をシフトされた信号は、出力される。
６）また、位相をシフトされた信号は、再び差動復調され、さらに座標変換を受ける。
７）つぎに、上記で得られた信号から位相補償の誤差が検出され、この情報は位相変動推定部にフィードバックされる。
【００３６】
この様に位相変動の補償された信号は、図３に示すＯＦＤＭ信号受信信号を用いた送信シンボルの推定部へ送られる。ここで信号は、次の様に処理される。
【００３７】
８）隣接キャリア間差動復調：処理手順は、まず、受信シンボルの隣接キャリア間の相対位相差を求める。
９）座標変換：次に、座標変換により、信号を第１象限に集積する。
１０）位相変動プロファイル：次に、隣接するシンボルの相対位相角の情報を連結して、位相の連続的な変化を示すプロファイルを求める。
１１）シンボル判定：受信シンボルに位相変動プロファイルの逆特性を与えた後に、シンボル判定を行う。
１２）位相ギャップ・絶対位相補正：判定されたシンボルについて、位相ギャップの推定とその補正を行い、また絶対位相についての補正を行う。このような補正は、より具体的には、次の様に行う。
【００３８】
ＯＦＤＭ信号の受信シンボルでは、隣接キャリアの振幅と、位相変動との相関は大きい。これを利用してシンボル推定の精度を改善することができる。しかし、ノイズによる変動に比べて信号の振幅が極めて小さい時には、位相差を求める対象の隣接キャリアの信号点がそれぞれ異なる象限にまたがる場合が生ずる。この場合には、位相変動と信号情報の分離が出来ないために、位相が大幅にずれる位相ギャップが生ずる場合がある。
【００３９】
一方、ＤＱＰＳＫ−ＯＦＤＭ信号には、マルチパス伝搬路で信号が劣化しても安定に受信復調ができるように、同一の制御情報信号を複数のキャリアに対して配置している。そこで、この制御データを活用すれば位相ギャップの発生した区間については位相差が把握できるので、受信シンボルの位相ギャップの補正が可能である。位相ギャップは±９０度、±１８０度を単位とするので、雑音などとは区別しやすい。信号列における位相ギャップの発生個所は、受信シンボルの振幅の包絡線と対比して、信号電力の大幅に減少した位置として推定できる。
【００４０】
また、受信シンボルの差動復調データと、前項１１で判定したシンボルを差動復調したデータとを比較することからも位相ギャップを検出できるので補正することができる。
【００４１】
絶対位相は、制御信号を復号して位相を確定する方法と基準位相のキャリアデータを利用して位相を確定する方法があり、何れか信号のコンディションの良い方を選択するものとする。
【００４２】
以上により、送信シンボルの推定が完了する。また、必要により図６に示す流れにより、ダイバーシティ受信による送信シンボル推定を行うことが望ましい。これは、受信信号系を複数にすることにより、受信帯域内の振幅位相特性の異なる条件で信号を受信することが可能であることを利用している。この推定では、それぞれの受信信号について送信シンボルの推定プロセスを実施し、位相ギャップの検出、補正の時点で複数の受信データから最も信頼性の高い受信データを選択して受信シンボルとして採用する。これを全帯域の各キャリアについて実施してもっとも信頼性の高い送信シンボルの推定値を求めるものである。
【００４３】
図６の信号の流れでは、アンテナ入力１から入力された信号は、高速フーリエ変換を受け、信号空間ダイヤグラムの位置に対応した信号となり、この信号に位相変動補償と送信シンボルの推定が行われ、これは、アンテナ入力２から入力された信号推定された送信シンボルとの比較が行われてどちらかが選択される。この選択においては、それぞれの推定された送信シンボルから位相ギャップ情報が抽出され、この位相ギャップ情報は、前記の選択において用いられる。
【００４４】
次に、第２の実施形態としてＯＦＤＭ信号を用いた複素遅延プロファイルの解析法について、以下に説明する。
【００４５】
複素遅延プロファイルは、送信側での時間領域のインパルスに対する受信側での応答特性として定義されており、送信データと受信データの相関から得ることができる。通常は、送信データと受信データとは、それぞれ送信側と受信側からそれぞれ直接得られるが、本発明では、送信データを受信データから推定して得るものである。ここで、送信データの推定には、上記したＯＦＤＭ信号の補償法を行って、受信信号から送信シンボルを推定する。本発明の方法は、送信シンボルについて新たに補償用のデータを付加する必要が無いため、例えば、これにより、通常のデジタル放送のＤＱＰＳＫ−ＯＦＤＭ信号などを移動受信することで、移動区間内の連続的な複素遅延プロファイルの推定が可能となる。
【００４６】
次に、このように推定した送信シンボルを用いて、マルチパス妨害などに見られる伝達時間の違いによる時間相関を求めるための時間制御をおこなう。その結果と受信信号との相関をとって、複素遅延プロファイルを得ることができることを次に説明する。
【００４７】
まず、送信データあるいは受信データとして、いずれも周波数軸上で離散的に取ったデータを用意する。このとき、これらのデータに対応する受信シンボルの周波数成分と、送信シンボルの共役シンボルの周波数成分と、の積から、複素振幅位相変動の周波数特性が求まることを次に示す。
【００４８】
一般に、信号の伝送路特性は、伝達関数Ｈで表すことが出来る。この伝達関数Ｈは、離散した周波数に対応したシンボル番号をル、信号空間ダイヤグラム上の座標（Ｉ、Ｑ）を複素数とみなして構成した送信信号をｘ(jΩ)、受信信号をｙ(jΩ)とし、送信信号のノルムが１に規格化されたものとするとき、周波数次元で表すと次の様に定義される。
【００４９】
【数１】
これから、伝達関数Ｈは次の様になる。
【００５０】
【数２】
このように、受信信号に対して、規格化された送信信号の共役を掛けることで周波数特性が求まることがわかる。また、周波数応答は、伝達関数Ｈの逆フーリエ変換であるから、次の様になる。
【００５１】
【数３】
これは、時間領域のインパルス応答であり、したがって複素遅延プロファイルが得られる。
【００５２】
求まった複素遅延プロファイルの時間分解能は、キャリアの周波数間隔の逆数をフーリエ変換のデータ数で割った時間である。これは、一般に電波の伝搬距離の分解能としては不充分である場合が多い。
【００５３】
例えば、キャリア間隔２kHz、シンボル長500μsec、キャリア数512とするＯＦＤＭのモデルを仮定する。標本化周波数は、2000 × 512＝1.024 MHzである。したがって、サンプリング間隔は、約１μsecである。また、光の速度を３０万キロ／秒で電波と同じとすると、１μsecで電波の伝搬する距離は、３００ｍほどであるので、データから解析できる時間分解能は、３００ｍの距離分解能を意味している。したがってこの場合、数メートルないしは数十メートルの移動特性を求めるには、それに応じた距離の推定が必要であるから、１０倍〜１００倍の精度の演算が必要であることが分かる。
【００５４】
この様な、時間精度を向上させるために、本発明はまた、推定された送信シンボルに対して分析に必要な遅延時間分だけ等価的に時間シフトを行うことを提案している。この原理を以下に示す。
【００５５】
一般に、ＯＦＤＭにおいては、信号空間ダイヤグラム上の複数のデータ点は整列された後、逆フーリエ変換を受けるから、Ｎをキャリア数、ｋをデータのサンプル点の番号、Ωを離散時間の逆数で正規化された周波数に対応するシンボルの番号、Ｓ（ｋ）を離散標本化された信号とするとき、送信信号は次の様になる。
【００５６】
【数４】
ここで、標本化時間の遅延量τを与えるには、離散標本化された信号Ｓ（ｋ）に対しては任意の時間を設定できないので、ここでは、その位相部分に対して遅延補正を行う。
【００５７】
【数５】
【００５８】
これは、周波数Ωについて時間τだけ経過したときの位相の変化量を元の信号に掛けていることになる。この方法にしたがって、推定された送信シンボルに対して分析に必要な遅延時間分だけ等価的に時間シフトを処理する。
【００５９】
この様に、時間シフトの分解能は、任意に設定できるので、必要な精度で計算することが可能である。このため、複雑なマルチパス妨害であっても複素遅延プロファイルを得て、元の信号に任意に近づけることができる。このようにして得られた結果を前述の受信信号との積に使用してフーリエ解析を行えば、所望の遅延時間における複素遅延プロファイルを得ることができる。
【００６０】
また、受信したＯＦＤＭ信号のうち、任意のキャリアを選択して相関演算が実行できるので、信号レベルの低下したキャリアを排除するか、必要最小限のキャリア数に限定して演算するなどによって、演算効率を高くすることも可能である。
【００６１】
図７に複素遅延プロファイルを解析するための構成のブロック図とその信号の流れを示す。入力されたＯＦＤＭ信号は、高速フーリエ変換部でフーリエ変換されて、信号空間ダイヤグラム上の座標に関連付けられた信号となる。この信号は分岐され、一方は位相シフト部へ、他の一方は、位相変動補償部に送られる。位相変動が補償されたデータから送信シンボルが推定され、分析時間のシフト位置に相当する位相回転が与えられる。このデータは、位相シフト部に送られ、高速フーリエ変換部からの信号との積に相当する位相シフトが行われる。この後、逆フーリエ変換により、複素遅延プロファイルが得られる。
【００６２】
また、図７に示した複素遅延プロファイルを解析するための構成では、受信シンボルとしては、統計的な処理を受けておらず、ノイズの影響残るばらつきのあるデータを用いている。受信シンボルとしてはこのようなばらつきはできるだけ排除するのが望ましく、既に統計的な処理を受けている推定された送信シンボルから評価することにより、より安定した複素遅延プロファイルが得られる。この点に注目して構成した複素遅延プロファイルを解析するための構成と信号の流れを図８に示す。
【００６３】
図８の構成では、入力されたＯＦＤＭ信号は、高速フーリエ変換部でフーリエ変換されて、信号空間ダイヤグラム上の座標に関連付けられた信号となる。この信号は位相変動補償部に送られ、位相変動が補償されたデータから送信シンボルが推定される。この送信シンボルをもとに、位相変動補償部からの振幅や位相に関するデータを用いて受信シンボルが合成される。この合成された受信シンボルとの積に相当する位相シフトが行われる。この後、逆フーリエ変換により、複素遅延プロファイルが得られる。
【００６４】
遅延プロファイルの分析する時間位置をシフトさせる場合には、送信シンボルに対して時間シフトに相当する位相回転を加えればよく、必要な分解能まで時間シフトを繰り返せば、遅延プロファイルの遅延時間の解析精度を向上できる。
【００６５】
【発明の効果】
この発明は上記した構成からなるので、全体としては、（１）地上デジタル放送の移動受信などにおいて受信信号品質が改善できるので、従来、伝搬路の状態が悪化すると信号の復元が困難となっていた状況下においても信号品質を改善することができ、また、（２）地上デジタル放送の実用放送波を利用して多重伝搬路の測定が可能となり、何時でも放送エリア内であれば移動測定が可能となった、また、（３）日本の地上デジタル放送では、チャンネルの帯域内を複数のセグメントに分割した放送方式が予定されているが、一部のセグメントに移動受信用のＤＱＰＳＫやＱＰＳＫの信号が設定されていれば、多重伝搬路特性が測定できるので、同時に受信された多値ＱＡＭのチャンネルに対しても信号の補償が可能であり、多値ＱＡＭ移動受信を改善できる。
【００６６】
また、個々の請求項に記載した個々の発明については、以下に説明するような効果を奏することができる。
【００６７】
第１の発明では、信号エネルギーよりノイズエネルギーのほうが大きいデータを除去したので、送信シンボルの推定が改善された。
【００６８】
また、第２の発明では、受信データのみから複素遅延プロファイルを求めることができる様になった。
【００６９】
さらに、第３の発明では、時間解析精度あるいは距離解析精度が改善された。
【００７０】
さらに、第４の発明では、複数の受信信号系を用いて、受信帯域内の振幅位相特性の異なる条件で信号を受信して処理する事により、送信シンボルの推定精度を改善することができる様になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】受信した信号に位相変動補償を行い、送信シンボルを推定する直交周波数分割多重信号の信号処理方法を示すブロック図である。
【図２】ＯＦＤＭ信号の補償部のブロック図である。
【図３】ＯＦＤＭ信号受信信号を用いた送信シンボルの推定部を示すブロック図である。
【図４】信号空間ダイヤグラムにおける信号点配置を示す図である。
【図５】信号空間ダイヤグラムでデータを第1象限に集積する座標変換を示す図である。
【図６】ＯＦＤＭ信号のダイバーシティ受信による送信シンボルの推定を行う構成のブロック図とその信号の流れを示す図である。
【図７】複素遅延プロファイルを解析するための構成のブロック図とその信号の流れを示す図である。
【図８】統計処理をうけた受信シンボルを用いて複素遅延プロファイルを解析するための構成のブロック図とその信号の流れを示す図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a signal processing method in communication or broadcasting using an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system, and particularly to a quadrature that is effective in reception in an environment having multiple propagation path characteristics and mobile reception. The present invention relates to a signal processing method for a frequency division multiplexed signal.
[0002]
[Prior art]
In transmission of terrestrial television broadcasts, especially in an urban area where high-rise buildings are in a forest, interference (multipath interference) due to radio waves that are reflected from buildings and arrive with a delay is a serious problem. This disturbance is a problem commonly known as ghost for a broadcast wave by analog modulation. In a broadcast wave by digital modulation, a symbol that should have arrived in the past is delayed with respect to a symbol being received by a receiver, resulting in intersymbol interference. If the delay time of the interfering wave is extremely small, for example, several tenths of a symbol, compared to the length of one symbol, the influence of such intersymbol interference is small. That is, if the same data is transmitted, the influence of inter-symbol interference can be reduced by using a scheme in which the symbol length is as large as possible.
[0003]
One such scheme is OFDM. This is a method in which data transfer is shared by multiplexing using a plurality of carriers and the symbol length is increased, so that interference due to delayed arriving waves can be reduced. In addition, a method (guard interval) that eliminates the influence of a delayed wave is possible by inserting a time gap between transmission symbols for a time corresponding to the delay time of a delayed arriving wave. Due to such properties, it has been adopted for the terrestrial digital television broadcasting system in Japan.
[0004]
In the OFDM system, hundreds to thousands of digitally modulated waves are arranged and transmitted at equal intervals on the frequency axis. When this is compared with general FDM (Frequency Division Multiplexing), there is a difference in the spectrum interval of the modulated wave. In a general FDM system, the spectrums of the modulated waves are arranged at frequency intervals so as not to overlap each other, and it is necessary to use a filter for extracting each modulated wave on the receiving side. However, in the OFDM system, the frequency interval is set to the reciprocal of the symbol length, and all symbol timings are matched. Under this condition, multiplexing is performed so that a part of the spectrum overlaps, but it can be completely separated on the receiving side. As described above, in the normal FDM, a filter is necessary both before multiplexing and at the time of reception, but it is not used in OFDM.
[0005]
As described above, the OFDM system is a system in which information is carried on a large number of orthogonal carriers, and since the data transfer speed of each channel is low, it is known that interference due to delayed arriving waves can be reduced. ing. Also, when a large number of reflected waves and delayed waves occur in the propagation path until the radio wave from the transmitting station reaches the receiver, the receiving point becomes a composite receiving state (multiple propagation) at the receiving point, It is also known that the quality deteriorates.
[0006]
However, in general, even when the signal quality is degraded, if the multi-path characteristics are known, signal processing is performed on the received signal by using the inverse characteristic or transfer function (complex delay profile). Can be expected to improve signal quality.
[0007]
As a general method of estimating channel characteristics proposed so far, an estimation method using a scattered pilot (SP) symbol is well known. This is added for estimating propagation path characteristics, and is mainly intended for fixed reception of terrestrial digital broadcasting.
[0008]
In this method of estimating the propagation path characteristics, a signal including an SP symbol is transmitted from the transmitting side as known information, and the known information received by the receiving side is compared with the transmitted known information to detect a change. This is a technique for estimating the multiplex propagation path characteristics that cause propagation path distortion. Further, a compensation technique by giving the opposite characteristic to a received signal has been put to practical use.
[0009]
However, in the conventional propagation path characteristic estimation method using the above-described SP, it is necessary to perform mutual interpolation in a time and frequency dimension using a plurality of received symbols in order to obtain sufficient estimation accuracy. When applied to mobile reception where the multiplex channel characteristics change from moment to moment, the mutual interpolation calculation method based on the assumption that the channel characteristics do not change significantly causes a large error, resulting in a large estimation error of the channel characteristics. was there. Due to this problem, it has been difficult to use the conventional propagation path characteristic estimation method for mobile reception.
[0010]
Also, in order to improve the estimation accuracy, it is necessary to increase the number of insertion points of the SP. However, on the contrary, the original signal information is reduced, and the information transmission amount is reduced. It is not possible to add as much SP.
[0011]
For example, when receiving a 900 MHz band OFDM signal on a Shinkansen moving at a speed of 240 km / h, a signal from a fixed broadcast station has a frequency shift of ± 200 Hz due to the Doppler effect. Here, when a multiple propagation path is formed in which radio waves enter the receiving antenna from the front and rear directions of the Shinkansen, signals shifted to both the high frequency side and the low frequency side are received. In the case of the above terrestrial digital television broadcasting, since the respective spectral widths are about 1 kHz, the above-mentioned Doppler shift width reaches up to 40% thereof. Therefore, if the symbol length is 1 msec, a phase rotation of a maximum of 144 degrees occurs when the next symbol is received. Since an SP is inserted every four symbols in the time direction, a phase rotation of 576 degrees occurs between one SP and the next SP, and phase characteristics cannot be interpolated. Since such a Doppler shift changes from moment to moment, it is difficult to compensate for an error signal only by the conventional method of estimating channel characteristics using the scattered pilot.
[0012]
For this reason, in the mobile reception of the OFDM method, a technique of demodulating without compensating for the multipath characteristics using a method known as DQPSK-OFDM (Differential Quadrature Phase Shift Keying-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is used. ing.
[0013]
As another problem, generally, a complex delay profile (CDP: Complex Delay Profile) is used to represent a transfer function of a multipath, but the above-described calculation of the CDP requires a huge amount of numerical calculations. .
[0014]
As described above, for the estimation of the multipath characteristics, a technique using a scattered pilot (SP) assuming fixed reception has been known, but the calculation of CDP using the estimation result from the SP signal is a calculation. Since the method is complicated and the amount of calculation is enormous, it is difficult to immediately respond to mobile reception that changes in a short time. In mobile reception, there is also a problem due to the above-mentioned Doppler effect, and it has been more difficult to calculate CDP.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, there are the following problems that cannot be solved by the conventional method. One problem is that the conventional channel characteristic estimation method using a scattered pilot (SP) increases the estimation error in mobile reception in which the multiple channel characteristics change every moment. The calculation of the complex delay profile requires enormous numerical calculations.
[0016]
An object of the present invention is to provide a quadrature frequency that can perform signal compensation and estimation of multipath characteristics using demodulated data even when a phase-modulated signal such as DQPSK-OFDM that does not include an SP is received. An object of the present invention is to provide a signal processing method for a division multiplex (OFDM) signal.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention reduces the influence of data in which noise energy is larger than signal energy.The present invention relates to a signal processing method for an orthogonal frequency division multiplexed signal. In signal processing of an orthogonal frequency division multiplexed signal, a plurality of signal points on a demodulated signal space diagram or a relative phase difference of the demodulated signal are used. Performing statistical processing of a plurality of signal points on the plotted signal space diagram, extracting a variation in the signal space diagram, and applying a reverse operation of the variation to the plurality of signal points; Is a procedure for classifying a plurality of signal points subjected to the operation of the above into groups to which points representing their distribution belong,
Statistical processing of a plurality of coordinate points is centered on the origin on the signal space diagram by an angle associated with a value determined from the distribution of signal points on the signal space diagram.High probability of misidentification of informationAn area is defined and itsAreas where the probability of misidentifying information is highAre excluded from the statistical processing described above.
[0018]
According to a second aspect of the present invention, in order to determine a complex delay profile only from received data, a transmission symbol is estimated from a received symbol by the above-described invention, a transfer function is determined using the received symbol and the transmitted symbol, and the transfer function is determined. It is characterized by including a procedure for obtaining a complex delay profile from a function.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, in order to improve the accuracy of time analysis or the accuracy of distance analysis, in addition to the above-mentioned second invention, a predetermined minute time shorter than the sampling time of transmission data is added to the estimated transmission symbol. And a procedure for obtaining a complex delay profile using a transmission symbol multiplied by a factor that gives rise to a phase change that occurs.
[0020]
Further, the fourth invention uses a plurality of reception signal systems to improve the estimation accuracy of transmission symbols, receives signals under different conditions of amplitude and phase characteristics in a reception band, and executes the above-described first to third embodiments. According to the invention of any one of the above, each transmission symbol is estimated from each reception symbol, a reception symbol is selected from a plurality of reception symbols according to a predetermined criterion for phase gap information, and the selected reception symbol is selected. It is characterized by including a procedure of estimating a transmission symbol using the same.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
As an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, a received signal is input, and a fast Fourier transform is applied to the signal to obtain a signal corresponding to the position of a signal space diagram. And a signal processing method for an orthogonal frequency division multiplexed signal in which a transmission symbol is estimated by compensating for a phase shift between carriers in a received signal after phase fluctuation compensation. Further, a method has been proposed in which a transmission symbol is estimated from a received signal after phase compensation using this method, and a complex delay profile is obtained from a correlation with the received signal.
[0022]
Next, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.In the following, the transmission symbolOf the OFDM signalEstimation method2 and 3 are block diagrams of the first embodiment. Thereafter, a method of analyzing a complex delay profile will be described as a second embodiment with reference to FIGS.
[0023]
First, a method of compensating an OFDM signal will be described using a DQPSK-OFDM (Differential Quadrature Phase Shift Keying-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) signal as an example.
[0024]
In summary, in mobile reception of DQPSK-OFDM and mobile reception of QPSK-OFDM, a received signal is analyzed to extract a phase variation, and a reverse characteristic is given to the signal to suppress a phase variation caused by the Doppler shift. I do. Also, by focusing on individual received symbols, it can be assumed that this is a model in which the deterioration of inter-carrier interference is added to the static multipath characteristics. Therefore, in the present invention, the DQPSK-OFDM or QPSK-OFDM received symbol The symbol difference is determined after observing the phase difference between the carriers and compensating for the phase shift between the carriers. Further, if the absolute phase is specified using signal information, an estimated transmission symbol can be obtained.
[0025]
For this purpose, attention is focused on an arbitrary one of a number of orthogonal carriers of the OFDM signal. The information relating to the carrier has a signal point arrangement as shown in FIG. 4A in the signal space diagram. Naturally, since the position of the signal point depends on the information to be transmitted, the position of the signal point to be transmitted cannot be predicted in advance on the receiving side.
[0026]
In general, the coordinates of the signal space diagram are orthogonal coordinate axes, but as long as the signal has no distortion and no noise component, the angle between the line connecting the signal and the origin and the coordinate axis is constant at any signal point. However, in practice, the amplitude and the phase of the received signal are shifted as shown in FIG. If the signal is received while moving further, a Doppler shift occurs and the signal point moves around the origin, so that it is known that changes in amplitude and phase change every moment as shown in FIG.
[0027]
Here, the DQPSK signal used for mobile reception reads information from the difference in phase angle of data sent before and after time, so that phase rotation up to ± 45 degrees does not affect signal determination. It has been known. However, when a large phase rotation of approximately ± 45 degrees is applied due to the influence of Doppler shift due to high-speed movement of the receiving side or the like, even a slight noise will exceed ± 45 degrees. In this case, information may be erroneously identified as information in the next quadrant. Therefore, it can be seen that if the phase rotation can be compensated for DQPSK, an improvement in noise immunity can be expected.
[0028]
Therefore, in order to obtain and compensate for the amount of phase rotation, differential demodulated data distributed in all quadrants of the signal space diagram as shown in the left of FIG. 5A is converted into the first quadrant as shown in the right of FIG. Perform coordinate transformation to accumulate in. Several specific methods for this conversion can be considered. Here, the conversion conditions are as follows. That is, basically, the absolute values of the I axis and the Q axis are obtained and displayed for all data. However, only when one of the coordinate data is negative (same as above, but when the product thereof is negative), the data of the I axis and the Q axis are exchanged. When this result is displayed on the orthogonal coordinates of the I axis and the Q axis, the result is as shown in FIG. 5, and each data is rotated about the origin and overlaps the first quadrant.
[0029]
Next, as a result of performing statistical processing (calculation of an average value) of the amount of change in the amplitude from the plurality of compensated signals and ideally compensating the phase angle,For some selected signal,It is assumed that a value like a black circle (●) in FIG. 5B is estimated. On the contrary,The electionThe position after compensation for the selected signal is the star (★), It is considered that an error due to the influence of noise, interference, or the like remains in this signal. Also,Other than the selected signalTaking other signals,Generally,Distributed around the position of the black circle (●).
[0030]
In addition, this black circle (●) and star (★), The noise power can be estimated, and the average noise power in the band can be estimated by calculating and averaging all the carriers.
[0031]
The average noise power is large with respect to the predicted average signal power, for example, the signal power of the signal at the position of the black circle (●) in FIG. 5, and the phase rotation is the rotation around the origin in the signal space diagram.±Beyond the 45 degree threshold, the probability of incorrectly identifying information increases. Signals in such a region are excluded as follows when obtaining a complex delay profile. That is, this state is defined as a state in which symbol estimation is impossible, and the estimated value of the coordinates (I, Q) on the signal space diagram of the transmission symbol is replaced with (0, 0), and the correlation of the complex delay profile is calculated. Suppress so as not to affect.
[0032]
Noise and distortion are still superimposed on the data converted in this way, and these noises and distortions are an error factor in symbol estimation. Therefore, in order to suppress the influence of noise and extract an accurate phase rotation amount, an average value of a plurality of samples is obtained. It is known that there are various methods for obtaining the average value. In the following, an arithmetic mean is assumed. Even if other averaging methods are used, there is essentially no difference from the following description.
[0033]
In this case, the absolute phase cannot be specified, but the amount of change in the phase rotation can be determined accurately. By applying the reverse rotation of this phase rotation to the received signal, the position of the received signal on the signal space diagram goes away from the boundary of each quadrant, reducing the possibility of misidentification of information and improving communication quality. It is. Further, by detecting a compensation error for the signal subjected to the phase rotation compensation as described above and feeding back the compensation error to a compensation circuit for this, accumulation of compensation errors other than the phase rotation can be prevented.
[0034]
FIG. 2 is a block diagram for compensating such an OFDM signal, and shows a signal flow. The received OFDM signal is Fourier-transformed by the fast Fourier transform unit to become a signal associated with coordinates on the signal space diagram. This signal is branched, one to the phase shift section and the other to the differential demodulation section. After that, follow the procedure below.
[0035]
1) Differential demodulation: The relative phase difference between symbols received before and after time is obtained.
2) Coordinate transformation: Next, signals are integrated in the first quadrant by coordinate transformation.
3) Phase fluctuation estimation: Next, the integrated signal is statistically processed, and a phase fluctuation value is estimated.
4) Phase shift: The phase of the signal (I, Q signal) on the signal space diagram from the FFT is shifted and compensated by the phase fluctuation value estimated above.
5) The phase-shifted signal is output.
6) The phase-shifted signal is differentially demodulated again and further subjected to coordinate transformation.
7) Next, a phase compensation error is detected from the signal obtained above, and this information is fed back to the phase fluctuation estimating unit.
[0036]
The signal whose phase variation has been compensated in this way is sent to the transmission symbol estimating unit using the OFDM signal reception signal shown in FIG. Here, the signal is processed as follows.
[0037]
8) Differential demodulation between adjacent carriers: In the processing procedure, first, a relative phase difference between adjacent carriers of a received symbol is obtained.
9) Coordinate transformation: Next, signals are integrated in the first quadrant by coordinate transformation.
10) Phase fluctuation profile: Next, information on the relative phase angles of adjacent symbols is linked to obtain a profile indicating a continuous change in phase.
11) Symbol determination: After giving the inverse characteristic of the phase variation profile to the received symbol, the symbol determination is performed.
12) Phase gap / absolute phase correction: For the determined symbol, the phase gap is estimated and corrected, and the absolute phase is corrected. More specifically, such correction is performed as follows.
[0038]
In the received symbol of the OFDM signal, the correlation between the amplitude of the adjacent carrier and the phase variation is large. By utilizing this, the accuracy of symbol estimation can be improved. However, when the amplitude of the signal is extremely small as compared with the fluctuation due to the noise, the signal points of the adjacent carriers for which the phase difference is to be obtained may span different quadrants. In this case, the phase gap cannot be separated from the signal information, so that a phase gap in which the phase is largely shifted may occur.
[0039]
On the other hand, the DQPSK-OFDM signal has a function to stably receive and demodulate even if the signal is deteriorated in the multipath channel.The same control information signal for multiple carriersAre placed. Therefore, by utilizing this control data, the phase difference can be grasped in the section where the phase gap has occurred, so that the phase gap of the received symbol can be corrected. Since the phase gap is in units of ± 90 degrees and ± 180 degrees, it can be easily distinguished from noise or the like. The occurrence position of the phase gap in the signal sequence can be estimated as a position where the signal power is greatly reduced as compared with the envelope of the amplitude of the received symbol.
[0040]
Also, the phase gap can be detected by comparing the differential demodulated data of the received symbol with the data obtained by differentially demodulating the symbol determined in the preceding section 11, so that the correction can be performed.
[0041]
As the absolute phase, there are a method of determining the phase by decoding the control signal and a method of determining the phase using the carrier data of the reference phase, and it is assumed that one of the signals having the better condition is selected.
[0042]
As described above, the estimation of the transmission symbol is completed. It is desirable to perform transmission symbol estimation by diversity reception according to the flow shown in FIG. 6 if necessary. This utilizes the fact that by using a plurality of reception signal systems, signals can be received under different conditions of amplitude and phase characteristics within the reception band. In this estimation, a transmission symbol estimation process is performed for each received signal, and the most reliable received data is selected from a plurality of pieces of received data at the time of detecting and correcting the phase gap, and is adopted as a received symbol. This is performed for each carrier in the entire band to obtain the most reliable estimated value of the transmission symbol.
[0043]
In the signal flow of FIG. 6, the signal input from the antenna input 1 undergoes fast Fourier transform, becomes a signal corresponding to the position of the signal space diagram, and phase fluctuation compensation and transmission symbol estimation are performed on this signal. This is compared with a transmission symbol estimated from a signal input from the antenna input 2, and either one is selected. In this selection, phase gap information is extracted from each estimated transmission symbol, and this phase gap information is used in the selection.
[0044]
Next, a method of analyzing a complex delay profile using an OFDM signal as a second embodiment will be described below.
[0045]
The complex delay profile is defined as a response characteristic on the reception side to an impulse in the time domain on the transmission side, and can be obtained from a correlation between transmission data and reception data. Normally, the transmission data and the reception data are obtained directly from the transmission side and the reception side, respectively, but in the present invention, the transmission data is obtained by estimating the transmission data from the reception data. Here, the transmission data is estimated by performing the above-described OFDM signal compensation method and estimating the transmission symbol from the received signal. The method of the present invention does not need to add new data for compensation for transmission symbols. For example, this method allows mobile reception of a normal digital broadcast DQPSK-OFDM signal, etc. Complex delay profile can be estimated.
[0046]
Next, using the transmission symbols estimated in this way, time control is performed to obtain a time correlation due to a difference in transmission time observed in multipath interference or the like. Next, it will be described that a complex delay profile can be obtained by correlating the result with the received signal.
[0047]
First, as transmission data or reception data, data discretely obtained on the frequency axis is prepared. At this time, the following shows that the frequency characteristic of the complex amplitude / phase variation is obtained from the product of the frequency component of the received symbol corresponding to these data and the frequency component of the conjugate symbol of the transmission symbol.
[0048]
In general, the transmission path characteristics of a signal can be represented by a transfer function H. The transfer function H is represented by a symbol number corresponding to a discrete frequency, a transmission signal formed by considering coordinates (I, Q) on the signal space diagram as a complex number, x (jΩ), and a reception signal y (jΩ). Assuming that the norm of the transmission signal is normalized to 1, it is defined as follows in terms of the frequency dimension.
[0049]
(Equation 1)
From this, the transfer function H is as follows.
[0050]
(Equation 2)
As described above, it can be seen that the frequency characteristics can be obtained by multiplying the received signal by the conjugate of the normalized transmission signal. Further, since the frequency response is an inverse Fourier transform of the transfer function H, it is as follows.
[0051]
(Equation 3)
This is the impulse response in the time domain, so that a complex delay profile is obtained.
[0052]
The time resolution of the obtained complex delay profile is the time obtained by dividing the reciprocal of the carrier frequency interval by the number of Fourier transform data. Generally, this is often insufficient as the resolution of the propagation distance of the radio wave.
[0053]
For example, assume an OFDM model in which the carrier interval is 2 kHz, the symbol length is 500 μsec, and the number of carriers is 512. The sampling frequency is 2000 × 512 = 1.024 MHz. Therefore, the sampling interval is about 1 μsec. Further, assuming that the speed of light is the same as that of a radio wave at 300,000 km / sec, the propagation distance of the radio wave in 1 μsec is about 300 m. Therefore, the time resolution that can be analyzed from the data means a distance resolution of 300 m. . Therefore, in this case, in order to obtain a moving characteristic of several meters or several tens of meters, it is necessary to estimate a distance in accordance with the movement characteristic, and it is understood that an operation with an accuracy of 10 to 100 times is required.
[0054]
In order to improve such time accuracy, the present invention also proposes to perform an equivalent time shift on the estimated transmission symbol by a delay time required for analysis. This principle is described below.
[0055]
In general, in OFDM, a plurality of data points on a signal space diagram are subjected to an inverse Fourier transform after being aligned, so that N is the number of carriers, k is the number of a data sample point, and Ω is the normal number of a discrete time. When the symbol number corresponding to the digitized frequency, S (k), is a discretely sampled signal, the transmission signal is as follows.
[0056]
(Equation 4)
Here, to give the delay amount τ of the sampling time, an arbitrary time cannot be set for the discretely sampled signal S (k), so that the phase correction is performed here for the phase portion. .
[0057]
(Equation 5)
[0058]
This means that the original signal is multiplied by the amount of change in phase when the time τ has elapsed with respect to the frequency Ω. According to this method, the estimated transmission symbol is equivalently subjected to time shift by a delay time necessary for analysis.
[0059]
As described above, the resolution of the time shift can be arbitrarily set, so that the calculation can be performed with necessary accuracy. For this reason, it is possible to obtain a complex delay profile even in the case of complicated multipath interference, and to arbitrarily approximate the original signal. If the Fourier analysis is performed using the result obtained in this way with the product of the received signal, a complex delay profile at a desired delay time can be obtained.
[0060]
Further, since an arbitrary carrier can be selected from the received OFDM signal and the correlation operation can be executed, the operation can be performed by eliminating the carrier whose signal level has decreased or by performing the operation by limiting the number of carriers to the minimum necessary number. It is also possible to increase the efficiency.
[0061]
FIG. 7 shows a block diagram of a configuration for analyzing a complex delay profile and a signal flow thereof. The input OFDM signal is Fourier-transformed by the fast Fourier transform unit to become a signal associated with coordinates on the signal space diagram. This signal is branched, and one is sent to the phase shift unit and the other is sent to the phase fluctuation compensation unit. A transmission symbol is estimated from the data in which the phase fluctuation has been compensated, and a phase rotation corresponding to the shift position in the analysis time is given. This data is sent to the phase shift unit, where a phase shift corresponding to the product of the signal from the fast Fourier transform unit is performed. Thereafter, a complex delay profile is obtained by inverse Fourier transform.
[0062]
Further, in the configuration for analyzing the complex delay profile shown in FIG. 7, as received symbols, data that has not been subjected to statistical processing and has variability that is affected by noise is used. It is desirable to eliminate such variations as much as possible for received symbols, and a more stable complex delay profile can be obtained by evaluating from estimated transmission symbols that have already been statistically processed. FIG. 8 shows a configuration and a signal flow for analyzing a complex delay profile configured by paying attention to this point.
[0063]
In the configuration of FIG. 8, the input OFDM signal is Fourier-transformed by the fast Fourier transform unit to become a signal associated with coordinates on the signal space diagram. This signal is sent to the phase fluctuation compensator, and the transmission symbol is estimated from the data whose phase fluctuation has been compensated. Based on the transmission symbols, reception symbols are combined using data on the amplitude and phase from the phase fluctuation compensator. A phase shift corresponding to the product of the combined received symbol is performed. Thereafter, a complex delay profile is obtained by inverse Fourier transform.
[0064]
When shifting the time position for analyzing the delay profile, it is only necessary to add a phase rotation corresponding to the time shift to the transmission symbol, and if the time shift is repeated to the required resolution, the accuracy of the delay time analysis of the delay profile can be improved. Can be improved.
[0065]
【The invention's effect】
Since the present invention has the above-described configuration, (1) the received signal quality can be improved in mobile reception of digital terrestrial broadcasting and the like, and it is conventionally difficult to restore the signal when the state of the propagation path deteriorates. (2) Measurement of multiple propagation paths is possible using practical broadcast waves of terrestrial digital broadcasting, and movement measurement can be performed at any time within the broadcasting area. (3) In Japan's terrestrial digital broadcasting, a broadcasting system in which the band of a channel is divided into a plurality of segments is planned, but some of the segments include mobile reception DQPSK and QPSK. If the signal is set, the multi-path characteristics can be measured, so that the signal can be compensated for the multi-level QAM channel received at the same time, and the multi-level QAM shift can be performed. Reception can be improved.
[0066]
Further, the individual inventions described in the individual claims can have the effects described below.
[0067]
No.1According to the invention, the transmission symbol estimation is improved because the data in which the noise energy is larger than the signal energy is removed.
[0068]
Also, the secondAccording to the invention, the complex delay profile can be obtained only from the received data.
[0069]
further,ThirdAccording to the invention, the accuracy of time analysis or the accuracy of distance analysis is improved.
[0070]
further,4thAccording to the present invention, by using a plurality of reception signal systems and receiving and processing signals under conditions having different amplitude and phase characteristics in a reception band, it is possible to improve transmission symbol estimation accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a signal processing method of an orthogonal frequency division multiplexed signal for performing phase fluctuation compensation on a received signal and estimating a transmission symbol.
FIG. 2 is a block diagram of a compensator for an OFDM signal.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a transmission symbol estimation unit using an OFDM signal reception signal.
FIG. 4 is a diagram showing a signal point arrangement in a signal space diagram.
FIG. 5 is a diagram showing coordinate transformation for accumulating data in a first quadrant in a signal space diagram.
FIG. 6 is a block diagram of a configuration for estimating a transmission symbol by diversity reception of an OFDM signal, and a diagram showing a flow of the signal.
FIG. 7 is a block diagram of a configuration for analyzing a complex delay profile and a diagram showing a signal flow thereof.
FIG. 8 is a block diagram of a configuration for analyzing a complex delay profile using received symbols that have undergone statistical processing, and a diagram showing a signal flow thereof.

Claims (4)

直交周波数分割多重信号の信号処理において、復調されて得られた信号空間ダイヤグラム上の複数の信号点、あるいは、復調した信号の相対位相差でプロットされた信号空間ダイヤグラム上の複数の信号点の統計処理を行って、信号空間ダイヤグラムにおける変動を抽出する手続きと、前記の変動の逆の操作を前記の複数の信号点に加える手続きと、前記の操作の加えられた複数の信号点を、それらの分布を代表する点の属するグループに分類する手続きであって、
複数の座標点の統計処理は、信号空間ダイヤグラム上の信号点の分布状態から決まる値に関連づけられた角度により信号空間ダイヤグラム上の原点を中心とする情報が誤って識別される確率が高い領域が定められ、その情報が誤って識別される確率が高い領域に分布する信号点を、上記の統計処理から除外することを特徴とする直交周波数分割多重信号の信号処理方法。 In signal processing of an orthogonal frequency division multiplexed signal, statistics of a plurality of signal points on a signal space diagram obtained by demodulation or a plurality of signal points on a signal space diagram plotted by a relative phase difference of the demodulated signal. Performing a process to extract a variation in the signal space diagram; a procedure of applying the reverse operation of the variation to the plurality of signal points; and a plurality of signal points subjected to the operation described above. A procedure for classifying a distribution into points that belong to a group,
Statistical processing of a plurality of coordinate points, the probability that information about the origin of the signal space diagram on the signal space diagram by the angle associated with the value determined from the distribution of signal points are incorrectly identified region of high A signal processing method for an orthogonal frequency division multiplexed signal, wherein signal points that are determined and distributed in a region where the information is likely to be erroneously identified are excluded from the statistical processing. 請求項１に記載の直交周波数分割多重信号の信号処理方法によって受信シンボルから送信シンボルを推定し、この受信シンボルと送信シンボルとを用いて伝達関数を求め、その伝達関数から複素遅延プロファイルを求める手続きを含むことを特徴とする直交周波数分割多重信号の信号処理方法。 A procedure for estimating a transmission symbol from a reception symbol by the signal processing method for an orthogonal frequency division multiplexed signal according to claim 1 , obtaining a transfer function using the reception symbol and the transmission symbol, and obtaining a complex delay profile from the transfer function. A signal processing method for an orthogonal frequency division multiplexed signal, comprising: 請求項２に記載の直交周波数分割多重信号の信号処理方法において、推定した送信シンボルに、送信データのサンプリング時間より短い予め決められた微小時間に起こる位相変化を与える因子を乗じた送信シンボルを用いて、複素遅延プロファイルを求める手続きを含むことを特徴とする直交周波数分割多重信号の信号処理方法。 3. The signal processing method for an orthogonal frequency division multiplexed signal according to claim 2 , wherein a transmission symbol obtained by multiplying the estimated transmission symbol by a factor that gives a phase change occurring in a predetermined short time shorter than the transmission data sampling time is used. And a procedure for obtaining a complex delay profile. 複数の受信信号系を用いて、受信帯域内の振幅位相特性の異なる条件で信号を受信し、請求項１ないし３のいずれかに記載の直交周波数分割多重信号の信号処理方法によってそれぞれの受信シンボルからそれぞれの送信シンボルを推定し、複数の受信シンボルから位相ギャップ情報に関する予め決められた判定基準にしたがって受信シンボルを選択し、選択された受信シンボルを用いて送信シンボルを推定する手続きを含むことを特徴とする直交周波数分割多重信号の信号処理方法。4. A signal is received under different conditions of amplitude and phase characteristics in a reception band by using a plurality of reception signal systems, and each reception symbol is obtained by the signal processing method for an orthogonal frequency division multiplexed signal according to claim 1. Estimating each transmission symbol from the plurality of received symbols, selecting a received symbol according to a predetermined criterion for phase gap information from a plurality of received symbols, and estimating the transmitted symbol using the selected received symbol. A signal processing method for an orthogonal frequency division multiplex signal.