JP2000299673A - 直交周波数分割多重変調方式及び直交周波数分割多重変調装置、並びに直交周波数分割多重復調方式及び直交周波数分割多重復調装置 - Google Patents

直交周波数分割多重変調方式及び直交周波数分割多重変調装置、並びに直交周波数分割多重復調方式及び直交周波数分割多重復調装置

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JP2000299673A
JP2000299673A JP11104949A JP10494999A JP2000299673A JP 2000299673 A JP2000299673 A JP 2000299673A JP 11104949 A JP11104949 A JP 11104949A JP 10494999 A JP10494999 A JP 10494999A JP 2000299673 A JP2000299673 A JP 2000299673A
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Noburo Ito
修朗 伊藤
Tsuguyuki Shibata
伝幸 柴田
Hideaki Ito
秀昭 伊藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】新規なOFDM変調方式及びOFDM復調方式
を提供すること。 【解決手段】N個の複素シンボルにより変調されたN本
のキャリアから成るOFDM信号を得る際、2Nポイン
ト離散フーリエ逆変換器にN個の複素シンボルとN個の
ヌルシンボルとを入力し、2Nポイント離散フーリエ逆
変換器からの実部出力の2N個の時間軸信号を直列に並
べることでN本のキャリアから成る中間周波数信号を得
る。また、N本のキャリアから成るOFDM信号からN
個の複素シンボルを復調する際、2N個のディジタル信
号と、その2N個のディジタル信号をヒルベルト変換し
た2N個の変換ディジタル信号とを2Nポイント離散フ
ーリエ変換器の実部及び虚部にそれぞれ入力し、2Nポ
イント離散フーリエ変換器の出力の2N個の複素シンボ
ルからN個の複素シンボルを選択することでN本のキャ
リアから成るOFDM信号からN個の複素シンボルを復
調する。

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。加えて本発明は、離散
フーリエ変換(Descrete Fourier Transform)を用いる
直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division
Multiplexing)復調方式に関する。
【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。
【0004】OFDM方式におけるキャリアは、送信す
る有効シンボル長(時間)をTとしたとき、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
OFDM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
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器、受信側の離散フー
リエ変換器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方式の変調の概略を図6及び図8
に示す。図6は、アナログ直交変調部を用いたOFDM
変調装置9000のブロック図である。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)903に出力する。離
散フーリエ逆変換器(IDFT)903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)と扱い、離散フーリエ逆変換し、N個の複素数In
+jQnの実部In、虚部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IR及びQRとする。
次に後述する方法によりガードインターバル(GI)が
GI挿入回路910I、910Qにより挿入されたディ
ジタル直列信号列ID及びQDが生成される。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)9
06I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
弦波と乗じ、加算することにより中間周波数信号を得
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
換器により高調波に周波数変換され、帯域濾波器により
帯域濾波されて送信される。
【0008】図6のOFDM変調装置9000の各段の
出力の周波数スペクトルを図7に示す。図7の(a)
は、離散フーリエ逆変換器(IDFT)903の入出力
を示している。即ち、離散フーリエ逆変換器(IDF
T)903の出力並列信号In及びQn(0≦n≦N−
1)を並直列変換器(P/S)904I及び904Qで
それぞれディジタル直列信号列IR及びQRとした時の周
波数スペクトルであり、また、各周波数に対応する離散
フーリエ逆変換器(IDFT)903の入力番号kを合
わせて表示したものである。N本のキャリアはいずれも
ヌルシンボルでなく、パワー(振幅)が均一であるとし
た。ディジタル直列信号列I及びQDの周波数スペクト
ルも図7の(a)と同一である。
【0009】図7の(a)の周波数スペクトルを持つデ
ィジタル直列信号ID及びQDをディジタル/アナログ変
換したアナログ信号IA及びQAの周波数スペクトルは図
7の(b)のようである。これを周波数fsの正弦波で
直交変調した場合、図7の(c)のように周波数fs/2
+1/Tから3fs/2(=3N/2T)までの、幅f
s(=N/T)にN本のキャリアを有するOFDM信号が
得られる。
【0010】上記直交変調をディジタル回路で行うもの
として、例えば図8の様なOFDM変調装置9900が
知られている。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(ID
FT)903に出力する。離散フーリエ逆変換器(ID
FT)903は入力データをN個の複素数Ak+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の実部In、虚
部Qn(0≦n≦N−1、jは虚数単位)として出力す
る。
【0011】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IR及びQRとする。
次に後述する方法によりガードインターバル(GI)が
GI挿入回路910I、910Qにより挿入されたディ
ジタル直列信号列ID及びQDが生成される。
【0012】次にディジタル直列信号列ID及びQDをそ
れぞれ4fsサンプラ920I及び920Qで周波数4
s、即ち時間間隔1/4Tのディジタル直列信号とす
る。ここで生成される信号は、ディジタル直列信号列I
D及びQDの各信号を4分割して4個の同じ振幅の信号と
したものである。一方、数値制御発振器(NCO)93
1により、余弦波発生器(cos)932、正弦波発生
器(sin)933から周波数fsの余弦波及び正弦波
の、時間間隔1/4Tのディジタル信号を発生させ、そ
れぞれ乗算器930I及び930Qに出力する。余弦波
発生器(cos)932及び正弦波発生器(sin)9
33のディジタル信号は例えば{1、0、−1、0}及
び{0、−1、0、1}である。乗算器930I及び9
30Qで、これらの信号と、ディジタル直列信号列ID
及びQDの各信号を4分割した信号との乗算をとること
で、位相のπ/2ずれた周波数fsの2つの正弦波とのデ
ィジタル直交変調がなされる。
【0013】乗算器930I及び930Qの出力はディ
ジタル/アナログ変換器(D/A)940I及び940
Qによりアナログ信号IA及びQAに変換され、低域濾波
器(LPF)950I及び950Qにて低域濾波され
る。このように得られた2つのアナログ信号を加算する
ことにより、中間周波数信号を得る。
【0014】図8のOFDM変調装置9900の各段の
出力の周波数スペクトルは次の通りである。離散フーリ
エ逆変換器(IDFT)903の出力並列信号In及び
n(0≦n≦N−1)を並直列変換器(P/S)90
4I及び904Qでそれぞれディジタル直列信号列IR
及びQRとした時の周波数スペクトルは、図6のOFD
M変調装置9000と同様、図7の(a)である。ま
た、ディジタル直交変調ののち、ディジタル/アナログ
変換したアナログ信号IA及びQAの周波数スペクトルは
図7の(c)のようである。ここにおいてOFDM変調
装置9900における4fsサンプラ920I、920
Qの必要性が理解される。即ち、±3/2fsの帯域幅が
無ければ、上述のアナログ直交変調を用いたOFDM変
調装置と同様の中間周波数信号が得られないということ
である。
【0015】次に、従来のOFDM復調装置について述
べる。ガードインターバル(GI)を有するOFDM信
号の、OFDM方式の復調の概略を図9及び図10に示
す。図9は、アナログ直交復調部を用いたOFDM復調
装置9050のブロック図である。受信したOFDM信
号(受信波)を搬送波から分離するため、搬送波(高調
波)を発振器951により発生させ、乗算器952にて
検波する。これを帯域濾波器(BPF)953にかけて
中間周波数信号とする。帯域濾波器(BPF)953の
出力を直交復調部で復調する。
【0016】直交復調部は中間周波数信号を各々位相の
π/2ずれた正弦波と乗ずる。即ち、発振器954にて
周波数fsの正弦波を発生させる。これを移相器955
で位相のπ/2ずれた正弦波を発生させる。こうして乗
算器956I、956Qにて、中間周波数信号がそれぞ
れ復調される。この2つの復調信号を低域濾波器(LP
F)957I、957Qにて低域濾波し、アナログ/デ
ィジタル変換器(A/D)958I、958Qにてディ
ジタル直列信号ID及びQDとする。
【0017】ディジタル直列信号ID及びQDはガードイ
ンターバル(GI)を含んでいるので、GI除去回路9
60I、960Qにてガードインターバル(GI)を除
いた、有効シンボルを形成するディジタル直列信号IR
及びQRを生成する。ディジタル直列信号IR及びQ
Rは、各々N個のディジタル信号から成る直列信号であ
る。このとき、ガードインターバル(GI)を除くた
め、例えば遅延回路と相関演算回路から形成される同期
回路959が必要となる。同期回路959は、周波数f
sの正弦波を発生させる発振器954の制御のためにも
使用される。
【0018】各々N個のディジタル信号から成るディジ
タル直列信号IR及びQRは、直並列変換器961I、9
61Qにより並列信号{I0、I1、…、IN-1}{Q0
1、…、QN-1}としてNポイント離散フーリエ変換器
(DFT)962に出力される。Nポイント離散フーリ
エ変換器(DFT)962は、N対のデータIn及びQn
をN個の複素数In+jQn(0≦n≦N−1、jは虚数
単位)として扱い、離散フーリエ変換し、N個の複素数
k+jBkを示すものとしてN対のデータAk及びB
k(0≦k≦N−1、jは虚数単位)を出力する。この
N対のデータA k及びBkが、N個のキャリアにより送信
されたN個の複素シンボルである。N対のデータAk
びBkからデマッピング回路963により信号が再生さ
れ、並直列変換器964によりディジタル直列信号とし
て複号される。
【0019】図9のOFDM復調装置9050の各段の
出力の周波数スペクトルは、図6のOFDM変調装置9
000の各段の出力の周波数スペクトルに対応してい
る。これを図7により説明する。図7の(c)は、帯域
濾波器(BPF)953の出力になる。アナログ直交変
調によるOFDM復調装置9050は、図7の(c)の
ような、周波数帯域の中心がfsで、fs/2+1/Tから
3fs/2までの周波数帯域がfsの、中間周波数信号か
ら複素シンボルを復調するものである。
【0020】図7の(c)のような中間周波数信号を直
交復調すると、アナログ領域では図7の(b)のような
周波数スペクトルを持つアナログ信号が得られる。これ
をサンプリング周波数fsでアナログ/ディジタル変換
(A/D)すれば、図7の(a)のような周波数スペク
トルを持つディジタル信号が得られる。これを離散フー
リエ変換(DFT)することにより、複素シンボルが復
調される。
【0021】上記直交復調をディジタル回路で行うもの
として、例えば図10の様なOFDM復調装置9950
が知られている。受信したOFDM信号(受信波)を搬
送波から分離するため、搬送波(高調波)を発振器95
1により発生させ、乗算器952にて検波する。これを
帯域濾波器(BPF)953にかけて中間周波数信号と
する。帯域濾波器(BPF)953の出力を直交復調部
で復調する。
【0022】直交復調部は中間周波数信号をアナログ/
ディジタル変換器(A/D)970で周波数4fsでサ
ンプリングする。この周波数4fsのディジタル信号を
各々位相のπ/2ずれたディジタル正弦波と乗ずる。即
ち、数値制御発振器(NCO)971にて制御された余
弦波発生器(cos)972及び正弦波発生器(si
n)973で周波数fsの位相のπ/2ずれた2つのディ
ジタル正弦波を発生させる。この2つのディジタル正弦
波は、例えば{1、0、−1、0}と{0、−1、0、
1}である。こうして乗算器974I、974Qにて、
ディジタル化された中間周波数信号がそれぞれ復調され
る。この2つの復調信号を低域濾波器(LPF)975
I、975Qにて低域濾波し、fsダウンサンプラ97
6I、976Qにて周波数4fsから周波数fsにダウン
サンプリングする。こうしてディジタル直列信号ID
びQDが得られる。
【0023】ディジタル直列信号ID及びQDはガードイ
ンターバル(GI)を含んでいるので、GI除去回路9
60I、960Qにてガードインターバル(GI)を除
いた、有効シンボルを形成するディジタル直列信号IR
及びQRを生成する。ディジタル直列信号IR及びQ
Rは、各々N個のディジタル信号から成る直列信号であ
る。このとき、ガードインターバル(GI)を除くた
め、例えば遅延回路と相関演算回路から形成される同期
回路959が必要となる。
【0024】以下は上述のアナログ直交復調によるOF
DM復調装置9050と同様である。即ち、各々N個の
ディジタル信号から成るディジタル直列信号IR及びQR
は、直並列変換器961I、961Qにより並列信号
{I0、I1、…、IN-1}{Q0、Q1、…、QN-1}とし
てNポイント離散フーリエ変換器(DFT)962に出
力される。Nポイント離散フーリエ変換器(DFT)9
62は、N対のデータI n及びQnをN個の複素数In
jQn(0≦n≦N−1、jは虚数単位)として扱い、
離散フーリエ変換し、N個の複素数Ak+jBkを示すも
のとしてN対のデータAk及びBk(0≦k≦N−1、j
は虚数単位)を出力する。このN対のデータAk及びBk
が、N個のキャリアにより送信されたN個の複素シンボ
ルである。N対のデータAk及びBkからデマッピング回
路963により信号が再生され、並直列変換器964に
よりディジタル直列信号として複号される。
【0025】図10のOFDM復調装置9950の各段
の出力の周波数スペクトルを図7で説明する。図7の
(c)は、周波数4fsによるアナログ/ディジタル変
換器(A/D)970の出力の、正周波数領域を示すも
のである。ここにおいてサンプリング周波数が4fs
あることが理解される。即ち、中間周波数信号は、上述
のアナログ直交復調によるOFDM復調装置9050の
中間周波数信号をディジタル化した帯域(±3fs/2)
が必要だからである。
【0026】図7の(c)のようなディジタル中間周波
数信号をディジタル直交復調すると、図7の(a)のよ
うな周波数スペクトルを持つディジタル信号が得られ
る。これを離散フーリエ変換(DFT)することによ
り、複素シンボルが復調される。
【0027】理論上はOFDM方式におけるキャリア
は、周波数間隔は1/T、帯域幅はN/T一杯のN本の使
用が可能である。しかし、隣接のチャネルとのガードバ
ンド(ヌルシンボルキャリアの周波数帯)が無い場合、
干渉により帯域両端のキャリアのシンボルが影響されて
しまう。そこで例えば512ポイント離散フーリエ逆変
換器を使用する場合、ヌルシンボルでない「有効キャリ
ア」を例えば448本とし、両側の32キャリアずつを
ガードバンド(ヌルシンボルキャリア)とすることが一
般的である。このガードバンド(ヌルシンボルキャリ
ア)は、図7の(c)において、キャリア番号N/2及
びN/2+1付近におかれる。
【0028】これに対し特開平7−226724号公報
では、次のような構成で、N本以下の「有効キャリア」
と、ガードバンド(ヌルシンボルキャリア)とからなる
合計2N本のキャリアを使用するOFDM変調装置及び
OFDM復調装置が提案されている。
【0029】特開平7−226724号公報記載の第1
のOFDM変調装置は、情報データと、実部及び虚部そ
れぞれN個以上のヌルシンボルとを2Nポイント高速フ
ーリエ逆変換器(IFFT)に入力し、サンプリング周
波数2fsで高速フーリエ逆変換(IFFT)し、2N
個の時間軸上の複素データの実部信号と虚部信号を取り
出す。つづいてさらにその2倍のサンプリング周波数4
sとしたのち低域濾波器(LPF)を通し、周波数fs
で直交変調して中間周波数を得る。これを高調波に変換
し、帯域濾波器を通して伝送するものである。
【0030】同じく特開平7−226724号公報記載
の第2のOFDM変調装置は、情報データと、実部及び
虚部それぞれ3N個以上のヌルシンボルとを4Nポイン
ト高速フーリエ逆変換器(IFFT)に入力し、サンプ
リング周波数4fsで高速フーリエ逆変換(IFFT)
し、4N個の時間軸上の複素データの実部信号と虚部信
号を取り出す。つづいて低域濾波器(LPF)を通し、
周波数fsで直交変調して中間周波数を得る。これを高
調波に変換し、帯域濾波器を通して伝送するものであ
る。
【0031】特開平7−226724号公報記載の第1
のOFDM復調装置は、中間周波数信号をサンプリング
周波数4fsでサンプリングし、直交復調ののち2fs
ウンサンプラでダウンサンプリングして周波数2fs
高速フーリエ変換(FFT)し、2N個の周波数軸上の
複素データからヌルシンボルでないN個の複素シンボル
を取り出すものである。
【0032】同じく特開平7−226724号公報記載
の第2のOFDM復調装置は、中間周波数信号をサンプ
リング周波数4fsでサンプリングし、直交復調ののち
周波数4fsで高速フーリエ変換(FFT)し、4N個
の周波数軸上の複素データからヌルシンボルでないN個
の複素シンボルを取り出すものである。これら第1、第
2のOFDM復調装置は、前記第1、第2のOFDM変
調装置に対応し、丁度逆の過程を順次行うものである。
【0033】
【発明が解決しようとする課題】ところで、サンプリン
グ周波数の変換(アップサンプリング及びダウンサンプ
リング)は必ずしも簡易な回路ではない。また、ヌルシ
ンボルを多数(3N個の複素数の扱い)4Nポイント高
速フーリエ逆変換器(IFFT)に入力すること、或い
は4Nポイント高速フーリエ変換器(FFT)を用いて
ヌルシンボルを多数(3N個の複素数の扱い)出力する
ことも決して効率的な手段ではない。
【0034】そこで本発明者らは、2Nポイント離散フ
ーリエ逆変換(IDFT)を使用し、キャリア番号及び
2Nポイント離散フーリエ逆変換(IDFT)の入出力
番号とそれらの係数を工夫することにより、図7の
(c)に類似した周波数スペクトルを持つ離散信号をい
わゆる直交変調部を使用しないまま容易に得ることに到
達し、キャリア数と離散フーリエ逆変換のポイント数の
一般化を経て、本発明を完成した。
【0035】また、周波数空間での係数設定により、デ
ィジタル/アナログ変換における周波数成分の高域劣化
を予め補償できることから、離散フーリエ逆変換におけ
る一定時間遅延を周波数空間での定数倍とすることとの
結合の着想に至った。
【0036】更に本発明者らは、2Nポイント離散フー
リエ変換(DFT)を使用し、キャリア番号及び2Nポ
イント離散フーリエ変換(DFT)の入出力番号とそれ
らの係数を工夫することにより、図7の(c)に類似し
た周波数スペクトルを持つ離散信号からいわゆる直交復
調部を使用しないまま復調することに到達し、やはりキ
ャリア数と離散フーリエ変換のポイント数の一般化を経
て、本発明を完成した。
【0037】よって本発明は、上記課題に鑑み、新規な
OFDM変調方式及びOFDM変調装置、並びに新規な
OFDM復調方式及びOFDM復調装置を提供すること
を目的とする。更に、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。
【0038】
【課題を解決するための手段】請求項1の手段によれ
ば、離散フーリエ逆変換手段を用い、ヌルシンボルを含
むN個の複素シンボル(ヌルシンボル以外の複素シンボ
ルはN'個、ただしN'≦N)によるガードバンドを含む
N個のキャリア(ガードバンド以外のキャリアはN'
個)からなる中間周波数信号を生成する直交周波数分割
多重変調方式において、前記離散フーリエ逆変換手段が
Mポイント(M≧2N')離散フーリエ逆変換手段であ
り、前記N'個のヌルシンボル以外の複素シンボルを前
記Mポイント離散フーリエ逆変換手段に入力し、該Mポ
イント離散フーリエ逆変換手段の実部出力のM個の時間
軸信号を直列に並べることでN個のキャリア(ガードバ
ンド以外のキャリアはN'個)からなる中間周波数信号
を生成することを特徴とする。なお、Mポイント離散フ
ーリエ逆変換手段には、N'個のヌルシンボル以外の複
素シンボルの他、M−N'個のヌルシンボルを入力す
る。ここでヌルシンボルの入力とは、その位置のキャリ
アが存在しないようにするものであり、実部及び虚部両
方への0の入力を意味する。
【0039】請求項2の手段によれば、請求項1に記載
の直交周波数分割多重変調方式において、Mポイント離
散フーリエ逆変換手段の入力番号hが、直流成分入力を
0として0からM−1であり、前記離散フーリエ逆変換
手段のヌルシンボルでない各入力に対しαhに略等しい
数値(ただしαh=xh/sinxh、xh=πh/M)を乗じ
たのち離散フーリエ逆変換することを特徴とする。ここ
で、離散フーリエ逆変換手段の入力番号の直流成分入力
が0とは、離散フーリエ逆変換の一般式に対応するもの
である。また、N個のキャリア番号kが本来の直流分相
当を0というのも、Nポイント離散フーリエ逆変換によ
る変調の場合の、直流成分入力番号0に当たるキャリア
番号であるという意味である。また、略等しいというの
はディジタルデータの演算において桁落ち(丸め誤差)
を考慮してのことである。
【0040】請求項3の手段によれば、離散フーリエ逆
変換手段を用い、N個の複素シンボルによるN個のキャ
リアからなる中間周波数信号を生成する直交周波数分割
多重変調方式において、離散フーリエ逆変換手段が2N
ポイント離散フーリエ逆変換手段であり、N個の複素シ
ンボルと、N個のヌルシンボルとを2Nポイント離散フ
ーリエ逆変換手段に入力し、2Nポイント離散フーリエ
逆変換手段の実部出力の2N個の時間軸信号を直列に並
べることでN個のキャリアからなる中間周波数信号を生
成することを特徴とする。ここでヌルシンボルの入力と
は、その位置のキャリアが存在しないようにするもので
あり、実部及び虚部両方への0の入力を意味する。
【0041】また、請求項4に記載の手段によれば、請
求項3に記載の直交周波数分割多重変調方式において、
2Nポイント離散フーリエ逆変換手段の入力番号hが、
直流成分入力を0として0から2N−1であり、N個の
キャリア番号kが本来の直流分相当を0として0からN
−1であり、N個のキャリアを変調するための2Nポイ
ント離散フーリエ逆変換手段の入力が、入力番号hに対
し、1≦h≦N/2−1のときk=h+N/2となるキャ
リア番号kの複素シンボル、N/2≦h≦Nのときk=
h−N/2となるキャリア番号kの複素シンボル、hが
それ以外の時ヌルシンボルであることを特徴とする。こ
こで、離散フーリエ逆変換手段の入力番号の直流成分入
力が0とは、離散フーリエ逆変換の一般式に対応するも
のである。また、N個のキャリア番号kが本来の直流分
相当を0というのも、Nポイント離散フーリエ逆変換に
よる変調の場合の、直流成分入力番号0に当たるキャリ
ア番号であるという意味である。
【0042】また、請求項5に記載の手段によれば、請
求項3又は請求項4に記載の直交周波数分割多重変調方
式において、2Nポイント離散フーリエ逆変換手段の入
力番号hが、直流成分入力を0として0から2N−1で
あり、離散フーリエ逆変換手段のヌルシンボルでない各
入力(入力番号をhとして1≦h≦N)に対しαhに略
等しい数値(ただしαh=xh/sinxh、xh=πh/2
N)を乗じたのち離散フーリエ逆変換することを特徴と
する。ここで略等しいとは、ディジタルデータの演算に
おいて桁落ち(丸め誤差)を考慮してのことである。
【0043】請求項6乃至請求項10は、請求項1乃至
請求項5の直交周波数分割多重変調方式を適用して直交
周波数分割多重変調装置としたものである。即ち、請求
項6及び請求項8は、請求項1及び請求項3に記載の直
交周波数分割多重変調方式をそれぞれ適用して直交周波
数分割多重変調装置としたものである。請求項7は、請
求項2の直交周波数分割多重変調方式のMポイント離散
フーリエ逆変換手段の入力番号hとキャリア番号kの関
係を適用した直交周波数分割多重変調装置としたもので
ある。請求項9は、請求項4の直交周波数分割多重変調
方式の2Nポイント離散フーリエ逆変換手段の入力番号
hとキャリア番号kの関係を適用した直交周波数分割多
重変調装置としたものである。請求項10は、請求項5
に記載の直交周波数分割多重変調方式における入力値へ
の係数設定を適用して直交周波数分割多重変調装置とし
たものである。
【0044】次に、請求項11の手段によれば、N個の
複素シンボル(ヌルシンボル以外の複素シンボルはN'
個、ただしN'≦N)によるN個のキャリア(ガードバ
ンド以外のキャリアはN'個)からなる、帯域幅fs(ガ
ードバンドを含む、ガードハンドを含まない部分はN'
s/N)のOFDM信号からN個の複素シンボルを復調
する直交周波数分割多重復調方式において、前記OFD
M信号を最高周波数がN'fs/N以下の中間周波数信号
に周波数変換する検波及び周波数変換手段と、前記中間
周波数信号をサンプリング周波数Mfs/N(M≧2
N')でアナログ/ディジタル変換するアナログ/ディ
ジタル変換手段と、前記アナログ/ディジタル変換手段
によりディジタル変換されたOFDM信号のM個のディ
ジタル信号をヒルベルト変換するヒルベルト変換手段
と、Mポイント離散フーリエ変換手段とを有し、前記M
個のディジタル信号と、前記M個のディジタル信号をヒ
ルベルト変換したM個の変換ディジタル信号とを、前記
Mポイント離散フーリエ変換手段の実部及び虚部にそれ
ぞれ入力し、該Mポイント離散フーリエ変換手段の出力
のM個の複素シンボルからN'個の複素シンボルを選択
することでN個のキャリア(ガードバンド以外のキャリ
アはN'個)からなるOFDM信号からN個の複素シン
ボル(ヌルシンボル以外の複素シンボルはN'個)を復
調することを特徴とする。
【0045】また、請求項12の手段によれば、N個の
複素シンボルによるN個のキャリアからなる、帯域幅f
sのOFDM信号からN個の複素シンボルを復調する直
交周波数分割多重復調方式において、OFDM信号を最
高周波数がfs以下の中間周波数信号に周波数変換する
検波及び周波数変換手段と、中間周波数信号をサンプリ
ング周波数2fsでアナログ/ディジタル変換するアナ
ログ/ディジタル変換手段と、アナログ/ディジタル変
換手段によりディジタル変換されたOFDM信号の2N
個のディジタル信号をヒルベルト変換するヒルベルト変
換手段と、2Nポイント離散フーリエ変換手段とを有
し、2N個のディジタル信号と、2N個のディジタル信
号をヒルベルト変換した2N個の変換ディジタル信号と
を、2Nポイント離散フーリエ変換手段の実部及び虚部
にそれぞれ入力し、該2Nポイント離散フーリエ変換手
段の出力の2N個の複素シンボルからN個の複素シンボ
ルを選択することでN個のキャリアからなるOFDM信
号からN個の複素シンボルを復調することを特徴とす
る。
【0046】また、請求項13に記載の手段によれば、
請求項12に記載の直交周波数分割多重復調方式におい
て、2Nポイント離散フーリエ変換手段の出力番号h
が、直流成分出力を0として0から2N−1であり、N
個のキャリア番号kが本来の直流分相当を0として0か
らN−1であり、N個の複素シンボルが、キャリア番号
kに対し、0≦k≦N/2のときh=k+N/2となる2
Nポイント離散フーリエ変換手段の出力番号hの出力の
複素シンボル、N/2+1≦k≦N−1のときh=k−
N/2となる2Nポイント離散フーリエ変換手段の出力
番号hの出力の複素シンボルであることを特徴とする。
ここで、離散フーリエ変換手段の出力番号の直流成分出
力が0とは、離散フーリエ変換の一般式に対応するもの
である。また、N個のキャリア番号kが本来の直流分相
当を0というのも、Nポイント離散フーリエ変換による
復調の場合の、直流成分出力番号0に当たるキャリア番
号であるという意味である。
【0047】請求項14乃至請求項16は、請求項11
乃至請求項13の直交周波数分割多重復調方式を適用し
て直交周波数分割多重復調装置としたものである。即
ち、請求項14及び請求項15は、請求項11及び請求
項12に記載の直交周波数分割多重復調方式をそれぞれ
適用して直交周波数分割多重復調装置としたものであ
る。請求項16は、請求項13の直交周波数分割多重復
調方式の2Nポイント離散フーリエ変換手段の出力番号
hとキャリア番号kの関係を適用した直交周波数分割多
重復調装置としたものである。
【0048】
【作用及び発明の効果】まず、本発明のOFDM変調の
概念を図2を用いて説明する。簡単のため、ヌルシンボ
ルキャリアを考えず、N個全て有効シンボルによるもの
を説明する。
【0049】Nポイント離散フーリエ逆変換により図2
の(b)のような周波数スペクトルを持つ信号が得られ
たとする。尚、時間軸出力を周波数fs(時間間隔1/
T)で直列に並べたものとする。こののち、周波数fs/
2(=N/2T)で直交変調すれば図2の(a)のよう
な周波数スペクトルとなる。これは帯域として±fs
れば良く、これは周波数2fs(時間間隔1/2T)のデ
ィジタル回路で達成することができる。即ち、2Nポイ
ント離散フーリエ逆変換により、図2の(a)に示す通
り、本来のキャリア番号k(0≦k≦N−1)に対し、
IDFT入力番号h(0≦h≦2N−1)を対応させれ
ば、従来のNポイント離散フーリエ逆変換ののち周波数
s/2で直交変調した信号が直接得られる。(請求項
3、8)
【0050】これを数式を用いて説明する。目標である
アナログ信号FA(t)は、キャリア番号kと、時間tを用
い、jを虚数単位として次のように示される。
【数1】
【0051】尚、Re、Imは複素数の実部、虚部を示し、
fkはキャリア番号kのキャリアの周波数、A(k)は、キャ
リア番号kのキャリアによって送信される複素シンボル
である。また、係数の煩雑さを避けるため、≡を用いて
「定数倍に比例」を表示するものとする。式(1)は、
各キャリアの周波数fkが整数比のとき、OFDM変調波
を示す式となる。
【0052】OFDM変調波においては、キャリア番号
k=0を中心周波数として各キャリアの周波数fkを次の
ように示すことが一般的である。
【数2】
【0053】すると、式(1)は次のように変形でき
る。
【数3】
【0054】このアナログ信号は、ディジタル領域では
次の通り簡略化できる。即ち、キャリア数Nで有効シン
ボル長Tを分割し、周波数fs=N/Tでサンプリングす
れば、t=nT/Nと置き換えて、次の通りである。
【数4】
【0055】式(4)の2箇所のシグマが、次式の通
り、N個の複素シンボルA(k)(0≦k≦N−1)の離散
フーリエ逆変換により得られるN個の複素数a(n)(0≦
n≦N−1)に等しい。
【数5】
【0056】さて、図2の(a)の周波数スペクトルを
実現するため、次の通り2Nポイント離散フーリエ逆変
換することを考える。まず、2Nポイント離散フーリエ
逆変換の入力を、入力番号h(0≦h≦2N−1)に対
してP(h)、出力を出力番号m(0≦m≦2N−1)に対
してp(m)とおく。即ち、次の通りである。
【数6】
【0057】今、請求項4に示す様な、A(k)とP(h)の対
応をとる。即ち、次の通りである。
【数7】
【0058】式(7)を式(6)に代入して変形する。
【数8】
【0059】式(8)の第1項でk=h+N/2、第2
項でk=h−N/2と置き、実部を取れば次の通りとな
る。
【数9】
【0060】一方、式(3)で、t=mT/2Nでサンプ
リングし、fc=fs/2=N/2Tとすれば、得られるデ
ィジタル信号F2D(m)は次の通りである。
【数10】
【0061】式(10)と式(11)は定数倍で一致す
る。即ち、次の通りである。
【数11】
【0062】式(11)より、本発明の実効性が証明さ
れた(請求項4、9)。
【0063】以上の議論を再考すると、離散フーリエ逆
変換のポイント数は、N個の複素シンボルのうちガード
バンドにあたる部分(キャリア番号N/2とそれより小
さなキャリア番号近傍と、キャリア番号N/2+1とそ
れより大きなキャリア番号近傍)を除いて、離散フーリ
エ逆変換のポイント数の半分以下であれば良いことが容
易に理解できる。即ち、キャリア番号N/2とそれより
小さなキャリア番号近傍と、キャリア番号N/2+1と
それより大きなキャリア番号近傍の、ガードバンドを形
成するヌルシンボルキャリアを除いたN'本のキャリア
により、実質N'個の複素シンボルを送信するのであれ
ば、離散フーリエ逆変換のポイント数Mは、M≧2N'
であれば良い。このとき、N'本のキャリアの生成位置
は、離散フーリエ逆変換の出力番号hに対し、h0+1
≦h≦h0+N'位置であれば良い。ただし0≦h0≦M/
2−N'である。即ち、上述までの議論は、M/2=N'
=Nであったため、h0=0と限定していたに過ぎな
い。今述べた一般化においては、h0はキャリアの周波
数シフトに相当し、設計により適切なM、N'と共にh0
を設定することができる。(請求項1、6)
【0064】次に、本発明のOFDM変調における第2
の概念を図4を用いて説明する。良く知られているよう
に、ディジタル/アナログ変換において、周波数fに対
応した劣化が起こる。ディジタル信号の時間間隔をτと
おくと、f=±nτ(nは自然数)で0となる図4のよ
うな関数をとる。よって、離散フーリエ逆変換手段の各
キャリアに対応する入力に適当な数値を乗ずることによ
り、ディジタル/アナログ変換時の高域劣化を予め補償
することができるので、上述のMポイント、或いは2N
ポイント離散フーリエ逆変換と組み合わせることは有用
である。(請求項2、5、7、10)
【0065】次に、本発明のOFDM復調の概念を図2
を用いて説明する。OFDM変調と同様、まず、ヌルシ
ンボルキャリアを考えず、N個全て有効シンボルによる
ものを説明する。
【0066】検波及び周波数変換手段、並びにサンプリ
ング周波数2fsのアナログ/ディジタル変換手段によ
り、N個の複素シンボルによるN個のキャリアからな
る、帯域幅fsのOFDM信号は図2の(a)のような
周波数スペクトルを持つディジタル信号に変換される。
こののち、周波数fs/2(=N/2T)で直交復調すれ
ば図2の(b)のような周波数スペクトルとなる。即
ち、本発明の、OFDM信号を最高周波数がfs以下の
中間周波数信号に周波数変換することは、図2の(b)
のような周波数スペクトルをもつディジタル信号を周波
数fs/2(=N/2T)で直交変調したものと同等であ
ることが判る。よって、図2の(a)のような周波数ス
ペクトルのディジタル信号を2Nポイント離散フーリエ
変換したのち適当な手段を講ずれば、図2の(b)のよ
うな周波数スペクトルのディジタル信号をNポイント離
散フーリエ変換したものと同一の結果が得られるはずで
ある。以下、これを説明する。
【0067】検波及び周波数変換手段により最高周波数
がfs以下となった中間周波数信号(アナログ信号)F
A(t)は、キャリア番号kと、時間tを用い、jを虚数単
位として次のように示される。
【数12】 これは式(1)と全く同様である。よって前述と全く同
様の議論により、中間周波数信号が式(3)でfc=fs
/2=N/2Tとしたアナログ信号であり、t=mT/2N
でサンプリングすることにより、関係式(7)で本来の
N個の複素シンボルA(k)と対応づけられる2N個のP(h)
を離散フーリエ逆変換した2N個のp(m)の実部と等しい
ことが判った。次に2N個のp(m)の虚部を検討する。関
数f(x)のヒルベルト変換g(y)は次式で表される。
【数13】
【0068】良く知られているように、sinax、cosaxの
ヒルベルト変換はcosax、−sinaxである。即ち、次式が
成り立つ。
【数14】
【0069】式(12)においてヒルベルト変換を行う
と次の通りである。
【数15】
【0070】式(12)と式(15)を比較すると、式
(12)がある複素関数の実部を表すのに対し、式(1
5)はその複素関数の虚部の符号を反転させたものを表
すことを意味していることが判る。よって、式(10)
の2N個のディジタル信号についてヒルベルト変換し、
符号を反転させて、元の2N個のディジタル信号を2N
ポイント離散フーリエ変換(DFT)の実部入力、ヒル
ベルト変換し、符号を反転させたディジタル信号を2N
ポイント2離散フーリエ変換(DFT)の虚部入力と
し、離散フーリエ変換ののち式(7)に従って対応をと
れば、求めるN個の複素シンボルが復調できる。これに
より、本発明の実効性が証明された。(請求項12、1
3、15、16)
【0071】ここで上述の変調と同様、キャリア数と離
散フーリエ変換のポイント数の一般化を行う。キャリア
番号N/2とそれより小さなキャリア番号近傍と、キャ
リア番号N/2+1とそれより大きなキャリア番号近傍
の、ガードバンドを形成するヌルシンボルキャリアを除
いたN'本のキャリアにより、実質N'個の複素シンボル
を送信するのであれば、離散フーリエ変換のポイント数
Mは、M≧2N'であれば良いことが容易に理解でき
る。このとき、N'本のキャリアの、検波及び周波数変
換器による中間周波数信号の生成位置は、離散フーリエ
変換の入力番号hに対し、h0+1≦h≦h0+N'位置
であれば良い。ただし0≦h0≦M/2−N'である。即
ち、上述までの議論は、M/2=N'=Nであったため、
0=0と限定していたに過ぎない。今述べた一般化に
おいては、h0はキャリアの周波数シフトに相当し、設
計により適切なM、N'と共にh0を設定することができ
る。(請求項11、14)
【0072】以上の方式は、悉く、キャリア番号で一義
的に定義することができ、且つこのような変調方式又は
復調方式を用いたOFDM変調装置又はOFDM復調装
置は、従来のOFDM変調装置又はOFDM復調装置に
比べ、装置全体としての構成を小さくすることができ
る。尚、上述の係数はディジタルデータであるため、本
来有るべきアナログ数値に略等しいディジタル数値であ
れば十分である。また、本発明の変調方式及び復調方式
は対で用いる必要はなく、適当な周波数条件等の設定さ
え満たせば任意のOFDM復調方式或いはOFDM変調
方式と組み合わせることができる。上述の一般化から当
然であるが、本発明の変調方式及び復調方式を対で用い
る場合でも、適当な周波数条件等の設定さえ満たせば各
々の離散フーリエ逆変換のポイント数と、離散フーリエ
変換のポイント数とを一致させることは、原理的には必
要ではない。
【0073】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施例を
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。
【0074】〔第1実施例〕図1は本発明の具体的な第
1の実施例に係るOFDM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器として高速フーリエ逆変換
(Inverse Fast Fourier Transform,IFFT)装置を
用いることが可能である。
【0075】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のち、N対のデータAk
及びBk(0≦k≦N−1)がIDFT入力/キャリア
対応変換回路103に出力される。IDFT入力/キャ
リア対応変換回路103は、N対のデータAk及びB
k(0≦k≦N−1)から、2N対のデータRh及びSh
(0≦h≦2N−1)を、後述の対応により2Nポイン
ト離散フーリエ逆変換器(IDFT)104に出力す
る。2Nポイント離散フーリエ逆変換器(IDFT)1
04は離散フーリエ逆変換演算を行い、その2N個の実
部出力がディジタル並列信号rm(0≦m≦2N−1)
として並直列変換器(P/S)105に出力される。並
直列変換器(P/S)105は並直列変換を行い、ディ
ジタル直列信号がGI挿入回路106に出力される。G
I挿入回路106でガードインターバル(GI)が挿入
されたのち、ディジタル/アナログ変換器(D/A)1
07でアナログ信号に変換され、低域濾波器(LPF)
108で周波数fs以下の成分のみ濾波され、中間周波
数信号が得られる。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高調波に周波数変換され
て送信される。
【0076】IDFT入力/キャリア対応変換回路10
3における、N対のデータAk及びBk(0≦k≦N−
1)と、2N対のデータRh及びSh(0≦h≦2N−
1)との対応は以下の通りである。 h=0のとき R0=0,S0=0 1≦h≦N/2−1のとき Rh=Ah+N/2,Sh=Bh+N/2 N/2≦h≦Nのとき Rh=Ah-N/2,Sh=Bh-N/2 N−1≦h≦2N−1のとき Rh=0,Sh=0
【0077】このように生成された2N対のデータRh
及びSh(0≦h≦2N−1)を、2Nポイント離散フ
ーリエ逆変換器(IDFT)104は、2N個の複素数
h+jSh(0≦h≦2N−1、jは虚数単位)として
離散フーリエ逆変換する。これは図2の(a)に示すよ
うに、各入力番号hに、本来のキャリア番号をN/2だ
けシフトしたものである。よって上述の議論の通り、2
Nポイント離散フーリエ逆変換器(IDFT)104の
出力である2N個の複素数rh+jsh(0≦h≦2N−
1、jは虚数単位)のうち、実部のみを直列に並べたも
のは、N対のデータAk及びBk(0≦k≦N−1)をN
個の複素数Ak+jBkをNポイント離散フーリエ逆変換
したのち周波数fs/2で直交変調したものと同一であ
る。
【0078】〔第2実施例〕図3は本発明の具体的な第
2の実施例に係るOFDM変調装置200の要部を示す
ブロック図である。本実施例おいてもキャリア数Nを2
の階乗とし、離散フーリエ逆変換器として高速フーリエ
逆変換(Inverse Fast Fourier Transform,IFFT)
装置を用いることが可能である。
【0079】図3のOFDM変調装置200は、図1の
OFDM変調装置100に、2N個の前補償器110−
1、110−2、…、110−N、120−1、120
−2、…、120−Nを加えたほかは、全く同一の構成
である。2N個の前補償器110−1、110−2、
…、110−N、120−1、120−2、…、120
−NはIDFT入力/キャリア対応変換回路103と2
Nポイント離散フーリエ逆変換器(IDFT)104の
間に配置される。
【0080】IDFT入力/キャリア対応変換回路10
3からの出力のうち、Rh、Sh(1≦h≦N)はそれぞ
れ前補償器110−h、120−hに出力される。前補
償器110−h及び120−h(1≦h≦N)におい
て、入力Rh及びShに対して乗ぜられる係数αhは以下
の通りである。 αh=(πh/2N)/sin(πh/2N)
【0081】以下、xh=πh/2Nとすれば、係数αh
は単に次のように表現できる。 αh=xh/sinxh
【0082】よって、前補償器110−hへの入力をR
h、前補償器120−hへの入力をShとすれば、前補償
器110−h及び前補償器120−hの出力R'h及び
S'hはそれぞれ次の通りである。 S'h=αhh=Rhh/sinxh R'h=αhh=Shh/sinxh
【0083】2N個の複素ベクトルRh+jSh=0(h
=0又はN+1≦h≦2N−1)及びR'h+jS'h(1
≦h≦N、jは虚数単位)を離散フーリエ逆変換器(I
DFT)104で2Nポイント離散フーリエ逆変換し、
実部を並直列変換器(P/S)105でP/S変換すれ
ば、2N個のインパルスからなるディジタル信号列{r
m}(0≦m≦2N−1)とできる。この2N個のイン
パルスを、複素データ(虚部が0の実数)としたときに
その2Nポイント離散フーリエ変換は、2N個の複素ベ
クトルRh+jSh=0(h=0又はN+1≦h≦2N−
1)及びR'h+jS'h(1≦h≦N、jは虚数単位)で
ある。
【0084】さて、2N個のインパルスからなるディジ
タル信号列{rm}(0≦m≦2N−1)を、GI挿入
回路106でガードインターバル(GI)を挿入したの
ちディジタル/アナログ変換器(D/A)107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/2Nであるから、D/A
変換における伝達関数は、上記αhを用いて1/αhとな
る。よって、D/A変換後の出力は、2Nポイント離散
フーリエ変換すると2N個の複素ベクトルRh+jS
h(ただしh=0又はN+1≦h≦2N−1においてヌ
ル)となる出力となっていることが理解できる。
【0085】〔第3実施例〕図5は本発明の具体的な第
3の実施例に係るOFDM復調装置300の要部を示す
ブロック図である。ここではガードインターバル(G
I)により同期を取るOFDM送信方式での復調装置を
例に挙げた。本発明ではキャリア数Nを2の階く乗と
し、離散フーリエ変換器として高速フーリエ変換(Fast
Fourier Transform,FFT)装置を用いることが可能
である。
【0086】OFDM復調装置300の構成は次の通り
である。検波及び周波数変換器301により、受信され
たOFDM信号(受信波)が最高周波数がfs以下の中
間周波数信号に周波数変換される。これを低域濾波器
(LPF)302により低域濾波し、アナログ/ディジ
タル変換器(A/D)303にて周波数2fsでサンプ
リングする。このディジタル信号を同期回路304によ
りガードインターバル(GI)除去のタイミングを取
り、GI除去回路306でガードインターバルを(G
I)除去した、有効シンボル長のディジタル直列信号r
mとする。同期回路304により、アナログ/ディジタ
ル変換器(A/D)303を制御する発振器305も制
御される。rmは2N個のディジタル信号から成り
{r0、r1、…、r2 N-1}である。このディジタル直列
信号rmをメモリ307とヒルベルト変換器(HT)3
08に出力する。
【0087】ヒルベルト変換器(HT)308は、2N
個のディジタル信号から成るディジタル直列信号r
m(0≦m≦2N−1)からヒルベルト変換を行い、符
号を反転させて2N個のディジタル信号から成るディジ
タル直列信号sm(0≦m≦2N−1)を算出する。こ
うして、2N個のディジタル信号から成るディジタル直
列信号smが直並列変換器309Sに出力される。これ
と同じタイミングでメモリ307から2N個のディジタ
ル信号から成るディジタル直列信号rmが直並列変換器
309Rに出力される。
【0088】直並列変換器309R及び直並列変換器3
09Sの各々2N個の出力rm及びsm(0≦m≦2N−
1)を、2Nポイント離散フーリエ変換器(DFT)3
10は2N個の複素数rm+jsm(0≦m≦2N−1、
jは虚数単位)として扱い、離散フーリエ変換を行い、
2N個の出力Rh及びSh(0≦h≦2N−1)を出力す
る。2N個の出力Rh及びShは2N個の複素数Rh+j
h(0≦h≦2N−1、jは虚数単位)を示すもので
ある。2Nポイント離散フーリエ変換器(DFT)31
0の出力Rh及びSh(0≦h≦2N−1)は選択回路3
11に入力され、次の対応によりN個の複素シンボルA
k及びBkが出力される。 0≦k≦N/2のとき Ak=Rk+N/2,Bk=Sk+N/2 N/2+1≦k≦N−1のとき Ak=Rk-N/2,Bk=Sk-N/2
【0089】このように本発明によれば、周波数2fs
のディジタル回路において2Nポイント離散フーリエ変
換器とヒルベルト変換器を用いることで、数値制御発振
器(NCO)、4fsからfsへの周波数変換器(ダウン
サンプラ)を用いることなく、即ち、ディジタル直交復
調部を有しないで、OFDM信号を直交復調することが
できる。このOFDM復調装置は、従来のディジタル直
交復調部を有するOFDM復調装置に比べて、全体とし
て小規模な回路構成とすることができる。
【0090】上記実施例では、離散フーリエ逆変換器、
或いは離散フーリエ変換器の入出力は8ビット程度あれ
ば有効に作動する。また、1≦αh≦π/2≦2であるの
で、前補償器110−h及び120−h(1≦h≦N)
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2N即ち離散フーリエ逆変換のポイント数或いは離散
フーリエ変換のポイント数2Nは任意であるが、離散フ
ーリエ逆変換器として高速フーリエ逆変換器(Inverse
Fast Fourier Transform,IFFT)を用いることがで
きる点或いは離散フーリエ変換器として高速フーリエ変
換器(Fast Fourier Transform,FFT)を用いること
ができる点で、2Nは256、512、1024その他
の2の整数乗が望ましい。
【0091】上記実施例ではガードインターバル挿入部
を有するものを示したが、ガードインターバル挿入部を
有しない、復調装置において他の同期方法によるOFD
M変調装置にも全く同様に適用できる。また、本発明に
より得られるOFDM信号の復調は、従来のOFDM信
号と同様に行うことができる。上記実施例ではガードイ
ンターバル挿入部を有するものを示したが、ガードイン
ターバル挿入部を有しない、変調装置において他の同期
方法によるOFDM復調装置にも全く同様に適用でき
る。また、本発明は、検波及び周波数変換器の調整によ
り従来のいかなるOFDM信号の復調にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の具体的な第1の実施例に係るOFD
M変調装置100の要部の構成を示したブロック図。
【図2】 本発明の概念を示したグラフ図。
【図3】 本発明の具体的な第2の実施例に係るOFD
M変調装置200の要部の構成を示したブロック図。
【図4】 時間間隔T/2Nのインパルス列を方形波に
ディジタル/アナログ変換したときの周波数劣化を示す
ためのグラフ図。
【図5】 本発明の具体的な第3の実施例に係るOFD
M復調装置300の要部の構成を示したブロック図。
【図6】 従来のアナログ直交変調によるOFDM変調
装置9000の要部の構成を示したブロック図。
【図7】 従来のOFDM変調装置9000、9900
の作用を示したグラフ図。
【図8】 従来のディジタル直交変調によるOFDM変
調装置9900の要部の構成を示したブロック図。
【図9】 従来のアナログ直交復調によるOFDM復調
装置9050の要部の構成を示したブロック図。
【図10】 従来のディジタル直交復調によるOFDM
復調装置9950の要部の構成を示したブロック図。
【符号の説明】
101、309R及びS、901、961I及びQ 直並列変換器(S/P) 102、902 マッピング回路 103 IDFT入力/キャリア対応変換回路 104、 2Nポイント離散フーリエ逆変換器
(IDFT) 105、313、904I及びQ、964 並直列変換器(P/S) 106、910I及びQ GI挿入回路 107、905I及びQ ディジタル/アナログ変換器
(D/A) 108、302、906I及びQ、957I及びQ 低域濾波器(LPF) 110−h、120−h IDFT入力番号hに対する前補償器(1≦h≦N) 301 検波及び周波数変換回路 303 アナログ/ディジタル変換器(A/
D)2fs 304、959 同期回路 305、907、951、954発振器 306、960I及びQ GI除去回路 307 メモリ 308 ヒルベルト変換器(HT) 310 2Nポイント離散フーリエ変換器(D
FT) 311 選択回路 312、963 デマッピング回路 903 Nポイント離散フーリエ逆変換器(I
DFT) 9071、955移相器 908I及びQ、930I及びQ、952、956I及
びQ、974I及びQ乗算器 909 加算器 958I及びQ アナログ/ディジタル変換器(A/
D)fs 962 Nポイント離散フーリエ変換器(DF
T) 953 帯域濾波器(BPF) 954 アナログ/ディジタル変換器(A/
D)4fs 971 数値制御発振器(NCO) 976I及びQ 4fs→fsダウンサンプラ Ak、Bk 送信シンボルの実部、虚部(0≦k≦
N−1) Rh、Sh IDFT入力又はDFT出力の実部、
虚部(0≦m≦2N-1) rm、sm IDFT出力又はDFT入力の実部、
虚部(0≦m≦2N-1)
───────────────────────────────────────────────────── 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 Fターム(参考) 5K022 DD01 DD13 DD19 DD23 DD33

Claims (16)

    【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、ヌルシ
    ンボルを含むN個の複素シンボル(ヌルシンボル以外の
    複素シンボルはN'個、ただしN'≦N)によるガードバ
    ンドを含むN個のキャリア(ガードバンド以外のキャリ
    アはN'個)からなる中間周波数信号を生成する直交周
    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がMポイント(M≧2
    N')離散フーリエ逆変換手段であり、 前記N'個のヌルシンボル以外の複素シンボルを前記M
    ポイント離散フーリエ逆変換手段に入力し、該Mポイン
    ト離散フーリエ逆変換手段の実部出力のM個の時間軸信
    号を直列に並べることでN個のキャリア(ガードバンド
    以外のキャリアはN'個)からなる中間周波数信号を生
    成することを特徴とする直交周波数分割多重変調方式。
  2. 【請求項2】 前記Mポイント離散フーリエ逆変換手段
    の入力番号hが、直流成分入力を0として0からM−1
    であり、 前記離散フーリエ逆変換手段のヌルシンボルでない各入
    力に対しαhに略等しい数値(ただしαh=xh/sinxh
    h=πh/M)を乗じたのち離散フーリエ逆変換するこ
    とを特徴とする請求項1に記載の直交周波数分割多重変
    調方式。
  3. 【請求項3】 離散フーリエ逆変換手段を用い、N個の
    複素シンボルによるN個のキャリアからなる中間周波数
    信号を生成す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が2Nポイント離散フーリ
    エ逆変換手段であり、 前記N個の複素シンボルと、N個のヌルシンボルとを前
    記2Nポイント離散フーリエ逆変換手段に入力し、該2
    Nポイント離散フーリエ逆変換手段の実部出力の2N個
    の時間軸信号を直列に並べることでN個のキャリアから
    なる中間周波数信号を生成することを特徴とする直交周
    波数分割多重変調方式。
  4. 【請求項4】 前記2Nポイント離散フーリエ逆変換手
    段の入力番号hが、直流成分入力を0として0から2N
    −1であり、 前記N個のキャリア番号kが本来の直流分相当を0とし
    て0からN−1であり、 前記N個のキャリアを変調するための前記2Nポイント
    離散フーリエ逆変換手段の入力が、入力番号hに対し、
    1≦h≦N/2−1のときk=h+N/2となるキャリア
    番号kの複素シンボル、N/2≦h≦Nのときk=h−
    N/2となるキャリア番号kの複素シンボル、hがそれ
    以外の時ヌルシンボルであることを特徴とする請求項3
    に記載の直交周波数分割多重変調方式。
  5. 【請求項5】 前記2Nポイント離散フーリエ逆変換手
    段の入力番号hが、直流成分入力を0として0から2N
    −1であり、 前記離散フーリエ逆変換手段のヌルシンボルでない各入
    力(入力番号をhとして1≦h≦N)に対しαhに略等
    しい数値(ただしαh=xh/sinxh、xh=πh/2N)
    を乗じたのち離散フーリエ逆変換することを特徴とする
    請求項3又は請求項4に記載の直交周波数分割多重変調
    方式。
  6. 【請求項6】 ヌルシンボルを含むN個の複素シンボル
    (ヌルシンボル以外の複素シンボルはN'個、ただしN'
    ≦N)によるガードバンドを含むN個のキャリア(ガー
    ドバンド以外のキャリアはN'個)からなる中間周波数
    信号を生成する直交周波数分割多重変調装置において、 Mポイント離散フーリエ逆変換器(M≧2N')と、 該Mポイント離散フーリエ逆変換器の実部出力のM個の
    時間軸信号を直列に並べる並直列変換器とを有し、 前記N'個の複素シンボルと、M−N'個のヌルシンボル
    とを前記Mポイント離散フーリエ逆変換器に入力し、該
    Mポイント離散フーリエ逆変換器の実部出力のM個の時
    間軸信号を前記並直列変換器により直列に並べることで
    ガードバンド以外のN'個のキャリアからなる中間周波
    数信号を生成することを特徴とする直交周波数分割多重
    変調装置。
  7. 【請求項7】 前記Mポイント離散フーリエ逆変換器の
    入力番号hが、直流成分入力を0として0からM−1で
    あり、 前記離散フーリエ逆変換器のヌルシンボルでない各入力
    に対しαhに略等しい数値(ただしαh=xh/sinxh、x
    h=πh/M)を乗じたのち離散フーリエ逆変換すること
    を特徴とする請求項6に記載の直交周波数分割多重変調
    装置。
  8. 【請求項8】 N個の複素シンボルによるN個のキャリ
    アからなる中間周波数信号を生成する直交周波数分割多
    重変調装置において、 2Nポイント離散フーリエ逆変換器と、 該2Nポイント離散フーリエ逆変換器の実部出力の2N
    個の時間軸信号を直列に並べる並直列変換器とを有し、 前記N個の複素シンボルと、N個のヌルシンボルとを前
    記2Nポイント離散フーリエ逆変換器に入力し、該2N
    ポイント離散フーリエ逆変換器の実部出力の2N個の時
    間軸信号を前記並直列変換器により直列に並べることで
    N個のキャリアからなる中間周波数信号を生成すること
    を特徴とする直交周波数分割多重変調装置。
  9. 【請求項9】 前記2Nポイント離散フーリエ逆変換器
    の入力番号hが、直流成分入力を0として0から2N−
    1であり、 前記N個のキャリア番号kが本来の直流分相当を0とし
    て0からN−1であり、 前記N個のキャリアを変調するための前記2Nポイント
    離散フーリエ逆変換器の入力が、入力番号hに対し、1
    ≦h≦N/2−1のときk=h+N/2となるキャリア番
    号kの複素シンボル、N/2≦h≦Nのときk=h−N/
    2となるキャリア番号kの複素シンボル、hがそれ以外
    の時ヌルシンボルであることを特徴とする請求項8に記
    載の直交周波数分割多重変調装置。
  10. 【請求項10】 前記2Nポイント離散フーリエ逆変換
    器の入力番号hが、直流成分入力を0として0から2N
    −1であり、 前記離散フーリエ逆変換器のヌルシンボルでない各入力
    (入力番号をhとして1≦h≦N)に対しαhに略等し
    い数値(ただしαh=xh/sinxh、xh=πh/2N)を
    乗じたのち離散フーリエ逆変換することを特徴とする請
    求項8又は請求項9に記載の直交周波数分割多重変調装
    置。
  11. 【請求項11】 N個の複素シンボル(ヌルシンボル以
    外の複素シンボルはN'個、ただしN'≦N)によるN個
    のキャリア(ガードバンド以外のキャリアはN'個)か
    らなる、帯域幅fs(ガードバンドを含む、ガードハン
    ドを含まない部分はN'fs/N)のOFDM信号からN
    個の複素シンボルを復調する直交周波数分割多重復調方
    式において、 前記OFDM信号を最高周波数がN'fs/N以下の中間
    周波数信号に周波数変換する検波及び周波数変換手段
    と、 前記中間周波数信号をサンプリング周波数Mfs/N(M
    ≧2N')でアナログ/ディジタル変換するアナログ/
    ディジタル変換手段と、 前記アナログ/ディジタル変換手段によりディジタル変
    換されたOFDM信号のM個のディジタル信号をヒルベ
    ルト変換するヒルベルト変換手段と、 Mポイント離散フーリエ変換手段とを有し、 前記M個のディジタル信号と、前記M個のディジタル信
    号をヒルベルト変換したM個の変換ディジタル信号と
    を、前記Mポイント離散フーリエ変換手段の実部及び虚
    部にそれぞれ入力し、該Mポイント離散フーリエ変換手
    段の出力のM個の複素シンボルからN'個の複素シンボ
    ルを選択することでN個のキャリア(ガードバンド以外
    のキャリアはN'個)からなるOFDM信号からN個の
    複素シンボル(ヌルシンボル以外の複素シンボルはN'
    個)を復調することを特徴とする直交周波数分割多重復
    調方式。
  12. 【請求項12】 N個の複素シンボルによるN個のキャ
    リアからなる、帯域幅fsのOFDM信号からN個の複
    素シンボルを復調する直交周波数分割多重復調方式にお
    いて、 前記OFDM信号を最高周波数がfs以下の中間周波数
    信号に周波数変換する検波及び周波数変換手段と、 前記中間周波数信号をサンプリング周波数2fsでアナ
    ログ/ディジタル変換するアナログ/ディジタル変換手
    段と、 前記アナログ/ディジタル変換手段によりディジタル変
    換されたOFDM信号の2N個のディジタル信号をヒル
    ベルト変換するヒルベルト変換手段と、 2Nポイント離散フーリエ変換手段とを有し、 前記2N個のディジタル信号と、前記2N個のディジタ
    ル信号をヒルベルト変換した2N個の変換ディジタル信
    号とを、前記2Nポイント離散フーリエ変換手段の実部
    及び虚部にそれぞれ入力し、該2Nポイント離散フーリ
    エ変換手段の出力の2N個の複素シンボルからN個の複
    素シンボルを選択することでN個のキャリアからなるO
    FDM信号からN個の複素シンボルを復調することを特
    徴とする直交周波数分割多重復調方式。
  13. 【請求項13】 前記2Nポイント離散フーリエ変換手
    段の出力番号hが、直流成分出力を0として0から2N
    −1であり、 前記N個のキャリア番号kが本来の直流分相当を0とし
    て0からN−1であり、 前記N個の複素シンボルが、キャリア番号kに対し、0
    ≦k≦N/2のときh=k+N/2となる前記2Nポイン
    ト離散フーリエ変換手段の出力番号hの出力の複素シン
    ボル、N/2+1≦k≦N−1のときh=k−N/2とな
    る前記2Nポイント離散フーリエ変換手段の出力番号h
    の出力の複素シンボルであることを特徴とする請求項1
    2に記載の直交周波数分割多重復調方式。
  14. 【請求項14】 N個の複素シンボル(ヌルシンボル以
    外の複素シンボルはN'個、ただしN'≦N)によるN個
    のキャリア(ガードバンド以外のキャリアはN'個)か
    らなる、帯域幅fs(ガードバンドを含む、ガードハン
    ドを含まない部分はN'fs/N)のOFDM信号からN
    個の複素シンボルを復調する直交周波数分割多重復調装
    置において、 前記OFDM信号を最高周波数がN'fs/N以下の中間
    周波数信号に周波数変換する検波及び周波数変換器と、 前記中間周波数信号をサンプリング周波数Mfs/N(M
    ≧2N')でアナログ/ディジタル変換するアナログ/
    ディジタル変換器と、 前記アナログ/ディジタル変換手段によりディジタル変
    換されたOFDM信号のM個のディジタル信号をヒルベ
    ルト変換するヒルベルト変換器と、 Mポイント離散フーリエ変換器とを有し、 前記M個のディジタル信号と、前記M個のディジタル信
    号をヒルベルト変換したM個の変換ディジタル信号と
    を、前記Mポイント離散フーリエ変換器の実部及び虚部
    にそれぞれ入力し、該Mポイント離散フーリエ変換器の
    出力のM個の複素シンボルからN'個の複素シンボルを
    選択することでN個のキャリア(ガードバンド以外のキ
    ャリアはN'個)からなるOFDM信号からN個の複素
    シンボル(ヌルシンボル以外の複素シンボルはN'個)
    を復調することを特徴とする直交周波数分割多重復調装
    置。
  15. 【請求項15】 N個の複素シンボルによるN個のキャ
    リアからなる帯域幅f sのOFDM信号からN個の複素
    シンボルを復調する直交周波数分割多重復調装置におい
    て、 前記OFDM信号を最高周波数がfs以下の中間周波数
    信号に周波数変換する検波及び周波数変換器と、 前記中間周波数信号をサンプリング周波数2fsでアナ
    ログ/ディジタル変換するアナログ/ディジタル変換器
    と、 前記アナログ/ディジタル変換器によりディジタル変換
    されたOFDM信号の2N個のディジタル信号をヒルベ
    ルト変換するヒルベルト変換器と、 2Nポイント離散フーリエ変換器とを有し、 前記2N個のディジタル信号と、前記2N個のディジタ
    ル信号をヒルベルト変換したN個の変換ディジタル信号
    とを、前記2Nポイント離散フーリエ変換器の実部及び
    虚部にそれぞれ入力し、該2Nポイント離散フーリエ変
    換器の出力の2N個の複素シンボルからN個の複素シン
    ボルを選択することでN個のキャリアからなるOFDM
    信号からN個の複素シンボルを復調することを特徴とす
    る直交周波数分割多重復調装置。
  16. 【請求項16】 前記2Nポイント離散フーリエ変換器
    の出力番号hが、直流成分出力を0として0から2N−
    1であり、 前記N個のキャリア番号kが本来の直流分相当を0とし
    て0からN−1であり、 前記N個の複素シンボルが、キャリア番号kに対し、0
    ≦k≦N/2のときh=k+N/2となる前記2Nポイン
    ト離散フーリエ変換器の出力番号hの出力の複素シンボ
    ル、N/2+1≦k≦N−1のときh=k−N/2となる
    前記2Nポイント離散フーリエ変換器の出力番号hの出
    力の複素シンボルであることを特徴とする請求項15に
    記載の直交周波数分割多重復調装置。
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JP2009089135A (ja) * 2007-10-01 2009-04-23 Hitachi Kokusai Electric Inc 受信機

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