JP4286476B2 - Orthogonal frequency division multiplexing modulation receiver - Google Patents

Orthogonal frequency division multiplexing modulation receiver Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝送方式として互いに直交する複数本の搬送波(キャリア)で情報符号を伝送する直交周波数分割多重変調方式(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:以下、OFDM方式と記す)を用いた伝送装置であって、複数本のキャリアを、同期検波を用いる変調方式(同期変調方式)で変調する伝送装置の復調装置における基準信号の再生方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、無線装置の分野では、マルチパスフェージングに強い変調方式として、OFDM方式が脚光を集め、欧州や日本を初めとする各国の次世代のテレビ放送、FPU、無線LAN等の分野で多くの応用研究が進められている。 この内、UHF帯の地上波ディジタル放送方式については、映像情報メディア学会誌 1998 Vol.52,No.11に詳しく記されている。
しかし、UHF帯の地上波ディジタル放送方式のキャリア構造は非常に複雑であり、従来の方法と本発明の方法の違いが分かり難くなる恐れがある。 そこで、より単純化したキャリア構造を有する方式を例に取り、従来の基準信号の再生方法を説明する。
同期変調方式のOFDM方式は、図11のように、一定の伝送帯幅内に互いに直交するN本、例えば約1400本の搬送波(キャリア)を設け、情報符号によって指定キャリアを64QAM等の変調方式で変調して伝送する変調方式である。
図12は、そのキャリア構造の一部を拡大して更に詳しく説明する図であり、同様の構造が全伝送帯に渡って繰り返されると考えて良い。
図12において、横方向は周波数、縦方向は時間の経過を表し、横と縦の方向に並んだ四角印「□」は、それぞれが1つのキャリアを表す。 従って、横方向に並ぶ四角印「□」の1列が、OFDM信号を構成する1つのシンボルを表す。
CPと書かれた四角印「□」は、復調の際の基準信号を再生するのに用いられるパイロット信号の位置を示している。 また、何も書かれていない「□」は、64QAMで変調された信号位置を表している。
【0003】
なお、日本のUHF帯の地上波ディジタル放送方式では、パイロット信号は周波数方向と時間方向にばらまかれ、図13に示すように、SPと書かれた四角印「□」の位置に配置されているため、このパイロット信号は、SP(Scattered Pilot)と銘々されている。 これに対して、図12のキャリア構造では、パイロット信号が時間方向に連続的に挿入されているので、連続性を強調したCP(Continual Pilot)に変えて示した。 ここで、時間方向にパイロット信号CPあるいはSPを有するキャリアを、以後、「パイロットキャリア」と記す。
図14は、OFDM方式の送信装置を構成する回路の中から、本発明に関係する部分を取り出して示した回路図である。 送信前処理回路1に入力された情報符号は、誤り訂正符号への変換、64QAM信号への変調、及び図12に従ったパイロット信号CPの挿入等の前処理によって、各サンプルクロックの信号が、図12の横一列に並ぶキャリアの信号列を表す、例えば2048サンプルクロックの周波数分布イメージの信号列に変換される。
変換された信号列は、2048ポイントの逆フーリエ変換(IFFT)を実施するIFFT回路2に入力され、同じ2048サンプルクロックの時間波形を表す信号列に変換される。 図15は、送信装置から送信される時間波形を模式的に示したものであり、IFFT回路2からは、OFDM信号のTsの期間の時間波形が出力される。 ガードインターバル挿入回路3は、この期間Tsの時間波形の内のbの部分をb’の部分にコピーして挿入する回路である。 この様に、ガードインターバルb’を挿入された信号は、送信後処理回路4において、更に直交変調、D/A変換、アップコンバート等の後処理を施された後、アンテナ5から送信される。
【0004】
図16は、OFDM方式の受信装置を構成する回路の中から、本発明に関係する部分を取り出して示したブロック図である。 アンテナ6で受信された信号は受信前処理回路7において、ダウンコンバート、A/D変換、直交復調等の前処理を実施された後、信号切り出し回路8に入力され、図15のTs期間に対応する2048サンプルクロックの信号列が切り出される。 切り出された信号列は2048ポイントのフーリエ変換(FFT)を実施するFFT回路9に入力され、周波数の大きさの順に連続的に並んだ周波数分布イメージの信号列である図12の横一列の信号列に戻される。
ところで、64QAMで変調された信号を復調するには、一般のハンドブックにも記されている様に、信号空間上の物差しに相当する基準信号の位相(向き)と大きさを知る必要である。 図12のパイロット信号CPは、この基準信号の再生を可能にするために挿入された信号である。
一般に受信された信号の基準信号の位相と大きさは一定にはならず、伝送系で発生するマルチパス等の影響を受け、各時間あるいは各キャリア毎に変化する。しかし、その変化の仕方は通常滑らかな曲線を描き、時間方向とキャリア方向に強い相関を持つ。 そのため、例えば図12のキャリア21に対する基準信号は、このキャリア近傍に並ぶ同じシンボル内の複数のCPであるCP1,CP2等の信号をキャリア方向(周波数方向)に内挿して算出することが可能であり、算出された基準信号を用いて64QAMの復調を実施することができる。
【0005】
図16のキャリア方向内挿回路11は、このキャリア方向の内挿演算を実施する回路である。 FFT回路9から出力された信号列は、パイロット信号選択回路10と遅延回路12に入力される。 パイロット信号選択回路10では、FFT回路9から出力された信号列の間に挿入されているCPを取り出し、それ以外のキャリアの信号値を0に変換してシンボルパイロット信号として出力する。
パイロット信号選択回路10から出力されたシンボルパイロット信号は、キャリア方向内挿回路11でキャリア方向に内挿され、再生された基準信号として出力される。 遅延回路12は、FFT回路9から出力された信号列に対し、基準信号の演算時間相当の時間調整を加える回路である。
キャリア方向内挿回路11から出力された基準信号と、FFT回路9から出力され遅延回路12で時間調整された信号列は、復調&後処理回路13に入力され、64QAMの復調、復調符号の符号誤り訂正等の後処理を実施された後、復号された情報符号として受信装置から出力される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の説明では述べなかったが、図16のキャリア方向内挿回路11には、通常、回路規模が大きく、且つ構成が複雑な複素フィルタを用いる。 この理由の説明に入る前に、キャリア方向内挿回路11に入力される信号列の性質について簡単に説明しておく。
詳細な説明は省略するが、受信信号にマルチパスによる遅延波が混入すると、図16のFFT回路9から出力される信号列に含まれる直接波成分信号の各キャリアの位相角が、図17の(a)のように一定であっても、受信信号に混入した遅延波成分信号の各キャリアの位相角は、図17の(b)の様に、キャリア番号が増加するに連れて、キャリア方向に一定の周波数で回転する現象が発生する。
そして、その回転周波数は遅延波の遅延時間とともに変化する。 例えばFFTのサンプル点数を2048点とすると、直接波に対してnサンプルクロック期間遅れた遅延波の各キャリアの位相角に、2048キャリア当たりn回転の割合で正方向に回る回転が発生する。
従って、キャリア番号を時間軸に見立てて、この回転周波数の分布を表すと、直接波より前に受信される信号成分は無いので、図18の斜線枠の様に、位相角の回転周波数は正の軸上にのみ現れる分布になる。 なお、図17の周波数軸上でキャリア番号の増加と共に回転する位相角の回転の周波数を、通常の時間軸上の振動の周波数と区別する必要がある場合は、以下、「キャリア方向周波数」と記す。 図18の横軸は、このキャリア方向周波数を2048サンプルクロック当たりの回転数で表したものである。
ここで、対応すべき最大のキャリア方向周波数は、受信信号の時間方向の信号の構成方法できまる。 図15のOFDM信号の1シンボルの時間波形は、IFFT回路2から出力されたTs期間の信号に、ガードインターバルb’の期間を加えたTs’期間で構成される。 このガードインターバルb’は、マルチパスフェージングに対する耐性を増すために挿入するものである。 詳細な説明は省略するが、このガードインターバルをNGIサンプルクロック分設けておくと、原理的には、混入する遅延波の遅延時間がこのNGIサンプルクロック時間以内である限り、正しく符号を復調することが可能である。 なお、NGIは、正の整数である。
【0007】
一方、図16のキャリア方向内挿回路11は、上記遅延時間の範囲の遅延波に対しては、正しく内挿して基準信号を算出できなければならない。 言い換えると、例えば、64サンプルクロック期間のガードインターバルを設けた場合は、図18のキャリア方向周波数0から64の斜線枠の範囲の回転振動に対しては、正しい内挿演算が実施できなければならない。
以上の事実を基に、図16のキャリア方向内挿回路11に複素フィルタが用いられる理由を説明する。 一般に、図18の斜線枠の範囲の周波数分布を有する信号の内挿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、通常のディジタルLPFで構成する場合、図18の折れ線22の特性を有するディジタルLPFを用いる必要がある。
しかし、この特性のフィルタでは、キャリア方向周波数が負の範囲には、決して信号が発生しないにも関わらず、負の範囲の雑音成分も通過させるため、内挿して得られる基準信号にこの雑音が混入し、再生された基準信号のS/Nを大幅に劣化させてしまう。 そのS/Nの劣化量は、およそ3dBにも達する。 このS/Nの劣化を防ぐためには、図18の斜線枠の周波数範囲のみを通過領域とする複素フィルタを用いる必要があるのである。
ところで、複素フィルタを構成するには、図19のように、通常のディジタルLPFを4つ用いる必要がある。 しかも、内挿演算に要求される精度の特性を得るには、用いるディジタルLPFのタップ数として、63タップから127タップ、あるいはそれ以上のタップ数のディジタルLPFを用いる必要がある。
現状の技術では、このように大きなタップ数のディジタルLPFを1つ構成するのに、100ピンから200ピン程度の大きなICが1つ必要になる。 そのため、複素フィルタを構成するには、この様なICが4つ必要になり、受信装置の回路を大規模かつ高価なものにする欠点があった。
本発明はこれらの欠点を除去し、キャリア方向内挿回路の回路規模をほぼ半分にでき、しかも複素フィルタを用いた場合と同等の性能が得られる回路、即ち、小形且つ低価格で構成できる回路を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の基本的な考え方は、キャリア方向内挿回路に入力するシンボルパイロット信号を前もってキャリア方向に変調し、図2の上段の斜線枠の範囲のキャリア方向周波数分布の信号を図2の下段の様にシフトした後、内挿演算を実施することにある。
図2の下段のキャリア方向の周波数分布は、原点を中心に対称な分布になる。そのため、通過領域を非対称にするための複素フィルタを用いる必要がなくなり、回路規模が大きく高価なディジタルLPFの個数を4つから2つへと半分に減らし、回路規模を大幅に縮小すると共に低価格にすることが可能になる。
本発明の第2の基本的な考え方は、シンボルパイロット信号を図2の下段の様にシフトする方法として、FFT回路9に入力する信号列の順序を巡回的に入れ換えることで実施することにある。
この方法の原理を説明する前に、FFTで実施する演算の意味について簡単に説明しておく。 図3(a)は、受信された直接波と、FFTに入力するために切り出す範囲を模式的に示したものである。 受信装置のFFT回路9は、送信装置でIFFTした(B+b)の2048サンプルクロック分の信号列を切り出してFFTする。 ところで、詳細な説明はフーリエ変換に関する教科書に譲るが、FFTでは、入力される信号列が図3の(b)の様に無限に繰り返されると仮定して離散フーリエ変換する。 従って図3の矢印23に示すように、図3の(b)のB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の部分の後ろに移動してからFFTすると、図3の(c)のように、図3の(a)の直接波の(B+b)の部分の信号列を、32サンプルクロック期間だけ先行させた信号列をFFTした結果と同じ結果が得られる。
【0009】
以上の事実を基に、第2の基本的な考え方の原理を説明する。 図17(b)で説明した様に、直接波に対してnサンプルクロック期間遅れた遅延波の各キャリアの位相角は、2048キャリア当たりn回転の割合で正の方向に回転する。
逆に、直接波に対してnサンプルクロック期間先行した先行波の各キャリアの位相角は、2048キャリア当たりn回転の割合で負の方向に回転する。 言い換えると、図2の上段の太い矢印で示す直接波の信号成分を何らかの方法で32サンプルクロック期間だけ先行させることができれば、図2の下段の太い矢印で示すキャリア方向周波数の位置まで移動させることができる。 同様のことが、図2の上段に斜線枠で示す遅延波に対しても成り立つ。 従って、受信信号を何らかの方法で32サンプルクロック期間だけ先行させることにより、図2の上段の斜線枠の信号を、図2の下段の様にシフトすることができる。 本発明による第2の基本的な考え方は、このキャリア方向周波数のシフトを、FFT回路9に入力する信号列の一部を図3の矢印23の様に、巡回的に入れ換えてからFFTして実現するものである。
【0010】
本発明は、この第1の基本的な考え方と第2の基本的な考え方を実現し、上記目的を達成するため、互いに直交する複数本の搬送波(以下キャリアと称す)を用いて情報符号を伝送する直交周波数分割多重変調方式(OFDM方式)を用いた伝送装置において、該伝送装置の受信装置に、受信信号から所定信号長毎に切り出された信号列を順次離散フーリエ変換するFFT回路と、上記切り出された信号列における信号順序を巡回的に入れ換えて上記FFT回路に順次出力するFFT入力信号巡回回路と、上記FFT回路出力から所定のパイロット信号を抽出し内挿演算して基準信号ベクトルを再生する回路と、該再生した基準信号ベクトルに基づき上記FFT回路出力を復調する復調回路を有する構成としたものである。
また、上記FFT入力信号巡回回路は、上記切り出された各信号列における先頭から所定期間の時間波形信号を当該信号列の最後に巡回的に入れ換える回路である。
また、上記パイロット信号は、時間方向に連続的に、キャリア方向に所定キャリア間隔で挿入されたキャリア構造のパイロット信号(CP)で、当該伝送装置の受信装置は、上記FFT回路と、上記FFT入力信号巡回回路と、上記FFT回路から出力される信号列の内の上記CPを有するキャリア以外のキャリアの信号値を0に変換してシンボルパイロット信号として出力するパイロット信号選択回路と、上記シンボルパイロット信号の実数成分の内挿演算を実施する第1のディジタルLPFとその虚数成分の内挿演算を実施する第2のディジタルLPFで構成したキャリア方向内挿回路を有する構成としたものである。
また、上記パイロット信号は、時間方向に間欠的に、キャリア方向に所定キャリア間隔で挿入されたキャリア構造のパイロット信号(SP)で、当該伝送装置の受信装置は、上記FFT回路と、上記FFT入力信号巡回回路と、上記FFT回路から出力される信号列から上記SPを選択して時間方向の内挿演算を実施すると共に、上記SPを有するキャリア以外のキャリアの信号値を0に変換して得たシンボルパイロット信号を出力する時間方向内挿回路を設け、該時間方向内挿回路から出力されるシンボルパイロット信号の実数成分の内挿演算を実施する第1のディジタルLPFとその虚数成分の内挿演算を実施する第2のディジタルLPFで構成したキャリア方向内挿回路を有する構成としたものである。
また、上記パイロット信号選択回路に代えて、上記FFT回路から出力される信号列の内の上記CPを時間方向に帯域制限すると共に、該CPを有するキャリア以外のキャリアの信号値を0に変換して得たシンボルパイロット信号を出力する時間方向のLPFを設け、該時間方向のLPFから出力されるシンボルパイロット信号を上記キャリア方向内挿回路に入力する回路構成としたものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施例による受信装置の構成例を図1に示し説明する。図16の従来の回路構成と最も大きく異なる点は、新たに、FFT入力信号巡回回路30を設け、FFT回路9に入力するために信号切り出し回路8で切り出した信号列の一部を、図3の矢印23の様に巡回的に入れ換えてからFFT回路9に入力するようにした点である。 第2に異なる点は、4つのディジタルLPFで構成されるキャリア方向内挿回路11を、2つのディジタルLPFのみで構成するキャリア方向内挿回路31に置き換えた点にある。
図1において、アンテナ6で受信された信号は受信前処理回路7に入力され、従来の受信装置と同様に処理される。 そして、信号切り出し回路8で、FFT回路9に入力する2048サンプルクロック分の信号列を切り出し、新たに設けたFFT入力信号巡回回路30に入力する。
このFFT入力信号巡回回路30の内部回路の構成例を図4に示し説明する。信号切り出し回路8で切り出されて出力された2048サンプルクロックの信号列は、FIFO301とスイッチ302に入力される。 そして、図3の(b)のb”の32サンプルクロックの部分は、イネーブルパルスENinの制御の下にFIFO301内に蓄積される。 b”の部分に続く(B+b)の部分はスイッチ302を通し、FFT入力信号巡回回路30から直接出力される。
FIFO301内に蓄積されたb”の部分は、bの部分がスイッチ302を通して出力された直後、イネーブルパルスENout の制御下で読み出され、スイッチ302を通してFFT入力信号巡回回路30から出力される。
この処理により、信号切り出し回路8で、FFTに入力する信号列として切り出された図3の(b)の信号列(B+b)は、図3の(c)のFFTに入力する信号列のように変換される。
【0012】
FFT入力信号巡回回路30から出力された信号列は、FFT回路9でFFTされるが、FFT回路9に入力される信号列は、図3の(c)の様に、受信信号から切り出した図3の(b)の信号列より、32サンプルクロック期間先行した信号から切り出した信号列と等価な信号列になっている。 そして、FFT回路9からは、キャリア方向周波数分布が図2の下段の図の様に原点を中心に対称な分布を持った信号列として出力される。 そのため、キャリア方向内挿回路31として、通過領域を非対称にするための複素フィルタを用いる必要がなくなり、図5に例示するように、実数成分と虚数成分を個別に帯域制限する2つのディジタルLPFのみで構成することができる。
キャリア方向内挿回路31から出力された基準信号と、FFT回路9から出力され遅延回路12で時間調整された信号列は、従来の受信装置と同様に、復調&後処理回路13に入力されて、64QAMの復調、復調符号の符号誤り訂正等の後処理を実施された後、復号された情報符号として受信装置から出力される。
この様に本実施例においては、従来の受信装置では、図19の様に回路規模が大きく、高価なディジタルLPFが4つ必要であったキャリア方向内挿回路を、図5のように2つのディジタルLPFのみで構成できる。 そのため、キャリア方向内挿回路31の回路規模を約半分に大幅に縮小できると共に、回路の価格を大幅に低減することができる。 また、キャリア方向内挿回路を2つのディジタルLPFのみで構成できる様にするためのキャリア方向周波数分布のシフトを、回路規模がやや大きい複素乗算が必要になる変調回路を用いずに、FIFOのみからなる簡単な回路で実現できるため、更に回路規模を大幅に縮小すると共に、低価格で回路を構成できる。 そのため、低価格かつ小形で使い勝手が良好な、OFDM方式の伝送装置を得ることができる。
【0013】
次に、本発明の第2の実施例における受信装置の回路の構成例を図6に示す。この実施例は、本発明を、日本のUHF帯の地上波ディジタル放送方式と同様のキャリア構造の場合に適用したものである。 即ち、パイロット信号が、図13のSPと書かれた四角印「□」のように、周波数方向と時間方向にばらまかれた配置になっているキャリア構造の場合に適用したものである。
図13のキャリア構造の場合、受信信号の復調は、まずSPを時間方向に内挿し、斜線で示すパイロットキャリアの基準信号(パイロットキャリア信号)を算出して実施する。 図13に斜線で示すパイロットキャリアの配置は、パイロットキャリアが挿入される周期が、3キャリア毎に変更された点を除けば、図12のCPを有するキャリアの配置と同様になる。 そのため、第1の実施例におけるパイロット信号CPの代わりに、時間方向に内挿して得たパイロットキャリア信号を用いることにより、第1の実施例と同様にして、情報符号を復調することができる。
図6の回路では、図1のパイロット信号選択回路10を、パイロットキャリア信号を算出する時間方向内挿回路32に置き換えた構成になっている。 第1の実施例と同様にして、信号切り出し回路8で切り出された信号列は、FFT入力信号巡回回路30にて順序を入れ換えられた後、FFT回路9に入力される。
従って、FFT回路9から出力される信号列は、第1の実施例と同じ様に図2の下段のキャリア方向周波数分布を持つ信号列となっている。
時間方向内挿回路32では、FFT回路9から出力される信号列の間に挿入されているSPを選択して、時間方向の内挿演算を実施すると同時に、SPを有するキャリア(パイロットキャリア)以外のキャリアの信号値を、0に変換して得たシンボルパイロット信号を算出して出力する。
【0014】
この時間方向内挿回路32から出力されるシンボルパイロット信号は、図1のパイロット信号選択回路10から出力されるシンボルパイロット信号と同様の構造を有する信号である。 従って、第1の実施例と同様に、シンボルパイロット信号を、2つのディジタルLPFのみで構成されたキャリア方向内挿回路31に入力して基準信号を再生し、再生した基準信号を用いて情報符号を復調することができる。
この様に本実施例においても、第1の実施例と同様に、キャリア方向内挿回路を2つのディジタルLPFのみで構成できるため、キャリア方向内挿回路31の回路規模を約半分に大幅に縮小できると共に、回路の価格を大幅に低減することができる。 また、キャリア方向内挿回路を2つのディジタルLPFのみで構成できる様にするためのキャリア方向周波数分布のシフトを、回路規模がやや大きい複素乗算が必要になる変調回路を用いずに、FIFOのみからなる簡単な回路で実現できるため、更に回路規模を大幅に縮小できると共に低価格で回路を構成できる。 そのため、低価格かつ小形で使い勝手が良好な、OFDM方式の伝送装置を得ることができる。
【0015】
次に、本発明の第3の実施例における受信装置の回路の構成例を図7に示す。この実施例は、図12の様に、時間方向に連続的にパイロット信号CPが挿入されたキャリア構造の場合に適用するものであり、図1のパイロット信号選択回路10を時間方向のLPF33に置き換えた点が第1の実施例と異なる。
図12のキャリア構造の場合、どのパイロットキャリアも、時間方向に連続的にパイロット信号が挿入されているため、時間方向の内挿演算は必要がない。 しかし、時間方向に帯域制限すると、再生される基準信号のS/Nを向上させることができる。 そこで、時間方向のLPF33では、時間方向に連続的に挿入されているCPを、時間方向に帯域制限すると同時に、CPが挿入されていないキャリアの信号値を0に変換して得たシンボルパイロット信号を出力するものである。 これ以外の信号処理は、第1の実施例と同様なので説明を省略する。
この様に、本実施例においても、第1の実施例と同様の効果が得られ、低価格かつ小形で使い勝手が良好なOFDM方式の伝送装置を得ることができる。
なお、説明の混乱を避けるため、上記の各実施例では、FFT回路に入力するために切り出す信号列の位置を、図3の(a)の様に、送信装置のIFFT回路から出力されるTs期間の2048サンプルクロックの信号列に設定するものとして説明した。 しかし、実際の受信装置では、同期の捕捉誤差を考慮し、図8の様に、数サンプルクロック時間、例えば、4サンプルクロック期間、b’側に移動した範囲の2048サンプルクロックの信号列を切り出してFFTする。
この様な場合、FFT入力信号巡回回路30で巡回的に順序を入れ換える量を、32から28(=32−4)等に変更する必要があることを注意しておく。
【0016】
また、説明の混乱を避けるため、上記の各実施例では受信装置において直接波が図3の(a)の様なタイミングになるように同期捕捉が実施されるものとして説明した。 しかし実際には、通常、その時の最大パワーを有する信号が、図8のタイミングになるように同期捕捉を実施する。 この場合、主波が直接波とは限らないため、主波に先行して受信される先行波があると、この先行波が受信される。 そのため、キャリア方向の周波数分布には、図9の上段に示すように、斜線の枠で示す遅延波成分の他に、ドットの枠24で示す先行波成分が現れる。そのため、この様な場合は、FFT入力信号巡回回路30で巡回的に順序を入れ換える量を、図9の下段の分布がほぼ左右対称になるように変更する必要があることを注意しておく。
また、上記の説明では省略したが、キャリア方向内挿回路において、シンボルパイロット信号をキャリア方向に内挿する際、再生された基準信号の内、帯域の境界近傍の基準信号に大きな歪みが発生する。 この歪みを低減するには、受信されたCPあるいはSPから算出したシンボルパイロット信号を滑らかに帯域外に外挿して補間した後、内挿演算を実施する必要がある。 この場合、キャリアの位相角が図17の(b)の様にねじれているものより、図17の(a)の様にねじれが無い方が明らかに外挿演算が容易である。 そこで、図8の様に、送信装置のIFFT回路から出力されるTs期間の信号列より、ずれた位置の信号列を切り出してFFT回路に入力する場合は、このずらしたサンプルクロック分の信号列を巡回的に入れ換えてからFFT回路に入力する。 すなわち、送信装置のIFFT回路で変換された有効シンボルの時間波形の先頭のサンプルクロックの信号値が、FFT回路に入力する時間波形の先頭のサンプルクロックの信号値になるように巡回的に入れ換えてからFFT回路に入力する。 すると、FFT回路から出力される信号列の位相角は、図17の(a)の様に平坦になるため、シンボルパイロット信号の滑らかな外挿が容易になる効果を得ることができる。参考のため、この時必要になる外挿回路34の挿入位置を図10に例示する。
【0017】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による手段を用いると、従来の受信装置では回路規模が大きく高価なディジタルLPFが4つ必要であったキャリア方向内挿回路を、2つのディジタルLPFのみで構成できる。 そのため、キャリア方向内挿回路の回路規模を約半分と大幅に縮小できると共に、回路の価格を大幅に低減することができる。 また、キャリア方向内挿回路を2つのディジタルLPFのみで構成できるようにするためのキャリア方向周波数分布のシフトを、回路規模がやや大きい複素乗算が必要になる変調回路を用いず、FIFOのみからなる簡単な回路で実現できるため、更に回路規模を大幅に縮小できると共に低価格で回路を構成できる。 そのため、低価格かつ小形で使い勝手が良好なOFDM方式の伝送装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例による受信装置の回路構成を示すブロック図
【図2】本発明による第1の基本的な考え方を説明するための模式図
【図3】本発明による第2の基本的な考え方を説明するための模式図
【図4】本発明のFFT入力信号巡回回路の回路構成の一例を示すブロック図
【図5】本発明によるキャリア方向内挿回路の回路構成の1例を示すブロック図
【図6】本発明の第2の実施例による受信装置の回路構成を示すブロック図
【図7】本発明の第3の実施例による受信装置の回路構成を示すブロック図
【図8】実際の受信装置でFFT回路に入力する信号列の位置を説明するための模式図
【図9】実際の受信装置でのキャリア周波数分布と処理方法を説明するための模式図
【図10】本発明のシンボルパイロット信号を外挿するときの回路構成を示すブロック図
【図11】OFDM方式のキャリア構造を説明するための模式図
【図12】パイロット信号としてCPを配置するキャリア構造を説明するための模式図
【図13】パイロット信号としてSPを配置するキャリア構造を説明するための模式図
【図14】送信装置の回路構成の1例を示すブロック図
【図15】OFDM信号の時間波形を説明するための模式図
【図16】従来の受信装置の回路構成の1例を示すブロック図
【図17】FFT出力信号の位相角の回転を説明するための模式図
【図18】キャリア方向周波数分布と遅延波の影響を説明するための模式図
【図19】従来の複素フィルタの回路構成を示すブロック図
【符号の説明】
1:送信前処理回路、2:IFFT回路、3:ガードインターバル挿入回路、4:送信後処理回路、5,6:アンテナ、7:受信前処理回路、8:信号切り出し回路、9:FFT回路、10:パイロット信号選択回路、11:キャリア方向内挿回路、12:遅延回路、13:復調&後処理回路、30: FFT入力信号巡回回路、31:キャリア方向内挿回路、302:スイッチ,301:FIFO、32:時間方向内挿回路、33:時間方向のLPF、34:外挿回路。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a transmission apparatus using an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (hereinafter referred to as OFDM), which transmits an information code using a plurality of carriers orthogonal to each other as a transmission method. The present invention also relates to a method for reproducing a reference signal in a demodulator of a transmission apparatus that modulates a plurality of carriers by a modulation scheme using synchronous detection (synchronous modulation scheme).
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the field of wireless devices, the OFDM method has attracted attention as a modulation method strong against multipath fading, and has many applications in the fields of next-generation television broadcasting, FPU, wireless LAN, etc. in countries such as Europe and Japan. Research is ongoing. Of these, the UHF band terrestrial digital broadcasting system is described in the Journal of the Institute of Image Information and Television Engineers 1998 Vol. 52, no. 11 is described in detail.
However, the carrier structure of the terrestrial digital broadcasting system in the UHF band is very complicated, and the difference between the conventional method and the method of the present invention may be difficult to understand. Accordingly, a conventional method for reproducing a reference signal will be described by taking a method having a simplified carrier structure as an example.
As shown in FIG. 11, the synchronous modulation OFDM system is provided with N (for example, approximately 1400) carriers orthogonal to each other within a certain transmission bandwidth, and a specified carrier is modulated by an information code such as 64QAM. This is a modulation scheme that modulates and transmits the data.
FIG. 12 is an enlarged view of a part of the carrier structure, and it can be considered that the same structure is repeated over the entire transmission band.
In FIG. 12, the horizontal direction represents frequency, the vertical direction represents the passage of time, and square marks “□” arranged in the horizontal and vertical directions each represent one carrier. Accordingly, one column of square marks “□” arranged in the horizontal direction represents one symbol constituting the OFDM signal.
A square mark “□” written as CP indicates the position of the pilot signal used for reproducing the reference signal at the time of demodulation. Also, “□” where nothing is written represents a signal position modulated by 64QAM.
[0003]
In the UHF band terrestrial digital broadcasting system in Japan, the pilot signal is dispersed in the frequency direction and the time direction, and is arranged at the position of the square mark “□” written as SP as shown in FIG. Therefore, this pilot signal is named SP (Scattered Pilot). On the other hand, in the carrier structure of FIG. 12, since pilot signals are continuously inserted in the time direction, the continuity is emphasized and changed to CP (Continual Pilot). Here, a carrier having pilot signal CP or SP in the time direction is hereinafter referred to as “pilot carrier”.
FIG. 14 is a circuit diagram showing a part related to the present invention extracted from the circuits constituting the OFDM transmission apparatus. The information code input to the transmission preprocessing circuit 1 is converted into an error correction code, modulated into a 64QAM signal, and subjected to preprocessing such as insertion of a pilot signal CP according to FIG. For example, it is converted into a signal sequence of a frequency distribution image of a 2048 sample clock, which represents a signal sequence of carriers arranged in a horizontal row in FIG.
The converted signal sequence is input to an IFFT circuit 2 that performs 2048-point inverse Fourier transform (IFFT), and is converted into a signal sequence representing a time waveform of the same 2048 sample clock. FIG. 15 schematically shows a time waveform transmitted from the transmission apparatus, and the IFFT circuit 2 outputs a time waveform during the Ts period of the OFDM signal. The guard interval insertion circuit 3 is a circuit that copies and inserts the portion b in the time waveform of the period Ts into the portion b ′. In this way, the signal with the guard interval b ′ inserted is further subjected to post-processing such as quadrature modulation, D / A conversion, and up-conversion in the post-transmission processing circuit 4 and then transmitted from the antenna 5.
[0004]
FIG. 16 is a block diagram showing a part related to the present invention extracted from circuits constituting an OFDM receiver. The signal received by the antenna 6 is subjected to pre-processing such as down-conversion, A / D conversion, orthogonal demodulation and the like in the reception pre-processing circuit 7 and then input to the signal clipping circuit 8 and corresponds to the Ts period in FIG. A signal sequence of 2048 sample clocks is cut out. The extracted signal sequence is input to an FFT circuit 9 that performs a 2048-point Fourier transform (FFT), and the signal in the horizontal row of FIG. 12 is a signal sequence of a frequency distribution image continuously arranged in the order of frequency magnitude. Return to column.
By the way, in order to demodulate a signal modulated by 64QAM, as described in a general handbook, it is necessary to know the phase (direction) and magnitude of a reference signal corresponding to a rule in the signal space. The pilot signal CP in FIG. 12 is a signal inserted to enable reproduction of this reference signal.
In general, the phase and magnitude of a reference signal of a received signal are not constant, and are changed by each time or each carrier due to the influence of multipath generated in the transmission system. However, the method of change usually draws a smooth curve and has a strong correlation between the time direction and the carrier direction. Therefore, for example, the reference signal for the carrier 21 in FIG. 12 can be calculated by interpolating signals such as CP1 and CP2 which are a plurality of CPs in the same symbol arranged in the vicinity of the carrier in the carrier direction (frequency direction). Yes, 64QAM demodulation can be performed using the calculated reference signal.
[0005]
The carrier direction interpolation circuit 11 in FIG. 16 is a circuit that performs the interpolation calculation in the carrier direction. The signal sequence output from the FFT circuit 9 is input to the pilot signal selection circuit 10 and the delay circuit 12. The pilot signal selection circuit 10 takes out the CP inserted between the signal sequences output from the FFT circuit 9, converts the signal values of the other carriers to 0, and outputs them as symbol pilot signals.
The symbol pilot signal output from the pilot signal selection circuit 10 is interpolated in the carrier direction by the carrier direction interpolation circuit 11 and output as a regenerated reference signal. The delay circuit 12 is a circuit that applies time adjustment corresponding to the calculation time of the reference signal to the signal sequence output from the FFT circuit 9.
The reference signal output from the carrier direction interpolation circuit 11 and the signal sequence output from the FFT circuit 9 and time-adjusted by the delay circuit 12 are input to the demodulation & post-processing circuit 13, 64QAM demodulation, and demodulated code After post-processing such as error correction, it is output from the receiving device as a decoded information code.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, although not described in the above description, a complex filter having a large circuit scale and a complicated configuration is usually used for the carrier direction interpolation circuit 11 of FIG. Before describing the reason, the nature of the signal sequence input to the carrier direction interpolation circuit 11 will be briefly described.
Although a detailed description is omitted, when a delayed wave due to multipath is mixed in the received signal, the phase angle of each carrier of the direct wave component signal included in the signal sequence output from the FFT circuit 9 in FIG. Even if it is constant as shown in (a), the phase angle of each carrier of the delayed wave component signal mixed in the received signal becomes the carrier direction as the carrier number increases as shown in (b) of FIG. The phenomenon of rotating at a constant frequency occurs.
The rotational frequency changes with the delay time of the delayed wave. For example, if the number of FFT sample points is 2048, a rotation that rotates in the positive direction at a rate of n rotations per 2048 carriers occurs in the phase angle of each delayed wave carrier delayed by n sample clock periods with respect to the direct wave.
Accordingly, when the distribution of this rotational frequency is expressed with the carrier number as a time axis, there is no signal component received before the direct wave, so the rotational frequency of the phase angle is positive as shown by the hatched frame in FIG. The distribution appears only on the axis. In addition, when it is necessary to distinguish the frequency of rotation of the phase angle that rotates with the increase of the carrier number on the frequency axis of FIG. 17 from the frequency of vibration on the normal time axis, it is hereinafter referred to as “carrier direction frequency”. I write. The horizontal axis in FIG. 18 represents the carrier direction frequency as the number of rotations per 2048 sample clocks.
Here, the maximum carrier direction frequency to be supported is determined by the method of constructing the time direction signal of the received signal. The time waveform of one symbol of the OFDM signal in FIG. 15 is composed of a Ts ′ period obtained by adding the period of the guard interval b ′ to the signal of the Ts period output from the IFFT circuit 2. This guard interval b ′ is inserted in order to increase resistance to multipath fading. Although detailed description is omitted, this guard interval is set to N GI If sample clocks are provided, in principle, the delay time of the mixed delay wave is this N GI As long as it is within the sample clock time, it is possible to correctly demodulate the code. N GI Is a positive integer.
[0007]
On the other hand, the carrier direction interpolation circuit 11 in FIG. 16 must be able to calculate the reference signal by correctly interpolating the delayed wave in the above delay time range. In other words, for example, when a guard interval of 64 sample clock periods is provided, it is necessary to be able to perform a correct interpolation operation for the rotational vibration in the hatched frame range of the carrier direction frequency 0 to 64 in FIG. .
Based on the above facts, the reason why a complex filter is used in the carrier direction interpolation circuit 11 of FIG. 16 will be described. In general, in order to perform an interpolation operation of a signal having a frequency distribution in the range of the hatched frame in FIG. 18, it is necessary to use a filter having the frequency range of the hatched frame in the pass region. Therefore, in the case of a normal digital LPF, it is necessary to use a digital LPF having the characteristics of the broken line 22 in FIG.
However, a filter with this characteristic allows a noise component in the negative range to pass through even if the carrier direction frequency is in the negative range, even though no signal is generated, so this noise is included in the reference signal obtained by interpolation. The S / N of the reference signal that is mixed and reproduced is greatly deteriorated. The S / N degradation amount reaches about 3 dB. In order to prevent the deterioration of the S / N, it is necessary to use a complex filter having only the frequency range of the hatched frame in FIG. 18 as the pass region.
By the way, in order to construct a complex filter, it is necessary to use four normal digital LPFs as shown in FIG. Moreover, in order to obtain the accuracy characteristics required for the interpolation operation, it is necessary to use a digital LPF having 63 to 127 taps or more as the number of taps of the digital LPF to be used.
In the current technology, one large IC of about 100 to 200 pins is required to configure one digital LPF having such a large number of taps. For this reason, four such ICs are required to construct a complex filter, which has the disadvantage of making the circuit of the receiving apparatus large and expensive.
The present invention eliminates these drawbacks, can reduce the circuit scale of the carrier direction interpolation circuit to almost half, and can obtain the same performance as that using a complex filter, that is, a circuit that can be configured in a small size and at low cost. Is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The first basic idea of the present invention is that the symbol pilot signal input to the carrier direction interpolation circuit is modulated in the carrier direction in advance, and the carrier direction frequency distribution signal in the range of the hatched frame in the upper stage of FIG. After shifting as in the lower row, the interpolation operation is performed.
The frequency distribution in the carrier direction in the lower stage of FIG. 2 is a symmetric distribution around the origin. Therefore, it is not necessary to use a complex filter for making the pass region asymmetrical, the number of expensive digital LPFs having a large circuit scale is reduced by half from four to two, the circuit scale is greatly reduced, and the cost is low. It becomes possible to.
The second basic idea of the present invention is to implement the method of shifting the symbol pilot signal as shown in the lower part of FIG. 2 by cyclically changing the order of signal trains input to the FFT circuit 9. .
Before explaining the principle of this method, the meaning of the operation performed by FFT will be briefly explained. FIG. 3A schematically shows a received direct wave and a range to be cut out for input to the FFT. The FFT circuit 9 of the receiving apparatus cuts out a signal sequence corresponding to 2048 sample clocks of (B + b) IFFTed by the transmitting apparatus and performs FFT. By the way, a detailed description will be given to a textbook related to Fourier transform. In FFT, discrete Fourier transform is performed on the assumption that an input signal sequence is repeated infinitely as shown in FIG. Therefore, as shown by the arrow 23 in FIG. 3, if the signal sequence for the first b ″ of B in FIG. 3B, for example, the signal sequence for the first 32 sample clocks is moved behind the part b and then FFT is performed. As shown in FIG. 3C, the same result as that obtained by performing FFT on the signal sequence in which the signal sequence of (B + b) of the direct wave in FIG. It is done.
[0009]
Based on the above facts, the principle of the second basic concept will be described. As described in FIG. 17B, the phase angle of each carrier of the delayed wave delayed by n sample clock periods with respect to the direct wave rotates in the positive direction at a rate of n rotations per 2048 carrier.
Conversely, the phase angle of each carrier of the preceding wave that precedes the direct wave by n sample clock periods rotates in the negative direction at a rate of n rotations per 2048 carrier. In other words, if the signal component of the direct wave indicated by the thick arrow in the upper part of FIG. 2 can be preceded by some method for 32 sample clock periods, it is moved to the position of the carrier direction frequency indicated by the thick arrow in the lower part of FIG. Can do. The same is true for the delayed wave indicated by the hatched frame in the upper part of FIG. Therefore, the signal in the upper hatched frame in FIG. 2 can be shifted as shown in the lower row in FIG. The second basic idea of the present invention is that this carrier direction frequency shift is carried out by performing FFT after a part of the signal sequence inputted to the FFT circuit 9 is cyclically replaced as indicated by an arrow 23 in FIG. It is realized.
[0010]
The present invention realizes the first basic concept and the second basic concept and achieves the above-mentioned object by using a plurality of carrier waves (hereinafter referred to as carriers) orthogonal to each other to encode information codes. In a transmission device using an orthogonal frequency division multiplexing modulation scheme (OFDM scheme) for transmission, an FFT circuit that sequentially performs a discrete Fourier transform on a signal sequence cut out from a received signal for each predetermined signal length to a reception device of the transmission device; The signal order in the extracted signal sequence is cyclically changed, and an FFT input signal cyclic circuit that sequentially outputs to the FFT circuit, and a predetermined pilot signal is extracted from the FFT circuit output and interpolated to obtain a reference signal vector. The reproduction circuit and a demodulation circuit for demodulating the FFT circuit output based on the reproduced reference signal vector are provided.
The FFT input signal cyclic circuit is a circuit that cyclically replaces the time waveform signal of a predetermined period from the head of each of the extracted signal sequences to the end of the signal sequence.
Further, the pilot signal is a pilot signal (CP) having a carrier structure inserted continuously at a predetermined carrier interval in the carrier direction in the time direction, and the receiver of the transmission apparatus includes the FFT circuit and the FFT input. A signal cyclic circuit; a pilot signal selection circuit that converts a signal value of a carrier other than the carrier having the CP in the signal sequence output from the FFT circuit to 0 and outputs the signal as a symbol pilot signal; and the symbol pilot signal The first digital LPF that performs the interpolation calculation of the real number component and the second digital LPF that performs the interpolation calculation of the imaginary number component have a carrier direction interpolation circuit.
The pilot signal is a pilot signal (SP) having a carrier structure that is inserted intermittently in the time direction and at a predetermined carrier interval in the carrier direction. The receiving apparatus of the transmission apparatus includes the FFT circuit and the FFT input. Obtained by selecting the SP from the signal cycle circuit and the signal sequence output from the FFT circuit and performing interpolation in the time direction, and converting the signal value of carriers other than the carrier having the SP to 0 A first digital LPF for interpolating a real component of a symbol pilot signal output from the time direction interpolation circuit and an imaginary component thereof are provided. It is configured to have a carrier direction interpolation circuit configured by a second digital LPF that performs an operation.
Further, instead of the pilot signal selection circuit, the CP of the signal sequence output from the FFT circuit is band-limited in the time direction, and the signal value of carriers other than the carrier having the CP is converted to 0. A time-direction LPF for outputting the symbol pilot signal obtained in this way is provided, and the symbol pilot signal output from the time-direction LPF is input to the carrier direction interpolation circuit.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a configuration example of the receiving apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The most significant difference from the conventional circuit configuration of FIG. 16 is that an FFT input signal cyclic circuit 30 is newly provided, and a part of the signal sequence cut out by the signal cutout circuit 8 for input to the FFT circuit 9 is shown in FIG. This is the point that the signal is input to the FFT circuit 9 after being cyclically switched as indicated by the arrow 23. The second difference is that the carrier direction interpolation circuit 11 constituted by four digital LPFs is replaced with a carrier direction interpolation circuit 31 constituted by only two digital LPFs.
In FIG. 1, a signal received by an antenna 6 is input to a reception preprocessing circuit 7 and processed in the same manner as a conventional receiving apparatus. Then, the signal cutout circuit 8 cuts out a signal sequence for 2048 sample clocks input to the FFT circuit 9 and inputs it to the newly provided FFT input signal circuit 30.
A configuration example of the internal circuit of the FFT input signal circuit 30 will be described with reference to FIG. The signal sequence of the 2048 sample clock that is cut out and output by the signal cutout circuit 8 is input to the FIFO 301 and the switch 302. 3B is stored in the FIFO 301 under the control of the enable pulse ENin. The portion (B + b) following the portion b ″ passes through the switch 302. , Output directly from the FFT input signal circuit 30.
The portion b ″ accumulated in the FIFO 301 is read out under the control of the enable pulse ENout immediately after the portion b is output through the switch 302, and is output from the FFT input signal circuit 30 through the switch 302.
By this processing, the signal extraction circuit 8 extracts the signal sequence (B + b) in FIG. 3B as the signal sequence input to the FFT, like the signal sequence input to the FFT in FIG. 3C. Converted.
[0012]
The signal sequence output from the FFT input signal circulation circuit 30 is FFTed by the FFT circuit 9, but the signal sequence input to the FFT circuit 9 is a diagram cut out from the received signal as shown in FIG. 3C. This is a signal sequence equivalent to a signal sequence cut out from a signal that precedes the signal sequence of (b) of 3 by 32 sample clock periods. Then, from the FFT circuit 9, the carrier direction frequency distribution is output as a signal sequence having a symmetrical distribution around the origin as shown in the lower diagram of FIG. Therefore, it is not necessary to use a complex filter for making the pass region asymmetric as the carrier direction interpolation circuit 31, and only two digital LPFs that individually band limit real components and imaginary components as illustrated in FIG. Can be configured.
The reference signal output from the carrier direction interpolation circuit 31 and the signal sequence output from the FFT circuit 9 and time-adjusted by the delay circuit 12 are input to the demodulation & post-processing circuit 13 as in the conventional receiver. , 64QAM demodulation, post-processing such as demodulated code error correction, etc., and then output as a decoded information code from the receiver.
As described above, in this embodiment, the conventional receiving apparatus has a large circuit scale as shown in FIG. 19 and requires four expensive digital LPFs, as shown in FIG. It can be configured only with a digital LPF. Therefore, the circuit scale of the carrier direction interpolation circuit 31 can be greatly reduced to about half, and the circuit price can be greatly reduced. Also, the shift in the carrier direction frequency distribution for enabling the carrier direction interpolation circuit to be configured by only two digital LPFs can be performed only from the FIFO without using a modulation circuit that requires a slightly large complex multiplication. Therefore, the circuit scale can be further reduced and the circuit can be configured at a low price. Therefore, it is possible to obtain an OFDM transmission device that is low in cost, small in size, and easy to use.
[0013]
Next, FIG. 6 shows an example of the circuit configuration of the receiving apparatus according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, the present invention is applied to the case of a carrier structure similar to the UHF band terrestrial digital broadcasting system in Japan. That is, the present invention is applied to a carrier structure in which pilot signals are arranged in a frequency direction and a time direction as indicated by a square mark “□” written as SP in FIG.
In the case of the carrier structure of FIG. 13, demodulation of the received signal is performed by first interpolating SP in the time direction and calculating a pilot carrier reference signal (pilot carrier signal) indicated by hatching. The arrangement of pilot carriers indicated by hatching in FIG. 13 is the same as the arrangement of carriers having CP in FIG. 12 except that the period in which pilot carriers are inserted is changed every three carriers. Therefore, by using a pilot carrier signal obtained by interpolation in the time direction instead of the pilot signal CP in the first embodiment, the information code can be demodulated in the same manner as in the first embodiment.
The circuit in FIG. 6 has a configuration in which the pilot signal selection circuit 10 in FIG. 1 is replaced with a time direction interpolation circuit 32 that calculates a pilot carrier signal. In the same manner as in the first embodiment, the signal sequence cut out by the signal cutout circuit 8 is changed in order by the FFT input signal circuit 30 and then input to the FFT circuit 9.
Therefore, the signal sequence output from the FFT circuit 9 is a signal sequence having a carrier direction frequency distribution in the lower stage of FIG. 2 as in the first embodiment.
In the time direction interpolation circuit 32, the SP inserted between the signal sequences output from the FFT circuit 9 is selected, and the time direction interpolation operation is performed. At the same time, other than the carrier having the SP (pilot carrier) The symbol pilot signal obtained by converting the signal value of the carrier of 0 to 0 is calculated and output.
[0014]
The symbol pilot signal output from the time direction interpolation circuit 32 is a signal having the same structure as the symbol pilot signal output from the pilot signal selection circuit 10 of FIG. Accordingly, as in the first embodiment, the symbol pilot signal is input to the carrier direction interpolation circuit 31 composed of only two digital LPFs to reproduce the reference signal, and the information code is reproduced using the reproduced reference signal. Can be demodulated.
In this way, in this embodiment as well, as in the first embodiment, the carrier direction interpolation circuit can be configured with only two digital LPFs, so that the circuit scale of the carrier direction interpolation circuit 31 is greatly reduced to about half. In addition, the cost of the circuit can be greatly reduced. Also, the shift in the carrier direction frequency distribution for enabling the carrier direction interpolation circuit to be configured by only two digital LPFs can be performed only from the FIFO without using a modulation circuit that requires a slightly large complex multiplication. Therefore, the circuit scale can be greatly reduced and the circuit can be configured at a low price. Therefore, it is possible to obtain an OFDM transmission device that is low in cost, small in size, and easy to use.
[0015]
Next, FIG. 7 shows a configuration example of a circuit of the receiving apparatus according to the third embodiment of the present invention. This embodiment is applied to a carrier structure in which pilot signals CP are continuously inserted in the time direction as shown in FIG. 12, and the pilot signal selection circuit 10 in FIG. 1 is replaced with the LPF 33 in the time direction. This is different from the first embodiment.
In the case of the carrier structure of FIG. 12, since pilot signals are continuously inserted in the time direction in any pilot carrier, no interpolation operation in the time direction is necessary. However, if the band is limited in the time direction, the S / N of the reference signal to be reproduced can be improved. Therefore, in the LPF 33 in the time direction, the band of the CP continuously inserted in the time direction is band-limited, and at the same time, the symbol pilot signal obtained by converting the signal value of the carrier in which the CP is not inserted into 0 Is output. Since other signal processing is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
As described above, in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and a low-cost, small-sized and easy-to-use OFDM transmission apparatus can be obtained.
In order to avoid confusion in the explanation, in each of the above embodiments, the position of the signal sequence cut out for input to the FFT circuit is set as Ts output from the IFFT circuit of the transmission apparatus as shown in FIG. The description has been made assuming that the signal sequence is set to the 2048 sample clock signal in the period. However, in actual receivers, taking into account synchronization acquisition errors, as shown in FIG. 8, a signal sequence of 2048 sample clocks in a range moved to the b ′ side for several sample clock times, for example, 4 sample clock periods, is cut out. FFT.
In such a case, it should be noted that it is necessary to change the amount by which the order is cyclically changed in the FFT input signal cyclic circuit 30 from 32 to 28 (= 32-4) or the like.
[0016]
Further, in order to avoid confusion in the description, the above embodiments have been described on the assumption that the acquisition is performed so that the direct wave is at the timing as shown in FIG. However, in practice, the synchronization acquisition is usually performed so that the signal having the maximum power at that time has the timing shown in FIG. In this case, since the main wave is not always a direct wave, if there is a preceding wave received prior to the main wave, the preceding wave is received. For this reason, in the frequency distribution in the carrier direction, as shown in the upper part of FIG. 9, in addition to the delayed wave component indicated by the hatched frame, the preceding wave component indicated by the dot frame 24 appears. Therefore, it should be noted that in such a case, it is necessary to change the amount by which the order is cyclically changed in the FFT input signal cyclic circuit 30 so that the distribution in the lower stage of FIG.
Although omitted in the above description, when the symbol pilot signal is interpolated in the carrier direction in the carrier direction interpolation circuit, a large distortion occurs in the reference signal in the vicinity of the band boundary among the reproduced reference signals. . In order to reduce this distortion, it is necessary to interpolate after smoothly extrapolating the symbol pilot signal calculated from the received CP or SP outside the band. In this case, extrapolation is clearly easier when the carrier phase angle is not twisted as shown in FIG. 17B than when it is twisted as shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 8, when a signal sequence at a shifted position is extracted from the signal sequence in the Ts period output from the IFFT circuit of the transmission apparatus and input to the FFT circuit, the signal sequence corresponding to the shifted sample clock. Are input to the FFT circuit. That is, the signal value of the first sample clock of the time waveform of the effective symbol converted by the IFFT circuit of the transmission device is cyclically switched so that it becomes the signal value of the first sample clock of the time waveform input to the FFT circuit. To the FFT circuit. Then, since the phase angle of the signal sequence output from the FFT circuit becomes flat as shown in FIG. 17A, an effect of facilitating smooth extrapolation of the symbol pilot signal can be obtained. For reference, an insertion position of the extrapolation circuit 34 required at this time is illustrated in FIG.
[0017]
【The invention's effect】
As described above, when the means according to the present invention is used, the carrier direction interpolation circuit, which requires four expensive digital LPFs with a large circuit scale in the conventional receiving apparatus, can be configured with only two digital LPFs. Therefore, the circuit scale of the carrier direction interpolation circuit can be greatly reduced to about half, and the circuit price can be greatly reduced. In addition, the carrier direction frequency distribution shift for enabling the carrier direction interpolation circuit to be configured by only two digital LPFs is composed of only a FIFO without using a modulation circuit that requires a slightly large complex multiplication. Since it can be realized with a simple circuit, the circuit scale can be greatly reduced and the circuit can be configured at a low price. Therefore, it is possible to obtain an OFDM transmission apparatus that is low in cost, small in size, and easy to use.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of a receiving apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a first basic concept according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a second basic concept according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing an example of a circuit configuration of an FFT input signal cyclic circuit according to the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a circuit configuration of a carrier direction interpolation circuit according to the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a circuit configuration of a receiving apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a circuit configuration of a receiving apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the position of a signal string input to an FFT circuit in an actual receiving apparatus.
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a carrier frequency distribution and a processing method in an actual receiving apparatus.
FIG. 10 is a block diagram showing a circuit configuration when extrapolating the symbol pilot signal of the present invention
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the carrier structure of the OFDM system;
FIG. 12 is a schematic diagram for explaining a carrier structure in which a CP is arranged as a pilot signal.
FIG. 13 is a schematic diagram for explaining a carrier structure in which SPs are arranged as pilot signals.
FIG. 14 is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of a transmission apparatus.
FIG. 15 is a schematic diagram for explaining a time waveform of an OFDM signal;
FIG. 16 is a block diagram showing an example of a circuit configuration of a conventional receiving apparatus.
FIG. 17 is a schematic diagram for explaining the rotation of the phase angle of the FFT output signal.
FIG. 18 is a schematic diagram for explaining the influence of carrier direction frequency distribution and delay wave.
FIG. 19 is a block diagram showing a circuit configuration of a conventional complex filter.
[Explanation of symbols]
1: pre-transmission processing circuit, 2: IFFT circuit, 3: guard interval insertion circuit, 4: post-transmission processing circuit, 5, 6: antenna, 7: pre-reception processing circuit, 8: signal extraction circuit, 9: FFT circuit, 10: Pilot signal selection circuit, 11: Carrier direction interpolation circuit, 12: Delay circuit, 13: Demodulation & post-processing circuit, 30: FFT input signal cyclic circuit, 31: Carrier direction interpolation circuit, 302: Switch, 301: FIFO, 32: time direction interpolation circuit, 33: time direction LPF, 34: extrapolation circuit.

Claims (5)

互いに直交する複数本の搬送波(以下キャリアと称す)を用いて情報符号を伝送する直交周波数分割多重変調方式(OFDM方式)を用いた受信装置において、時間方向に連続的に、キャリア方向に所定キャリア間隔で挿入されたキャリア構造のパイロット信号(CP)を含んだ受信信号から所定信号長毎に切り出された信号列を順次離散フーリエ変換するFFT回路と、上記切り出された信号列における信号順序を巡回的に入れ換えて上記FFT回路に順次出力するFFT入力信号巡回回路と、上記FFT回路出力から所定のパイロット信号を抽出し内挿演算して基準信号ベクトルを再生する回路と、該再生した基準信号ベクトルに基づき上記FFT回路出力を復調する復調回路と、上記FFT回路から出力される信号列の内の上記CPを時間方向に帯域制限すると共に該CPを有するキャリア以外のキャリアの信号値を0に変換して得たシンボルパイロット信号を出力する時間方向のLPFと、上記シンボルパイロット信号の実数成分の内挿演算を実施する第1のディジタルLPFとその虚数成分の内挿演算を実施する第2のディジタルLPFで構成したキャリア方向内挿回路と、を有することを特徴とする直交周波数分割多重変調方式の受信装置。  In a receiving apparatus using an orthogonal frequency division multiplex modulation scheme (OFDM scheme) that transmits information codes using a plurality of orthogonal carriers (hereinafter referred to as carriers), a predetermined carrier in the carrier direction is continuous in the time direction. An FFT circuit that sequentially performs a discrete Fourier transform on a signal sequence cut out at predetermined signal lengths from a received signal including a pilot signal (CP) having a carrier structure inserted at intervals, and cycles the signal sequence in the cut out signal sequence An FFT input signal cyclic circuit that sequentially outputs to the FFT circuit, a circuit that extracts a predetermined pilot signal from the FFT circuit output, interpolates, and reproduces a reference signal vector, and the reproduced reference signal vector A demodulating circuit for demodulating the output of the FFT circuit based on the signal, and the CP of the signal sequence output from the FFT circuit in the time direction The LPF in the time direction for outputting the symbol pilot signal obtained by converting the signal value of the carrier other than the carrier having the CP to 0 and the interpolation operation of the real component of the symbol pilot signal is performed. An orthogonal frequency division multiplexing modulation receiver comprising: a digital LPF of 1 and a carrier direction interpolation circuit configured of a second digital LPF that performs an interpolation operation of its imaginary component. 互いに直交する複数本の搬送波(以下キャリアと称す)を用いて情報符号を伝送する直交周波数分割多重変調方式(OFDM方式)を用いた受信装置において、該受信装置に、受信信号から所定信号長毎に切り出された信号列を順次離散フーリエ変換するFFT回路と、上記切り出された信号列における信号順序を巡回的に入れ換えて上記FFT回路に順次出力するFFT入力信号巡回回路と、上記FFT回路出力から所定のパイロット信号を抽出し実数成分と虚数成分と個別に帯域制限することでキャリア方向に内挿演算して基準信号ベクトルを再生するキャリア方向内挿回路と、該再生した基準信号ベクトルに基づき上記FFT回路出力を復調する復調回路と、を有し、
上記FFT入力信号巡回回路は、上記切り出された各信号列における先頭から所定期間の時間波形信号を当該信号列の最後に巡回的に入れ換える回路であり、前記所定期間は、前記FFT回路出力の前記パイロット信号の位相の回転についてのキャリア方向周波数分布が原点を中心に対称な分布となるように設定することを特徴とする受信装置。
In the receiving apparatus using orthogonal frequency division multiplexing modulation scheme for transmitting information symbols (OFDM system) using a plurality of carriers (hereinafter referred to as carriers) orthogonal to each other, the receiving communication apparatus, the predetermined signal length from the received signal An FFT circuit that sequentially performs discrete Fourier transform on the signal sequence cut out every time, an FFT input signal cyclic circuit that cyclically changes the signal order in the cut out signal sequence and sequentially outputs the signal to the FFT circuit, and the output of the FFT circuit Based on the reproduced reference signal vector, a carrier direction interpolation circuit that extracts a predetermined pilot signal from the signal and limits the bandwidth of the real component and the imaginary component separately to interpolate in the carrier direction and reproduce the reference signal vector. A demodulation circuit for demodulating the FFT circuit output,
The FFT input signal cyclic circuit is a circuit that cyclically replaces a time waveform signal of a predetermined period from the beginning of each of the extracted signal sequences to the end of the signal sequence, and the predetermined period includes the output of the FFT circuit A receiving apparatus, wherein a carrier direction frequency distribution with respect to rotation of a phase of a pilot signal is set to be a symmetric distribution around an origin.
請求項2に記載の受信装置において、
前記切り出された信号列が、前記受信信号の送信元のIFFT回路から出力されるTs期間であって主波についてのTs期間から、同期補足誤差を考慮した所定クロック時間だけ進めた位置で切り出された信号列である場合、
前記所定期間は、ガードインターバル期間の半分の期間から前記所定クロック時間を減じた期間に設定されることを特徴とする受信装置。
The receiving device according to claim 2,
The extracted signal sequence is extracted at a position that is a Ts period output from the IFFT circuit that is the transmission source of the received signal and that is advanced from the Ts period for the main wave by a predetermined clock time considering a synchronization supplement error. If the signal sequence is
The receiving apparatus according to claim 1, wherein the predetermined period is set to a period obtained by subtracting the predetermined clock time from a half period of the guard interval period.
請求項2に記載の受信装置において、上記パイロット信号は、時間方向に間欠的に、キャリア方向に所定キャリア間隔で挿入されたキャリア構造のパイロット信号(SP)であり、上記FFT回路から出力される信号列から上記SPを選択して時間方向の内挿演算を実施すると共に、上記SPを有するキャリア以外のキャリアの信号値を0に変換して得たシンボルパイロット信号を出力する時間方向内挿回路を更に設け、該時間方向内挿回路から出力されるシンボルパイロット信号を上記キャリア方向内挿回路に入力する回路構成としたことを特徴とする受信装置。  3. The receiving apparatus according to claim 2, wherein the pilot signal is a pilot signal (SP) having a carrier structure inserted intermittently in a time direction at a predetermined carrier interval in a carrier direction, and is output from the FFT circuit. A time direction interpolation circuit for selecting the SP from the signal sequence and performing a time direction interpolation operation and outputting a symbol pilot signal obtained by converting the signal value of a carrier other than the carrier having the SP to 0 And a circuit configuration for inputting the symbol pilot signal output from the time direction interpolation circuit to the carrier direction interpolation circuit. 請求項2に記載の受信装置において、上記FFT回路から出力される信号列の内の上記CPを時間方向に帯域制限すると共に、該CPを有するキャリア以外のキャリアの信号値を0に変換して得たシンボルパイロット信号を出力する時間方向のLPFを設け、該時間方向のLPFから出力されるシンボルパイロット信号を上記キャリア方向内挿回路に入力する回路構成としたことを特徴とする受信装置。  The receiving apparatus according to claim 2, wherein the CP of the signal sequence output from the FFT circuit is band-limited in the time direction, and a signal value of a carrier other than the carrier having the CP is converted to 0. A receiving apparatus comprising: a time-direction LPF that outputs an obtained symbol pilot signal; and a circuit configuration that inputs the symbol pilot signal output from the time-direction LPF to the carrier direction interpolation circuit.
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