JP2000261402A - 高域劣化補償直交周波数分割多重変調方式及び高域劣化補償直交周波数分割多重変調装置 - Google Patents

高域劣化補償直交周波数分割多重変調方式及び高域劣化補償直交周波数分割多重変調装置

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JP2000261402A
JP2000261402A JP11062726A JP6272699A JP2000261402A JP 2000261402 A JP2000261402 A JP 2000261402A JP 11062726 A JP11062726 A JP 11062726A JP 6272699 A JP6272699 A JP 6272699A JP 2000261402 A JP2000261402 A JP 2000261402A
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discrete fourier
inverse
fourier transform
frequency division
transform
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JP11062726A
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Noburo Ito
修朗 伊藤
Tsuguyuki Shibata
伝幸 柴田
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】 高域劣化補償作用を持ち合わせた、新規なO
FDM変調方式及びOFDM変調装置を提供すること。 【解決手段】D/A変換器105I及び105Qでの伝
達関数の逆数をNポイントIDFTの各入力値に乗ずる
ことで、D/A変換器105I及び105Qでの高域劣
化を予め補償することができる。係数αkは、Nポイン
トIDFTの入力の直流分入力のキャリア番号を0とし
て0からN−1とすれば、αk=xK/sinx K(0≦k≦
N/2のときxK=πk/N、N/2+1≦k≦N−1のと
きxK=π(N−k)/N)、xK=0のときαk=1と表現
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、離散フーリエ逆変
換(Inverse Descrete Fourier Transform)を用いる直
交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Mu
ltiplexing)変調方式に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、互いに直交する多数の搬送波(キ
ャリア)を使用した、直交周波数分割多重(OFDM)
方式が盛んに開発されている。OFDM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】OFDM方式におけるキャリアは、送信す
るシンボル長(時間)をTとしたき、隣り合うキャリア
の周波数間隔は1/Tである。キャリアがN本のOFD
M方式は、キャリアの帯域幅はN/Tである。また、受
信側でのディジタルデータのサンプリング周波数f
sは、キャリアの帯域幅N/Tに等しい。送信側で離散フ
ーリエ逆変換、受信側で離散フーリエ変換を行う際は、
送信側の離散フーリエ逆変換装置、受信側の離散フーリ
エ変換装置のポイント数は原則的にどちらもNポイント
である。
【0005】OFDM方式の変調装置の要部を図4に示
す。伝送すべきシリアル信号列を直並列変換器(S/
P)901により並列信号とし、マッピング回路902
によるマッピングの後、N対のデータAk、Bk(0≦k
≦N−1)として離散フーリエ逆変換器(IDFT)9
03に出力する。離散フーリエ逆変換器(IDFT)9
03は入力データをN個の複素数Ak+jBk(0≦k≦
N−1、jは虚数単位)として扱い、離散フーリエ逆変
換し、N個の複素数In+jQnの実数部In、虚数部Qn
(0≦n≦N−1、jは虚数単位)として出力する。
【0006】この2組の並列信号In及びQn(0≦n≦
N−1)を並直列変換器(P/S)904I及び904
Qでそれぞれディジタル直列信号列ID及びQDとする。
次にディジタル直列信号列ID及びQDをそれぞれディジ
タル/アナログ変換器(D/A)905I及び905Q
によりアナログ信号IA及びQAに変換し、低域濾波器
(LPF)906I及び906Qにて低域濾波する。こ
のように得られた2つのアナログ信号を、各々位相のπ
/2ずれた正弦波(周波数はサンプリング周波数fs)と
乗じ、加算することにより中間周波数(IF)信号を得
る。
【0007】即ち発振器907で周波数fsの第1の正
弦波を発生させて乗算器908Iと移相器9071に出
力する。移相器9071では位相のπ/2ずれた周波数
sの第2の正弦波を発生させ、乗算器908Iに出力
する。こうして乗算器908Iでは第1の正弦波をアナ
ログ信号IAで変調し、乗算器908Qでは第2の正弦
波をアナログ信号QAで変調し、どちらも加算器909
に出力する。加算器909はアナログ信号IAで変調さ
れた第1の正弦波とアナログ信号QAで変調された第2
の正弦波とを加算し、OFDM中間周波数信号を得る。
こうして得られた中間周波数信号は図示しない周波数変
換器により送信する搬送波の周波数に周波数変換され、
帯域濾波器により帯域濾波されて送信される。尚、図4
ではガードインターバル挿入部は省略した。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ディジタル
/アナログ変換器(D/A)905I及び905Qは、
出力信号を図2のように高域劣化してしまうことが知ら
れている。これは、インパルスである周波数成分(N個
の複素数Ak+jBk、0≦k≦N−1、離散フーリエ逆
変換IDFTの入力)とインパルスである時間軸成分
(N個の複素数In+jQnの実数部In及び虚数部Qn
0≦n≦N−1、離散フーリエ逆変換IDFTの出力)
とが対応しているにもかかわらず、時間軸成分をインパ
ルスからサンプリング幅τ=T/Nを持った方形波状に
変換(D/A変換)処理したことに起因する。
【0009】上記の高域劣化は、図3のように理解され
ている。即ち、図3の(a)のような、時間軸上のイン
パルスは(b)のように全ての周波数に対し一定の強度
である。ところが図3の(c)のような方形波は、
(d)のように高域周波数(周波数の絶対値の大きい部
分)で劣化が起こる。インパルス(デルタ関数)の均一
な周波数成分に対し、持続時間τの方形波の周波数成分
は、fを周波数、xK=πf/τとしてsinxK/xKとな
る。
【0010】よって、Nポイント離散フーリエ逆変換器
(IDFT)903の入力のキャリア番号kの各キャリ
アに対し、ディジタル/アナログ変換器(D/A)90
5I及び905Qの出力の劣化の様子は図2に示す通り
となる。N本のキャリアはキャリア番号0からN/2ま
で増加するにしたがい2/πまで劣化し、やはりキャリ
ア番号N−1からN/2+1に減少するにしたがい2/π
まで劣化する。即ち、キャリア番号がk又はN−k(1
≦k≦N/2)ならばキャリアはそれぞれxK=πk/N
又はxK=π(N−k)/NとしてsinxK/xKの劣化をうけ
る。
【0011】即ち、高域劣化の大きさはキャリア毎にそ
の周波数に関係するので、離散フーリエ逆変換(IDF
T)の入力(周波数成分)番号、即ち、キャリア番号に
関係する。そこで従来のOFDM変調方式ではディジタ
ル/アナログ変換器(D/A)905I及び905Qの
出力、或いは低域濾波器(LPF)906I及び906
Qの出力を劣化補償器に通し、キャリア毎の高域劣化を
補償することが行われていた。これらは簡易な回路では
なく、装置の大型化を招いていた。
【0012】よって本発明は、上記課題に鑑み、高域劣
化補償作用を持ち合わせた、新規なOFDM変調方式あ
るいはOFDM変調装置を提供することを目的とする。
【0013】
【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、離散フーリエ逆変
換手段を用い、ディジタル/アナログ変換手段にてアナ
ログ変調信号を発生させる直交周波数分割多重変調方式
において、離散フーリエ逆変換手段の出力をディジタル
/アナログ変換手段にて変換する際の伝達関数に対し、
離散フーリエ逆変換手段の入力の周波数軸上の値に、伝
達関数の逆数を乗じたのち離散フーリエ逆変換を行う高
域劣化補償直交周波数分割多重変調方式であることを特
徴とする。
【0014】また、請求項2に記載の手段によれば、離
散フーリエ逆変換手段を用いる直交周波数分割多重変調
方式において、各キャリアに対応する離散フーリエ逆変
換手段の入力の各々の値に、各キャリア番号に関連した
係数を乗じた後、離散フーリエ逆変換することを特徴と
する。
【0015】また、請求項3に記載の手段によれば、請
求項2に記載の高域劣化補償直交周波数分割多重変調方
式において、離散フーリエ逆変換手段がN点離散フーリ
エ逆変換であり、各キャリア番号をN点離散フーリエ逆
変換の直流分入力を0として、0からN−1としたと
き、各キャリア番号kに対し、k≦N/2のときxK=π
k/N、k≧N/2のときxK=π(N−k)/Nとして、各
キャリア番号に関連した係数が、xK=0のとき1、そ
の他のときxK/sinxKに略等しい数値であることを特徴
とする。
【0016】更に請求項4に記載の手段によれば、離散
フーリエ逆変換装置を有した直交周波数分割多重変調装
置において、離散フーリエ逆変換装置がN点離散フーリ
エ逆変換装置であり、各キャリア番号をN点離散フーリ
エ逆変換装置の直流分入力を0として、0からN−1と
したとき、各キャリア番号kに対し、k≦N/2のとき
K=πk/N、k≧N/2のときxK=π(N−k)/Nと
して、xK=0のとき1、その他のときxK/sinxKに略
等しい数値を、各キャリアに対応する各々の値に乗じた
後、N点離散フーリエ逆変換装置にて離散フーリエ逆変
換し、その出力を並直列変換したのちディジタル/アナ
ログ変換する際の周波数軸上の高域劣化を補償すること
を特徴とする。
【0017】
【作用及び発明の効果】直交周波数分割多重変調方式に
おいて、ディジタル/アナログ変換時の高域劣化は、そ
のディジタル/アナログ変換の伝達関数であり、サンプ
リング周波数のみによって決まる。そこで離散フーリエ
逆変換を用いる直交周波数分割多重変調方式において、
周波数成分たる離散フーリエ逆変換入力の各々の値に、
ディジタル/アナログ変換の伝達関数の逆数を乗じたの
ち離散フーリエ逆変換すれば、後のディジタル/アナロ
グ変換における高域劣化を予め補償することが可能とな
る。
【0018】また、その伝達関数は、周波数0(離散フ
ーリエ逆変換の直流入力分)からサンプリング周波数f
sの1/2までであるので、Nポイント離散フーリエ逆変
換の各キャリアに対応する入力について、各キャリア番
号kで表現することが可能である。キャリア番号kが直
流分入力で0として0からN−1であるならば、各キャ
リア番号kに対し、k≦N/2のときxK=πk/N、k
≧N/2のときxK=π(N−k)/Nとして、略xK/sinx
Kを乗ずることで目的は達成される。尚ここで略xK/sin
Kとしたのは、係数xK/sinxK自体がディジタルデー
タとして扱われることによる桁落ちを考慮してのことで
ある。
【0019】このような変調方式を用いた直交周波数分
割多重変調装置は、従来のディジタル/アナログ変換後
に高域劣化補償する装置よりも簡易で小型なものとする
ことができる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な一実施例
を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。
【0021】図1は本発明の具体的な一実施例に係るO
FDM変調装置100の要部を示すブロック図である。
本発明ではキャリア数Nを2の階乗とし、離散フーリエ
逆変換装置として高速フーリエ逆変換(Inverse Fast F
ourier Transform,IFFT)装置を用いることが可能
である。
【0022】OFDM変調装置100の構成は次の通り
である。伝送すべきシリアル信号列を直並列変換器(S
/P)101によりパラレル並列信号とし、マッピング
回路102によるマッピングの後、N対のデータAk
びBk(0≦k≦N−1)が各々N個の前補償器111
−k及び112−k(0≦k≦N−1)に出力される。
【0023】各前補償器111−kは、入力されたAk
に対し、後述するαkを乗じた値A'k=αkkを離散フ
ーリエ逆変換器(IDFT)103に出力する。Nポイ
ント離散フーリエ逆変換器(IDFT)103に入力さ
れるA'kは、キャリア番号kの周波数成分の実数部とし
て扱われるものである。
【0024】同様に、各前補償器112−kは、入力さ
れたBkに対し、後述するαkを乗じた値B'k=αkk
離散フーリエ逆変換器(IDFT)103に出力する。
Nポイント離散フーリエ逆変換器(IDFT)103に
出力されるB'kは、キャリア番号kの周波数成分kの虚
数部として扱われるものである。
【0025】離散フーリエ逆変換器(IDFT)103
は入力された2N個の値A'k及びB'kをN個の複素数
A'k+jB'k(0≦k≦N−1、jは虚数単位)と扱
い、離散フーリエ逆変換し、N個の複素数In+jQn
実数部In、虚数部Qn(0≦n≦N−1、jは虚数単
位)として出力する。A'k+jB'kを単にA(k)、In
+jQnをa(n)とおくと、離散フーリエ逆変換器(I
DFT)103の計算は次の通りである。
【数1】
【0026】離散フーリエ逆変換器(IDFT)103
の出力である2組の並列信号In及びQn(0≦n≦N−
1)を並直列変換器(P/S)104I及び104Qで
それぞれディジタル直列信号列ID及びQDとする。1組
の信号列の長さ(時間)をTとおけばN個のディジタル
信号の間隔τ=T/Nである。
【0027】次にディジタル直列信号ID及びQDをそれ
ぞれディジタル/アナログ変換器(D/A)105I及
び105Qによりアナログ信号IA及びQAに変換し、低
域濾波器(LPF)106I及び106Qにて低域濾波
する。このように得られた2つのアナログ信号を、各々
位相のπ/2ずれた正弦波と乗じ、加算することにより
中間周波数信号を得る。
【0028】即ち、発振器107で周波数fsの第1の
正弦波を発生させて乗算器108Iと移相器1071に
出力する。移相器1071では位相のπ/2ずれた周波
数fsの第2の正弦波を発生させ、乗算器108Iに出
力する。こうして乗算器108Iでは第1の正弦波をア
ナログ信号IAで変調し、乗算器108Qでは第2の正
弦波をアナログ信号QAで変調し、どちらも加算器10
9に出力する。加算器109はアナログ信号IAで変調
された第1の正弦波とアナログ信号QAで変調された第
2の正弦波とを加算し、OFDM中間周波数信号を得
る。こうして得られた中間周波数信号は図示しない周波
数変換器により送信する搬送波の周波数に周波数変換さ
れ、帯域濾波器により帯域濾波されて送信される。
【0029】前補償器111−k及び112−k(0≦
k≦N−1)において、入力Ak及びBkに対して乗ぜら
れる係数αkは以下の通りである。 α0=1 1≦k≦N/2のとき αk=(πk/N)/sin(πk/N) N/2+1≦k≦N−1のとき αk={π(N−k)/N}/sin{π(N−k)/N}
【0030】以下、0≦k≦N/2のときxK=πk/
N、N/2+1≦k≦N−1のときxK=π(N−k)/N
として、xK=0のときxK/sinxKは1を表すとすれ
ば、係数α kは単に次のように表現できる。 αk=xK/sinxK
【0031】よって、前補償器111−kへの入力をA
k、前補償器112−kへの入力をBkとすれば、前補償
器111−k及び前補償器112−kの出力A'k及び
B'kはそれぞれ次の通りである。 A'k=αkk=AkK/sinxK B'k=αkk=BkK/sinxK
【0032】N個の複素ベクトルA'k+jB'k(0≦k
≦N−1、jは虚数単位)を離散フーリエ逆変換器(I
DFT)103でNポイント離散フーリエ逆変換し、並
直列変換器(P/S)104I及び104QでP/S変
換すれば、各々N個のインパルスからなるディジタル信
号列ID及びQDとできる。このID及びQDのN個ずつの
インパルスを、複素データID+jQDとしたときにその
Nポイント離散フーリエ変換は、N個の複素ベクトル
A'k+jB'kである。
【0033】さて、各々N個のインパルスからなるディ
ジタル信号列ID及びQDを、ディジタル/アナログ変換
器(D/A)105I及び105QでD/A変換する
と、その出力の周波数成分は高域劣化を受ける。インパ
ルスの間隔τ=T/Nであるから、D/A変換における
伝達関数は、上記αkを用いて1/αkとなる。よって、
D/A変換の出力IA及びQAは、IA+jQA(jは虚数
単位)としてNポイント離散フーリエ変換するとN個の
複素ベクトルAk+jBkとなる出力となっていることが
理解できる。
【0034】上記実施例では、離散フーリエ逆変換器の
入力は8ビット程度あれば有効に作動する。また、1≦
αk≦π/2≦2であるので、前補償器111−k及び1
12−k(0≦k≦N−1)によるビット数の増加も1
ビットのみである。キャリア数N即ち離散フーリエ逆変
換のポイント数Nは任意であるが、離散フーリエ逆変換
装置として高速フーリエ逆変換器(Inverse Fast Fouri
er Transform,IFFT)を用いることができる点で、
Nは256、512、1024その他の2の整数乗が望
ましい。
【0035】上記実施例では直交変調部(105I、1
05Q以降)としてアナログ直交変調の例を示したが、
本発明は数値制御発振器(Numerically Controlled Osc
illator)を用いたディジタル直交変調でも同様に適用
できる。また、上記実施例ではガードインターバル挿入
部を有しないものを示したが、ガードインターバル挿入
部を有するOFDM変調装置にも全く同様に適用でき
る。
【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装
置100の要部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装
置100の作用を示すためのグラフ。
【図3】 時間間隔τのインパルス列を時間間隔τの方
形波にディジタル/アナログ変換したときの周波数劣化
を示すためのグラフであって、インパルスとしてのデル
タ関数(a)及びその周波数成分(b)、方形波(c)
及びその周波数成分(d)。
【図4】 従来のOFDM装置100の要部の構成を示
したブロック図。
【符号の説明】
101、901 並直列変換器(S/P) 102、902 マッピング回路 103、903 Nポイント離散逆フーリエ変換装置
(IDFT) 104I、104Q、904I、904Q 直並列変換
器(P/S) 105I、105Q、905I、905Q ディジタル
/アナログ変換器(D/A) 106I、106Q、906I、906Q 低域濾波器
(LPF) 107、907 発振器 1071、9071 移相器 108I、108Q、908I、908Q 乗算器 109、909 加算器 111−k、112−k キャリア番号kに対する実数
部及び虚数部前補償器(0≦k≦N−1) Ak、Bk 送信シンボルの実数部、虚数部 A'k、B'k 前補償された送信シンボルの実数部、虚数
部 In、Qn Nポイント離散逆フーリエ変換装置(IDF
T)の出力の実数部、虚数部(0≦n≦N−1) ID、QD N個のインパルスIn、Qnをつないだディジ
タルデータ IA、QAD、QDをD/A変換したアナログデータ
───────────────────────────────────────────────────── 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 DD01 DD13 DD19 DD23 DD24

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 離散フーリエ逆変換手段を用い、ディジ
    タル/アナログ変換手段にてアナログ変調信号を発生さ
    せる直交周波数分割多重変調方式において、 前記離散フーリエ逆変換手段の出力をディジタル/アナ
    ログ変換手段にて変換する際の伝達関数に対し、 前記離散フーリエ逆変換手段の入力の周波数軸上の値
    に、前記伝達関数の逆数を乗じたのち離散フーリエ逆変
    換を行うことを特徴とする高域劣化補償直交周波数分割
    多重変調方式。
  2. 【請求項2】 離散フーリエ逆変換手段を用いる直交周
    波数分割多重変調方式において、 各キャリアに対応する離散フーリエ逆変換手段の入力の
    各々の値に、各キャリア番号に関連した係数を乗じた
    後、離散フーリエ逆変換することを特徴とする、高域劣
    化補償直交周波数分割多重変調方式。
  3. 【請求項3】 前記離散フーリエ逆変換手段がN点離散
    フーリエ逆変換であり、 前記各キャリア番号を前記N点離散フーリエ逆変換の直
    流分入力を0として、0からN−1としたとき、各キャ
    リア番号kに対し、k≦N/2のときxK=πk/N、k
    ≧N/2のときxK=π(N−k)/Nとして、 前記各キャリア番号に関連した係数が、xK=0のとき
    1、その他のときxK/sinxKに略等しい数値であること
    を特徴とする請求項2に記載の高域劣化補償直交周波数
    分割多重変調方式。
  4. 【請求項4】 離散フーリエ逆変換装置を有した直交周
    波数分割多重変調装置において、 前記離散フーリエ逆変換装置がN点離散フーリエ逆変換
    装置であり、 各キャリア番号を前記N点離散フーリエ逆変換装置の直
    流分入力を0として、0からN−1としたとき、各キャ
    リア番号kに対し、k≦N/2のときxK=πk/N、k
    ≧N/2のときxK=π(N−k)/Nとして、 xK=0のとき1、その他のときxK/sinxKに略等しい
    数値を、各キャリアに対応する各々の値に乗じた後、前
    記N点離散フーリエ逆変換装置にて離散フーリエ逆変換
    し、その出力を並直列変換したのちディジタル/アナロ
    グ変換する際の周波数軸上の高域劣化を補償することを
    特徴とする直交周波数分割多重変調装置。
JP11062726A 1999-03-10 1999-03-10 高域劣化補償直交周波数分割多重変調方式及び高域劣化補償直交周波数分割多重変調装置 Pending JP2000261402A (ja)

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