JP3686546B2

JP3686546B2 - 受信装置

Info

Publication number: JP3686546B2
Application number: JP09816299A
Authority: JP
Inventors: 浩章須藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-04-05
Filing date: 1999-04-05
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2019-04-05
Also published as: JP2000295194A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受信装置に関し、特にＯＦＤＭ方式の移動体通信に用いられる受信装置及びその同期獲得方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＯＦＤＭ方式は、将来、ＡＴＭで利用されると考えられている。ＡＴＭにおいては、同一局からの信号が１フレーム内に定期的に挿入されることが期待できないため、受信信号と受信信号を１シンボル遅延させた信号との最大相関値を検出する同期獲得方法に代わり、既知のパイロットシンボル又は専用の同期用シンボルとの最大相関値を検出する方法が提案されている。
【０００３】
以下、図４から図７を用いて、従来提案されている受信装置及びその既知パターンを用いた同期獲得方法について説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、それぞれＯＦＤＭ方式の移動体通信におけるフレームフォーマットの一例を示す模式図であり、図５は、従来提案されている受信装置の概略構成を示す要部ブロック図であり、図６は、従来提案されている受信装置の相関器の概略構成を示す要部ブロック図であり、図７は、従来提案されている受信装置における相関値算出結果を示す模式図である。
【０００４】
図４において、（ａ）、（ｂ）はそれぞれフレームフォーマットの一例であり、図４（ａ）に示すフレームフォーマットは、ＡＧＣ用シンボル４０１と、位相基準シンボル４０２と、ガード区間４０３と、有効シンボル４０４と、から構成される。ここで、位相基準シンボル４０２は、例えば、パイロットシンボルである。
【０００５】
図４（ｂ）に示すフレームフォーマットは、ＡＧＣ用シンボル４０１と、同期用シンボル４０５と、位相基準シンボル４０２と、ガード区間４０３と、有効シンボル４０４と、から構成される。ここで、ＡＧＣ用シンボル４０１の前半部分は同期用シンボル４０５の前半部分と同じ信号であり、ＡＧＣ用シンボル４０１の後半部分は同期用シンボル４０５の後半部分を極性反転させた信号である。
【０００６】
図５において、アンテナ５０１は、無線信号を受信し、Ａ／Ｄ変換器５０２は、受信信号に対してＡ／Ｄ変換処理を行う。
【０００７】
相関器５０３は、受信信号中の既知シンボルと予め保持する既知シンボルとの相関値を算出し、最大値検出部５０４は、算出された相関値の積算値が最大となるタイミングを検出し、後述するＦＦＴ回路５０５に出力する。相関器５０３については、後に詳述する。
【０００８】
ＦＦＴ回路５０５は、Ａ／Ｄ変換処理後の受信信号に対して、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行い、復調部５０６が復調処理を行い、判定部５０７が判定を行って、復調信号を得る。
【０００９】
次いで、図６を用いて、相関器５０３について詳述する。図６において、ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）回路６０１は、予め保持する既知シンボルに対してＩＦＦＴ処理を行い、硬判定部６０２は、ＩＦＦＴ処理後の各信号に対して硬判定を行い、１ビットから成る判定結果を後述する乗算器６０４にそれぞれ出力する。
【００１０】
遅延回路６０３は、複数個設けられ、これらはカスケード接続され、入力されたＡ／Ｄ変換処理後の受信信号を一定時間遅延して次の段の遅延回路６０３に出力すると共に、遅延回路６０３に対応して設けられる乗算器６０４に出力する。
【００１１】
乗算器６０４は、それぞれ、受信信号中の既知シンボル部分の信号のうち、遅延回路６０３における遅延時間分の信号が入力され、硬判定部６０２の出力ビットを乗ずる。
【００１２】
加算器６０５は、遅延回路６０３及び乗算器６０４に対応して設けられ、各乗算器６０４の出力である相関結果の総和を演算し、最大値検出部５０４（図示せず）に出力する。
【００１３】
図７に相関結果の一例を示す。図示するように、受信信号中の既知シンボルと予め保持する既知シンボルとの相関値の積算結果は、ガード区間の先頭において最大値を採り、同期を獲得することができる。
【００１４】
このように、従来の受信装置は、受信信号中の既知シンボルと予め保持する既知シンボルとの相関を取ることによって、ＦＦＴ処理開始タイミングとする同期タイミングを獲得する。
【００１５】
又、予め保持する既知シンボルをＩＦＦＴ処理後に硬判定してから乗算器に出力することにより、複数ビットから成るＩＦＦＴ処理後の既知シンボルの代わりに、硬判定結果を表わす１ビットのみを乗算器における乗算処理に用いるため、演算量を減らすことができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回路規模及び処理速度は乗算器における処理が支配的となるため、従来の受信装置においても回路規模が大きく、処理速度が遅いという問題が残る。
【００１７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、回路規模低減及び処理速度向上を図る受信装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の骨子は、予め保持する既知シンボルをＩＦＦＴ処理し硬判定した結果は「１」又は「−１」であることに鑑み、硬判定結果に基づいて、受信信号中の既知シンボルをそのまま又は極性反転させてから相関結果として出力することによって、乗算器を用いずに既知シンボルを用いた同期獲得を行うことである。
【００１９】
ここで、従来の受信装置の乗算器においては、乗算器への入力信号をＲＸ［ｍＴ］、既知シンボルをＩＦＦＴ処理し硬判定した信号をｒｅｆ_k、とすると、相関値Ｒ（ｍＴ）は、
【数１】

と表わすことができる。但し、ここで、ｎは相関器の積算サンプル数であり、ｍは整数、ｋは０からｎまでの整数、である。
【００２０】
ここで、ｒｅｆ_kは、「１」又は「−１」しか存在しないため、ｋ＝ｎにおける相関値は、ｒｅｆ_k＝１の場合、
Ｒ（ｍＴ）＝ＲＸ［ｍＴ］×ｒｅｆ_k＝ＲＸ［ｍＴ］ −▲１▼
となり、ｒｅｆ_k＝−１の場合、
Ｒ（ｍＴ）＝ＲＸ［ｍＴ］×ｒｅｆ_k＝−ＲＸ［ｍＴ］ −▲２▼
となる。
【００２１】
したがって、相関値Ｒ（ｍＴ）は、入力信号ＲＸ［ｍＴ］そのままの値（式▲１▼）、又は、入力信号ＲＸ［ｍＴ］を極性反転させた値（式▲２▼）となるため、乗算器を用いなくても実現できる処理であることが判る。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の態様に係る受信装置は、既知信号を含むＯＦＤＭ信号から前記既知信号を任意単位時間毎に抽出し、抽出された信号又はこの抽出された信号を極性反転させた信号のいずれかを選択的に出力する受信手段と、予め保持する前記既知信号と同一の信号に対して逆フーリエ変換処理を行い、この処理後の出力信号に対して硬判定を行い、この極性を有する硬判定結果に基づいて前記受信手段の出力を切り替える制御手段と、前記受信手段の出力を積算した結果が最大値を採るタイミングに基づいて受信信号に対するフーリエ変換処理を開始するフーリエ変換手段と、を具備し、前記制御手段は、硬判定結果の前記極性を判定し、前記極性が正であるときは前記抽出された信号を出力するように、前記極性が負であるときは前記抽出された信号を極性反転させた信号を出力するように、前記受信手段に切替を指示する構成を採る。
【００２３】
この構成によれば、予め保持する既知シンボルをＩＦＦＴ処理し硬判定した結果は「１」又は「−１」であることに鑑み、硬判定結果に基づいて、受信信号中の既知シンボルをそのまま又は極性反転させてから相関結果として出力するため、乗算器を用いずに既知シンボルを用いた同期獲得を行うことができ、回路規模低減及び処理速度向上を図ることができる。
【００２４】
本発明の第２の態様に係る受信装置は、第１の態様において、前記受信手段及び前記制御手段は、前記既知信号及び前記硬判定結果をそれぞれ実像成分及び虚像成分に分けて処理を行い、前記受信手段の出力信号は、実像成分及び虚像成分の二信号から成る構成を採る。
【００２５】
この構成によれば、複素演算を用いて相関値を算出するため、受信信号に位相回転が生じても正確に同期獲得することができる。
【００２６】
本発明の第３の態様に係る受信装置は、第２の態様において、前記受信手段は、前記硬判定結果に基づいて、前記抽出された信号、前記抽出された信号を極性反転させた信号、又は、０信号、のいずれかを選択的に出力する構成を採る。
【００２７】
この構成によれば、各相関値算出部が入力信号又は入力信号を極性反転させた信号以外に０信号も出力することができるため、相関値算出精度を向上させることができる。
【００２８】
本発明の第４の態様に係る通信端末装置は、第１の態様から第３の態様のいずれかにおける受信装置を具備する構成を採る。
【００２９】
この構成によれば、乗算器を用いずに既知シンボルを用いた同期獲得を行うことができるため、回路規模低減及び処理速度向上を図ることができる。
【００３０】
本発明の第５の態様に係る基地局装置は、第４の態様における通信端末装置と無線通信を行う構成を採る。
【００３１】
この構成によれば、乗算器を用いずに既知シンボルを用いた同期獲得を行うことができるため、回路規模低減及び処理速度向上を図ることができる。
【００３２】
本発明の第６の態様に係る基地局装置は、第１の態様から第３の態様のいずれかにおける受信装置を具備する構成を採る。
【００３３】
この構成によれば、乗算器を用いずに既知シンボルを用いた同期獲得を行うことができるため、回路規模低減及び処理速度向上を図ることができる。
【００３４】
本発明の第７の態様に係る通信端末装置は、第６の態様における基地局装置と無線通信を行う構成を採る。
【００３５】
この構成によれば、乗算器を用いずに既知シンボルを用いた同期獲得を行うことができるため、回路規模低減及び処理速度向上を図ることができる。
【００３６】
本発明の第８の態様に係る同期獲得方法は、既知信号を含むＯＦＤＭ信号から前記既知信号を任意単位時間毎に抽出し、抽出された信号又はこの抽出された信号を極性反転させた信号のいずれかを選択的に出力する受信工程と、予め保持する前記既知信号と同一の信号に対して逆フーリエ変換処理を行い、この処理後の出力信号に対して硬判定を行い、この極性を有する硬判定結果に基づいて前記受信工程の出力を切り替える制御工程と、前記受信工程の出力を積算した結果が最大値を採るタイミングに基づいて受信信号に対するフーリエ変換処理を開始するフーリエ変換工程と、を具備し、前記制御工程は、硬判定結果の前記極性を判定し、前記極性が正であるときは前記抽出された信号を出力するように、前記極性が負であるときは前記抽出された信号を極性反転させた信号を出力するように、前記受信工程に切替を指示するようにした。
【００３７】
この方法によれば、予め保持する既知シンボルをＩＦＦＴ処理し硬判定した結果は「１」又は「−１」であることに鑑み、硬判定結果に基づいて、受信信号中の既知シンボルをそのまま又は極性反転させてから相関結果として出力するため、乗算器を用いずに既知シンボルを用いた同期獲得を行うことができ、回路規模低減及び処理速度向上を図ることができる。
【００３８】
本発明の第９の態様に係る同期獲得方法は、第８の態様において、前記受信工程及び前記制御工程は、前記既知信号及び前記硬判定結果をそれぞれ実像成分及び虚像成分に分けて処理を行い、前記受信工程の出力信号は、実像成分及び虚像成分の二信号から成るようにした。
【００３９】
この方法によれば、複素演算を用いて相関値を算出するため、受信信号に位相回転が生じても正確に同期獲得することができる。
【００４０】
本発明の第１０の態様に係る同期獲得方法は、第９の態様において、前記受信工程は、前記硬判定結果に基づいて、前記抽出された信号、前記抽出された信号を極性反転させた信号、又は、０信号、のいずれかを選択的に出力するようにした。
【００４１】
この方法によれば、各相関値算出部が入力信号又は入力信号を極性反転させた信号以外に０信号も出力することができるため、相関値算出精度を向上させることができる。
【００４２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４３】
（実施の形態１）
本実施の形態に係る受信装置は、乗算器を省いた構成で、既知シンボルを用いた相関値算出を実現するものである。
【００４４】
以下、図１を用いて、本実施の形態に係る受信装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る受信装置の相関器の概略構成を示す要部ブロック図である。なお、本実施の形態に係る受信装置全体の概略構成は、図５に示す要部ブロック図と同様であるため、省略する。
【００４５】
図１において、ＩＦＦＴ回路１０１は、予め保持する既知シンボルに対してＩＦＦＴ処理を行い、硬判定部１０２は、ＩＦＦＴ処理後の信号に対して硬判定を行い、１ビットから成る判定結果を後述する相関値算出部１０４それえぞれに出力する。
【００４６】
遅延回路１０３は、複数個設けられ、これらはカスケード接続され、入力されたＡ／Ｄ変換処理後の受信信号を一定時間遅延して次の段の遅延回路１０３に出力すると共に、遅延回路１０３に対応して設けられる相関値算出部１０４に出力する。
【００４７】
相関値算出部１０４は、極性反転器１０５と、硬判定部１０２の出力を切替制御信号とするセレクタ１０６と、から成る。相関値算出部１０４は、それぞれ、受信信号中の既知シンボル部分の信号のうち、遅延回路１０３における遅延時間分の信号が入力され、硬判定部１０２の出力ビットを乗じて相関値を算出した場合と同等の値を出力する。
【００４８】
すなわち、セレクタ１０６は、硬判定部１０２の出力である硬判定結果に基づき、硬判定結果が「１」の時は、相関値算出部１０４への入力信号をそのまま相関値として出力し、硬判定結果が「−１」の時は、極性反転器１０５の出力である相関値算出部１０４への入力信号を極性反転させた信号を相関値として出力する。
【００４９】
加算器１０７は、遅延回路１０３及び相関値算出部１０４に対応して設けられ、各相関値算出部１０４の出力である相関結果の総和を演算し、最大値検出部５０４に出力する。
【００５０】
次いで、上記構成を有する装置の動作について説明する。
【００５１】
予め保持された既知シンボルは、ＩＦＦＴ回路１０１によってＩＦＦＴ処理され、硬判定部１０２によって硬判定され、各相関値算出部１０４のセレクタ１０６に出力される。
【００５２】
Ａ／Ｄ変換処理された受信信号は、各遅延回路１０３によって一定時間ずつ遅延され、この一定時間分の信号毎に相関値算出部１０４に出力される。
【００５３】
相関値算出部１０４に入力した信号は、極性反転器１０５及びセレクタ１０６に入力される。極性反転器１０５の出力は、セレクタ１０６に入力される。セレクタ１０６への入力信号のうち、セレクタ１０６によって選択された方の信号は、加算器１０７に出力される。
【００５４】
相関値算出部１０４の出力は、加算器１０７によって積算され、相関出力として最大値検出部５０４（図示せず）に出力される。
【００５５】
このように、本実施の形態によれば、硬判定結果は常に「１」又は「−１」であることに鑑み、既知シンボルを用いた相関値算出を乗算器を用いない構成で実現するため、回路規模の低減と処理速度の向上を図ることができる。
【００５６】
なお、遅延回路１０３、相関値算出部１０４及び加算器１０７の数は、任意であり、システム設計上自由に定めることができる。
【００５７】
又、既知シンボルのパターンがシステム設計上固定されている場合、常に一定のパターンであるためセレクタ１０６によって切り替える必要がなくなり、各相関値算出部１０４は、不要、若しくは極性反転器１０５のみから成る構成とすることができる。更に、上記システム設計上固定パターンが用いられる場合、既知シンボルを予め保持する必要もなく、ＩＦＦＴ回路１０１及び硬判定部１０２も不要となる。
【００５８】
（実施の形態２）
本実施の形態に係る受信装置は、実施の形態１と同様の構成を有し、但し相関値算出に複素演算を用いるものである。
【００５９】
実施の形態１に示す同期獲得方法では、受信信号に位相回転が生じると、シンボル同期引き込み特性（同期獲得精度）が劣化する。そこで、本実施の形態では、複素演算を用いて、受信信号の位相回転による影響を受けないようにする。
【００６０】
複素演算を用いる場合、相関結果の実像成分Ｒ_I（ｍＴ）は、
Ｒ_I（ｍＴ）＝ＲＸ_I（ｍＴ）×ｒｅｆ_I,n＋ＲＸ_Q（ｍＴ）×ｒｅｆ_Q,n
と表わすことができ、相関結果の虚像成分Ｒ_Q（ｍＴ）は、
Ｒ_Q（ｍＴ）＝ＲＸ_I（ｍＴ）×ｒｅｆ_Q,n−ＲＸ_Q（ｍＴ）×ｒｅｆ_I,n
と表わすことができる。但し、ここで、ＲＸ_I（ｍＴ）は相関算出部１０４への入力信号の実像成分を表わし、ＲＸ_Q（ｍＴ）は、相関算出部１０４への入力信号の虚像成分を表わし、ｒｅｆ_I,nは、硬判定結果の実像成分を表わし、ｒｅｆ_Q,nは、硬判定結果の実像成分を表わす。
【００６１】
以下、図２を用いて、本実施の形態に係る受信装置について説明する。図２は、本発明の実施の形態２に係る受信装置の相関器の相関値算出部の概略構成を示す要部ブロック図である。なお、実施の形態１と同様の構成には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
【００６２】
図２に示す本実施の形態に係る相関値算出部１０４において、入力信号の実像成分（図中では（Ｒ）で示す）は、２つのセレクタによって、硬判定結果の実像成分（図中では（Ｒ）で示す）に基づき、そのまま又は極性反転されて、加算器２０１及び減算器２０２に出力される。
【００６３】
同様に、入力信号の虚像成分（図中では（Ｉ）で示す）は、２つのセレクタによって、硬判定結果の虚像成分（図中では（Ｉ）で示す）に基づき、そのまま又は極性反転されて、加算器２０１及び減算器２０２に出力される。
【００６４】
加算器２０１の出力は、算出された相関値の実像成分として加算器１０７（図示せず）に出力され、減算器２０２の出力は、算出された相関値の虚像成分として加算器１０７（図示せず）に出力される。加算器１０７（図示せず）は、相関値の実像成分及び虚像成分を個別に積算する。
【００６５】
このように、本実施の形態によれば、複素演算を用いて相関値を算出するため、受信信号に位相回転が生じても正確に同期獲得することができる。
【００６６】
（実施の形態３）
本実施の形態に係る受信装置は、実施の形態２と同様の構成を有し、但しセレクタの出力する信号に０信号を含めるものである。
【００６７】
以下、図３を用いて、本実施の形態に係る受信装置について説明する。図３は、本発明の実施の形態３に係る受信装置の相関器の相関値算出部の概略構成を示す要部ブロック図である。なお、実施の形態２と同様の構成には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
【００６８】
例えばＱＰＳＫにおいて、受信信号が位相回転を受け、受信シンボルが実軸上又は虚軸上に来た場合、硬判定結果に基づいて「１」又は「−１」に合わせると誤差が大きくなるという問題が生じる。
【００６９】
そこで、本実施の形態においては、各相関値算出部１０４のセレクタは、０信号も出力できるようにする。
【００７０】
図３において、セレクタ３０１は、硬判定結果に基づいて、０信号を出力することができるものとする。実際の回路では、０信号の出力は、切替出力を停止することによって実現される。０信号の出力は、既に述べたように、例えばＱＰＳＫにおいて、受信信号が位相回転を受け、受信シンボルが実軸上又は虚軸上に来た場合に行われる。
【００７１】
このように、本実施の形態によれば、各相関値算出部が入力信号又は入力信号を極性反転させた信号以外に０信号も出力することができるため、相関値算出精度を向上させることができる。
【００７２】
なお、ＱＰＳＫ以外の変調方式においても、セレクタの出力が３種類（入力信号、入力信号を極性反転させた信号、０信号）になったことで、２種類（入力信号、入力信号を極性反転させた信号）であった場合よりも相関値算出精度が向上する。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、予め保持する既知シンボルをＩＦＦＴ処理し硬判定した結果は「１」又は「−１」であることに鑑み、硬判定結果に基づいて、受信信号中の既知シンボルをそのまま又は極性反転させてから相関結果として出力することによって、乗算器を用いずに既知シンボルを用いた同期獲得を行うことができるため、回路規模低減及び処理速度向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る受信装置の相関器の概略構成を示す要部ブロック図
【図２】本発明の実施の形態２に係る受信装置の相関器の相関値算出部の概略構成を示す要部ブロック図
【図３】本発明の実施の形態３に係る受信装置の相関器の相関値算出部の概略構成を示す要部ブロック図
【図４】（ａ）ＯＦＤＭ方式の移動体通信におけるフレームフォーマットの一例を示す模式図
（ｂ）ＯＦＤＭ方式の移動体通信におけるフレームフォーマットの一例を示す模式図
【図５】従来提案されている受信装置の概略構成を示す要部ブロック図
【図６】従来提案されている受信装置の相関器の概略構成を示す要部ブロック図
【図７】従来提案されている受信装置における相関値算出結果を示す模式図
【符号の説明】
１０１ＩＦＦＴ回路
１０２硬判定部
１０３遅延回路
１０４相関値算出部
１０５極性反転器
１０６セレクタ

Claims

受信信号に含まれる既知信号又はこの既知信号を極性反転させた信号のいずれかを選択的に出力する選択手段と、
予め保持する前記既知信号と同一の信号に対して逆フーリエ変換処理を行う逆フーリエ変換手段と、
逆フーリエ変換処理後の信号に対して硬判定を行い、硬判定結果の極性を判定する判定手段と、
前記選択手段の出力を積算した結果が最大値を採るタイミングに基づいて前記受信信号に対するフーリエ変換処理を開始するフーリエ変換手段と、を具備し、
前記選択手段は、前記極性が正であるときは前記既知信号を出力し、前記極性が負であるときは前記既知信号を極性反転させた信号を出力する、
ことを特徴とする受信装置。
前記選択手段及び前記判定手段は、前記既知信号及び前記硬判定結果をそれぞれ実像成分及び虚像成分に分けて処理を行い、前記選択手段の出力信号は、実像成分及び虚像成分の二信号から成る、
ことを特徴とする請求項１記載の受信装置。
前記選択手段は、前記既知信号が実軸上又は虚軸上にある場合に０信号を出力する、
ことを特徴とする請求項２記載の受信装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の受信装置を具備することを特徴とする通信端末装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の受信装置を具備することを特徴とする基地局装置。
受信信号に含まれる既知信号又はこの既知信号を極性反転させた信号のいずれかを選択的に出力する選択工程と、
予め保持する前記既知信号と同一の信号に対して逆フーリエ変換処理を行う逆フーリエ変換工程と、
逆フーリエ変換処理後の信号に対して硬判定を行い、硬判定結果の極性を判定する判定工程と、
前記選択工程の出力を積算した結果が最大値を採るタイミングに基づいて前記受信信号に対するフーリエ変換処理を開始するフーリエ変換工程と、を具備し、
前記選択工程において、前記極性が正であるときは前記既知信号を出力し、前記極性が負であるときは前記既知信号を極性反転させた信号を出力する、
ことを特徴とする同期獲得方法。
前記選択工程及び前記判定工程において、前記既知信号及び前記硬判定結果をそれぞれ実像成分及び虚像成分に分けて処理を行い、前記選択工程の出力信号は、実像成分及び虚像成分の二信号から成る、
ことを特徴とする請求項６記載の同期獲得方法。
前記選択工程において、前記既知信号が実軸上又は虚軸上にある場合に０信号を出力する、
ことを特徴とする請求項７記載の同期獲得方法。