JP2000252948A - マルチキャリア受信装置用同期回路及びマルチキャリア受信装置 - Google Patents

マルチキャリア受信装置用同期回路及びマルチキャリア受信装置

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JP2000252948A
JP2000252948A JP11049930A JP4993099A JP2000252948A JP 2000252948 A JP2000252948 A JP 2000252948A JP 11049930 A JP11049930 A JP 11049930A JP 4993099 A JP4993099 A JP 4993099A JP 2000252948 A JP2000252948 A JP 2000252948A
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signal
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phase component
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JP11049930A
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English (en)
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Tsuguyuki Shibata
伝幸 柴田
Noburo Ito
修朗 伊藤
Hideaki Ito
秀昭 伊藤
Kazuo Otsuka
一雄 大塚
Yoshitoshi Fujimoto
美俊 藤元
Tokusho Suzuki
徳祥 鈴木
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガードインターバル(GI)を挿入するマル
チキャリア受信装置において鮮明且つ確実な同期信号を
得ること。 【解決手段】 直交復調された信号I及び信号Qのそれ
ぞれについて、遅延回路111、112により遅延され
た信号I’及び信号Q’との相関信号RI及びRQを乗
算回路121、122でそれぞれ算出する。相関信号R
I及びRQの絶対値ARI、ARQを絶対値演算回路1
31及び132でそれぞれ算出した後加算回路14で和
ARI+ARQを算出する。和ARI+ARQによる同
期信号は、相関信号RI或いはRQのどちらか一方でピ
ークが弱くともピークの検出が容易である。また、相関
信号RI及びRQのいずれでも同期信号たるべきピーク
以外のピークが多くとも、和ARI+ARQによる同期
信号は、同期信号たるべきピークの検出が容易である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マルチキャリア受
信装置の同期回路に関する。本発明は特にディジタルデ
ータを直交周波数分割多重変調して伝送するディジタル
伝送システムの受信装置における同期回路として特に有
効である。
【0002】
【従来の技術】近年、多数の搬送波(キャリア)を使用
した、多重通信方式が盛んに開発されている。中でも、
直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division
Multiplexing)方式は、高速且つ高密度信号のディジタ
ル伝送方式として注目されている。このOFDM方式
は、高品質且つ干渉に強い点で特に自動車等に於ける移
動受信に適したオーディオ信号、映像信号の伝送手段と
して有望視されている。
【0003】OFDM方式は、互いに直交する数百或い
は数千の搬送波を用いることで、各搬送波のデータレー
トを数百分の1或いは数千分の1に落とすことができ
る。これにより、いわゆるマルチパスによる干渉を軽減
させることができる。更に、実質的な信号(有効シンボ
ル)と、受信サイドで除去される前提で送信される信号
(ガードインターバル、GI)を反復的に送信すること
で、マルチパスによる干渉をより低減することが行われ
ている。
【0004】ガードインターバル(GI)を含んだ信号
を送信する方式では、受信装置において、復調時にこの
ガードインターバル(GI)を判別除去することが必要
である。その同期をとる(ガードインターバルのタイミ
ングを正確に測る)手段として、例えば図7に示す特開
平7−99486号公報記載のOFDM受信同期回路9
00が知られている。受信信号は直交復調されることに
より、位相が互いにπ/2異なる同相成分(Inphase、
I成分)と直交成分(Quadrature、Q成分)の2系列に
それぞれ復調される。OFDM受信同期回路900は、
それら同相成分(I成分)と直交成分(Q成分)のいず
れか一方について、遅延回路91により遅延された遅延
信号と、遅延されていないもとの信号とを乗算回路92
にて相関値をとることで、同期信号を得るものである。
【0005】OFDM受信同期回路900の作用は以下
の通りである。図2に、受信信号を直交復調した信号の
概念図を示す。尚、受信信号を直交復調した信号はアナ
ログ/ディジタル変換(A/D変換)を経てOFDM受
信同期回路900に入力されるものであるが、簡単の
為、図2にはアナログ状態の信号を示す。OFDM受信
同期回路900に入力される信号はあくまでディジタル
信号である。
【0006】図2は1有効シンボルと、それに対応する
ガードインターバル(GI)を示したものである。ガー
ドインターバル(GI)は、対応する(後続の)有効シ
ンボルの末尾の一定期間を複写することで形成されてい
る。図7に示すOFDM受信同期回路900に受信信号
を直交復調した信号Saが入力されると、その信号は遅
延回路91と乗算回路92に入力される。遅延回路91
からは、有効シンボル期間だけ遅延された信号Sbが乗
算回路92に出力される。
【0007】乗算回路92は、遅延回路91からの遅延
信号Sbと、遅延されていない元の信号Saとの相関を
とり、相関値Rを出力する。この際、Saに示す遅延さ
れていない信号の「…、有効シンボルk−1の末尾の一
定期間、有効シンボルkの末尾の一定期間、有効シンボ
ルk+1の末尾の一定期間、…」と、Sbに示す遅延さ
れた信号の「…、GIk-1、GIk、GIk+1、…」とは
同一であるので、相関値RはSaに示す遅延されていな
い信号の各有効シンボルの末尾(Sbに示す遅延された
信号の各GIの末尾)にてピークを示す。このようにし
てガードインターバル(GI)除去のための同期信号、
即ち、高速フーリエ変換(FFT)する期間を決定する
ための同期信号を得るとするものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところがOFDM受信
同期回路900の相関値は、図8のRに示すような、ピ
ークが一定の波形には一般にならない。一般に、遅延さ
れていない信号の有効シンボルkの末尾の一定期間と、
遅延された信号のGIk以外の相関値は、確率的には平
均値として0をとると期待できる。しかし、相関値は、
カードインターバルに於ける波形に依存し、この区間の
波形は有効シンボルに応じて変化する。従って相関値
は、伝送された有効シンボルに応じて変化し、有効シン
ボルは時間によって大きく変化する結果、相関値は時間
の経過に伴って大きく変化することになる。よって、元
の信号の有効シンボルの末尾毎に、所定(しきい値以
上)の大きさのピーク信号が常時得られるとは限らな
い。即ち、シンボル毎に確実に同期信号が得られないと
いう問題があった。
【0009】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、簡易な回路でガードイン
ターバル(GI)除去のための、鮮明且つ確実な同期信
号を得るマルチキャリア受信装置用同期回路を提供する
ことである。また他の目的は、その同期回路を有したマ
ルチキャリア受信装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項1に記載の手段によれば、有効シンボルと、
その一部を複写したガードインターバルとからなる信号
から、有効シンボルを取り出すための同期信号を発生さ
せるマルチキャリア受信装置用同期回路において、受信
信号から直交復調された同相成分及び直交成分につい
て、それら同相成分及び直交成分を有効シンボル期間だ
けそれぞれ遅延させる同相成分遅延手段及び直交成分遅
延手段と、同相成分遅延手段により遅延された同相成分
と、遅延されていない同相成分との同相成分相関値、及
び直交成分遅延手段により遅延された直交成分と、遅延
されていない直交成分との直交成分相関値をそれぞれ求
める同相成分相関値演算手段及び直交成分相関値演算手
段と、それら同相成分相関値及び直交成分相関値の和を
求める加算手段と、から構成されることを特徴とする。
【0011】また、請求項2に記載の手段によれば、請
求項1に記載のマルチキャリア受信装置用同期回路にお
いて、同相成分相関値及び直交成分相関値の、絶対値を
それぞれ求める同相成分相関値絶対値演算手段及び直交
成分相関値絶対値演算手段を、加算手段の前段に設け、
同相成分相関値の絶対値及び直交成分相関値の絶対値を
加算手段に入力する構成としたことを特徴とする。
【0012】また、請求項3に記載の手段によれば、請
求項1又は2に記載のマルチキャリア受信装置用同期回
路を備えたマルチキャリア受信装置とすることを特徴と
する。
【0013】
【作用及び発明の効果】搬送波から復調された同相成分
(I成分)と直交成分(Q成分)は、マルチキャリア送
信方式では全く独立の信号である。よってマルチキャリ
ア受信装置用同期回路において、直交復調された同相成
分(I成分)と直交成分(Q成分)の、それぞれについ
ての有効シンボル期間だけ遅延された信号との相関はや
はり全く独立である。同相成分(I成分)と直交成分
(Q成分)のそれぞれの相関値信号のピークが有効シン
ボルを取り出すための同期信号として使用可能である
上、片方の相関値の本来のピークのいくつかが弱かった
としても、もう一方の相関値のピークに期待することが
できる。例えばOFDM方式ではこれらガードインター
バルのタイミングは同相成分(I成分)と直交成分(Q
成分)で同一であるので、各々の絶対値をとった後加算
することにより、同期信号の信頼性を向上させることが
可能となる。このような同期回路を備えたマルチキャリ
ア受信装置は従来のマルチキャリア受信装置に比し、ガ
ードインターバルを除去し有効シンボルを取り出すタイ
ミングの精度が向上し、復号誤差を減少させることがで
きる。これら同期回路及び受信装置は、OFDM方式に
限定されないが、OFDM方式において特に有効であ
る。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の具体的な実施例につい
て、図を用いて説明する。尚、本発明は以下の実施例に
限定されるものではない。
【0015】〔同期回路の実施例〕図1は、本発明の具
体的な一実施例に係るOFDM受信装置用同期回路10
0の構成を示したブロック図である。OFDM受信装置
用同期回路100は、2組の相関値演算回路と加算回路
14から成る。2組の相関値演算回路は、それぞれ、遅
延回路(111又は112)、乗算回路(121又は1
22)、絶対値演算回路(131又は132)から成
る。
【0016】図示しない回路により、受信信号は直交復
調されて同相成分(以下単に信号I)と直交成分(以下
単に信号Q)の2系列としてOFDM受信装置用同期回
路100に送られる。信号Iは遅延回路111と乗算回
路112に、信号Qは遅延回路112と乗算回路122
に入力される。
【0017】遅延回路111は有効シンボル期間だけ遅
延された信号I’を乗算回路121に出力する。また、
遅延回路112は有効シンボル期間だけ遅延された信号
Q’を乗算回路122に出力する。このように、信号
I’と信号Q’は、信号Iと信号Qから等しい遅延量
(有効シンボル期間)遅延されている。
【0018】乗算回路121は、遅延されていない信号
Iと有効シンボル期間だけ遅延された信号I’との相関
をとる。これは積和演算で、積分時間はガードインター
バルの長さ(Tg)である。これにより相関信号RIが
絶対値演算回路131に出力される。全く同様に乗算回
路122は、遅延されていない信号Qと有効シンボル期
間だけ遅延された信号Q’との相関をとり、相関信号R
Qを絶対値演算回路132に出力する。
【0019】絶対値演算回路131は相関信号RIの絶
対値ARIを、絶対値演算回路132は相関信号RQの
絶対値ARQを、それぞれ加算回路14に出力する。加
算回路14は絶対値ARIと絶対値ARQの和をとり、
出力する。
【0020】このようなOFDM受信装置用同期回路1
00の作用を図3に示す。図中、小文字のi及びqは、
受信信号が直交復調された同相成分と直交成分のそれぞ
れの系列であることを示す。
【0021】図3の(a)は遅延回路111及び乗算回
路121により、相関信号RIが生成される様子を示し
た概念図である。受信信号を直交復調した信号Iは図2
の概念図に示したものと同様である。尚、前述の通り図
2はアナログ信号のように記載しているが、本来は、図
2の波形は、1有効シンボル期間当りで数百乃至数千の
搬送波(キャリア)の数だけサンプリングしたデータか
ら成るディジタル信号である。
【0022】図1に示すOFDM受信装置用同期回路1
00に(a)に示す信号Iが入力されると、その信号は
遅延回路111と乗算回路121に入力される。遅延回
路111からは、有効シンボル期間だけ遅延された信号
I’が乗算回路121に出力される。乗算回路121
は、遅延回路111からの信号I’と、遅延されていな
い元の信号Iとの相関(積分期間Tg)をとり、相関信
号RIを出力する。この際、信号Iの「…、有効シンボ
ルk−1の末尾の一定期間、有効シンボルkの末尾の一
定期間、有効シンボルk+1の末尾の一定期間、…」
と、遅延された信号I’の「…、GIk-1、GIk、GI
k+1、…」とは同一であるので、相関値RIは「…、有
効シンボルk−1の末尾、有効シンボルkの末尾、有効
シンボルk+1の末尾、…」(信号I’の「…、GI
k-1の末尾、GIkの末尾、GIk+1の末尾、…」)にて
ピークを示す。
【0023】全く同様に、図3の(b)に示すように、
相関値RQは信号Qの「…、有効シンボルk−1の末
尾、有効シンボルkの末尾、有効シンボルk+1の末
尾、…」(信号Q’の「…、GIk-1の末尾、GIkの末
尾、GIk+1の末尾、…」)にてピークを示す。図3の
(a)に示すRIのピークと、図3の(b)に示すRQ
のピークは同一時刻である。
【0024】図3の(a)に示すRIと、図3の(b)
に示すRQを各々絶対値をとった後加算した信号は図3
の(c)に示すものとなることが理解できる。図3の
(a)に示すRI、又は図3の(b)に示すRQのピー
クの一部に弱いものがあったとしても、図3の(c)の
ARI+ARQにおいては十分大きなピークが形成され
ることが期待できる。よって、あるしきい値を設定し
て、そのしきい値より相関値が大きくなった時刻を同期
時刻とすることができる。このように、時間的にシンボ
ルが変化しても確実に同期信号を出力できる。
【0025】以上について、シミュレーションにより得
られた結果を図4及び図5に示す。有効シンボル長25
6に対し、図4はガードインターバルを16としたも
の、図5はガードインターバルを32としたものであ
る。また、その他の条件はキャリア数を256、キャリ
アの変調方式を差動4相位相変調(DQPSK)とし、
S/N比は無限大とした。
【0026】図4の(a)は、本発明の具体的な一実施
例に係るOFDM受信装置用同期回路100の、加算回
路14の出力信号ARI+ARQを示したものである。
同期信号がごく一部を除いて鮮明に読み取れることが判
る。一方、図4の(b)及び(c)は、本発明の具体的
な一実施例に係るOFDM受信装置用同期回路100
の、乗算回路121及び122の出力信号RI及びRQ
を示したものである。これらは従来の同期回路(例えば
OFDM受信同期回路900)の出力信号と考えて良
い。図4の(b)の出力信号RI及び(c)の出力信号
RQは、ピークがノイズに埋もれ、判別しにくいことが
判る。即ち、図4のシミュレーションにおいて、本発明
に係るOFDM受信装置用同期回路100は、従来の同
期回路よりもより鮮明な同期信号が得られることが理解
される。
【0027】図5の(a)は、本発明の具体的な一実施
例に係るOFDM受信装置用同期回路100の、加算回
路14の出力信号ARI+ARQを示したものである。
同期信号がすべて鮮明に読み取れることが判る。一方、
図5の(b)及び(c)は、本発明の具体的な一実施例
に係るOFDM受信装置用同期回路100の乗算回路1
21及び122の出力信号RI及びRQを示したもので
ある。これらは従来の同期回路(例えばOFDM受信同
期回路900)の出力信号と考えて良い。図5の(b)
の出力信号RI及び(c)の出力信号RQは、得るべき
ピークの他に、同期タイミング以外のタイミングで同程
度の振幅のピークが現れ、同期が混乱することが予想さ
れる。即ち、図5のシミュレーションにおいて、本発明
に係るOFDM受信装置用同期回路100は、従来の同
期回路よりもより確実な同期信号が得られることが理解
される。
【0028】以上の通り、本発明の具体的な一実施例に
係るOFDM受信装置用同期回路100は、従来の同期
回路の出力においてピークがノイズに埋もれて判別しに
くい場合或いは同期タイミング以外のタイミングで同程
度の振幅のピークが現れて同期が混乱する場合でも、鮮
明且つ確実な同期信号を得ることができる。尚、上述の
遅延回路111及び112、乗算回路121及び12
2、絶対値演算回路131及び132、加算回路14は
すべてディジタル演算回路であり、OFDM受信装置用
同期回路100を単一のDSP(ディジタルシグナルプ
ロセッサ)、又はCPUで構成しても良い。
【0029】〔受信装置の実施例〕図6に、本発明の具
体的な一実施例である、OFDM受信装置200の構成
を示す。OFDM受信装置200は、その内部構造に、
上述のOFDM受信装置用同期回路100を組み込んだ
他は既知の回路構成となっている。
【0030】入力端子201から入力された変調信号は
帯域濾波回路(BPF)202により所定帯域の信号が
抽出される。発振回路203により受信した搬送波と位
相同期した発振信号が生成され、直交検波回路205に
は直接、直交検波回路206にはπ/2移相回路204
を通して移相された後入力され、帯域濾波回路(BP
F)202を通過した受信信号と混合検波される。直交
検波回路205及び206の出力(復調信号)は低域濾
波回路(LPF)207、208にてそれぞれ濾波さ
れ、アナログ/ディジタル変換回路210、211にて
発振回路209によるクロック周波数でディジタル信号
に変換される。アナログ/ディジタル変換回路210及
び211の出力信号をそれぞれ信号Q、信号Iとする。
【0031】信号I及び信号QはOFDM受信装置用同
期回路100に送られる。OFDM受信装置用同期回路
100の作用は上述の通りである。出力信号(同期信
号)はタイミング回路217及びクロック制御回路21
8に出力される。
【0032】タイミング回路217からは、OFDM受
信装置用同期回路100の同期信号と同期した2値信号
がガードインターバル(GI)除去回路212に出力さ
れる。この2値信号は、ガードインターバル(GI)
と、有効シンボルに対応したもので、例えばガードイン
ターバル(GI)の期間は0、有効シンボルの期間は1
を出力するようになっている。ガードインターバル(G
I)除去回路212はこの2値信号に対応して信号I及
び信号Qから各々ガードインターバルを除去し、有効シ
ンボルを取り出す。
【0033】ガードインターバル(GI)除去回路21
2の出力は直並列変換回路(Serial/Parallel変換回
路)213に出力され、高速フーリエ変換回路(Fast F
ourierTransform回路)214に出力される。高速フー
リエ変換回路(FFT)214は発振回路209による
クロック周波数で高速フーリエ変換を行い、その出力を
並直列変換回路(Parallel/Serial変換回路)215に
て周波数軸上のサンプリングデータ列(復調信号列)と
し、シンボル識別回路216で伝送された情報が再生さ
れる。
【0034】尚、タイミング回路217とOFDM受信
装置用同期回路100の出力から、クロック制御回路2
18を通して発振回路209によるクロックを制御す
る。その際、クロック制御回路218の出力は低域濾波
回路(LPF)219、ディジタル/アナログ変換回路
220を通して発振回路209に入力される。
【0035】以上の構成のOFDM受信装置200は、
上述のOFDM受信装置用同期回路100の作用に関す
るシミュレーションから理解される通り、従来のOFD
M受信装置に比し、ガードインターバル除去のための同
期信号がより鮮明且つ確実なものであるので、有効シン
ボルを取り出す精度が向上したOFDM受信装置であ
る。
【0036】尚、相関を取る期間(積和期間)は、ガー
ドインターバルの長さ(Tg)に設定したが、任意で良
い。また、OFDM方式に於ける実施例を挙げたが、符
号を多数の搬送波で変調するマルチキャリア方式に適用
できる。更に、上記実施例では回路構成は全てディジタ
ル回路で構成したが、アナログ回路で構成しても、また
アナログ回路及びディジタル回路の混在する構成として
も良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の具体的な一実施例に係るOFDM受
信装置用同期回路100の構成を示したブロック図。
【図2】 本発明の具体的な一実施例に係るOFDM受
信装置が受信するOFDM信号の、有効シンボルとガー
ドインターバル(GI)を示した概念図。
【図3】 本発明の具体的な一実施例に係るOFDM受
信装置用同期回路100の作用を示す、(a)は同相成
分(I成分)の信号、その遅延信号、及びそれらの相関
値を示した概念図、(b)は直交成分(Q成分)の信
号、その遅延信号、及びそれらの相関値を示した概念
図、(c)は(a)及び(b)の2つの相関値をそれぞ
れ絶対値をとった後加えた信号を示した概念図。
【図4】 本発明の具体的な一実施例に係るOFDM受
信装置用同期回路100の作用をシミュレートした、
(a)は同相成分(I成分)についての相関値の絶対値
と直交成分(Q成分)についての相関値の絶対値の和、
(b)は同相成分(I成分)についての相関値、(c)
は直交成分(Q成分)についての相関値を、それぞれ示
したグラフ図。
【図5】 本発明の具体的な一実施例に係るOFDM受
信装置用同期回路100の作用を、別の条件でシミュレ
ートした、(a)は同相成分(I成分)についての相関
値の絶対値と直交成分(Q成分)についての相関値の絶
対値の和、(b)は同相成分(I成分)についての相関
値、(c)は直交成分(Q成分)についての相関値を、
それぞれ示したグラフ図。
【図6】 本発明の具体的な一実施例に係るOFDM受
信装置200の構成を示したブロック図。
【図7】 従来のOFDM受信同期回路900を示した
ブロック図。
【図8】 従来のOFDM受信同期回路900の作用を
示す、同相成分(I成分)の信号、その遅延信号、及び
それらの相関値を示した概念図。
【符号の説明】
111、112、91…遅延回路 121、122、92…乗算回路 131、132…絶対値演算回路 14…加算回路 201〜220…その他の回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 秀昭 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 大塚 一雄 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 藤元 美俊 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 鈴木 徳祥 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 Fターム(参考) 5K022 DD13 DD17 DD19 DD42 5K047 AA11 BB01 CC01 DD01 HH03 HH15 HH55 MM36

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有効シンボルと、有効シンボルの一部を
    複写したガードインターバルとからなる信号から、有効
    シンボルを取り出すための同期信号を発生させるマルチ
    キャリア受信装置用同期回路において、 受信信号から直交復調された同相成分及び直交成分につ
    いて、 それら同相成分及び直交成分を、有効シンボル期間だけ
    それぞれ遅延させる同相成分遅延手段及び直交成分遅延
    手段と、 前記同相成分遅延手段により遅延された前記同相成分
    と、遅延されていない前記同相成分との同相成分相関
    値、及び前記直交成分遅延手段により遅延された前記直
    交成分と、遅延されていない前記直交成分との直交成分
    相関値をそれぞれ求める同相成分相関値演算手段及び直
    交成分相関値演算手段と、 それら同相成分相関値及び直交成分相関値の和を求める
    加算手段と、から構成されることを特徴とするマルチキ
    ャリア受信装置用同期回路。
  2. 【請求項2】 前記同相成分相関値及び直交成分相関値
    の、絶対値をそれぞれ求める同相成分相関値絶対値演算
    手段及び直交成分相関値絶対値演算手段を、前記加算手
    段の前段に設け、 前記同相成分相関値の絶対値及び直交成分相関値の絶対
    値を前記加算手段に入力する構成としたことを特徴とす
    る請求項1に記載のマルチキャリア受信装置用同期回
    路。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載のマルチキャリア
    受信装置用同期回路を備えたことを特徴とするマルチキ
    ャリア受信装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7711074B2 (en) 2004-09-17 2010-05-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Sync extraction apparatus in communication system and method thereof

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