JP2003008544A - シンボルタイミングオフセットを効率よく推定するofdm受信システム及びその方法 - Google Patents
シンボルタイミングオフセットを効率よく推定するofdm受信システム及びその方法Info
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Abstract
いシンボルタイミングオフセットを推定するOFDM受
信システム及びその方法を提供する。 【解決手段】 本発明は受信されたOFDM信号から1
シンボルの一定サンプルごとに挿入されている分散パイ
ロットを抽出する過程と、前記過程で抽出された分散パ
イロットと約束された分散パイロットパターンとを乗じ
て各分散パイロットの複素数を算出する過程と、前記過
程で算出された分散パイロットの複素数と以前の分散パ
イロットの複素数とを乗じて算出される実数及び虚数を
別々に所定シンボル期間中、累積する過程と、前記過程
で累積された実数及び虚数で位相を推定してFFTの開
始点位置及びサンプリングクロックのタイミングオフセ
ットを推定する過程とを含む。
Description
化(Orthogonal FrequencyDiv
ision Multiplex、以下、OFDMと称
する)受信システムに係り、特に、少ない計算量でチャ
ンネルの影響を受けにくいシンボルタイミングオフセッ
トを推定するOFDM受信システム及びその方法に関す
る。
フーリエ変換(Fast Fourier Transf
orm、以下、FFT)を用いて副搬送波に情報を載せ
て伝送し、多重経路の影響を減らすために有効シンボル
の前方に保護区間を挿入する。そして、OFDM受信シ
ステムは、受信されたOFDM信号で保護区間と有効シ
ンボル区間との境界を探して有効シンボルだけをFFT
するためにFFTウィンドウタイミング同期を行う。こ
のために、OFDM受信システムは、まず、保護区間と
有効シンボルとの類似性を用いて概略的にFFTの区間
を探さなければならない。この時、チャンネルが悪い場
合、概略的なFFT開始点の推定に誤りが生じうるが、
この時に残存するオフセットを微細FFTウィンドウタ
イミングオフセットという。また、OFDM受信システ
ムは、微細FFTウィンドウタイミングオフセットと共
にアナログ−デジタル変換器サンプリングクロックの周
波数及び位相オフセットを推定する。微細FFTウィン
ドウタイミングオフセット及びサンプリングクロックの
オフセットはFFT演算後に受信信号の位相差から推定
できる。
ムは受信された信号から分散パイロットを抽出し、隣り
合う二つの分散パイロット間の位相差を求め、1シンボ
ル期間中に分散パイロットの個数だけ出力される位相差
情報を平均して微細FFTウィンドウ及びサンプリング
クロックのオフセットを測定する。
ネルのレイリーチャンネルにおいて、既存のシンボルタ
イミング同期アルゴリズムは雑音がなく、正確な搬送波
周波数同期を有する信号を受信してもタイミングオフセ
ットに用いられる分散パイロットの歪みにより正確なシ
ンボルタイミングオフセットが推定し難いという問題点
がある。
みてなされたものであり、その目的は、位相回転差情報
の実数及び虚数を各々累積してシンボルタイミングオフ
セットを推定することにより、少ない計算量でもチャン
ネルの影響を受けにくいシンボルタイミングオフセット
を推定するOFDM受信システム及びその方法を提供す
ることである。
に、本発明は、OFDM受信システムのシンボルタイミ
ングオフセット推定方法において、受信されたOFDM
信号から1シンボルの一定サンプルごとに挿入されてい
る分散パイロットを抽出する過程と、前記過程で抽出さ
れた分散パイロットと約束された分散パイロットパター
ンとを乗じて各分散パイロットの複素数を算出する過程
と、前記過程で算出された分散パイロットの複素数と以
前の分散パイロットの複素数とを乗じて算出される実数
及び虚数を別々に所定シンボル期間中、累積する過程
と、前記過程で累積された実数及び虚数で位相を測定し
て高速フーリエ変換(FFT)の開始点位置及びサンプ
リングクロックのタイミングオフセットを推定する過程
とを含むシンボルタイミングオフセット推定方法であ
る。
は、有効データサンプル及び保護区間よりなるシンボル
単位に高速フーリエ変換するOFDM受信システムにお
いて、OFDM信号をデジタル複素サンプルに変換する
アナログ-デジタル変換手段と、前記アナログ-デジタル
変換手段から出力されるデジタル複素サンプルのうち保
護区間のサンプルを除去し、有効データサンプルを出力
するFFTウィンドウ制御手段と、前記FFTウィンド
ウ制御手段から出力される有効データサンプルを高速フ
ーリエ変換するFFT演算手段と、前記FFT演算手段
から出力されるサンプル内に挿入された分散パイロット
を検出する分散パイロット抽出手段と、前記分散パイロ
ット抽出手段で抽出された分散パイロット及び遅延され
た分散パイロットの複素数を複素乗算した後に実数及び
虚数を各々1シンボル期間中、累積し、その累積された
実数及び虚数で各々FFTウィンドウ制御手段の有効デ
ータサンプル開始タイミング及び前記アナログ-デジタ
ル変換手段のサンプリングクロックのタイミングオフセ
ット値を推定するタイミングオフセット推定手段とを含
むOFDM受信システムである。
発明の望ましい実施形態を説明する。
オフセットを効率よく推定するOFDM受信システムの
ブロック図である。
10と、FFTウィンドウ制御部120と、FFT演算
部130と、分散パイロットモード検出部140と、分
散パイロット抽出部150と、タイミングオフセット推
定部160及び位相同期ループ部170を備え、タイミ
ングオフセット推定部160は乗算器161と、遅延器
162と、複素乗算器163と、実数累積器164と、
虚数累積器165及び位相推定器166を備える。
は、OFDM信号をサンプルレートが9.14MHzで
あるデジタル複素サンプルに変換する。
部110から出力されるデジタル複素サンプルを受信し
た後に保護区間を用いて2種類の伝送モード及び4種類
の保護区間モードを判断し、保護区間と有効シンボル区
間との境界を探す。また、FFTウィンドウ制御器12
0は、保護区間の長さ及び有効シンボル区間開始点の情
報を用いて保護区間及び有効シンボル区間よりなる時間
領域の信号から保護区間を除去し、FFT演算器130
に有効シンボル区間だけを入力する。
制御器120から出力される有効シンボル区間に該当す
るサンプルを高速フーリエ変換して周波数領域の信号を
出力する。
にOFDM伝送に必要な情報を含む分散パイロット信号
が含まれている。このうち、1シンボルに12サンプル
ごとに挿入されている分散パイロット信号はシンボルタ
イミング同期のために必要である。
るチャンネルの影響を調べるためにも用いられるが、各
シンボルごとにパイロットを交互に配置し、それらの間
の値を補間する方法を用いて近似的に全ての副搬送波に
対するチャンネルの影響を調べる。ここで、分散パイロ
ットの開始副搬送波の番号はシンボルごとに異なる。分
散パイロットの開始モードは副搬送波の番号により0、
3、6、9の4種類のモードがあり、4シンボルごとに
繰り返される。したがって、まず、現在のシンボルの分
散パイロットの開始モードを判断した後に分散パイロッ
トを抽出しなければならない。分散パイロットモード検
出器140は分散パイロットのモードを判断し、パイロ
ットが通常のデータよりも高電力であるという特性を用
いて各分散パイロットモードに該当する副搬送波の電力
の合計を比較し、4種類のモードのうち最高の電力のモ
ードを検出する。
ロットモード検出器140で検出された分散パイロット
開始モードを用いてシンボル内に挿入された分散パイロ
ットを抽出する。この時、各分散パイロットはシンボル
タイミングオフセットにより元の位相から回転されてい
る。そして、分散パイロットの元の位相は擬似雑音符号
により決定される実数の符号により0゜、180゜の2
種類がある。したがって、受信された分散パイロットの
位相回転を調べるために、まず、送受信器の間に約束さ
れた分散パイロットパターンの符号を知る必要がある。
各副搬送波に乗じられる擬似雑音符号はシンボル番号に
関係なく副搬送波番号が同一の場合、同一である。
トYkと約束された分散パイロットパターンXk *の符号
とを乗じて各分散パイロットの位相回転量を求める。こ
の時、位相が2πの周期で繰り返されるため、シンボル
タイミングオフセットは分散パイロット一つの位相回転
だけでは推定できない。したがって、隣り合う分散パイ
ロットの間の位相回転量の差を求めてシンボルタイミン
グオフセットにより副搬送波の間にどれほど位相回転が
起こっているかを求めなければならない。遅延器162
は、一つの分散パイロットを遅延させる。複素乗算器1
63は、乗算器161から出力される分散パイロットと
遅延器162で1パイロットだけ遅延された分散パイロ
ットとを複素乗算する。したがって、複素乗算器163
はその大きさが二つの分散パイロットの大きさの積と同
一であり、その位相が二つの分散パイロットの位相差の
一つの複素数を出力する。
方法は、1シンボル期間中、複素乗算の結果の位相を平
均した。したがって、雑音だけが存在するAWGN(A
dditive White Gaussian Noi
se)チャンネルや多重経路の影響が小さいライシアン
(Ricean)チャンネルの場合、チャンネルによる
歪みが激しくないため、シンボルタイミングオフセット
の推定に用いられる分散パイロットの歪みも激しくな
く、これにより、シンボルタイミング同期に大した問題
が生じない。
信号だけが存在するレイリーチャンネルは特定の周波数
領域に属する分散パイロットの大きさ及び位相に大きい
影響を及ぼす。この時、タイミングオフセット推定値
は、たとえ全ての分散パイロットのうち一つの分散パイ
ロットのみが歪んでも、0に近い値を有する収斂値近傍
で大きい影響を受けることになる。
響された分散パイロットは全体のタイミングオフセット
の推定に小さい影響を与えるようにする。一般に、チャ
ンネルの影響を受けて歪みが生じた周波数領域の信号の
大きさは伝送された信号に比べて相当減衰され、分散パ
イロット間の位相差を求めるための複素乗算器163の
結果もチャンネル歪みがない時と比べて相当小さい。し
たがって、実数累積器164及び虚数累積器165は複
素乗算器163の出力を直ちに位相に変換せず、実数及
び虚数を別々に1シンボル期間中、累積する。この時、
実数累積器164及び虚数累積器165はチャンネルの
影響がない場合に毎複素乗算ごとにほとんど同一の実数
及び虚数を累積するが、チャンネルの歪みがある場合、
複素数が相当小さくなる。したがって、歪んだ分散パイ
ロットによる複素積の大きさは相当小さいため、累積時
にほとんど影響を及ぼさなくなる。周波数領域の歪みが
激しくなるほど累積される実数及び虚数の値が小さくな
るため、本発明で提案しているシンボルタイミングオフ
セット推定はチャンネル歪みに強い特性を有する。この
時、本発明が計算量よりも性能により重点をおく場合、
複素乗算器163から出力される複素数の大きさを判断
して一定値以下である場合、その値を累積しない方法を
用いることもできる。この場合、複素積の大きさを判断
するための計算がさらに必要であるが、歪みの激しい結
果は累積に用いられないので、性能を向上できる。
実数及び虚数を各々別々に累積した値を用いて位相を推
定する。これは、歪みの激しい分散パイロットがタイミ
ングオフセット推定のための平均値算出の際に除外され
ることと同一の影響を与える。推定された位相から整数
部分及び小数部分に該当するシンボルタイミングオフセ
ットを求めることができる。このうち、整数部分はFF
Tウィンドウタイミングオフセットを示し、FFTウィ
ンドウ制御器120に印加されてFFTの開始点を変更
させ、小数部分はサンプリングクロックのタイミングオ
フセットを示すものであって、位相同期ループ部170
に印加されてアナログ-デジタル変換部110のサンプ
リングクロックの周波数及び位相を変える。
オフセット推定方法を示したフローチャートである。
区間のシンボル単位よりなるOFDM信号を受信する
(210過程)。下記式(1)は位相の回転に対するタ
イミングオフセットを考慮した受信信号を示している。
番目の副搬送波の受信及び伝送された信号を表わす。N
は全体の副搬送波、δFFT、δclockは各々FFTウィン
ドウオフセット及びサンプリングクロックのオフセット
を表わす。δFF T、δclockは1シンボル単位にその補償
値が決定されるので、1シンボル内における受信信号の
位相回転は副搬送波番号であるkによってのみ決定され
る。
信信号を測定して分かり、Xj(k)の位相は0゜または
180゜であって、パイロットの符号だけ知っておけば
容易に求めることができる。NはFFTの大きさで既に
定まっているので、kの情報だけでタイミングオフセッ
トを推定できる。そして、位相回転量は一本の副搬送波
のみを用いて求めるのではなく、2本の副搬送波の間の
位相差を用いて求める。したがって、このような位相回
転量を求めるために受信された信号から一定サンプルご
とに挿入されてXj(k)の位相が分かる複数の分散パイ
ロットを抽出する(220過程)。
れた分散パイロットとを乗じて下記式(2)のように、
1つの分散パイロットの位相回転を推定する(230過
程)。
わし、φj(k')はk'番目の分散パイロットの位相回転情
報を含む複素数を表わす。
積を演算する(240過程)。
に、1シンボル期間中、複素乗算で演算された実数及び
虚数を各々累積する(250過程)。
数及び虚数値で位相を推定してFFT開始点及びサンプ
リングクロックのタイミングを制御するシンボルタイミ
ングオフセットとして用いる(260過程)。
ットの総数を表わす。Δkは分散パイロットのサンプル
間隔であって、12となる。
みがない場合であれば、毎分散パイロットごとに同一の
実数及び虚数が累積されるが、チャンネルの歪みがある
分散パイロットであれば、小さくて位相が歪んだ複素数
が累積されることになる。累積される複素数はチャンネ
ルの歪みが激しくなるほど小さくなるため、多重経路に
対する影響を相当低減できる。
である場合、複素数の実数及び虚数を累積から除外する
方法も用いうるが、毎回複素積の大きさを推定しなけれ
ばならないため、計算量は大いに増える。しかし、歪み
の激しい分散パイロットはタイミングオフセット推定か
ら完全に除外されるため、性能を向上させることができ
る。
フセットのないレイリーチャンネルにおいて、従来の方
法(図3A)及び本発明の方法(図3B)の実際のタイ
ミングオフセットと推定されたオフセットとの関係を示
した特性曲線である。これらの図におけるx軸(横軸)
はシンボルタイミングオフセットであり、y軸(縦軸)
は推定されたタイミングオフセットである。本発明の方
法(図3B)が模擬実験の回数を増やしても毎回ほとん
ど同一の結果を示すのに対し、従来の方法(図3A)は
毎回異なる結果を示した。したがって、従来の方法(図
3A)はレイリーチャンネルで同期できない。
来の方法及び本発明の方法の全体特性を示したグラフで
ある。この図におけるx軸(横軸)はシンボルタイミン
グオフセットであり、y軸(縦軸)は推定されたタイミ
ングオフセットである。本発明の方法は従来の方法に比
べて、線形性及び推定範囲の面から格段に優れている。
法及び本発明の方法のタイミング同期収斂後の等化器か
ら出力された信号のシンボルエラー率を示したグラフで
ある。この図におけるx軸(横軸)はSNR(signal t
o noise ratio)であり、y軸(縦軸)はSER(symbo
l error rate)である。
ルよりなる周波数領域のシンボルではなく、2048個
の周波数領域サンプルのうち保護帯域及びパイロット信
号を除いた純粋なデータを含む周波数領域の1サンプル
を意味する。図5において、多重経路のないAWGNや
多重経路が微弱であるライシアンKr=10dB、5d
Bでは従来の方法及び本発明の方法がほとんど同一の結
果を示すが、多重経路の激しいライシアンKr=0dB
やレイリーチャンネルでは従来のシンボルタイミングオ
フセット推定方法を用いる場合に同期が得られないた
め、本発明の方法のシンボルエラー率だけを示した。
なく、本発明の思想内において当業者による変形が可能
であることは言うまでもない。すなわち、本発明はヨー
ロッパ型デジタルTVやIEEE 802.11aの無
線LANで利用でき、OFDMを用いる他のシステムの
シンボルタイミング同期にも応用可能である。
相回転差情報の実数及び虚数を各々累積してシンボルタ
イミングオフセットを推定することにより、チャンネル
の影響を大いに受けた分散パイロットであるほどシンボ
ルタイミングの推定に与える影響が小さく、従来のオフ
セット推定方法に比べて少ない計算量でも多重経路チャ
ンネルで優れた性能を示すほか、従来の方法では同期が
得られなかったレイリーチャンネルでの同期を得ること
ができる。
できるプログラムにて作成可能である。そして、コンピ
ュータで用いられる媒体から前記プログラムを動作させ
る汎用のディジタルコンピューターにて具現できる。前
記媒体はマグネチック貯蔵媒体(例えば、ROM、フロ
ッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク等)、光学
的な判読媒体(例えば、CD-ROM、DVD等)及び
キャリアウェーブ(例えば、インターネットを通じて伝
送)などの貯蔵媒体を含む。また、コンピュータにて読
取り可能な記録媒体はネットワークにより接続されたコ
ンピュータシステムを通じて他のシステムに分散されて
貯蔵でき、かつ実行できる。
を効率よく推定するOFDM受信システムのブロック図
である。
推定方法を示したフローチャートである。
チャンネルにおいて、従来の方法の実際のタイミングオ
フセットと推定されたオフセットとの関係を示した特性
曲線である。
チャンネルにおいて、本発明の方法の実際のタイミング
オフセットと推定されたオフセットとの関係を示した特
性曲線である。
び本発明の方法の全体特性を示したグラフである。
明の方法のタイミング同期後に等化器から出力される信
号のシンボルエラー率を示したグラフである。
Claims (8)
- 【請求項1】 直交周波数分割多重化(OFDM)受信
システムのシンボルタイミングオフセット推定方法にお
いて、 受信されたOFDM信号から1シンボルの一定サンプル
ごとに挿入されている分散パイロットを抽出する過程
と、 前記過程で抽出された分散パイロットと約束された分散
パイロットパターンとを乗じて各分散パイロットの複素
数を算出する過程と、 前記過程で算出された分散パイロットの複素数と以前の
分散パイロットの複素数とを乗じて算出される実数及び
虚数を別々に所定シンボル期間中、累積する過程と、 前記過程で累積された実数及び虚数で位相を測定して高
速フーリエ変換(FFT)の開始点位置及びサンプリン
グクロックのタイミングオフセットを推定する過程とを
含むシンボルタイミングオフセット推定方法。 - 【請求項2】 前記パイロットの複素信号はYj(k')・
Xj *(k')から計算され、ここで、k'は分散パイロット
位置の副搬送波番号、Yj(k')はj番目のシンボルの
k'番目の副搬送波の受信信号、Xj *(k')はj番目のシ
ンボルのk'番目の副搬送波の伝送信号であることを特
徴とする請求項1に記載のシンボルタイミングオフセッ
ト推定方法。 - 【請求項3】 前記タイミングオフセット推定過程の位
相は 【数1】 から測定され、ここで、φj(k'i)はk'i番目の分散パ
イロットの位相回転情報を含む複素数、iは分散パイロ
ットの番号、Lは分散パイロットの総数、Reは実数、
Imは虚数であることを特徴とする請求項1に記載のシ
ンボルタイミングオフセット推定方法。 - 【請求項4】 分散パイロットの複素数と以前の分散パ
イロットの複素数との乗算値がスレショルド値以下であ
る場合、累積から除外することを特徴とする請求項1に
記載のシンボルタイミングオフセット推定方法。 - 【請求項5】 前記タイミングオフセットは整数部分及
び小数部分よりなり、整数部分でFFTの開始点位置を
制御し、小数部分でサンプリングクロックのタイミング
を制御することを特徴とする請求項1に記載のシンボル
タイミングオフセット推定方法。 - 【請求項6】 有効データサンプル及び保護区間よりな
るシンボル単位に高速フーリエ変換するOFDM受信シ
ステムにおいて、 OFDM信号をデジタル複素サンプルに変換するアナロ
グ-デジタル変換手段と、 前記アナログ-デジタル変換手段から出力されるデジタ
ル複素サンプルのうち保護区間のサンプルを除去し、有
効データサンプルを出力するFFTウィンドウ制御手段
と、 前記FFTウィンドウ制御手段から出力される有効デー
タサンプルを高速フーリエ変換するFFT演算手段と、 前記FFT演算手段から出力されるサンプル内に挿入さ
れた分散パイロットを検出する分散パイロット抽出手段
と、 前記分散パイロット抽出手段で抽出された分散パイロッ
ト及び遅延された分散パイロットの複素数を複素乗算し
た後に実数及び虚数を各々1シンボル期間中、累積し、
その累積された実数及び虚数で各々FFTウィンドウ制
御手段の有効データサンプル開始タイミング及び前記ア
ナログ-デジタル変換手段のサンプリングクロックのタ
イミングオフセット値を推定するタイミングオフセット
推定手段とを含むOFDM受信システム。 - 【請求項7】 前記タイミングオフセット推定手段は、 受信された分散パイロットと約束された分散パイロット
パターンの符号とを乗じて各分散パイロットの複素数を
算出する乗算器と、 前記乗算器で算出された分散パイロットの複素数を所定
時間遅延させる遅延器と、 前記乗算器で算出された分散パイロットの複素数と前記
遅延器で遅延された分散パイロットの複素数とを乗じる
複素乗算器と、 前記複素乗算器で演算された複素数の実数及び虚数を各
々1シンボル期間中、累積する累積器と、 前記累積器で累積された実数及び虚数で位相を推定する
位相推定器とを含むことを特徴とする請求項6に記載の
OFDM受信システム。 - 【請求項8】 前記タイミングオフセット推定手段は、
複素乗算の出力値が一定値以下である場合、実数及び虚
数を累積しない手段であることを特徴とする請求項6に
記載のOFDM受信システム。
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KR2001-032495 | 2001-06-11 | ||
KR10-2001-0032495A KR100425297B1 (ko) | 2001-06-11 | 2001-06-11 | 효율적인 심볼 타이밍 옵셋을 추정하는 ofdm 수신시스템 및 그 방법 |
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