JP5722472B2 - Method for estimating residual frequency error in a communication system - Google Patents
Method for estimating residual frequency error in a communication system Download PDFInfo
- Publication number
- JP5722472B2 JP5722472B2 JP2014009803A JP2014009803A JP5722472B2 JP 5722472 B2 JP5722472 B2 JP 5722472B2 JP 2014009803 A JP2014009803 A JP 2014009803A JP 2014009803 A JP2014009803 A JP 2014009803A JP 5722472 B2 JP5722472 B2 JP 5722472B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- subcarrier
- angle
- frequency
- estimated
- received
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 46
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims description 14
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 37
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 31
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 19
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 13
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 29
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 102100032533 ADP/ATP translocase 1 Human genes 0.000 description 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 101000768061 Escherichia phage P1 Antirepressor protein 1 Proteins 0.000 description 1
- 101000796932 Homo sapiens ADP/ATP translocase 1 Proteins 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- URWAJWIAIPFPJE-YFMIWBNJSA-N sisomycin Chemical compound O1C[C@@](O)(C)[C@H](NC)[C@@H](O)[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O[C@@H]2[C@@H](CC=C(CN)O2)N)[C@@H](N)C[C@H]1N URWAJWIAIPFPJE-YFMIWBNJSA-N 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
Description
本発明は、一般にデジタル通信システムの分野に関し、特に、通信システムの残留周波数誤差を推定する方法に関する。 The present invention relates generally to the field of digital communication systems, and more particularly to a method for estimating residual frequency errors in a communication system.
有線、無線、及び光システム等のマルチキャリア・デジタル及び/又はアナログ通信システムの主たる欠点のひとつに、周波数及びサンプリング周波数同期における誤差に影響されやすいというものがある。送受信機間に周波数オフセットや周波数不整合が存在すると、受信信号を復調する前の段階で周波数オフセットが生じる。例えば直交周波数分割多重化(OFDM)システムの場合、周波数不整合はキャリア間干渉(ICI)の増大をもたらす。さらに、シンボル受信の度に一定の相回転が生じる。これらの障害により受信機性能が低下する。文献Pollet等による「The BER Performance of OFDM Systems using Non−Synchronised Sampling」、IEEE Global Telecommunications Conference 1994、 253〜257ページによれば、OFDMシンボルのサブキャリア間隔に対して許容される周波数不整合は1%であり、この場合、64QAM(直交振幅変調)での損失は0.5dBにとどまる。一方、QPSK(4相位相変調)の許容誤差は5%で、そのためにサンプリング周波数オフセットの追跡を必要とする。周波数オフセットはさらに受信機におけるDC(直流)オフセットや時刻同期アルゴリズムのパフォーマンスの低下を招く。加えて、信号を受信するチャネルの推定にも劣化が生じる。これは特に、時空間ブロック符号化(STBC)システム、空間分割多重化(SDM)システム、多入力多出力(MIMO)システム等、多数の信号や多数のシンボルを結合してチャネル推定値を取得するシステムで見られる。 One of the main drawbacks of multi-carrier digital and / or analog communication systems such as wired, wireless, and optical systems is that they are susceptible to errors in frequency and sampling frequency synchronization. If there is a frequency offset or frequency mismatch between the transceivers, a frequency offset occurs at a stage before demodulating the received signal. For example, in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems, frequency mismatch results in increased inter-carrier interference (ICI). Furthermore, a constant phase rotation occurs every time a symbol is received. These obstacles reduce receiver performance. According to the document Pollet et al., “The BER Performance of OFDM Systems using Non-Synchronized Sampling”, IEEE Global Telecommunications Conference 1994, 253-257 pages, the frequency of the OFDM symbol is not allowed. In this case, the loss at 64 QAM (Quadrature Amplitude Modulation) is only 0.5 dB. On the other hand, the tolerance of QPSK (4-phase phase modulation) is 5%, which requires tracking the sampling frequency offset. The frequency offset further reduces the performance of the DC (direct current) offset and time synchronization algorithm at the receiver. In addition, the estimation of the channel that receives the signal also deteriorates. This is particularly the case for combining multiple signals and multiple symbols to obtain channel estimates, such as space-time block coding (STBC) systems, space division multiplexing (SDM) systems, multiple input multiple output (MIMO) systems, etc. Seen in the system.
上述したように、マルチキャリアシステムは送受信機間のサンプリング周波数誤差や周波数不整合に影響されやすい。例えば、OFDMシステムの送受信機間でサンプリング周波数が一致しない場合、サブキャリアの直交性が失われ、ICIが増加する可能性がある。相回転もサブキャリア周波数の上昇(すなわち、外側サブキャリアは内側サブキャリア以上に影響を受ける)と連続したOFDMシンボルの受信数に比例して増加する。こうした障害が増加し続けると、最終的に受信機が受信信号を正確に復号化できなくなるため、サンプリング周波数オフセットの追跡が必要となる。文献Heiskala & Terryによる「OFDM Wireless LANS: theoretical and practical guide」、Chapter 2、SAMS、 2001年12月には、OFDMパケット長が非常に長い場合、サンプリング周波数不整合の存在により、最適時刻同期点が整数サンプリング周期と同じだけ或いはそれ以上に前後に移動することが述べられている。
As described above, the multi-carrier system is susceptible to sampling frequency error and frequency mismatch between the transceivers. For example, if the sampling frequencies do not match between the transceivers of the OFDM system, the subcarrier orthogonality is lost and ICI may increase. The phase rotation also increases in proportion to the increase in subcarrier frequency (that is, the outer subcarrier is affected more than the inner subcarrier) and the number of consecutive OFDM symbols received. If these obstacles continue to increase, the sampling frequency offset needs to be tracked because the receiver will eventually be unable to accurately decode the received signal. In the document “Heiskala & Terry” “OFDM Wireless LANS: theoretical and practical guide”,
送受信機間の周波数不整合やサンプリング周波数不整合は上記文献中に提案された既存の同期化アルゴリズムによって推定可能である。一例として、送信信号に埋め込まれた周知のトレーニング情報、例えば、プリアンブルとパイロットサブキャリア、または受信信号の分析、或いは受信信号固有の特性、例えば受信信号がOFDM信号の場合はサイクリックプレフィックス等に基づいて周波数不整合を推定できる。 The frequency mismatch between the transceiver and the sampling frequency mismatch can be estimated by the existing synchronization algorithm proposed in the above-mentioned document. As an example, based on well-known training information embedded in the transmission signal, for example, preamble and pilot subcarrier, or analysis of the received signal, or characteristics specific to the received signal, such as a cyclic prefix if the received signal is an OFDM signal Thus, frequency mismatch can be estimated.
しかし、実際の実現例においては、送受信機間のノイズやアナログ減衰成分が推定アルゴリズムに影響するため、通常、推定した周波数オフセットは実際の周波数誤差に一致しない。したがって、推定した周波数誤差と実際の周波数誤差の差分として定義される残留周波数誤差が存在する。受信機の信号対雑音比低減やコンステレーション回転の点から見ると、残留周波数誤差の存在はシステム性能に影響を与える。コンステレーション回転は以下の近似によって残留周波数誤差と関連する。シンボル当りのコンステレーション回転≒360×fresidual×Ts(degrees)、式中、Tsは例えばOFDMシンボルの周期である。64QAM等の高次変調は特にコンステレーション回転の影響を被りやすい。これはサブキャリアのコンステレーションが最終的に決定境界を越えて回転し、正確な復調がより困難になるからである。パケット長の長い低次変調の場合も残留周波数誤差は重要な意味を持つ。パケット長が長ければコンステレーション回転は漸進し、最終的にサブキャリアコンステレーションは決定境界を越えて回転する。このため、正確な復調がさらに難しくなる。 However, in an actual implementation, noise and analog attenuation components between the transceivers affect the estimation algorithm, and thus the estimated frequency offset usually does not match the actual frequency error. Therefore, there is a residual frequency error defined as the difference between the estimated frequency error and the actual frequency error. From the standpoint of receiver signal-to-noise reduction and constellation rotation, the presence of residual frequency error affects system performance. Constellation rotation is related to residual frequency error by the following approximation: Constellation rotation per symbol≈360 × f residual × T s (degrees), where T s is, for example, a period of an OFDM symbol. Higher order modulation such as 64QAM is particularly susceptible to constellation rotation. This is because the subcarrier constellation eventually rotates beyond the decision boundary, making accurate demodulation more difficult. The residual frequency error is important even in the case of low-order modulation with a long packet length. If the packet length is long, the constellation rotation gradually advances, and finally the subcarrier constellation rotates beyond the decision boundary. This makes accurate demodulation even more difficult.
従来技術においては、通常、残留周波数不整合の量(または精度)は採用するアルゴリズムに依存する。文献V. S. Abhayawardhana等による「Residual Frequency Offset Correction for Coherently Modulated OFDM systems in Wireless Communication」、Vehicular Technology Conference、2002.VTC Spring 2002.IEEE 55th、Volume 2、2002年5月6〜9日、777〜781ページは従来技術の一例を挙げている。ここでは、Schmidl and Cox Algorithm(SCA)として知られるアルゴリズムを用いて周波数オフセット推定値を取得した後に、存在する残留周波数誤差を残留周波数補正アルゴリズムを用いて継続的に追跡して補償する。高速フーリエ変換(FFT)演算に続く周波数領域等価器(FEQ)の出力における相変化の速度を追跡することで残留周波数誤差を推定する。しかし、チャネル応答中の特殊な0に起因する低SNRのサブチャネルは残留周波数誤差推定値に重大な影響を及ぼす。そのため、従来技術では閾値を導入し、これを超える大きさを持つサブチャネルを選択する。利用可能な情報を全て用いるわけではないため、選択する閾値のレベルにしたがって性能は低下する。従来技術においてはこの閾値効果がネックになるといえる。
In the prior art, the amount (or accuracy) of residual frequency mismatch usually depends on the algorithm employed. Literature V. S. “Residual Frequency Offset Correction for Coherently Modulated OFDM systems in Wireless Communication” by Abhayawadhana et al., Vehicular Technology Conf. 2 VTC Spring 2002. IEEE 55th,
M Sliskovicの「Sampling Frequency Offset Estimation and Correction in OFDM systems」、The 8th IEEE International Conference on Electronics、Circuits and Systems、2001.Volume 1、2001年9月2〜5日、437〜440ページが記述する別の方法では、連続したシンボル間の位相差を用いて周波数オフセットを推定する。残留周波数誤差も同じ方法で推定できる。ここで提案された方法では、データシンボルを繰り返し、すべてのサブキャリアにおいて連続した繰返しシンボル間の位相を比較する。この従来技術は、位相差が小さければ(1度未満)、arg或いはarctan関数を例えばα=arg(a+jb)=arctan(b/a)≒b/aまたはsin(2πx)≒2πxといった一次関数で近似できる。近似を用いる際に問題となるのは、角度が大きくなるにつれて近似が悪化することであり、結果的に残留周波数推定の質が低下する。これは不正確な補正値の適用を意味し、角度オーダーの誤差で受信機性能が悪化する64QAMコンステレーションに重大な影響を与える。加えて、チャネルモデル(SNRと遅延拡散)とシステム内の障害(位相雑音、位相と振幅との不均衡、DCオフセット、水晶許容誤差等)の量に依存するため、角度は小さい値に限られず(0度から360度までのどんな角度も取りうる)、したがって、小さな角度での近似は推定値や補正値の精度の低下につながり、受信機の性能をさらに劣化させることになる。従来技術ではさらに、SNRに比例した値で各サブキャリアの位相誤差を重みづけして閾値効果を回避する技術を紹介している。各サブキャリアのSNRはチャネル推定値の2乗H^H^*で推定できる。しかし、SNRが低ければチャネル推定値の2乗は不正確な値となる。
M Slikkovic's "Sampling Frequency Offset Estimation and Correction in OFDM systems", The 8th IEEE International Conference on Electronics, Circuits Sciences. Another method described by
上述の従来技術では、サンプリング周波数オフセットがゼロとされるところで近似を行っている。非対称なサブキャリアを用いるノンフラットフェージングチャネル或いはフラットフェージングチャネルで近似を行うと、位相推定値はサンプリング周波数オフセットを無視することで生じた新たな誤差成分を含むことになる。 In the above-described prior art, approximation is performed where the sampling frequency offset is zero. When approximation is performed with a non-flat fading channel or a flat fading channel using asymmetric subcarriers, the phase estimation value includes a new error component generated by ignoring the sampling frequency offset.
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、OFDM通信システムの残留周波数誤差を推定する方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method for estimating a residual frequency error in an OFDM communication system.
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるOFDM通信システムにおける通信チャネルを介して送信された信号と受信信号との間の残留周波数誤差を推定する方法は、受信信号のシンボルの各サブキャリアについて、サブキャリアの送受信間のチャネル推定により判定されたチャネル推定値及び予め設定された基準サブキャリアに基づいて予測サブキャリアを推定するステップと、各サブキャリアについて、複素平面上で推定された前記予測サブキャリアと受信サブキャリアとを乗算するステップと、各サブキャリアについて、前のステップで行われた乗算の角度と大きさを推定するステップと、各サブキャリアについて、サンプリング周波数不整合によって生じた位相オフセットを除去するステップと、前記推定された角度の加重平均値を算出するステップと、前回のシンボルからの加重平均角度の変化を計算するステップと、前回のシンボルからの加重平均角度の変化を用いて、残留周波数誤差を推定するステップと、を有し、前記受信サブキャリアは、前記OFDM通信システムにおいて実際に受信された受信信号に対するサブキャリアであることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method for estimating a residual frequency error between a signal transmitted via a communication channel and a received signal in an OFDM communication system according to one aspect of the present invention is provided for each symbol of the received signal. For subcarriers, estimating a predicted subcarrier based on a channel estimation value determined by channel estimation between subcarrier transmission and reception and a preset reference subcarrier, and estimating each subcarrier on a complex plane Multiplying the predicted subcarrier by the received subcarrier, estimating the angle and magnitude of the multiplication performed in the previous step for each subcarrier, and sampling frequency mismatch for each subcarrier. Removing the resulting phase offset, and the estimated angle A step of calculating a weighted average value, a step of calculating a change in the weighted average angle from the previous symbol, and a step of estimating a residual frequency error using the change in the weighted average angle from the previous symbol. The reception subcarrier is a subcarrier for a reception signal actually received in the OFDM communication system.
本発明の利点は、残留周波数誤差を推定する際にサンプリング周波数オフセットを無視しないことであり、したがって、フラットフェージングチャネルとノンフラットフェージングチャネルの双方で受信機性能を改善できる。 An advantage of the present invention is that the sampling frequency offset is not ignored when estimating the residual frequency error, and therefore receiver performance can be improved on both flat and non-flat fading channels.
本発明の別の利点は、本発明による残留周波数誤差推定が閾値効果の影響を受けないことであり、チャネル推定値の二乗H^H^*ではなく実際のチャネルと推定チャネルを含む項HH^*でサブキャリアの位相差を効果的に重みづけすることである。さらに、本発明によれば、角度の正確な位相推定値は0度から360度のどんな値もとることができるため、残留周波数誤差推定値は小さな位相に限られず、すなわち、角度が小さいときに限らず精度と安定性を改善できる。 Another advantage of the present invention is that the residual frequency error estimate according to the present invention is not affected by the threshold effect, and the term HH ^ that includes the actual channel and the estimated channel rather than the square of the channel estimate H ^ *. * Is to effectively weight the subcarrier phase difference. Further, according to the present invention, the accurate phase estimate of the angle can be any value from 0 degrees to 360 degrees, so the residual frequency error estimate is not limited to a small phase, ie, when the angle is small Without limitation, accuracy and stability can be improved.
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, specific examples of embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の特徴及び利点は、以下の説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかとなるであろう。しかし、以下の実施形態は単なる例示に過ぎず、図を参照して説明する特定の実施形態において変更できる点に留意されたい。 The features and advantages of the invention will be apparent from the following description, drawings, and claims. However, it should be noted that the following embodiments are merely examples and can be modified in specific embodiments described with reference to the drawings.
本発明は、OFDM(直交周波数分割多重化)に基づいたデータ通信システム等のマルチキャリア通信システムに関連した一般的な状況において説明される。例えば、WLAN(無線ローカルエリアネットワーク)システム、IEEE802.11(アメリカ電気電子通信学会)システム、WiFi(Wireless Fidelity)システム、WiMAX(Worldwide Interoperability For Microwave Access)システム、ADSL(非対称デジタル加入者線)システム、その他いかなるシステムでもOFDMに基づくものであれば本発明を適用してもよい。 The present invention is described in the general context associated with multi-carrier communication systems, such as data communication systems based on OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). For example, WLAN (Wireless Local Area Network) system, IEEE 802.11 (American Institute of Electrical and Electronics Engineers) system, WiFi (Wireless Fidelity) system, WiMAX (Worldwide Interoperability) system, ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) system The present invention may be applied to any other system based on OFDM.
図1は、MIMO OFDM受信機の一例を示す簡略化したブロック図であり、本発明の異なる実施形態に関連した機能性を説明するものである。図示のとおり、MIMO受信機は多数の受信機分枝からなり、そのうち2つのみを示す。図1において、ANT1は第1の受信機分枝のアンテナを表し、ANT NrxはN番目の受信機分枝のアンテナを表す。Nrxは1以上の整数値をとりうる。図1において、第1の受信機分枝はさらに、Rfキャリアに変調された信号を混合して複合ベースバンド信号として知られるほぼ0Hzに変調された信号を生成する第1の周波数ミクサ1Aを具備する。複合ベースバンド信号は同相成分と直交成分からなり、アナログ/デジタル変換器(ADC)2Aによってデジタル領域へと変換される。周知のとおり、Rfキャリアに変調された信号からデジタル複合ベースバンド信号を生成する方法は他にも数多く存在し、適切に作業を完了するためにはさらなる構成、例えばフィルタや増幅器等が必要である。次に、デジタル複合ベースバンド信号はサンプルセレクタ(SEL.S)3Aを通過する。サンプルセレクタ3Aは受信信号のサイクリックプレフィックス(CP)を除去し、アドバンス/リタードブロック(ADV./RET.)13からの入力に基づいてサンプルを遅らせる或いは進めるように構成される。サンプルは第2の周波数ミクサ4Aに入力されて送受信機間の周波数不整合が補正された後、FFTに入力される。尚、SEL.S 3Aと第2の周波数ミクサブロック4Aの順番は逆でもよい。サンプルと周波数の補正を経た複合ベースバンド信号はFFTブロック5Aで処理される。FFTブロック5Aは時間領域から周波数領域への変換機能を実現する。
FIG. 1 is a simplified block diagram illustrating an example of a MIMO OFDM receiver and illustrating the functionality associated with different embodiments of the present invention. As shown, the MIMO receiver consists of a number of receiver branches, only two of which are shown. In FIG. 1, ANT1 represents the antenna of the first receiver branch, and ANT N rx represents the antenna of the Nth receiver branch. Nrx can take an integer value of 1 or more. In FIG. 1, the first receiver branch further comprises a
N番目の受信機分枝は、第1の周波数ミクサ1Bと、ADC2Bと、サンプルセレクタ(SEL.S)3Bと、第2の周波数ミクサ4Bと、FFTブロック5Bとを具備する。図1に示すMIMO受信機はさらに、第1の周波数ミクサ1A、1Bで用いる周波数を合成するアナログ周波数合成器(A.F.S)6と、ADC2A、2Bにサンプリングクロックを提供するデジタルクロック(D.CL)7と、D.CL7、A.F.S6及びD.F.S9に基準周波数を提供する水晶発振器(C.O.)8と、第2の周波数ミクサ4A、4Bで用いる周波数を合成するデジタル周波数合成器(D.F.S)9とを具備する。水晶発振器制御部(C.O.C)11はC.O8が出力した基準周波数を調整するためのものである。チャネル推定器(CH.EST)10は送受信機間のチャネル推定値を生成する機能を実施する。時間周波数同期装置(T&F SYNCH)12は受信したパケットの先頭及び送受信機間の周波数オフセットfestの初期推定を行う機能を実施する。アドバンス/リタードブロック(ADV./RET.)13は、本発明の装置120が生成する時間制御信号(TCS)に基づいてパケット先頭タイミングの初期推定値を前或いは後に移動する。
The Nth receiver branch includes a
受信機はさらに、公知の送信サブキャリア(TX.SUBC.)16及び/又は再生サブキャリア(REG.SUBC.)15を選択するように構成されたマルチプレクサ14を備える。サブキャリアの再生は、受信したデータサブキャリアに関する情報に基づいて復号化手段20が決定を行い、その情報からデータサブキャリアを再生することで行われる。ブロック100はサブキャリアデマルチプレクサ110を備える。デマルチプレクサ110はFFTブロックから受け取ったサブキャリアを分離するように構成される。サブキャリアは次に、チャネル等化、障害補正、ソフトビットメトリック変換機能、順方向誤り修正(FEC)復号化等を可能にする復号化手段20に送出される。デマルチプレクサ110はさらに、図2と図5を用いて後述するように、残留周波数誤差を推定する装置120が必要とする受信サブキャリアを分離するように構成される。ブロック100はさらに、図1の総周波数推定値fcorrを生成するために設けられた位相角度/周波数変換器130を備える。図1に示すように、総周波数推定値fcorrはC.O.C11、A.F.S6、D.F.S9への入力として使われ、パケットの先頭でのみ調整されて開ループを形成するか、或いはパケットの受信中に更新されて閉ループを形成できる。fcorrの計算方法については後に詳述する。
The receiver further comprises a
図2は本発明の第1実施形態による残留周波数誤差を推定する装置120を示す。前述したとおり、サブキャリアデマルチプレクサ110は、残留周波数誤差を推定する装置120が必要とする受信したサブキャリアを分離するように構成される。図2及び本発明の第1実施形態によれば、残留周波数誤差の推定に必要な受信サブキャリアは、実際の受信ベクトルPr,i rxを含む。式中、i∈{1,2、…、Nsc}はサブキャリアインデックス、r∈{1、2、…、Nrx}は受信機チェーンインデックスを表す。装置120にはさらにチャネル推定ベクトルH^t,r,iが入力される。式中、t∈{1、2、…、Ntx}は送信機チェーンインデックス、r∈{1、2、…、Nrx}は受信機チェーンインデックス、i∈{1、2、…、Nsc}は不図示のOFDM信号のサブキャリアインデックスを表す。チャネル推定ベクトルH^t,r,iは図1に示すチャネル推定器(CH.EST.)10によって判定される。装置120にはさらに基準ベクトルPt,i refが入力される。基準ベクトルPt,i refは図1のマルチプレクサ14によって判定される。本発明の一実施形態によれば、基準ベクトルPt,i refは、例えば受信機にとって既知の送信パイロットサブキャリア等のあらかじめ定義したサブキャリアでもよい。本発明の他の実施形態によれば、基準ベクトルPt,i refは受信信号の分析或いは受信OFDM信号固有の特性、例えばサイクリックプレフィックス(CP)に基づいてもよい。したがって本発明は、送信パイロットサブキャリアのみに基づく基準ベクトルの使用に限られない。
FIG. 2 shows an
当業者によく知られるように、残留周波数の誤差や不整合が存在するか否かは、チャネル(SNRと遅延拡散)やシステム内の障害(位相雑音、位相と振幅との不均衡、DCオフセット、水晶許容誤差等)の量といったいくつかの要素に依存するといえる。したがって、実際の受信ベクトルPr,i rxは一般に、残留周波数不整合fresidualと、i番目のサブキャリアインデックスに対するn番目のシンボル時間における実際のチャネルHt,r,i(n)と、n番目のシンボル時間における基準ベクトルPt,i refと、i番目のサブキャリアに対するn番目のシンボル時間におけるr番目の受信機分枝に対する加法性白色ガウス雑音(AWGN)に相当するノイズWr,i(n)との関数として表され、n番目のシンボル時間における実際の受信ベクトルPr,i rxは、以下の式で表される。 As is well known to those skilled in the art, the presence or absence of residual frequency errors or mismatches depends on the channel (SNR and delay spread) and disturbances in the system (phase noise, phase and amplitude imbalance, DC offset). It can be said that it depends on several factors such as the amount of crystal tolerance). Therefore, the actual received vector P r, i rx is generally the residual frequency mismatch f residual , the actual channel H t, r, i (n) at the n th symbol time for the i th subcarrier index, and n The reference vector P t, i ref at the n th symbol time and the noise W r, i corresponding to additive white Gaussian noise (AWGN) for the r th receiver branch at the n th symbol time for the i th subcarrier. The actual reception vector P r, i rx in the n-th symbol time is expressed by the following equation.
式(1)において、残留周波数誤差はすべての受信機分枝において同一とする。尚、基準ベクトルPt,i ref(n)は、i番目のサブキャリアインデックスに対するn番目のシンボル時間におけるt番目の送信機分枝で選択されたサブキャリアの1つとみなしてもよい。 In equation (1), the residual frequency error is the same in all receiver branches. The reference vector P t, i ref (n) may be regarded as one of the subcarriers selected in the t th transmitter branch in the n th symbol time for the i th subcarrier index.
図2に戻り、本発明の第1実施形態によれば、装置120は、残留周波数誤差を判定する前にサンプリング周波数不整合/オフセット(またはサンプリング位相オフセット)を除去する手段120Aを備える。装置120はまた、受信シンボルの選択サブキャリアに関して、チャネル推定ベクトルH^t,r,i及び基準ベクトルPt,i refに基づいて予測ベクトルPr,i EXPを推定する手段120Bを備える。予測ベクトルは以下の式にしたがって推定する。
Returning to FIG. 2, according to the first embodiment of the invention, the
本発明の一実施形態によれば、サンプリング周波数オフセット(若しくはサンプリング位相オフセット)は式(2)で表す予測ベクトルPr,i EXPから除去可能である。他の実施形態によれば、サンプリング周波数オフセットは受信ベクトルPr,i rxから除去可能である。本発明のさらに別の実施形態によれば、サンプリング周波数オフセットは基準ベクトルPt,i refから除去可能である。本発明のさらに別の実施形態によれば、サンプリング周波数オフセットはチャネル推定ベクトルH^t,r,iから除去可能である。サンプリング周波数位相不整合を除去する操作は、以下に示す相回転によって行われる。 According to one embodiment of the present invention, the sampling frequency offset (or sampling phase offset) can be removed from the prediction vector P r, i EXP represented by equation (2). According to other embodiments, the sampling frequency offset can be removed from the received vector P r, i rx . According to yet another embodiment of the present invention, the sampling frequency offset can be removed from the reference vector P t, i ref . According to yet another embodiment of the present invention, the sampling frequency offset can be removed from the channel estimation vector H t, r, i . The operation of removing the sampling frequency phase mismatch is performed by the following phase rotation.
式中、iはサブキャリアインデックス、nは元のチャネル推定値が推定されたときから数えたシンボル数であり、aはfcorr(n)/Fcで与えられる。式中、fcorr(n)
は送受信信号間における周波数不整合の最新推定値であり、Fcは現在のチャネル中心周波数である。式(3)において、さらに、Tsはシンボル周期であり、Tuは信号窓周期である。図2において、手段120Cはαi(n)を生成するように構成される。尚、周波数不整合推定値は手段120Cへの入力としても用いられる。図1では、これを入力festとして表す。尚、最初は(すなわち、n=1のとき)値fcorrはfestである。尚、送受信機の中心周波数とシンボル周波数クロック周波数が同一の基準(水晶)発振器から導出される場合、サンプリング周波数不整合は送受信機間の総周波数推定値を用いて計算できる。これはWLANの規格がIEEE802.11及びIEEE802.16の場合に相当する。この場合、ppm単位でのサンプリング周波数不整合はa=fcorr(n)/Fcで表せる。
Where i is the subcarrier index, n is the number of symbols counted from when the original channel estimate was estimated, and a is given by f corr (n) / F c . Where f corr (n)
Is the latest estimate of frequency mismatch between the transmitted and received signals, and F c is the current channel center frequency. In Equation (3), T s is a symbol period, and T u is a signal window period. In FIG. 2, means 120C is configured to generate α i (n). The frequency mismatch estimated value is also used as an input to the means 120C. In FIG. 1, this is represented as an input f est . Initially (ie, when n = 1), the value f corr is f est . Note that if the center frequency of the transceiver and the symbol frequency clock frequency are derived from the same reference (crystal) oscillator, the sampling frequency mismatch can be calculated using the total frequency estimate between the transceivers. This corresponds to the case where the WLAN standard is IEEE802.11 and IEEE802.16. In this case, the sampling frequency mismatch in ppm can be expressed as a = f corr (n) / F c .
本発明の第1実施形態によれば、サンプリング周波数オフセットの除去後、式(1)で表される受信ベクトルと式(2)で表される推定された予測ベクトルを用いて、n番目のOFDMシンボルに生じた相回転の量を示す複素数を規定するドット積を算出する。ドット積は以下の式(5)を用いて推定する。 According to the first embodiment of the present invention, after removing the sampling frequency offset, the nth OFDM is obtained using the received vector represented by Equation (1) and the estimated prediction vector represented by Equation (2). A dot product defining a complex number indicating the amount of phase rotation generated in the symbol is calculated. The dot product is estimated using the following equation (5).
式中、*は複素共役演算子である。図2において、手段120Dは式(4)で表されるドット積を算出するように構成される。 In the formula, * is a complex conjugate operator. In FIG. 2, means 120D is configured to calculate the dot product represented by equation (4).
本発明の第1実施形態によれば、残留周波数誤差推定値は式(4)で表されるドット積に基づいて決まる。まず、手段120Eがドット積D(n)の角度θ(n)を推定する。尚、ドット積は実際のチャネルと推定されたチャネルを含む項HH^*により、サブキャリア位相推定値を重みづけする。その後、手段120Fにおいて、前回の累積位相角度θacc(n−1)をドット積の角度θ(n)から減算することで角度変化Δθerr(n)を計算する。角度変化に基づいて残留周波数推定値を決定する。角度変化Δθerr(n)は以下の式(5)によって計算する。
According to the first embodiment of the present invention, the residual frequency error estimated value is determined based on the dot product represented by Expression (4). First, the means 120E estimates the angle θ (n) of the dot product D (n). The dot product weights the subcarrier phase estimation value by the term HH ^ * including the channel estimated as the actual channel. Thereafter, the
本実施形態によれば、r番目の受信機分枝の残留周波数誤差推定値はΔθerr,r(n)=2πnf^residual,rで与えられる。 According to this embodiment, the residual frequency error estimate for the r th receiver branch is given by Δθ err, r (n) = 2πnf ^ residual, r .
図1の受信系がNrx(Nrx≧2)個の受信機分枝を有する場合、残留周波数推定値は個々の残留周波数推定値を平均することで改善できる。すなわち、 If the receiver system of FIG. 1 has N rx (N rx ≧ 2) receiver branches, the residual frequency estimate can be improved by averaging the individual residual frequency estimates. That is,
本発明の一実施形態によれば、残留周波数誤差fresidualは角度変化Δθerr(n)を周波数に変換することで推定できる。したがって、装置120から出力される角度変化は図1に示す位相角度/周波数変換器130の入力としてもよい。
According to one embodiment of the present invention, the residual frequency error fresidual can be estimated by converting the angular change Δθ err (n) into a frequency. Therefore, the angle change output from the
図3A及び3Bは、角度変化Δθerr(n)及び周波数推定値festを入力とし、総周波数推定値fcorr=fest+fresidualを出力する位相角度/周波数変換器130の2つの例を示す。図3Aの変換器は開ループ角度/周波数変換器を表し、fcorrは装置120内での次の反復で使用されるのみであるのに対し、図3Bの変換器は閉ループ角度/周波数変換器であり、fcorrは装置120内での次の反復で使用されると同時に、デジタル周波数合成器9、アナログ周波数合成器6、或いは水晶発振器制御部11による周波数オフセットの調整に使用される。
3A and 3B show two examples of a phase angle /
図2に戻って、装置120にはさらに、受信信号の特性を示す別の入力が与えられる。本発明の一実施形態によれば、受信信号特性CHAR(Rx)は受信信号の信号対雑音比(SNR)である。本発明の他の実施形態によれば、CHAR(Rx)はチャネルの遅延拡散、例えばコンステレーションの大きさなどのサブキャリアコンステレーション、或いはその他の受信信号特性であってよい。
Returning to FIG. 2,
本発明の第1実施形態によれば、装置120はまた、CHAR(Rx)によって適用可能なループフィルタ120Gを有するフィードバックシステムを具備する。ループフィルタ120Gを含むこのフィードバックシステムは、残留周波数不整合の推定値を改善するのに用いてもよい。残留周波数不整合の推定値はさらに総周波数推定値、及び/又は初期周波数推定値、及び/又は図1に示す受信機の水晶発振器8、及び/又はデジタル周波数合成器9、及び/又はアナログ周波数合成器6、或いは他の手段の調整に用いられる。
According to the first embodiment of the present invention, the
本発明の第1実施形態によれば、適応型ループフィルタ120GはSNR等の受信信号特性CHAR(Rx)のほかに、手段120Fからの角度変化Δθerr(n)をも入力として有する。ループフィルタ120Gは角度変化にフィルタ処理を施して出力する。尚、SNRが低い場合、残留周波数誤差推定値からノイズを除去する効果を持つループフィルタ120Gは、1より小さいループゲインを有する減衰システムを構成する。一方、SNRが高い場合、ループゲインを1に設定できるため、大幅に減衰したシステムが構成される。本発明の適応型ループフィルタ120Gとしては、FIR(有限インパルス応答)型、IIR(無限インパルス応答)型、或いはその他好適な適応型ループフィルタ型のローパスフィルタを使用できる。
According to the first embodiment of the present invention, the adaptive loop filter 120G has as input the angle change Δθ err (n) from the
図2に戻り、手段120Hは、手段120Cが生成した相回転量αi(n)を受信し、θcorr,i(n)を出力するように構成される。本発明によれば、θcorr,i(n)は現在のシンボルnの期間における全てのデータサブキャリアに適用される位相補正値を示す。θcorr,i(n)はフィルタ処理を経た角度変化Δθerr(n)とサンプリング周波数不整合が存在することで生じた位相との和として算出される。この操作はそれぞれのサブキャリアに対して行われる。手段120Hはさらに、時間制御信号(TCS)を生成し、図1に示す受信機のアドバンス/リタードブロック13に送出するように構成される。
Returning to FIG. 2, the
本発明の第1実施形態において説明したように、装置120によって推定された残留周波数誤差を周波数推定値festに加算して総周波数補正値fcorrを生成する。この補正値は、図1に示した受信機のような受信機内蔵型の装置120に適用できる。補正値は以下のようにして受信機に適用される。
As described in the first embodiment of the present invention, the residual frequency error estimated by the
−送信機周波数に合わせて受信機周波数を上げるかまたは下げることで水晶発振器8を調整し、これにより補正値をソースに適用する。 Adjust the crystal oscillator 8 by raising or lowering the receiver frequency according to the transmitter frequency, thereby applying the correction value to the source.
−送信機周波数に合わせて受信機周波数が上がるかまたは下がるように、デジタル周波数合成器9及び/又はアナログ周波数合成器6を調整する。
Adjust the digital frequency synthesizer 9 and / or the
−FFT後の相回転を除去する。 -Remove phase rotation after FFT.
図4は、上述した本発明の第1実施形態による残留周波数誤差を推定する方法の主要なステップを示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart showing the main steps of the method for estimating a residual frequency error according to the first embodiment of the present invention described above.
ステップ(1)で、チャネル推定ベクトルと受信ベクトルに基づいて予測ベクトルを推定する。 In step (1), a prediction vector is estimated based on the channel estimation vector and the reception vector.
ステップ(2)で、相回転によりサンプリング周波数不整合を除去する。 In step (2), sampling frequency mismatch is removed by phase rotation.
ステップ(3)で、推定された予測ベクトルと受信ベクトルのドット積を推定/計算する。 In step (3), a dot product between the estimated vector and the received vector is estimated / calculated.
ステップ(4)で、得られた積の角度を推定する。 In step (4), the angle of the obtained product is estimated.
ステップ(5)で、前回のシンボルの累積位相からの角度変化を計算する。 In step (5), the angle change from the accumulated phase of the previous symbol is calculated.
ステップ(5A)で、受信信号のSNRの関数として表されるフィルタ係数を少なくともひとつ含む適応型フィルタによって角度変化をフィルタリングする。 In step (5A), the angle change is filtered by an adaptive filter including at least one filter coefficient expressed as a function of the SNR of the received signal.
ステップ(6)で、前回のシンボルからの角度変化に基づいて残留周波数誤差の推定値を決定する。 In step (6), an estimated value of the residual frequency error is determined based on the angle change from the previous symbol.
図5は、本発明の第2実施形態による残留周波数誤差を推定する装置120を示す。本発明の第2実施形態の装置120は、図1に示すチャネル推定器(CH.EST.)10によって決定されたチャネル推定値H^t,r,i(n)と図1に示すマルチプレクサ14によって決定された基準サブキャリアCt,i ref(n)とに基づいて予測サブキャリアCr,i EXP(n)を生成/推定する手段140Aを備える。予測サブキャリアCr,i EXP(n)は以下の式にしたがって推定できる。
FIG. 5 shows an
前述の実施形態と同様に、基準サブキャリアは、例えば受信機にとって既知の送信パイロットサブキャリアであってもよく、受信信号の受信サブキャリア分析或いはその他の受信サブキャリア固有の特性に基づいてもよい。 Similar to the previous embodiment, the reference subcarrier may be, for example, a transmission pilot subcarrier known to the receiver, or may be based on received subcarrier analysis of the received signal or other characteristics specific to the received subcarrier. .
図5に示すように、装置120にはさらに実際に受信したサブキャリアCr,i rx(n)が入力される。受信サブキャリアCr,i rx(n)は基準サブキャリアCt,i ref(n)と、残留周波数不整合fresidualと、実際のチャネルHt,r,i(n)と、i番目のサブキャリアに対するn番目のシンボル時間でのr番目の受信機分枝における加法性白色ガウス雑音(AWGN)として定義されるノイズWr,i(n)との関数として表される。受信サブキャリアは以下の式で表される。
As shown in FIG. 5,
式(8)において、残留周波数誤差fresidualはすべての受信機分枝において同一とする。 In equation (8), the residual frequency error fresidual is the same for all receiver branches.
本発明の第2実施形態によれば、装置120はさらに、手段140Aによって生成された推定予測サブキャリアCr,i EXP(n)を入力し、式(8)で表される受信サブキャリアを複素平面上で乗算する手段140Bを備える。手段140Bが出力する積Ci(n)は以下の式で表される。
According to the second embodiment of the present invention, the
尚、式(9)において、r個の受信機分枝に対する加算も行われる。値Ci(n)はサブキャリア1つあたりの複素数を規定し、各々がn番目のOFDMシンボル内の特定のサブキャリアiに生じた相回転の量を含む。 In equation (9), addition for r receiver branches is also performed. The value C i (n) defines a complex number per subcarrier, each containing the amount of phase rotation that occurred on a particular subcarrier i in the nth OFDM symbol.
式(7)と式(8)とを式(9)に代入すると、Ci(n)は以下のようになる。 Substituting Equation (7) and Equation (8) into Equation (9) yields C i (n) as follows:
式中、ノイズ項Ni(n)はWr,i(n)の関数として以下のように表される。 In the equation, the noise term N i (n) is expressed as a function of W r, i (n) as follows:
本発明の第2実施形態によれば、残留周波数誤差の推定値はCi(n)に基づいて判定される。残留周波数誤差を推定するために、装置120は、Ci(n)を入力し、各サブキャリアのCi(n)の角度の推定値及びCi(n)の大きさの推定値の両方を出力する手段140Cを備える。手段140Cは、サブキャリアiに関するCi(n)の大きさを以下の式によって推定する。
According to the second embodiment of the present invention, the estimated value of the residual frequency error is determined based on C i (n). To estimate the residual frequency error,
手段140Cはまた、サブキャリアiに関するCi(n)の角度を以下の式によって推定する。 Means 140C also estimates the angle of C i (n) for subcarrier i by the following equation:
尚、Ci(n)の角度と大きさを推定する手段140Cは、0度から360度までのどんな角度も取りうる精度を持つ。したがって、本発明は小さな角度に限られない。本発明によれば、手段140Cは例えば、CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)アルゴリズムまたはハードウェア乗算器、テーブル参照法及びべき級数展開法、或いはその他Ci(n)の角度と大きさを決定するのに適したいかなる方法でも実現可能である。 The means 140C for estimating the angle and size of C i (n) has a precision that can take any angle from 0 degrees to 360 degrees. Therefore, the present invention is not limited to a small angle. According to the present invention, means 140C determines, for example, the CORDIC (Coordinating Rotation Digital Computer) algorithm or hardware multiplier, table lookup method and power series expansion method, or other angles and magnitudes of C i (n). Any method suitable for the above can be realized.
本発明の第2実施形態によれば、各サブキャリアについて、累積位相オフセットとサンプリング周波数不整合の存在によって生じた位相オフセットとを手段140Cの出力、すなわち推定された角度Δθi(n)から除去することで、各サブキャリアに関する後続のシンボル間の角度変化Δθerr,i(n)を生成する。装置120の手段140Eはサンプリング周波数不整合の存在によって生じた位相オフセットを除去するように構成される。相回転の量は手段140Dによって生成される。前述の式(3)で表される相回転量をここに再度記しておく。
According to the second embodiment of the invention, for each subcarrier, the accumulated phase offset and the phase offset caused by the presence of sampling frequency mismatch are removed from the output of means 140C, ie the estimated angle Δθ i (n). As a result, an angle change Δθ err, i (n) between subsequent symbols for each subcarrier is generated.
式中、iはサブキャリアインデックス、nは元のチャネル推定値が推定されたときから数えたシンボル数であり、aはfcorr(n)/Fcで与えられる。式中、fcorr(n)は送受信信号間における周波数不整合の最新推定値であり、Fcは現在のチャネル中心周波数である。式(13)において、さらに、Tsはシンボル周期であり、Tuは信号窓周期である。図5において、手段140Eはサンプリング周波数不整合の存在によって生じた位相オフセットを除去するように構成される。 Where i is the subcarrier index, n is the number of symbols counted from when the original channel estimate was estimated, and a is given by f corr (n) / F c . Where f corr (n) is the latest estimate of frequency mismatch between transmitted and received signals, and F c is the current channel center frequency. In Equation (13), T s is a symbol period, and T u is a signal window period. In FIG. 5, means 140E is configured to remove the phase offset caused by the presence of the sampling frequency mismatch.
尚、累積位相オフセット及び送受信機間のサンプリング周波数オフセットは推定角度θi(n)から減算することで除去できる。または、予測サブキャリアを回転させるか、実際の受信サブキャリアを回転させるか、サブキャリアチャネル推定値を回転させるか、或いは基準サブキャリアを回転させることでいずれのオフセットも除去できる。 The accumulated phase offset and the sampling frequency offset between the transceivers can be removed by subtracting from the estimated angle θ i (n). Alternatively, any offset can be removed by rotating the predicted subcarrier, rotating the actual reception subcarrier, rotating the subcarrier channel estimation value, or rotating the reference subcarrier.
本発明の第2実施形態によれば、図5の装置120はさらに、各サブキャリアの後続のシンボル間の角度変化の加重平均値Δθerr(n)を以下の式にしたがって算出する手
段140Fを備える。
According to the second embodiment of the present invention, the
式中、各サブキャリア及び全ての受信機分枝に関するCi(n)の大きさUi(n)は前述の式(11)で表される。前回のシンボルからの加重平均角度の変化を計算し、前述の本発明の第1の実施形態と同様に、残留周波数誤差の推定値は以下の式にしたがって得られる。 In the equation, the magnitude U i (n) of C i (n) for each subcarrier and all receiver branches is expressed by the above-described equation (11). A change in the weighted average angle from the previous symbol is calculated, and an estimated value of the residual frequency error is obtained according to the following equation, as in the first embodiment of the present invention described above.
さらに、図3A及び3Bに示す前述した位相角度/周波数変換器のいずれか1つを用いてΔθerr(n)を周波数に変換することで残留周波数誤差を推定できる。次に、総周波数推定値をfcorr=fest+fresidualにしたがって判定するために、図1の時間周波数同期装置12によって生成された周波数推定値festに推定した残留周波数誤差fresidualを加算する。前述の本発明の第1の実施形態と同様に、残留周波数誤差はさらに初期周波数推定値、及び/又は受信機の水晶発振器8、及び/又はデジタル周波数合成器9、及び/又はアナログ周波数合成器6、或いは他の手段の調整に用いてもよい。
Further, the residual frequency error can be estimated by converting Δθ err (n) into a frequency by using any one of the above-described phase angle / frequency converters shown in FIGS. 3A and 3B. Next, in order to determine the total frequency estimated value according to f corr = f est + f residual , the estimated residual frequency error f residual is added to the frequency estimated value f est generated by the time-
図5に戻って、装置120にはさらに、受信信号の特性を示す別の入力が与えられる。本発明の一実施形態によれば、受信信号特性CHAR(Rx)は信号対雑音比(SNR)である。本発明の他の実施形態によれば、CHAR(Rx)はチャネルの遅延拡散、例えばコンステレーションの大きさなどのサブキャリアコンステレーション、或いはその他の受信信号特性であってもよい。前述の本発明の第1実施形態と同様に、装置120はまた、CHAR(Rx)によって適用されるループフィルタ140Gを有するフィードバックシステムを具備する。ループフィルタ140Gを含むこのフィードバックシステムは、残留周波数不整合の推定値を改善するのに用いてもよい。残留周波数不整合の推定値はさらに総周波数推定値、及び/又は初期周波数推定値、及び/又は受信機の水晶発振器8、及び/又はデジタル周波数合成器9、及び/又はアナログ周波数合成器6、或いは他の手段の調整に用いられる。こうして、本発明の第2実施形態において説明したように、装置120によって推定された残留周波数誤差を周波数推定値に加算して総周波数補正値fcorrを生成する。この補正値は、図1に示した受信機のような受信機内蔵型の装置120に適用できる。ここでもまた、補正値は以下のようにして受信機に適用される。
Returning to FIG. 5,
−送信機周波数に合わせて受信機周波数を上げるかまたは下げることで水晶発振器8を調整し、これにより補正値をソースに適用する。 Adjust the crystal oscillator 8 by raising or lowering the receiver frequency according to the transmitter frequency, thereby applying the correction value to the source.
−送信機周波数に合わせて受信機周波数が上がるかまたは下がるように、デジタル周波数合成器9及び/又はアナログ周波数合成器6を調整する。
Adjust the digital frequency synthesizer 9 and / or the
−FFT後の相回転を除去する。 -Remove phase rotation after FFT.
本発明の第2実施形態によれば、適応型ループフィルタ140GはSNR等の受信信号特性と連続したシンボル間の加重平均角度の変化、すなわちΔθerr(n)とを入力し、角度変化にフィルタ処理を施して出力する。SNRが低い場合、角度推定値の変化からノイズを除去する効果を持つループフィルタ140Gは、1より小さいループゲインを有する減衰システムを構成する。一方、SNRが高い場合、ループゲインを1に設定できるため、大幅に減衰したシステムが構成される。
According to the second embodiment of the present invention, the
本発明の第2実施形態によれば、フィルタ処理を経た角度変化は累積されて、各サブキャリアについてサンプリング周波数不整合の存在によって生じた位相に加算される。これにより手段140Hによって生成された位相補正値θcorr,i(n)を得て、現在のシンボルの期間における全てのデータサブキャリアに適用する。手段140Hはさらに、時間制御信号(TCS)を生成し、図1に示す受信機のアドバンス/リタードブロック13に送出するように構成される。本発明の一実施形態によれば、フィルタ処理を経て累積した角度変化は加重平均角度から減算できる。別の実施形態によれば、フィルタ処理を経て累積した角度変化は推定した予測サブキャリアと受信サブキャリアの間の角度から減算できる。さらに別の実施形態によれば、フィルタ処理を経て累積した角度変化は、受信サブキャリア、推定した予測ベクトル、基準サブキャリア、或いはチャネル推定ベクトルから相回転によって除去できる。
According to the second embodiment of the present invention, the filtered angular changes are accumulated and added to the phase caused by the presence of sampling frequency mismatch for each subcarrier. Thereby, the phase correction value θ corr, i (n) generated by the
図6は、上述した本発明の第2実施形態による残留周波数誤差を推定する方法の主要なステップを示すフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart showing the main steps of the method for estimating residual frequency error according to the second embodiment of the present invention described above.
ステップ(1)で、基準サブキャリアとサブキャリアのチャネル推定値に基づいて予測サブキャリアを推定する。 In step (1), a predicted subcarrier is estimated based on channel estimation values of the reference subcarrier and the subcarrier.
ステップ(2)で、各サブキャリアについて、複素平面上で推定された予測サブキャリアに受信サブキャリアを乗算する。 In step (2), for each subcarrier, the predicted subcarrier estimated on the complex plane is multiplied by the received subcarrier.
ステップ(3)で、ステップ2で行われた乗算の角度と大きさを推定する。
In step (3), the angle and magnitude of the multiplication performed in
ステップ(4)で、サンプリング周波数不整合によって生じた位相オフセットを除去する。 In step (4), the phase offset caused by the sampling frequency mismatch is removed.
ステップ(5)で、推定された角度の加重平均値を算出する。 In step (5), a weighted average value of the estimated angles is calculated.
ステップ(6)で、前回のシンボルからの加重平均角度の変化を計算する。 In step (6), the change in the weighted average angle from the previous symbol is calculated.
ステップ(6A)で、受信信号の特性、例えば受信信号のSNRの関数として表されるフィルタ係数を少なくとも1つ含む適応型フィルタによって加重平均角度変化をフィルタリングする。 In step (6A), the weighted average angle change is filtered by an adaptive filter including at least one filter coefficient expressed as a function of the received signal characteristics, eg, the SNR of the received signal.
ステップ(7)で、加重平均角度変化に基づいて残留周波数誤差を推定する。 In step (7), a residual frequency error is estimated based on the weighted average angle change.
図7は、従来技術の解決方法にしたがった、固定ループゲイン1(四角)とチャネル推定値の二乗に基づいた FIG. 7 is based on a fixed loop gain 1 (square) and the square of the channel estimate according to the prior art solution.
の加重関数と、を用いた装置によって得られたパケット誤り率(PER)性能と、固定ループゲイン1(三角)或いは0.5(丸)と実際のチャネル及び推定されたチャネルに基づいた Based on the actual and estimated channels, and the fixed loop gain of 1 (triangle) or 0.5 (circle) obtained by the device using the weight function
の加重関数と、を用いた本発明の第2実施形態による装置120によって得られたPER性能との比較を示す図である。SNRの全範囲についてシステム性能を観測するために、3種類の符号化率R1/2、R3/4、R5/6による3種類の異なる変調方法QPSK、16QAM、及び64QAMを用いた。図7から分かるとおり、SNRが低く、ループゲインが0.5の場合、従来例(四角)のPER=3%に対して、本発明の第2実施形態による装置(丸)は1dBの改善を示す。さらに図7から分かるとおり、SNRが大きい(例えば、SNR>20dB)場合、固定ループゲイン0.5の本発明の第2実施形態による装置(丸)は、従来例より低い性能を示す。しかしながら、本発明の実施形態では適応型ループフィルタを用いることから、CHAR(Rx)で示す受信信号特性であるSNRが例えば20dBより大きい場合、ループゲインを1まで増加させることができる。
FIG. 6 shows a comparison of the weighting function and the PER performance obtained by the
さらに、上述の本発明の実施形態による残留周波数誤差推定では、閾値に基づくサブキャリア情報の廃棄を行わず、すなわち閾値効果が存在せず、代わりに実際のチャネル及び推定したチャネルに比例した値HH^*でサブキャリアを重みづけする。加えて、本発明は、ノンフラットフェージングチャネル及びフラットフェージングチャネル双方におけるサンプリング周波数不整合を考慮に入れる。本発明のさらに別の利点として、小さな位相或いは角度に限られない。すなわち、従来技術の解決方法のように小さな角度のみならず、0度から360度までのどんな角度も取りうる角度位相推定精度が得られるので、精度を改善することができる。 Furthermore, the residual frequency error estimation according to the above-described embodiment of the present invention does not discard the threshold-based subcarrier information, that is, there is no threshold effect, and instead a value HH proportional to the actual channel and the estimated channel. ^ * Weight subcarriers. In addition, the present invention takes into account sampling frequency mismatch in both non-flat fading channels and flat fading channels. Yet another advantage of the present invention is not limited to small phases or angles. That is, since the angle phase estimation accuracy that can take any angle from 0 degree to 360 degrees as well as a small angle as in the conventional solution, the accuracy can be improved.
当業者に理解されるとおり、本発明の異なる実施形態は多くの方法によって実現されうる。装置120は、例えばデジタル回路を用いたハードウェアにおいて、或いは信号処理回路におけるソフトウェアとして実現できる。また、装置120は図3A及び3Bに示す位相角度/周波数変換器を含んでもよい。さらに、装置120は、任意の数の送受信アンテナを有することが可能な図1に示す受信機等のMIMO OFDM受信機において実現できる。また、SISO OFDM受信機またはWLAN(無線ローカルエリアネットワーク)システム、IEEE802.11(アメリカ電気電子通信学会)システム、WiFi(Wireless Fidelity)システム、WiMAX(Worldwide Interoperability For Microwave Access)システム、有線ADSL、DVB、HDTV、デジタル音声放送(DAB)、統合デジタル放送サービス、ATM LAN用のマジックWAND、無線PAN(MB−OFDM)、3GPP&3GPP2、ロングタームエボリューション、ターボ3G、光OFDM,その他いかなるシステムでもOFDMに基づくものであれば装置120を実現できる。
As will be appreciated by those skilled in the art, different embodiments of the present invention may be implemented in many ways. The
以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, referring drawings, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, In the range which does not deviate from the technical scope of this invention, it changes variously. It is possible to implement.
1A、1B 第1の周波数ミクサ
2A、2B アナログ/デジタル変換器(ADC)
3A、3B サンプルセレクタ(SEL.S)
4A、4B 第2の周波数ミクサ
5A、5B FFTブロック
6 アナログ周波数合成器(A.F.S)
7 デジタルクロック(D.CL)
8 水晶発振器(C.O.)
9 デジタル周波数合成器(D.F.S)
10 チャネル推定器(CH.EST)
11 水晶発振器制御部(C.O.C)
12 時間周波数同期装置(T&F SYNCH)
13 アドバンス/リタードブロック(ADV./RET.)
14 マルチプレクサ
15 再生サブキャリア(REG.SUBC.)
16 送信サブキャリア(TX.SUBC.)
20 復号化手段
100 ブロック
110 サブキャリアデマルチプレクサ
120 残留周波数誤差を推定する装置
130 位相角度/周波数変換器
1A, 1B
3A, 3B Sample selector (SEL.S)
4A, 4B
7 Digital clock (D.CL)
8 Crystal oscillator (C.O.)
9 Digital frequency synthesizer (DFS)
10 channel estimator (CH.EST)
11 Crystal Oscillator Control Unit (C.O.C.)
12 Time Frequency Synchronizer (T & F SYNCH)
13 Advance / retard block (ADV./RET.)
14
16 Transmission subcarrier (TX.SUBC.)
DESCRIPTION OF
Claims (22)
(1)受信信号のシンボルの各サブキャリアについて、サブキャリアの送受信間のチャネル推定により判定されたチャネル推定値及び予め設定された基準サブキャリアに基づいて予測サブキャリアを推定するステップと、
(2)各サブキャリアについて、複素平面上で推定された前記予測サブキャリアに受信サブキャリアを乗算するステップと、
(3)各サブキャリアについて、前のステップで行われた乗算の角度と大きさを推定するステップと、
(4)各サブキャリアについて、前記推定された角度からサンプリング周波数不整合によって生じた位相オフセットを除去するステップと、
(5)前記位相オフセットが除去された角度の加重平均値を計算するステップと、
(6)前回のシンボルからの加重平均角度の変化を計算するステップと、
(6A)フィルタを用いて前記加重平均角度の変化をフィルタリングするステップと、
(7)前回のシンボルとの間の前記フィルタリングされた加重平均角度の変化を用いて、残留周波数誤差を推定するステップと、を有し、
前記受信サブキャリアは、前記OFDM通信システムにおいて実際に受信された受信信号に対するサブキャリアであることを特徴とする方法。 A method for estimating a residual frequency error between a signal transmitted over a communication channel in an OFDM communication system and a received signal, comprising:
(1) For each subcarrier of the symbol of the received signal, estimating a predicted subcarrier based on a channel estimation value determined by channel estimation between transmission and reception of subcarriers and a preset reference subcarrier;
(2) For each subcarrier, multiplying the predicted subcarrier estimated on the complex plane by a received subcarrier;
(3) For each subcarrier, estimating the angle and magnitude of the multiplication performed in the previous step;
(4) For each subcarrier, removing a phase offset caused by sampling frequency mismatch from the estimated angle ;
(5) calculating a weighted average value of the angles from which the phase offset has been removed ;
(6) calculating a change in weighted average angle from the previous symbol;
(6A) filtering the change in the weighted average angle using a filter;
(7) using the change in the filtered weighted mean angle between the last symbol has the steps of estimating the residual frequency error, a,
The method according to claim 1, wherein the received subcarrier is a subcarrier for a received signal actually received in the OFDM communication system.
各サブキャリアについて、累積されたフィルタリング済み平均角度を前記サンプリング周波数不整合の存在によって生じた位相に加算するステップと、
全てのデータサブキャリアに適用される位相補正値を計算するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。 Accumulating the filtered weighted average angle;
For each subcarrier, adding the accumulated filtered average angle to the phase caused by the presence of the sampling frequency mismatch;
The method of claim 2, further comprising: calculating a phase correction value that is applied to all data subcarriers.
に従って推定され、
式中、H^t,r,i(n)はt番目の∈{1、2、…、Ntx}送信機分枝とr番目の∈{1、2、…、Nrx}受信機分枝との間のサブキャリアのチャネル推定値であり、iはサブキャリアインデックスであり、Ntxは送信機分枝の番号であり、Nrxは受信機分枝の番号であり、Ct,i ref(n)はi番目のサブキャリアインデックスに対するn番目のシンボル時間インデックスにおけるt番目の送信機分枝での基準サブキャリアであることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の方法。 The predicted subcarrier is:
Estimated according to
Where H ^ t, r, i (n) is the t th ∈ {1, 2,..., N tx } transmitter branch and the r th ∈ {1, 2,..., N rx } receiver. Is the subcarrier channel estimate between the branches, i is the subcarrier index, N tx is the number of the transmitter branch, N rx is the number of the receiver branch, and C t, i 12. The ref (n) is a reference subcarrier in a t th transmitter branch in an n th symbol time index relative to an i th subcarrier index. 12. the method of.
により表され、
式中、fresidualはi番目のサブキャリアインデックスに対する残留周波数不整合であり、Ht,r,i(n)はサブキャリアの実際のチャネルであり、Ct,i ref(n)はi番目のサブキャリアインデックスに対するn番目のシンボル時間インデックスにおけるt番目の送信機分枝での基準サブキャリアであり、Wr,i(n)はi番目のサブキャリアに対するn番目のシンボル時間におけるr番目の受信機分枝での加法性白色ガウス雑音AWGNとして定義されることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の方法。 The received subcarrier is:
Represented by
Where fresidual is the residual frequency mismatch for the i th subcarrier index, H t, r, i (n) is the actual channel of the subcarrier, and C t, i ref (n) is the i th W r, i (n) is the r th symbol in the n th symbol time for the i th subcarrier, and the reference subcarrier in the t th transmitter branch at the n th symbol time index for the subcarrier index of 12. A method according to any one of the preceding claims, defined as additive white Gaussian noise AWGN at the receiver branch.
前記乗算及び前記合計は、
に従って行われ、
式中、*は複素共役演算子であり、前記乗算及び合計は受信信号のn番目のシンボルに生じた相回転の量を示すサブキャリア当たりの複素数を規定し、
前記方法は、Ci(n)の角度と大きさを推定するステップを更に含み、
前記Ci(n)の大きさは実際のチャネルの関数であって、前記チャネル推定値に基づき、
により表され、
式中、Ht,r,i(n)はサブキャリアの実際のチャネルであり、H^t,r,i *(n)はサブキャリアのチャネル推定値であり、Ni(n)はWr,i(n)の関数としてのノイズ項であり、
Ci(n)の角度は
により表されることを特徴とする請求項12又は13に記載の方法。 The step of multiplying the predicted subcarrier by the received subcarrier further comprises summing each received signal,
The multiplication and the sum are
Done according to
Where * is a complex conjugate operator, and the multiplication and sum define a complex number per subcarrier indicating the amount of phase rotation occurring in the nth symbol of the received signal;
The method further includes estimating the angle and magnitude of C i (n);
The magnitude of C i (n) is a function of the actual channel and is based on the channel estimate,
Represented by
Where H t, r, i (n) is the actual channel of the subcarrier, H ^ t, r, i * (n) is the channel estimate of the subcarrier, and N i (n) is W a noise term as a function of r, i (n),
The angle of C i (n) is
14. The method according to claim 12 or 13, characterized by:
に従って行われ、
式中、∠はCi(n)の角度を決定するのに用いる角度演算子であることを特徴とする請求項14に記載の方法。 Calculating a weighted average of the estimated angles;
Done according to
15. The method of claim 14, wherein ∠ is an angle operator used to determine the angle of C i (n).
により表される相回転によって行われ、
式中、iはサブキャリアインデックスであり、nは元のチャネル推定値が推定されたときから数えたシンボル数であり、aはfcorr(n)/Fcで与えられ、式中、fcorr(n)は送信信号と受信信号との間における周波数不整合の最新推定値であり、Fcは現在のチャネル中心周波数であり、Tsはシンボル周期であり、Tuは信号窓周期であることを特徴とする請求項1に記載の方法。 Removing the phase offset comprises:
Is performed by the phase rotation represented by
Where i is the subcarrier index, n is the number of symbols counted from when the original channel estimate was estimated, and a is given by f corr (n) / F c , where f corr (N) is the latest estimate of frequency mismatch between the transmitted signal and the received signal, F c is the current channel center frequency, T s is the symbol period, and T u is the signal window period. The method according to claim 1.
The method of claim 17, further comprising removing a phase offset from the reference subcarrier by phase rotation.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014009803A JP5722472B2 (en) | 2014-01-22 | 2014-01-22 | Method for estimating residual frequency error in a communication system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014009803A JP5722472B2 (en) | 2014-01-22 | 2014-01-22 | Method for estimating residual frequency error in a communication system |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011510457A Division JP5536042B2 (en) | 2008-05-19 | 2008-05-19 | Method for estimating residual frequency error in a communication system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014096844A JP2014096844A (en) | 2014-05-22 |
JP5722472B2 true JP5722472B2 (en) | 2015-05-20 |
Family
ID=50939521
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014009803A Active JP5722472B2 (en) | 2014-01-22 | 2014-01-22 | Method for estimating residual frequency error in a communication system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5722472B2 (en) |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000165341A (en) * | 1998-11-20 | 2000-06-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Ofdm demodulation circuit |
JP4488605B2 (en) * | 1999-07-30 | 2010-06-23 | パナソニック株式会社 | OFDM signal transmission method, transmitter, and receiver |
US7039131B2 (en) * | 2002-08-02 | 2006-05-02 | Agere Systems Inc. | Carrier frequency offset estimation in a wireless communication system |
TWI252657B (en) * | 2003-02-19 | 2006-04-01 | Realtek Semiconductor Corp | Carrier frequency offset and phase compensation device of OFDM system and method thereof |
US8144827B2 (en) * | 2004-08-13 | 2012-03-27 | Agency For Science, Technology And Research | Method for determining a residual frequency offset, communication system, method for transmitting a message, transmitter, method for processing a message and receiver |
JP4255916B2 (en) * | 2005-01-04 | 2009-04-22 | 日本電信電話株式会社 | Multi-carrier signal demodulation circuit and multi-carrier signal demodulation method |
-
2014
- 2014-01-22 JP JP2014009803A patent/JP5722472B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014096844A (en) | 2014-05-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5536042B2 (en) | Method for estimating residual frequency error in a communication system | |
JP5599838B2 (en) | Phase correction for OFDM and MIMO transmission | |
US7457366B2 (en) | System and method for adaptive phase compensation of OFDM signals | |
KR100932320B1 (en) | Receiver device and transmission system | |
JP4495159B2 (en) | Frequency domain equalizer for wireless communication system | |
US7894325B2 (en) | Receiver architecture for pilot based OFDM systems | |
US7009932B2 (en) | Frequency tracking device for a receiver of a multi-carrier communication system | |
US8472538B2 (en) | Method and apparatus for delay spread estimation | |
US7526020B2 (en) | Circuit for improving channel impulse response estimation and compensating for remnant frequency offset in the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) baseband receiver for IEEE 802.11a/g wireless LAN standard | |
KR101035218B1 (en) | Method and apparatus for clock correction in mimo ofdm | |
KR101256696B1 (en) | Reduced complexity channel estimation in ofdm systems | |
JP2011507323A (en) | Method and apparatus for positioning FFT window in OFDM receiver | |
JP2006516071A (en) | Estimation of carrier frequency offset in wireless communication systems | |
JP4293798B2 (en) | Method for estimating transfer function of channel carrying multicarrier signal and multicarrier receiver | |
EP2612457B1 (en) | Apparatus and method for I/Q offset cancellation in SC-FDMA systems | |
US10218548B1 (en) | Wireless radio receiver that performs adaptive phase tracking | |
CN114391244A (en) | Method and decoder for suppressing phase noise in orthogonal frequency division multiplexing signals | |
JP5722472B2 (en) | Method for estimating residual frequency error in a communication system | |
WO2002069515A1 (en) | Ofdm pilot tone tracking for wireless lan | |
US10218549B1 (en) | Wireless radio receiver that performs adaptive phase tracking | |
GB2412826A (en) | OFDM system with peak predistortion to reduce peak to average power ratio, wherein phase information is transmitted in pilot subcarriers | |
JP2005229207A (en) | Ofdm receiver and offset correcting method of ofdm reception signal | |
KR20150057835A (en) | Method for estimating frequency offset using guard interval and apparatus thereof | |
JP2004088661A (en) | Frequency offset estimating method and apparatus for orthogonal multi-carrier signal transmission system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140306 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20141104 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150204 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150224 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150325 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5722472 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |