JP4013009B2 - Ｏｆｄｍ受信機における簡略周波数オフセット推定方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直交周波数分割多重化（orthogonal frequency division multiplexing；以下、ＯＦＤＭと略称する）受信機の周波数同期に関するものであって、特に、副搬送波間間隔（intercarrier spacing）の±１／２範囲内において周波数オフセットを推定するための簡略周波数オフセット（coarse frequency offset）推定方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＯＦＤＭ方式においては、直列態様に入力されるシンボル列が複数個の単位ブロックに分割された後、分割された各ブロックのシンボル列がＮ個の並列シンボルに変換される。このＮ個の並列のシンボルは、逆高速フ−リエ変換（inverse fast fourier transform）により、それぞれ互いに異なる周波数を有する副搬送波を利用して多重化された後、更に所定の変調過程を経てチャンネルを通じて伝送される。即ち、Ｎ個の並列シンボルを一つの単位ブロックと定義し、単位ブロックの各副搬送波が相互直交性を有するように成し、副チャンネル間の影響が互いに無いようにされる。したがって、単一搬送波伝送方式と同一のシンボル伝送率を保ちながらもシンボル周期を副チャンネル数（Ｎ）だけ増加させることができ、多重経路フェージングによるシンボル間の干渉を減らすことができる。特に、伝送されるシンボル間に保護区間を挿入する場合には、シンボル間の干渉をさらに減少させることができるため、チャンネル等化器の構造が極めて簡単になるという利点を有する。
【０００３】
ＯＦＤＭ方式においては、シンボル検出が各副チャンネル別に行われるが、送信機と受信機との間の搬送波周波数の差である周波数のオフセットが発生するようになると、各副搬送波周波数間の直交性が保たれず、隣接する副チャンネル間の干渉現象が生ずる。特に、副チャンネル数が増加する程、各副搬送波は、定められた帯域内に密に分布し、小さい周波数オフセット値であっても隣接副チャンネル間の干渉が甚だしく発生するようになる。
【０００４】
しかし、受信機において用いられる高速フ−リエ変換（fast fourier transform；以下、ＦＦＴと略称する）の非線形性により、ＯＦＤＭシステムには、単一搬送波変調システムにおいて使用する周波数同期化方式を適用することができない。このような理由から、回転子に複数の連続的なオフセット値を引加して所定範囲をスキャニングした後、基準搬送波が正確に位置したときに、周波数オフセットの影響を補償するための最終値を検出する方法が提案されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記回転子を利用した方法は、ＦＦＴ処理以前に時間領域において与えられた範囲｛−Ｓ；Ｓ｝内の周波数オフセット値を獲得する時間が必要なため、全体の処理時間が長くなるという欠点を有する。即ち、現在のＯＦＤＭシンボルと過去のＯＦＤＭシンボルとの間の微分デコーディング技法を用いて周波数オフセット値を得るが、微分デコーディングを行うためには、回転子に適用される連続的なオフセット値｛−Ｓ；Ｓ｝（ここで、Ｓは予め設定された最大周波数オフセット値）の全てが、少なくとも２個のＯＦＤＭシンボル間に保たれていなければならない。回転子において、搬送波間隔の整数倍に定められた周波数オフセット値範囲｛−Ｓ；Ｓ｝の副搬送波を全てスキャニングするのに要する時間は、２Ｓ＋１個の推定値｛ε_-S ，ε_-S+1 ，…，ε_S-1 ，ε_S ｝を計算するのに要する時間、即ち、２×（２Ｓ＋１）個のＯＦＤＭシンボル処理時間となる。
【０００６】
典型的には、地上波放送における伝送信号は、フレームから形成され、各フレームは、６８個のＯＦＤＭシンボルを備えている。各シンボルは、８Ｋモードの場合にＫ＝６８１７の搬送波（Ｋ：伝送搬送波の数）又は２Ｋモードの場合にＫ＝１７０５の搬送波から構成されている。このとき、周波数オフセット獲得のために必要な遅延は、２Ｋモードの場合、およそ７０個のＯＦＤＭシンボルであり、８Ｋモードの場合、およそ２７４個のＯＦＤＭシンボルである。このように、獲得過程の遅延は、一個のＯＦＤＭフレーム（６８個のシンボル）以上を要し、同期化過程において相当な処理遅延を招くという問題がある。
【０００７】
さらに、各副搬送波領域においてスキャニングする際、副搬送波の間隔の±１／２範囲内において残余のオフセットが生じ得るため、簡略周波数同期を採った以後にもう少し精緻な周波数同期過程を経るようになる。しかしながら、簡略周波数同期獲得過程において、周波数オフセット値が、基準信号から副搬送波間隔の±１／２範囲に近接するようになれば、次の精緻な周波数同期が外れることもある。従って、正確な周波数同期を得るには、二番目のスキャニングは、簡略周波数オフセット値の周辺をもう少し小さいステップサイズでなされる必要があり、そのことにより、処理遅延時間がより一層増加するという問題がある。
【０００８】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するべくなされたもので、ＯＦＤＭ受信機において、ＯＦＤＭフレーム内に挿入された基準搬送波信号を利用し、ＦＦＴ処理以後の周波数領域の追跡可能な範囲内の周波数オフセット値を直接獲得した後、±１／２副搬送波の間隔に接近しない周波数オフセット値を推定するための簡略周波数オフセット推定方法を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の他の目的は、ＯＦＤＭ受信機において、簡単な構造であって、前記簡略周波数オフセット推定方法を実現させるための装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、複数個の搬送波の内、固定されたＬ個の搬送波の位置に基準信号が挿入され、残りの搬送波の位置に情報データ信号が挿入されたＯＦＤＭ信号から、簡略周波数オフセット値を推定する方法であって、（ａ）連続して受信した二つの前記ＯＦＤＭ信号の各々をＦＦＴ処理して得られた周波数領域上の、二つのＯＦＤＭシンボルを微分デコーディング処理し、微分デコーディング値を得るステップと、（ｂ）前記（ａ）ステップで得られた前記微分デコーディング値のうち、前記基準信号の位置に対応するＬ個の前記微分デコーディング値の各々を中心に、予め決められた周波数オフセット値範囲｛−Ｓ；Ｓ｝内の、同一の周波数オフセット値だけ離れた位置にあるＬ個の前記微分デコーディング値を利用して、２Ｓ＋１個の候補オフセット値｛ε_-S ；ε_S ｝を求めるステップと、（ｃ）前記（ｂ）ステップで得られた前記候補オフセット値の内、一番目の最大値と二番目の最大値とが存在する位置によって簡略周波数オフセット値を推定するステップとを備えることを特徴とするＯＦＤＭ受信機における簡略周波数オフセット推定方法を提供する。
【００１１】
また、前記他の目的を達成するため、本発明は、複数個の搬送波の内、固定されたＬ個の搬送波の位置に基準信号が挿入され、残りの搬送波の位置に情報データ信号が挿入されたＯＦＤＭ信号から、簡略周波数オフセット値を推定する装置であって、受信した前記ＯＦＤＭ信号をＦＦＴ処理した後、得られた周波数領域上の連続的なＯＦＤＭシンボルをサンプル単位で受信し、所定のシンボル長さだけ遅延後、サンプル単位で出力する入力バッファと、前記入力バッファから出力された過去のＯＦＤＭサンプルと、ＦＦＴ処理後に入力された現在のＯＦＤＭサンプルとを微分デコーディング処理し、微分デコーディング値を得る複素数乗算部と、前記複素数乗算部から出力された前記微分デコーディング値を直列に受信し、記憶した後、ランダム出力する、微分デコーディング値記憶部と、前記微分デコーディング値記憶部の出力を制御するためのアドレス及び制御信号を発生するアドレス制御部と、前記微分デコーディング値記憶部からサンプルクロック毎にランダム出力されたＬ個の前記微分デコーディング値の合計値を計算し、該合計値の絶対値を計算して候補オフセット値ε_i （−Ｓ≦ｉ≦Ｓの整数、Ｓは、予め決められた最大周波数オフセット）を出力する周波数オフセット獲得部と、前記周波数オフセット獲得部から得られた２Ｓ＋１個の前記候補オフセット値｛ε_-S ；ε_S ｝を調査し、一番目の最大値及び二番目の最大値の位置によって簡略周波数オフセット値を決定する周波数オフセット追跡部とを備えることを特徴とするＯＦＤＭ受信機における簡略周波数オフセット推定装置を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の好ましい一実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明に適用される基準搬送波信号が挿入されたＯＦＤＭフレーム構造を示す図面である。図１に示したＯＦＤＭフレーム構造において、変数Ｃ_tは、シンボルインデックス（symbol index）であり、変数Ｋは、副搬送波インデックスである。各シンボルは、Ｎ（＝Ｋmax＋１）個のサンプルから構成されており、各サンプルは、直交性を有する副搬送波に変調される。各ＯＦＤＭシンボル内には、固定された搬送波位置にＬ個（Ｒ＃０〜Ｒ＃Ｌ−１）の基準搬送波信号（以下、基準信号と略称する）が挿入されており、この基準信号は、ＢＰＳＫ（binary phase shift keying）変調され、一定の位相と振幅とを有する。残りの搬送波には情報データが載せられ、この情報データ信号は、ＱＡＭ変調（quadrature amplitude modulation）される。
本発明では、図１に示すように、各シンボルの固定された搬送波の位置に挿入した基準信号（Ｒ＃０〜Ｒ＃Ｌ−１）を利用して、歪んだ周波数を補正すべき簡略周波数同期を追跡する。
【００１３】
以下、本発明の核心となる２種の技術について詳細に説明する。
【００１４】
第１の技術は、周波数領域上の連続的なＯＦＤＭサンプルから、同一の搬送波位置における周波数オフセット値を推定するものである。これは、回転子を通じて時間領域のサンプルから数個のオフセット値を発生させ、周波数領域のサンプルから基準搬送波の位置を利用してオフセット値を推定する従来技術とは確実に対比されるものである。即ち、本発明は、連続して受信した２個のＯＦＤＭ信号の各々をＦＦＴ処理して得られた周波数領域上の、２個のＯＦＤＭシンボルを微分デコーディング処理し、基準信号の位置に対応する微分デコーディング値の各々を中心に同一の周波数オフセット値だけ離れた位置の微分デコーディング値を利用して、各搬送波位置における周波数オフセットの推定値を獲得するものである。従って、従来技術に比べて、処理時間を画期的に短縮することができる。
【００１５】
以下、第１の技術を適用した場合の処理時間を計算する。微分デコーディングのためには、２個のＯＦＤＭシンボルしか必要としない。したがって、搬送波の整数倍の調査範囲｛−Ｓ；Ｓ｝内において、必要とされる獲得時間は、全ての連続的な搬送波の位置について２Ｓ＋１個のオフセット推定値を計算するのに要する時間と一致する。ここで、Ｓは、定められた最大周波数オフセット値である。
【００１６】
この際、基準搬送波の信号はＢＰＳＫ変調されているため、受信した順に連続する２個のＯＦＤＭシンボルの、搬送波の周波数オフセット値が同じ位置のサンプル同士を微分デコーディングすれば、発生するエラー値を訂正することができる。したがって、微分デコーディングの値を適切に処理することにより、候補オフセット値を獲得することが可能である。
【００１７】
図２は、微分デコーディング処理方法を表す概念図である。図２に示すように、隣接する２個のＯＦＤＭシンボルＣ₀、Ｃ₁は、Ｎ個のサンプルから構成されており、一定の間隔でＬ個（Ｒ＃０〜Ｒ＃Ｌ−１）の基準信号が挿入されている。この二つのＯＦＤＭシンボルを微分デコーディング処理すれば、シンボルＤを得ることができ、その計算式は、次の式（１）の通りである。
【００１８】
【数５】

【００１９】
ここで、Ｃ_0,jは、受信した０番目のシンボルのｊ番目の副搬送波に載せられたサンプルであり、Ｃ_1,jは、受信した１番目のシンボルのｊ番目の副搬送波に載せられたサンプルである。Ｎは、一つのＯＦＤＭシンボルのサンプルの個数であり、＊は、共役（conjugate）複素数を示す。
【００２０】
ここで、周波数オフセットの絶対値が１／２より小さい場合、復号されたシンボル間の回転移動は発生せず、隣接するチャンネル間の干渉であるクロストーク現象のみが生ずる。クロストーク現象は、シンボルに対する信号対雑音比（ＳＮＲ）を減少させる。周波数オフセットによるクロストーク現象の程度を定量的に表現するため、隣接する二つのシンボルが微分デコーディングされ、Ｄ_j値は、両シンボルの相関性を示す。
【００２１】
前記式（１）と同様の計算により、隣接する二つのシンボルの相関関係を知ることができるため、従来の技術においても用いられたことがある。しかし、従来は、定められたオフセット範囲｛−Ｓ；Ｓ｝についての全ての場合を計算する必要があったため、２Ｓ＋１回だけ繰り返さなければならなかった。しかしながら、本発明においては、ただ一度の計算で足りる。結局、二つのシンボルの相関性を調査する計算処理に要する遅延は、２個のＯＦＤＭシンボル長さ、即ち、２Ｎ個のサンプル長さである。従って、処理速度は、相当に速くなり、メモリの側面においては、微分デコーディングするための２個のシンボルを記憶するためのメモリとデコーディングされた１個のシンボルを記憶するためのメモリだけ設ければ足りる。
【００２２】
前記式（１）によって得られた二つのシンボルの微分デコーディング値は、以下の式（２）によって基準信号位置を中心に一定の間隔だけ離れた値同士で加算され、候補オフセット値を推定する。
【００２３】
【数６】

【００２４】
ここで、Ｍａｇは、複素信号値の大きさを表し、Ｄ_p(j)+qは、ｐ（ｊ）＋ｑ番目の副搬送波の微分デコーディング値である。Ｐ(j)は、Ｌ個の基準搬送波信号中においてｊ番目の基準搬送波の位置を表す。
【００２５】
前記式（２）により｛−Ｓ；Ｓ｝範囲内において得た２Ｓ＋１個の候補オフセット値は、ε_-S 、…、ε₀ 、…ε_S で表す。ここで、ε_-S は、ｑ＝−Ｓのとき、基準搬送波から−Ｓだけ離れた位置の微分デコーディング値の合計の絶対値、ε₀ は、ｑ＝０の場合の、基準搬送波位置の微分デコーディング値の合計の絶対値、ε_S は、ｑ＝Ｓの場合の、基準搬送波からＳだけ離れた位置の微分デコーディング値の合計の絶対値にそれぞれ該当する。
【００２６】
前記式（２）の候補オフセット値｛ε_-S；ε_S｝が計算される入出力関係を理解し易くするため、図２のように、複数個の加算器（Ａ−１〜Ａ−４）と絶対値計算器（Ｍ−１〜Ｍ−４）で表示したが、実際のハードウェアでは単一の加算器と絶対値計算器だけで具現することができる。即ち、メモリに記憶された微分デコーディング値を一定のクロックにより抽出し、単位クロック毎に候補オフセット値を一つずつ順次計算することにより、ハードウェアを時分割的に共有することができる。
【００２７】
候補オフセット値を計算するのに必要な時間は、該当するデコーディング値を合計するのに要する時間であり、１個の候補オフセット値を得るためには、Ｌ個のサンプルが必要である。即ち、２Ｓ＋１個の推定値を計算するのに要する遅延時間は、Ｌ×（２Ｓ＋１）サンプルである。従って、簡略周波数同期獲得のために必要な合計の時間は、２Ｎ＋Ｌ×（２Ｓ＋１）となる。
【００２８】
同一のチャンネル状況を仮定して、従来の技術と本発明による処理遅延時間とを比較した結果を以下に述べる。既に従来技術において言及した地上波ＴＶにおいて、周波数オフセット獲得遅延は、ＯＦＤＭ２Ｋモードにおいては７０個のＯＦＤＭシンボル、８Ｋモードにおいては２７４個のＯＦＤＭシンボルが必要とされる。本発明では、地上波ＴＶのフレーム内の基準搬送波数は、全体の搬送波数の約２％を占める。本発明の簡略周波数同期獲得のために必要な合計の時間は、２Ｋモードにおいては３個のＯＦＤＭシンボルより少なく、８Ｋモードにおいては５個のＯＦＤＭシンボルより少なかった。これは、本発明が従来の遅延時間に比して画期的に減少されたことを示している。
【００２９】
次に、第２の技術を説明する前に、周波数オフセット値と受信機の性能との関係を説明すれば次の通りである。
【００３０】
周波数オフセット|ε|＞１／２の場合、受信機側の性能劣化程度が更に甚だしくなるが、これは、周波数オフセットが、各副搬送波の周波数を隣接する副チャンネル帯域へ平行に移動させ、復号されたＯＦＤＭシンボル間の回転移動（circular shift）を招くからである。即ち、周波数オフセットを含んだ信号は、フ−リエ変換の性質により、ＦＦＴ変換後には復号シンボル間の回転移動を起こすため、周波数オフセット値が整数であれば回転移動だけ生じ、整数でなければ回転移動と共にクロストーク現象も生じる。このような回転移動が生じると、補正技法を用いて復旧すると言えども、正確に復元することができない。一方、周波数オフセットが|ε|＜１／２と小さい場合、回転移動は無く、クロストーク現象だけが生じる。したがって、周波数オフセット補正技法においては、周波数オフセット値を回転移動が生じない範囲（|ε|＜１／２）内に減少させる過程が必須である。
【００３１】
第２の技術は、獲得した周波数オフセット値が基準搬送波から１／２または−１／２副搬送波間隔に近づかないように成すアルゴリズムを用いるものである。従来技術では、推定された２Ｓ＋１個のオフセット値を全て調査した後、その中から最大値のみを抽出して最終的なオフセット値を決定した。本発明においては、第１の技術によって得られた２Ｓ＋１個のオフセット値において、一番目の最大値（この値の位置をインデックスＩ_M1で表記）と二番目の最大値（その値の位置をインデックスＩ_M2で表記）を探し出し、この二つの値が存在する位置（インデックス）を考慮して最終的なオフセット値を決定する。
【００３２】
全ての周波数範囲のスキャニング後、２個の最大値のインデックス（Ｉ_M1、Ｉ_M2）が連続して位置しない場合、一番目の最大値のインデックス（Ｉ_M1）が周波数オフセットを補正するための基準として用いられる。２個の最大値のインデックス（Ｉ_M1、Ｉ_M2）が連続的に存在する場合（Ｉ_M2＝Ｉ_M1±１）、二つの最大インデックスに加重値を与えて得たインデックスを周波数オフセットを補正するための基準として用いる。一例として、３／４Ｉ_M1＋１／４Ｉ_M2のように、一番目の最大インデックスに二番目のインデックスの３倍の加重値を与えて得られたインデックスの位置において推定される値が、周波数オフセット値として最終決定される。
【００３３】
図３及び４は、｛−１７；＋１７｝の副搬送波に設定された追跡範囲において、前記提案の方式により推定されるオフセット値を連続的に示す。図３は、２個の最大値が連続して存在しない場合を示し、図４は、２個の最大値が連続して存在する場合を示す。
【００３４】
図３を参照すれば、インデックス４（＝Ｉ_M1）から得られた最大のオフセット値は、殆ど副搬送波領域の倍数に近い値で、他の推定値と区別される極めて明瞭なピ−ク値を示している。インデックス４から得られた最大オフセット値が正確に補正しようとする簡略周波数オフセット値として用いられる。これは、一番目の最大値と二番目の最大値とが互いに隣接していなかったためであり、したがって、インデックス９（＝Ｉ_M2）から得られた二番目の最大オフセット値は考慮されない。
【００３５】
図４を参照すれば、２個の最大値は、インデックス３（＝Ｉ_M2）とインデックス４（＝Ｉ_M1）から連続して得られるため、二つのインデックス間に加重値を与えることによりオフセット値の位置を推定すべきである。この際、加重値は、正確な数値であることを要しないが、加重値を置く理由は、オフセット値の位置が搬送波間の間隔（intercarrier spacing）に存在することを避けるためである。更に、２個の最大値が不安定に隣接する場合が発生し得るので、加重値係数として｛１／２，１／２｝を使用しないように注意する必要がある。２個の最大値が不安定に隣接していれば、単一の最大値を用いるよりも、獲得をより一層不利なようにし得るからである。実際のハ−ドウェアを簡単に具現化するためには、加重値係数｛３／４，１／４｝を用いるのが望ましい。
【００３６】
次に、図５を参照して本発明の構成及び作用を詳細に説明する。
【００３７】
先ず、ＯＦＤＭフレ−ム内のデータ外に固定したＬ個の搬送波の位置に、基準信号が挿入され、基準信号を利用して±１／２範囲内の簡略周波数オフセット値を獲得する。前記基準信号は、一定の位相及び振幅を有する信号である。本発明の簡略周波数オフセット推定装置は、受信したＯＦＤＭ変調信号をＦＦＴ処理した後、得られた周波数領域上のＯＦＤＭシンボルを適当に処理して、いくつかの候補のオフセット値を獲得した後、その中から補正しようとするオフセット値を最終的に決定する。
【００３８】
図５において、簡略周波数オフセット推定装置は、入力バッファ１００、複素数乗算部１１０、微分デコーディング値記憶部１２０、アドレス制御部１３０、周波数オフセット獲得部１４０、及び周波数オフセット追跡部１５０から構成されている。
【００３９】
入力バッファ１００は、ＦＦＴ処理後に得られた、周波数領域上の連続的なＯＦＤＭシンボル（Ｃ_t ）をサンプル単位（Ｃ_t,j ）で受信し、一つのシンボル長さ（Ｎサンプル）だけ遅延後、サンプル単位で出力するものであり、ファーストインファーストアウト（ＦＩＦＯ）バッファで具現化される。
【００４０】
複素数乗算部１１０は、前記入力バッファ１００から出力された過去のＯＦＤＭサンプル（Ｃ_t-1,j）と、ＦＦＴ処理後に入力された現在のＯＦＤＭサンプル（Ｃ_t,j）とを複素数乗算し、微分デコーディング処理する。即ち、過去のサンプルの共役複素数と現在のサンプルの複素数とを乗算して微分デコーディング値を出力する。微分デコーディングの計算式は前記式（１）と同じである。
【００４１】
微分デコーディング値記憶部１２０は、前記複素数乗算器１１０から出力された微分デコーディング値Ｄ_jを直列入力で受信し、記憶した後、ランダム出力する。微分デコーディング値記憶部１２０は、入出力を分離して制御するデュアルポートメモリ(ＤＰＲＡＭ：Dual Port Random Access Memory)として具現化される。
【００４２】
アドレス制御部１３０は、前記微分デコーディング値記憶部１２０の出力を制御するためのアドレス及び制御信号を発生する。アドレス及び制御信号発生規則は、前記微分デコーディング値記憶部１２０に記憶された基準信号（図１参照、Ｒ＃０〜Ｒ＃Ｌ−１）を中心に同一の位置に存在するＬ個の微分デコーディング値を一つのグループとして各サンプルクロック毎に並列出力することである。
【００４３】
周波数オフセット獲得部１４０は、各サンプルクロック毎に前記微分デコーディング値記憶部１２０からランダム出力されたＬ個の微分デコーディング値を合計した後、その絶対値を計算して候補オフセット値ε_i（−Ｓ≦ｉ≦Ｓの整数、Ｓは予め設定された最大周波数オフセット）を出力する。周波数オフセット獲得部１４０は、各シンボルクロック毎にリセットされ、Ｌ個の微分デコーディング値を積分する加算器と、加算器の出力を受信し、複素数の大きさ（|Ｒe|＋|Ｉm|）を計算する絶対値計算器とから構成される。
【００４４】
周波数オフセット追跡部１５０は、前記周波数オフセット獲得部１４０から得られた２Ｓ＋１個の候補オフセット値｛ε_-s；ε_s ｝を調査し、一番目の最大値と二番目の最大値とが存在する位置によって最終的に補正すべき簡略周波数オフセット値を出力する。周波数オフセット追跡部１５０は、最大値を検出し、２個の最大値に加重値を与えるアルゴリズムを具現化した簡単な論理回路とＤＳＰ（digital signal processing）技術として具現化される。
【００４５】
即ち、候補オフセット値をスキャニングし、最大値を探し出して一番大きい値を有する位置（インデックスＩ_M1）と二番目に大きい値を有する位置（インデックスＩ_M2）を調査する。一番目の最大値のインデックスと二番目の最大値のインデックスとが連続して位置しない場合（Ｉ_M1≠Ｉ_M2±１）、補正すべき簡略周波数オフセット値を、一番目の最大値に決定する。一番目の最大値のインデックスと二番目の最大値のインデックスとが隣接している場合（Ｉ_M1＝Ｉ_M2±１）、二つの最大値インデックスに対して加重値を与え、二つの最大値の間に存在する値を補正すべき簡略周波数オフセット値として決定する。
【００４６】
従来技術においては、２Ｓ＋１個の推定値を得るために２Ｓ＋１回の演算が行われる必要があったが、本発明では、単一の演算により２Ｓ＋１個の推定値が並列的に計算されるため、処理時間を短縮可能である。このとき、微分デコーディング演算により、２個のＯＦＤＭシンボル（即ち、２Ｎ個のサンプル）を記憶するメモリと同等の遅延とを要する。
【００４７】
図５に示すように、具現化された簡略周波数同期獲得装置の構成要素、例えば、複素数乗算部１１０及び入力バッファ１００等は、本発明の目的以外の他の目的にも利用可能である。簡略周波数同期獲得過程は一度だけ遂行され、簡略周波数獲得後、更に精緻な精密周波数同調が行われる。典型的には、精密周波数同調において、連続したＯＦＤＭシンボルを微分デコーディング処理し、相関性を探すため、微分デコーディングに必須の複素数乗算部と入力バッファを再使用することができる。
【００４８】
更に、微分デコーディングのＯＦＤＭシンボルを記憶する微分デコーディング値記憶部１２０は、デュアルポートメモリにより具現化されているため、同期化以後に行われる等化過程において再使用することができる。チャンネル環境に適応可能な等化器の場合、更新されるフィルターバンク係数を記憶するのに利用することができるし、適応不能な等化器の場合、チャンネル応答補間値を記憶するのに利用されることもある。
【００４９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、二つの隣接するシンボルを微分デコーディングして得られた微分デコーディング値中、基準信号から同一の位置にある微分デコーディング値を使用して候補オフセット値を得た後、これらの候補オフセット値の第１及び第２の最大値の位置により、簡略周波数オフセット値が推定される。従って、高速に処理され、信頼性のある簡略周波数同期を行うことができる。また、本発明の装置の一部は、他の同期化装置或いは等化処理装置と共有して使用することができるため、受信機内のハードウェア全体の複雑さを軽減することができる。さらに、候補オフセット値から簡略周波数オフセット値を推定する方式は、２個の最大値のアルゴリズムを適用し、搬送波間の間隔において同期が採れないようにすることによって、極めて安定し且つ信頼性のあるオフセット値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に適用される基準搬送波信号が挿入されたＯＦＤＭフレーム構造を示す図面である。
【図２】図２は、図１の基準搬送波信号を基準とし、一定範囲内の周波数オフセット値を獲得するための微分デコーディング処理方法を表す概念図である。
【図３】図３は、本発明に係る簡略周波数オフセット推定方法により得られた周波数帯域における、副搬送波位置による周波数オフセット推定値のシミュレーション結果を表すグラフである。
【図４】図４は、本発明に係る簡略周波数オフセット推定方法により得られた周波数帯域における、副搬送波位置による周波数オフセット推定値の他のシミュレーション結果を表すグラフである。
【図５】ＯＦＤＭ方式のデジタル通信システムの受信機における、本発明に係る簡略周波数オフセット推定装置を表すブロック図である。
【符号の説明】
１００ 入力バッファ
１１０ 複素数乗算部
１２０ 微分デコーディング値記憶部
１３０ アドレス制御部
１４０ 周波数オフセット獲得部
１５０ 周波数オフセット追跡部

Claims (10)

1. 複数個の搬送波の内、固定されたＬ個の搬送波の位置に基準信号が挿入され、残りの搬送波の位置に情報データ信号が挿入されたＯＦＤＭ信号から、簡略周波数オフセット値を推定する方法であって、
   （ａ）連続して受信した二つの前記ＯＦＤＭ信号の各々をＦＦＴ処理して得られた周波数領域上の、二つのＯＦＤＭシンボルを微分デコーディング処理し、微分デコーディング値を得るステップと、
   （ｂ）前記（ａ）ステップで得られた前記微分デコーディング値のうち、前記基準信号の位置に対応するＬ個の前記微分デコーディング値の各々を中心に、予め決められた周波数オフセット値範囲｛−Ｓ；Ｓ｝内の、同一の周波数オフセット値だけ離れた位置にあるＬ個の前記微分デコーディング値を利用して、２Ｓ＋１個の候補オフセット値｛ε_-S ；ε_S ｝を求めるステップと、
   （ｃ）前記（ｂ）ステップで得られた前記候補オフセット値の内、一番目の最大値と二番目の最大値とが存在する位置によって簡略周波数オフセット値を推定するステップとを備えることを特徴とするＯＦＤＭ受信機における簡略周波数オフセット推定方法。
2. 前記（ａ）ステップにおける前記微分デコーディング値（Ｄ_j ）は次式によって求められることを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ受信機における簡略周波数オフセット推定方法。
   

   

   ここで、Ｃ_t,j は、ｔ番目に受信したシンボルのｊ番目の副搬送波に載せられたサンプルであり、Ｃ_t-1,j は、ｔ−１番目に受信したシンボルのｊ番目の副搬送波に載せられたサンプルであり、Ｎは、一つのＯＦＤＭシンボルのサンプルの個数であり、＊は、共役複素数を示す。
3. 前記（ｂ）ステップにおける前記候補オフセット値（ε_q ）は、次式によって求められることを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ受信機における簡略周波数オフセット推定方法。
   

   

   ここで、Ｍａｇは、複素数の大きさを表し、Ｄ_p(j)+q は、ｐ（ｊ）＋ｑ番目の副搬送波におけるサンプルについての微分デコーディング値であり、Ｐ（ｊ）は、Ｌ個の基準信号の内、ｊ番目の基準信号の位置である。
4. 前記（ｃ）ステップは、
   （ｃ１）２Ｓ＋１個の前記候補オフセット値の内、一番目の最大値と二番目の最大値とを検出するステップと、
   （ｃ２）前記（ｃ１）ステップで検出した前記一番目の最大値と前記二番目の最大値とが連続して位置しない場合、前記一番目の最大値を周波数オフセット補正のための基準値として発生させるステップと、
   （ｃ３）前記（ｃ１）ステップで検出した前記一番目の最大値と前記二番目の最大値とが連続して位置する場合、二つの最大値の位置を示すインデックスに、予め決められた加重値を加えて新しいインデックスを得、該新しいインデックスから周波数オフセット補正のための基準値を発生させるステップとを備えることを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ受信機における簡略周波数オフセット推定方法。
5. 複数個の搬送波の内、固定されたＬ個の搬送波の位置に基準信号が挿入され、残りの搬送波の位置に情報データ信号が挿入されたＯＦＤＭ信号から、簡略周波数オフセット値を推定する装置であって、
   受信した前記ＯＦＤＭ信号をＦＦＴ処理した後、得られた周波数領域上の連続的なＯＦＤＭシンボルをサンプル単位で受信し、所定のシンボル長さだけ遅延後、サンプル単位で出力する入力バッファと、
   前記入力バッファから出力された過去のＯＦＤＭサンプルと、ＦＦＴ処理後に入力された現在のＯＦＤＭサンプルとを微分デコーディング処理し、微分デコーディング値を得る複素数乗算部と、
   前記複素数乗算部から出力された前記微分デコーディング値を直列に受信し、記憶した後、ランダム出力する、微分デコーディング値記憶部と、
   前記微分デコーディング値記憶部の出力を制御するためのアドレス及び制御信号を発生するアドレス制御部と、
   前記微分デコーディング値記憶部からサンプルクロック毎にランダム出力されたＬ個の前記微分デコーディング値の合計値を計算し、該合計値の絶対値を計算して候補オフセット値ε_i （−Ｓ≦ｉ≦Ｓの整数、Ｓは、予め決められた最大周波数オフセット）を出力する周波数オフセット獲得部と、
   前記周波数オフセット獲得部から得られた２Ｓ＋１個の前記候補オフセット値｛ε_-S ；ε_S ｝を調査し、一番目の最大値及び二番目の最大値の位置によって簡略周波数オフセット値を決定する周波数オフセット追跡部とを備えることを特徴とするＯＦＤＭ受信機における簡略周波数オフセット推定装置。
6. 前記複素数乗算部は、次式を利用して前記微分デコーディング値（Ｄ_j ）を求めることを特徴とする請求項５に記載のＯＦＤＭ受信機における簡略周波数オフセット推定装置。
   

   

   ここで、Ｃ_t,j は、ｔ番目に受信したシンボルのｊ番目の副搬送波に載せられたサンプルであり、Ｃ_t-1,j は、ｔ−１番目に受信したシンボルのｊ番目の副搬送波に載せられたサンプルであり、Ｎは、一つのＯＦＤＭシンボルのサンプルの個数であり、＊は、共役複素数を示す。
7. 前記アドレス制御部は、前記微分デコーディング値記憶部に記憶された基準信号の位置に対応するＬ個の前記微分デコーディング値の各々を中心に、同一の周波数オフセット値だけ離れた位置に存在するＬ個の微分デコーディング値を一グル−プとし、各サンプルクロック毎にアドレス及び制御信号を出力するように制御することを特徴とする請求項５に記載のＯＦＤＭ受信機における簡略周波数オフセット推定装置。
8. 前記周波数オフセット獲得部は、シンボルクロック毎にリセット信号により初期化され、入力されたＬ個の微分デコーディング値を積分し、その積分値の複素数の大きさを計算し、次式を利用して前記候補オフセット値（ε_q ）を計算することを特徴とする請求項５に記載のＯＦＤＭ受信機における簡略周波数オフセット推定装置。
   

   

   ここで、Ｍａｇは、複素数の大きさを表し、Ｄ_p(j)+q は、ｐ（ｊ）＋ｑ番目の副搬送波におけるサンプルについての微分デコーディング値であり、Ｐ（ｊ）は、Ｌ個の基準信号の内、ｊ番目の基準信号の位置である。
9. 前記周波数オフセット追跡部は、前記一番目の最大値と前記二番目の最大値とが連続して位置しない場合、簡略周波数オフセット値として前記一番目の最大値を出力し、前記一番目の最大値と前記二番目の最大値とが連続して位置する場合、二つの最大値の位置を示すインデックスに、第１及び第２の加重値を与えて得られた新しいインデックスから簡略周波数オフセット値を抽出することを特徴とする請求項５に記載のＯＦＤＭ受信機における簡略周波数オフセット推定装置。
10. 前記第１及び第２の加重値は、その合計が１であり、互いに異なる値を有することを特徴とする請求項９に記載のＯＦＤＭ受信機における簡略周波数オフセット推定装置。

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