JP2004228683A

JP2004228683A - Ofdm receiver

Info

Publication number: JP2004228683A
Application number: JP2003011236A
Authority: JP
Inventors: Osamu Honda; 修本田; Isuke Karaki; 伊助唐木; Masahiro Kitano; 正博北野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-08-12

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) receiver capable of searching an optimum receiving direction of a radio wave of an antenna with a simple configuration. <P>SOLUTION: A flowchart explaining an operation example of receiving direction searching processing includes: steps S1, S2 of detecting voltages V1 to V4 in response to the reception strength of an OFDM signal in each of first to fourth receiving directions of an antenna 1 and obtaining power spectrum of each carrier obtained by applying FFT arithmetic operation to a long sequence part of the OFDM signal; a step S3 of performing comparison decision between the detected voltages V1 to V4 and a reference voltage VR and performing processing in response to a result of decision; a step S4 of respectively obtaining variances σ1 to σ4 of the power spectrums in each of the first to fourth receiving directions when the decision indicates that for example, 'the detected voltages V1 to V4 all exceed the reference voltage RV'; and a step S5 of storing in a memory 12 that direction corresponding to the minimum variance among the obtained variances σ1 to σ4 as a direction providing an optimum radio wave receiving state to the antenna 1. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）受信装置、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａで定義されているＯＦＤＭ信号などを受信できるＯＦＤＭ受信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＯＦＤＭ通信方式は、信号をいくつかのサブキャリアに分割して周波数軸上でパラレルに伝送するマルチキャリア通信方式の１つであり、特に、直交関数系を用いてキャリアの間隔を最小にし、所要帯域幅をシングルキャリア程度にすることが可能とされている。
【０００３】
このようなＯＦＤＭ通信方式の受信装置では、信号検出回路（ＲＳＳＩ）により受信したＯＦＤＭ信号のレベルを検出し、この検出レベルに応じた直流電圧を生成し、この生成電圧に基づいてアンテナの最適な電波の受信方向を探すようにするものが知られている。
しかし、妨害波が強い場合には、希望の信号か妨害波（例えば隣のチャネルやイメージ周波数）か区別できず、アンテナの最適な電波の受信方向を探すことができない。
【０００４】
また、マルチパス波の受信の際には、アンテナの指向性でマルチパス波の強弱が変わるため、受信電力をモニタしている場合には、そのマルチパス波の影響を把握することができず、アンテナの最適な電波の受信方向を探すことができない。
ところで、ＯＦＤＭ通信方式では、周波数選択性フェージングの影響が問題として挙げられ、この問題に対応するために、サブバンド分割型空間ダイバーシチ方式が提案されている。
【０００５】
そこで、このサブバンド分割型空間ダイバーシチを採用したＯＦＤＭ通信方式のダイバーシチ受信装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この受信装置は、ＯＦＤＭ信号を受信する複数のアンテナ、この複数の各アンテナと接続する複数の受信部、および複数の受信部の出力を切り替えるブランチ選択回路などを備えている。
【０００６】
また、この受信装置は、複数の受信部がそれぞれＡＧＣ回路を有し、この各ＡＧＣ回路により各受信信号強度情報（ＲＳＳＩ）を得られ、ブランチ選択回路は、その各受信信号強度情報に基づいて、受信部の出力を選択するようにしている。これにより、受信装置はアンテナの最適な電波の受信方向を見つけ出すことができ、周波数選択性フェージングの影響を排除することができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２２４１３９号公報（図１参照）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の受信装置では、複数のアンテナが必要になる上に、複数の受信部が必要となり、装置の規模が大きくなる上に、全体の構成が複雑化するという不都合がある。
そこで、本発明の目的は、簡易な構成により、アンテナの最適な電波の受信方向を探し出すことができるＯＦＤＭ受信装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、以下の点に着目して本発明を完成させた。そこで、以下にその点について述べる。
すなわち、例えば、無線ＬＡＮ装置に使用されるＩＥＥＥ８０２．１１ａで定義されているＯＦＤＭ信号のフォーマットは、図５に示す通りである。
【００１０】
この信号フォーマットは、図５に示すように、ＰＬＣＰ（ＰｈｙｓｉｃａｌＬａｙｅｒＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｒｏｃｅｄｕｒｅ）プリアンブル部２１、シグナル（ＳＩＧＮＡＬ）部２２、およびデータ（ＤＡＴＡ）部２３に大別される。
ＰＬＣＰプリアンブル部２１は、ショートシーケンス部２１ａとロングシーケンス部２１ｂとからなり、全体で１２シンボルの長さがある。ショートシーケンス部２１ａは、ＯＦＤＭ復調の際に各種の同期や入力レベルの最適化のために使用されている。
【００１１】
また、ロングシーケンス部２１ｂは、伝送歪を算出するために使用されている。ロングシーケンス部２１ｂで算出された伝送歪に基づき、シグナル部２２以降の波形を補正するようにしている。
伝送歪は、受信したＯＦＤＭ信号のうちからロングシーケンス２１ｂの部分をフーリエ変換し、このフーリエ変換して求めた値を既知のロングシーケンスの値で割ることにより求めることができる。このようにして求めた伝送歪の値Ｈは、次の（１）式に示すような数列となる。
【００１２】
Ｈ＝（Ｃ_−２６，Ｃ_−２５・・・・Ｃ_２５，Ｃ_２６）・・・・（１）
（１）式において各項は複素数であり、Ｃの添え字はキャリア（搬送波）の番号を表す。
ここで、各複素数の絶対値の数列を考えた場合に、伝送歪の値｜Ｈ｜は次の（２）式となる。
【００１３】
【数１】

【００１４】
ここで、伝送歪が大きい場合（マルチパス波の影響が大きいまたは妨害波がある場合）には、各項の値はばらつく。但し、直接波が強い場合（マルチパス波の影響が強い場合（マルチパス波の影響が少ない場合）、または妨害波が無い場合は各項の値は同じになるという性質がある。
そこで、本発明は、上記の点に着目し、ＯＦＤＭ信号を構成するプリアンブル部のスペクトルの分布状態を求め、この求めた分布状態に基づいてアンテナの最適な受信方向を探すようにしたものであり、以下のように構成される。
【００１５】
第１の発明は、プリアンブル部とデータ部を含むＯＦＤＭ信号をアンテナで受信し、この受信したＯＦＤＭ信号をＦＦＴ演算して復調するＯＦＤＭ受信装置において、前記アンテナで前記ＯＦＤＭ信号を受信し、その受信したＯＦＤＭ信号に含まれるプリアンブル部のＦＦＴ演算を行い、そのＦＦＴ演算結果に基づいて前記プリアンブル部の各キャリアごとの電力スペクトルを求めるスペクトル算出手段と、前記スペクトル算出手段で求めた前記電力スペクトルの分布状態を求め、この求めた電力スペクトルの分布状態に基づいて前記アンテナの最適な電波の受信方向を探す受信方向探索手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明のＯＦＤＭ受信装置において、前記スペクトル算出手段は、前記アンテナの電波の受信方向を複数方向に変化させるときには、前記ＯＦＤＭ信号のプリアンブル部の各キャリアごとの各電力スペクトルを、前記アンテナの各受信方向ごとに求めるようにしたことを特徴とするものである。
第３の発明は、第２の発明のＯＦＤＭ受信装置において、前記受信方向探索手段は、前記スペクトル算出手段が前記アンテナの電波の各受信方向ごとに求めた前記各キャリアごとの電力スペクトルに基づいて、前記アンテナの各受信方向ごとの前記電力スペクトルの分散をそれぞれ求めるとともに、前記スペクトル算出手段が前記アンテナの各受信方向ごとに求めた前記各キャリアごとの電力スペクトルの全部、およびその電力スペクトルのうちの一部に基づいて、前記アンテナの各受信方向ごとのＳ／Ｎ比を推定し、前記求めた電力スペクトルの各分散と前記推定した各Ｓ／Ｎ比とに基づいて前記アンテナの最適な受信方向を決定することを特徴とするものである。
【００１７】
第４の発明は、第２の発明のＯＦＤＭ受信装置において、前記受信方向探索手段は、前記アンテナの電波の受信方向を複数方向に変化させるときには、その受信したＯＦＤＭ信号のレベルを、前記アンテナの各受信方向ごとに検出するレベル検出手段と、前記レベル検出手段の各検出レベルを所定値と比較し、前記各検出レベルが全て前記所定値以上の場合には第１の信号を出力し、前記各検出レベルが全て前記所定値以下の場合には第２の信号を出力し、前記各検出レベルが前記所定値以上の場合と前記所定値以下の場合が混在する場合には第３の信号を出力する比較手段と、前記第１の信号の出力があった場合に、前記前記スペクトル算出手段が前記アンテナの各受信方向ごとに求めた前記各キャリアごとの電力スペクトルに基づいて、前記アンテナの各受信方向ごとの前記電力スペクトルの分散をそれぞれ求め、この求めた分散のうちの最小のものに対応するアンテナの電波の受信方向を最適方向と決定する第１の決定手段と、前記第２の信号の出力があった場合に、前記スペクトル算出手段が前記アンテナの各受信方向ごとに求めた前記各キャリアごとの電力スペクトルの全部、およびその電力スペクトルのうちの一部に基づいて、前記アンテナの各受信方向ごとのＳ／Ｎ比を推定し、この推定したＳ／Ｎ比が最大のものに対応するアンテナの電波の受信方向を最適方向と決定する第２の決定手段と、前記第３の信号の出力があった場合に、前記スペクトル算出手段が前記アンテナの各受信方向ごとに求めた前記各キャリアごとの電力スペクトルに基づいて、前記レベル検出手段の各検出レベルが所定値以上の場合の前記電力スペクトルの分散を求め、この求めた分散のうちの最小のものに対応するアンテナの電波の受信方向を最適方向と決定する第３の決定手段と、
を備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
第５の発明は、第１乃至第４の発明のうちのいずれかのＯＦＤＭ受信装置において、前記ＯＦＤＭ信号はＩＥＥＥ８０２．１１ａで定義される信号であり、前記プリンブル部は前記ＩＥＥＥ８０２．１１ａで定義されるＰＬＣＰプリアンブル部に含まれるロングシーケンス部であることを特徴とするものである。
このような構成からなる本発明によれば、既存の回路に複雑な回路を追加すること無しに、既存のＯＦＤＭ信号のフォーマットを使用し、アンテナの最適な電波の受信方向を探すことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明のＯＦＤＭ受信装置の実施形態の構成例を示すブロック図である。
この実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置は、図１に示すように、アンテナ１と、高周波増幅回路２と、可変利得増幅回路３と、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）４と、ＦＦＴ回路５と、復調回路６と、レベル検出回路７と、Ａ／Ｄコンバータ８と、Ｄ／Ａコンバータ９と、方位センサ１０と、制御処理回路１１と、メモリ１２と、表示器１３とを備えている。
【００２０】
アンテナ１は、ＯＦＤＭ信号を受信し、この受信信号が高周波増幅回路２に供給されるようになっている。
ここで、ＯＦＤＭ信号は、例えば図５に示すようなフォーマットからなり、ＰＬＣＰプリアンブル部２１と、データ部２３を含んでいる。ＰＬＣＰプリアンブル部２１は、送信側で付加する既知の信号であって、ショートシーケンス部２１ａとロングシーケンス部２１ｂとからなる。
【００２１】
高周波増幅回路２は、アンテナ１からの受信信号を増幅し、この増幅した信号を可変利得増幅回路３に供給する回路である。可変利得増幅回路３は、高周波増幅回路２からの出力信号を増幅してＡ／Ｄコンバータ４に供給するとともに、その利得がＤ／Ａコンバータ９からの利得制御電圧により可変自在な回路である。Ａ／Ｄコンバータ４は、可変利得増幅回路３の出力信号をＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換されたデジタル信号をＦＦＴ回路５に供給するものである。
【００２２】
ＦＦＴ回路５は、Ａ／Ｄコンバータ４の出力をＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）演算し、この演算結果によりＯＦＤＭ信号の各キャリア（搬送波）ごとの振幅、位相をそれぞれ求め、各サブキャリアごとの変調信号に変換する回路である。このＦＦＴ回路５で求められたＯＦＤＭ信号の各キャリアごとの振幅情報は、制御処理回路１１に供給されるようになっている。
【００２３】
復調回路６は、ＦＦＴ回路５の出力に基づいてデータを復調する回路であり、その復調データが出力されるようになっている。レベル検出回路７は、高周波増幅回路２の出力信号のレベルを検出し、この検出レベルに応じた直流電圧を生成し、この生成電圧をＡ／Ｄコンバータ８に出力する回路である。
Ａ／Ｄコンバータ８は、レベル検出回路７の出力電圧をＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換させたデジタル信号を制御処理回路１１に供給するものである。方位センサ１０は、後述の受信方向探知処理の際に、そのアンテナ１の電波の受信方向の方位を求めるセンサである。
【００２４】
制御処理回路１１は、レベル検出回路７の出力をＡ／Ｄコンバータ８でＡ／Ｄ変換させたデジタル信号に基づいて可変利得制御回路３の利得制御電圧を生成し、この利得制御電圧をＤ／Ａコンバータ９を介して可変利得制御回路３に供給するようになっている。
また、制御処理回路１１は、レベル検出回路７の出力をＡ／Ｄコンバータ８でＡ／Ｄ変換させたデジタル信号、ＦＦＴ回路５からの所定の出力などに基づいて後述のような演算処理（受信方向探索処理）などを行う回路である。
【００２５】
なお、この制御処理回路１１は、例えばマイクロコンピュータなどで構成され、各種のデータが記憶できるメモリ１２を備えている。
表示器１３は、後述の受信方向探索処理の結果などの各種の表示をするものであり、例えば液晶表示器などからなる。
次に、このような構成からなる実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置の動作例について、図１〜図４を参照して説明する。
【００２６】
まず、ＯＦＤＭ信号の通常の受信動作について、図１を参照して説明する。
アンテナ１がＯＦＤＭ信号を受信すると、この受信信号は高周波増幅回路２および可変利得増幅回路３でそれぞれ増幅され、Ａ／Ｄコンバータ４でデジタル信号にＡ／Ｄ変換され、このデジタル信号がＦＦＴ回路５に供給される。
ここで、アンテナ１で受信されるＯＦＤＭ信号は、例えば図５に示すようにフォーマットからなる。
【００２７】
ＦＦＴ回路５は、Ａ／Ｄコンバータ４からのデジタル信号のＦＦＴ演算を行い、この演算結果に基づいてＯＦＤＭ信号の各サブキャリアごとの変調信号に変換され、その変換された変調信号が復調回路６で復調される。
一方、これらの動作に並行して、レベル検出回路７では、高周波増幅回路２の出力信号のレベルが検出され、この検出レベルに応じた直流電圧が生成出力される。その生成出力電圧は、Ａ／Ｄコンバータ８でＡ／Ｄ変換されて制御処理回路１１に供給される。
【００２８】
制御処理回路１１は、その供給された生成電圧に基づいて可変利得増幅回路３に供給すべき利得制御電圧を求め、この求めた利得制御電圧はＤ／Ａコンバータ９でＤ／Ａ変換されて可変利得増幅回路３に供給される。
これにより、受信電波の受信レベルに変動があっても可変利得増幅回路３の出力のレベルが一定となって、安定した受信動作を行うことができる。
【００２９】
次に、この実施形態における受信方向探知処理の動作について、図２を参照して説明する。
この実施形態では、上記のようにして通常の受信動作を行うが、この通常の受信動作に先立って、あるいは必要に応じてＯＦＤＭ信号をアンテナ１で受信することにより、制御処理回路１１がアンテナ１の電波の受信方法の最適な方向を探知する処理を行うのが、受信方向探知処理である。
【００３０】
ここで、上記の受信方向探知処理は、例えば入力部（図示せず）に設けた専用のボタンの押下により、開始できるようになっている。
まず、使用者が、アンテナ１を例えば第１〜第４の方向に順次向け、その第１〜第４の各受信方向ごとにアンテナ１で到来電波（ＯＦＤＭ信号）を受信する。このとき、その第１〜第４の各受信方向ごとに、方位センサ１０は、その方向のアンテナ１の方位（方向）を求め、この求めた各方位は制御処理回路１１を介してメモリ１２に記憶される。
【００３１】
また、このときには、その第１〜第４の各受信方向ごとに、レベル検出回路７は、高周波増幅回路２の出力信号（受信電波の信号）の大きさを検出し、この各検出レベルに応じた直流の検出電圧Ｖ１〜Ｖ４を生成出力する。この各検出電圧Ｖ１〜Ｖ４は、Ａ／Ｄコンバータ８でＡ／Ｄ変換されて制御処理回路１１に入力されてメモリ１２に記憶される（ステップＳ１）。
【００３２】
さらに、このときには、ＦＦＴ回路５は、その第１〜第４の各受信方向ごとにアンテナ１が受信した各ＯＦＤＭ信号に基づき、ＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）演算を行い、この演算結果によりＯＦＤＭ信号の各キャリアごとに振幅値、位相値をそれぞれ求め、この求めた各キャリアごとの振幅値が制御処理回路１１に供給される。
【００３３】
そこで、制御処理回路１１は、その供給されたＯＦＤＭ信号の各キャリアごとの振幅値のうち、図５に示すロングシーケンス部２１ｂをＦＦＴ演算して得られた各キャリアの振幅値を用いて、アンテナ１の第１〜第４の各受信方向ごとの各キャリアの電力スペクトル値を求め、この求めた各電力スペクトル値をメモリ１２に記憶する（ステップＳ２）。
【００３４】
これにより、アンテナ１の第１〜第４の各受信方向ごとに、ロングシーケンス部２１ｂをＦＦＴ演算して得られる各キャリアの電力スペクトルの分布状態が得られ、この一例を示すと、例えば図３および図４に示すようになる。
図３は、マルチパスフェージングが比較的小さい場合、または妨害波が比較的小さい場合である。図４は、マルチパスが大きな場合、または妨害波が比較的大きな場合である。
【００３５】
なお、図３および図４において、実線部分はデータの復調に必要な部分であり、点線部分はデータの復調に不要な部分である。
次に、制御処理回路１１は、その検出電圧Ｖ１〜Ｖ４と基準電圧ＶＲとの比較判断を行う（ステップＳ３）。すなわち、「検出電圧Ｖ１〜Ｖ４が全て基準電圧ＶＲを上回る」、「検出電圧Ｖ１〜Ｖ４が全て基準電圧ＶＲを下回る」、または「検出電圧Ｖ１〜Ｖ４が基準電圧ＶＲ上回るものと下回るものとが混在する」のいずれに該当するかの判断を行う。
【００３６】
この結果、「検出電圧Ｖ１〜Ｖ４が全て基準電圧ＶＲを上回る」と判断された場合には、受信電波中のノイズレベルが小さいと考えられるので、ステップＳ４に進む。一方、「検出電圧Ｖ１〜Ｖ４が全て基準電圧ＶＲを下回る」と判断された場合には、受信電波中のノイズレベルが大きいと考えられるので、ステップＳ６に進む。さらに、「検出電圧Ｖ１〜Ｖ４が基準電圧ＶＲ上回るものと下回るものが混在する」と判断された場合には、ステップＳ９に進む。
【００３７】
ステップＳ４では、第１〜第４の方向ごとのロングシーケンス部の各キャリアの電力スペクトルの分布状態を定量的に把握するために、第１〜第４の各受信方向ごとに、その電力スペクトルの分散σ１〜σ４をそれぞれ求める。このときには、図３または図４に示すような点線部分のスペクトルデータは使用しない。
次に、その求めた分散σ１〜σ４のうち、最小値の分散に対応する受信方向を、アンテナ１の受信状態が最適な方向としてメモリ１２に記憶する（ステップＳ５）。例えば、分散σ１〜σ４のうち分散σ１が最小値の場合には、その分散σ１に対応する第１の方向をメモリ１２に記憶する。
【００３８】
ここで、求めた分散の値のうち最小値をメモリ１２に記憶するのは、その最小値に対応する方向からの到来電波は、妨害電波が少なく、またはマルチパスの影響が小さいからである。
一方、ステップＳ６では、図３または図４に示すような実線と点線の部分の双方の電力スペクトル値を使用した全体の電力を求めるとともに、点線部分の電力スペクトル値を使用して雑音電力（ノイズ電力）を求め、これら両電力を求める計算を、第１〜第４の各受信方向ごとに行う（Ｓ７）。さらに、その計算した両電力に基づき、ＯＦＤＭ信号のＳ／Ｎ比を、第１〜第４の各受信方向ごとにそれぞれ算出（推定）する（ステップＳ８）。
【００３９】
次のステップＳ９では、その計算したＳ／Ｎ比のうち、その値が最大値のＳ／Ｎ比に対応するアンテナ１の方向を、最適な電波の受信方向としてメモリ１２に記憶する。
さらに、ステップＳ９では、ステップＳ４の処理のように、ロングシーケンス部の電力スペクトルの分散を求める。しかし、このときには、その電力スペクトルの分散は、第１〜第４の各受信方向のうち、検出電圧Ｖ１〜Ｖ４が基準電圧ＶＲを上回る受信方向についてのみ求める。
【００４０】
次のステップＳ１０では、その求めた分散のうち、その値が最小値の分散に対応するアンテナ１の方向を、最適な電波の受信方向としてメモリ１２に記憶させる。
ここで、上記のようにメモリ１２に記憶されるアンテナ１の最適な電波の受信方向は、表示器１３に表示される。これにより、使用者は、その方向にアンテナ１を向けて受信装置を使用することができる。
【００４１】
以上説明したように、この実施形態によれば、既存の回路に複雑な回路を追加すること無しに、既存のＯＦＤＭ信号のフォーマットを使用し、アンテナの最適な電波の受信方向を探すことができる。
なお、上記の実施形態では、方位センサ１０を設け、これによりアンテナ１の第１〜第４の方向（方位）を求め、この求めた方位を使用するようにした。しかし、本発明は、必ずしも方位センサ１０を必要としない。
【００４２】
すなわち、制御処理回路１１と接続する入力部（図示せず）を設けておき、使用者がアンテナ１を第１〜第４の各受信方向に向けるたびに、その方向を使用者が入力部から入力するようにすれば、その方向を制御処理回路１１が認識することができる。
そこで、制御処理回路１１は、その入力された方向を使用することにより、上記のような手順によりアンテナ１の最適な電波の受信方向を決定でき、この決定した方向を表示器１３に表示すれば、使用者は、その方向にアンテナ１を向けて受信装置を使用できる。
【００４３】
また、上記の実施形態では、アンテナ１の第１〜第４の各受信方向ごとに、ロングシーケンス部２１ｂをＦＦＴ演算して得られる各キャリアの電力スペクトル（図３および図４参照）を求め、これを使用してアンテナ１の最適な電波の受信方向を求めるようにした。しかし、これに代えて、その各キャリアの振幅スペクトルを使用して、アンテナ１の最適な電波の受信方向を求めるようにしても良い。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、既存の回路に複雑な回路を追加すること無しに、既存のＯＦＤＭ信号のフォーマットを使用し、アンテナの最適な電波の受信方向を探すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】この実施形態における受信方向探知処理の動作例を説明するフローチャートである。
【図３】ロングシーケンス部をＦＦＴ演算して得られる各キャリアの電力スペクトルの分布状態を示す図である。
【図４】その電力スペクトルの分布状態の他の例を示す図である。
【図５】ＯＦＤＭ信号のフォーマットの一例を示す図である。
【符号の説明】
１はアンテナ１、２は高周波増幅回路、３は可変利得増幅回路、４はＡ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）、５はＦＦＴ回路、６は復調回路、７はレベル検出回路、８はＡ／Ｄコンバータ８、９はＤ／Ａコンバータ９、１０は方位センサ、１１は制御処理回路、１２はメモリ１２、１３は表示器である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) receiving apparatus, for example, an OFDM receiving apparatus that can receive an OFDM signal defined in IEEE 802.11a.
[0002]
[Prior art]
The OFDM communication system is one of multi-carrier communication systems in which a signal is divided into several subcarriers and transmitted in parallel on a frequency axis. In particular, an orthogonal function system is used to minimize the carrier interval, and The bandwidth can be reduced to about a single carrier.
[0003]
In such a receiver of the OFDM communication system, the level of the received OFDM signal is detected by a signal detection circuit (RSSI), a DC voltage corresponding to the detected level is generated, and an optimum antenna for the antenna is generated based on the generated voltage. There is known a device that searches for a radio wave receiving direction.
However, if the interference wave is strong, it is not possible to distinguish between the desired signal and the interference wave (for example, an adjacent channel or image frequency), and it is not possible to search for the optimum radio wave reception direction of the antenna.
[0004]
In addition, when receiving a multipath wave, the intensity of the multipath wave changes depending on the directivity of the antenna. Therefore, when the received power is monitored, the influence of the multipath wave cannot be grasped. However, it is not possible to find the optimum radio wave receiving direction of the antenna.
By the way, in the OFDM communication system, the influence of frequency selective fading is cited as a problem, and in order to cope with this problem, a sub-band division type spatial diversity system has been proposed.
[0005]
Therefore, a diversity receiving apparatus of the OFDM communication system adopting the sub-band division type spatial diversity is known (for example, see Patent Document 1).
This receiving apparatus includes a plurality of antennas for receiving OFDM signals, a plurality of receiving units connected to the plurality of antennas, a branch selection circuit for switching outputs of the plurality of receiving units, and the like.
[0006]
Further, in this receiving apparatus, a plurality of receiving sections each have an AGC circuit, and each of the AGC circuits can obtain each received signal strength information (RSSI), and the branch selection circuit can use the received signal strength information based on each received signal strength information. , The output of the receiving unit is selected. As a result, the receiving apparatus can find out the optimal radio wave receiving direction of the antenna, and can eliminate the influence of frequency selective fading.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-224139 (see FIG. 1)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the receiving device described in Patent Literature 1 requires a plurality of antennas and a plurality of receiving units, thus increasing the size of the device and complicating the entire configuration. .
Therefore, an object of the present invention is to provide an OFDM receiving apparatus capable of searching for the optimum radio wave receiving direction of an antenna with a simple configuration.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies to solve the above problems and achieve the object of the present invention, and as a result, completed the present invention by focusing on the following points. Therefore, this point will be described below.
That is, for example, the format of an OFDM signal defined in IEEE802.11a used for a wireless LAN device is as shown in FIG.
[0010]
This signal format is roughly divided into a PLCP (Physical Layer Convergence Procedure) preamble section 21, a signal (SIGNAL) section 22, and a data (DATA) section 23, as shown in FIG.
The PLCP preamble section 21 includes a short sequence section 21a and a long sequence section 21b, and has a total length of 12 symbols. The short sequence unit 21a is used for various synchronizations and input level optimization at the time of OFDM demodulation.
[0011]
Further, the long sequence unit 21b is used for calculating transmission distortion. Based on the transmission distortion calculated by the long sequence section 21b, the waveforms after the signal section 22 are corrected.
The transmission distortion can be obtained by performing a Fourier transform on a portion of the long sequence 21b from the received OFDM signal, and dividing a value obtained by the Fourier transform by a known long sequence value. The value H of the transmission distortion obtained in this manner becomes a sequence as shown in the following equation (1).
[0012]
_{_{H = (C -26, C -25}} ···· C 25, C 26) ···· (1)
In the equation (1), each term is a complex number, and the subscript of C represents the number of a carrier (carrier).
Here, when a sequence of absolute values of each complex number is considered, the value of transmission distortion | H | is given by the following equation (2).
[0013]
(Equation 1)

[0014]
Here, when the transmission distortion is large (when the influence of the multipath wave is large or there is an interfering wave), the value of each term varies. However, when the direct wave is strong (when the effect of the multipath wave is strong (when the effect of the multipath wave is small)) or when there is no interfering wave, the value of each term is the same.
Therefore, the present invention focuses on the above points, obtains the distribution state of the spectrum of the preamble part constituting the OFDM signal, and searches for the optimum receiving direction of the antenna based on the obtained distribution state. , Is configured as follows.
[0015]
According to a first aspect of the present invention, in an OFDM receiving apparatus that receives an OFDM signal including a preamble part and a data part by an antenna, performs FFT operation on the received OFDM signal, and demodulates the received OFDM signal, the OFDM signal is received by the antenna, Spectrum calculating means for performing an FFT operation on a preamble part included in the obtained OFDM signal and obtaining a power spectrum for each carrier of the preamble part based on the result of the FFT operation, and a distribution of the power spectrum obtained by the spectrum calculating means Receiving direction searching means for obtaining a state, and searching for an optimum radio wave receiving direction of the antenna based on the obtained distribution state of the power spectrum.
[0016]
According to a second aspect, in the OFDM receiving apparatus according to the first aspect, the spectrum calculation means, when changing the receiving direction of the radio wave of the antenna to a plurality of directions, adjusts each power of each carrier of a preamble portion of the OFDM signal. A spectrum is obtained for each receiving direction of the antenna.
According to a third aspect, in the OFDM receiving apparatus according to the second aspect, the receiving direction searching means is configured to determine, based on a power spectrum for each carrier, obtained by the spectrum calculating means for each receiving direction of the radio wave of the antenna. , The variance of the power spectrum for each reception direction of the antenna, respectively, and the spectrum calculation means for all the power spectra for each carrier obtained for each reception direction of the antenna, and of the power spectrum Of the antenna, the S / N ratio of each antenna in each reception direction is estimated, and the optimum reception of the antenna is determined based on each variance of the obtained power spectrum and each of the estimated S / N ratios. It is characterized in that the direction is determined.
[0017]
According to a fourth aspect, in the OFDM receiving apparatus according to the second aspect, the receiving direction searching means changes the level of the received OFDM signal when changing the receiving direction of the radio wave of the antenna in a plurality of directions. Level detecting means for detecting each receiving direction, comparing each detection level of the level detecting means with a predetermined value, outputting a first signal when all of the detection levels are equal to or more than the predetermined value, A second signal is output when all the detection levels are below the predetermined value, and a third signal is output when both the detection levels are above the predetermined value and below the predetermined value. Comparing means for outputting, when there is an output of the first signal, based on the power spectrum for each carrier obtained by the spectrum calculating means for each receiving direction of the antenna, First determining means for determining the variance of the power spectrum for each receiving direction of the antenna, and determining the receiving direction of the radio wave of the antenna corresponding to the smallest one of the obtained variances as the optimal direction; When there is an output of the second signal, based on all of the power spectrum for each carrier obtained by the spectrum calculation means for each receiving direction of the antenna, and a part of the power spectrum, Second determining means for estimating an S / N ratio for each receiving direction of the antenna, and determining a receiving direction of a radio wave of the antenna corresponding to the antenna having the largest estimated S / N ratio as an optimal direction; When the third signal is output, the level detection is performed based on the power spectrum for each carrier obtained by the spectrum calculation means for each receiving direction of the antenna. A third determining means for determining a variance of the power spectrum when each detection level of the means is equal to or more than a predetermined value, and determining a receiving direction of a radio wave of an antenna corresponding to a minimum one of the obtained variances as an optimum direction; When,
It is characterized by having.
[0018]
A fifth invention is the OFDM receiver according to any one of the first to fourth inventions, wherein the OFDM signal is a signal defined by IEEE802.11a, and the preamble section is defined by the IEEE802.11a. This is a long sequence part included in the PLCP preamble part.
According to the present invention having such a configuration, it is possible to use the existing OFDM signal format and search for the optimum radio wave receiving direction of the antenna without adding a complicated circuit to the existing circuit.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an embodiment of an OFDM receiver according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the OFDM receiver according to this embodiment includes an antenna 1, a high-frequency amplifier circuit 2, a variable gain amplifier circuit 3, an A / D converter (ADC) 4, an FFT circuit 5, The circuit includes a circuit 6, a level detection circuit 7, an A / D converter 8, a D / A converter 9, a direction sensor 10, a control processing circuit 11, a memory 12, and a display 13.
[0020]
The antenna 1 receives an OFDM signal, and the received signal is supplied to a high-frequency amplifier circuit 2.
Here, the OFDM signal has a format as shown in FIG. 5, for example, and includes a PLCP preamble section 21 and a data section 23. The PLCP preamble unit 21 is a known signal added on the transmission side, and includes a short sequence unit 21a and a long sequence unit 21b.
[0021]
The high-frequency amplifier circuit 2 is a circuit that amplifies a signal received from the antenna 1 and supplies the amplified signal to the variable gain amplifier circuit 3. The variable gain amplifying circuit 3 is a circuit that amplifies an output signal from the high frequency amplifying circuit 2 and supplies the amplified signal to the A / D converter 4, and the gain thereof can be varied by a gain control voltage from the D / A converter 9. The A / D converter 4 A / D converts the output signal of the variable gain amplifier 3 and supplies the A / D converted digital signal to the FFT circuit 5.
[0022]
The FFT circuit 5 performs an FFT (Fast Fourier Transform) operation on the output of the A / D converter 4, obtains an amplitude and a phase for each carrier (carrier) of the OFDM signal based on the operation result, and obtains a modulation signal for each subcarrier. This is a circuit for converting to. The amplitude information for each carrier of the OFDM signal obtained by the FFT circuit 5 is supplied to the control processing circuit 11.
[0023]
The demodulation circuit 6 is a circuit that demodulates data based on the output of the FFT circuit 5, and outputs the demodulated data. The level detection circuit 7 is a circuit that detects the level of the output signal of the high-frequency amplification circuit 2, generates a DC voltage corresponding to the detected level, and outputs the generated voltage to the A / D converter 8.
The A / D converter 8 A / D-converts the output voltage of the level detection circuit 7 and supplies the A / D-converted digital signal to the control processing circuit 11. The azimuth sensor 10 is a sensor that determines the azimuth of the receiving direction of the radio wave of the antenna 1 at the time of the receiving direction detecting process described later.
[0024]
The control processing circuit 11 generates a gain control voltage for the variable gain control circuit 3 based on the digital signal obtained by A / D converting the output of the level detection circuit 7 with the A / D converter 8, and converts this gain control voltage to D / D. The power is supplied to the variable gain control circuit 3 via the A converter 9.
Further, the control processing circuit 11 performs an arithmetic processing (reception) to be described later based on a digital signal obtained by A / D-converting the output of the level detection circuit 7 by the A / D converter 8, a predetermined output from the FFT circuit 5, and the like. Circuit for performing direction search processing).
[0025]
The control processing circuit 11 is constituted by, for example, a microcomputer, and has a memory 12 capable of storing various data.
The display 13 displays various types of information, such as the result of a receiving direction search process described later, and is composed of, for example, a liquid crystal display.
Next, an operation example of the OFDM receiving apparatus according to the embodiment having such a configuration will be described with reference to FIGS.
[0026]
First, a normal operation of receiving an OFDM signal will be described with reference to FIG.
When the antenna 1 receives the OFDM signal, the received signal is amplified by the high frequency amplifier circuit 2 and the variable gain amplifier circuit 3, respectively, and A / D converted by the A / D converter 4 into a digital signal. Supplied to
Here, the OFDM signal received by the antenna 1 has a format, for example, as shown in FIG.
[0027]
The FFT circuit 5 performs an FFT operation on the digital signal from the A / D converter 4, converts the digital signal into a modulation signal for each subcarrier of the OFDM signal based on the calculation result, and converts the converted modulation signal into a demodulation circuit 6. Is demodulated.
On the other hand, in parallel with these operations, the level detection circuit 7 detects the level of the output signal of the high-frequency amplification circuit 2 and generates and outputs a DC voltage corresponding to the detected level. The generated output voltage is A / D converted by the A / D converter 8 and supplied to the control processing circuit 11.
[0028]
The control processing circuit 11 obtains a gain control voltage to be supplied to the variable gain amplifying circuit 3 based on the supplied generated voltage, and the obtained gain control voltage is D / A converted by the D / A converter 9 to be variable. The signal is supplied to the gain amplifier circuit 3.
As a result, even if the reception level of the received radio wave fluctuates, the output level of the variable gain amplifier circuit 3 becomes constant, and a stable reception operation can be performed.
[0029]
Next, the operation of the receiving direction detecting process in this embodiment will be described with reference to FIG.
In this embodiment, the normal reception operation is performed as described above. However, the control processing circuit 11 receives the OFDM signal by the antenna 1 before the normal reception operation or as necessary, so that the control processing circuit 11 The processing for detecting the optimal direction of the method for receiving the radio wave is the reception direction detection processing.
[0030]
Here, the above-described reception direction detection processing can be started by, for example, pressing a dedicated button provided on an input unit (not shown).
First, a user turns the antenna 1 sequentially in, for example, the first to fourth directions, and receives an incoming radio wave (OFDM signal) with the antenna 1 in each of the first to fourth reception directions. At this time, for each of the first to fourth receiving directions, the azimuth sensor 10 obtains the azimuth (direction) of the antenna 1 in that direction, and the obtained azimuth is stored in the memory 12 via the control processing circuit 11. It is memorized.
[0031]
At this time, for each of the first to fourth reception directions, the level detection circuit 7 detects the magnitude of the output signal (the signal of the received radio wave) of the high-frequency amplification circuit 2 and responds to the respective detection levels. And outputs the detected DC detection voltages V1 to V4. These detection voltages V1 to V4 are A / D converted by the A / D converter 8, input to the control processing circuit 11, and stored in the memory 12 (step S1).
[0032]
Further, at this time, the FFT circuit 5 performs an FFT (Fast Fourier Transform) operation based on each OFDM signal received by the antenna 1 in each of the first to fourth reception directions, and calculates the OFDM signal based on the operation result. An amplitude value and a phase value are obtained for each carrier, and the obtained amplitude value for each carrier is supplied to the control processing circuit 11.
[0033]
Therefore, the control processing circuit 11 uses the amplitude value of each carrier obtained by performing the FFT operation on the long sequence unit 21b shown in FIG. The power spectrum value of each carrier in each of the first to fourth reception directions is obtained, and the obtained power spectrum values are stored in the memory 12 (step S2).
[0034]
As a result, the distribution state of the power spectrum of each carrier obtained by performing the FFT operation on the long sequence unit 21b is obtained for each of the first to fourth reception directions of the antenna 1. For example, FIG. And as shown in FIG.
FIG. 3 shows a case where the multipath fading is relatively small or a case where the interference wave is relatively small. FIG. 4 shows the case where the multipath is large or the interference wave is relatively large.
[0035]
In FIGS. 3 and 4, a solid line indicates a portion necessary for demodulating data, and a dotted line indicates a portion unnecessary for demodulating data.
Next, the control processing circuit 11 compares the detected voltages V1 to V4 with the reference voltage VR (step S3). That is, "the detection voltages V1 to V4 all exceed the reference voltage VR", "the detection voltages V1 to V4 all fall below the reference voltage VR", or "the detection voltages V1 to V4 exceed and fall below the reference voltage VR". A judgment is made as to which of the two types is mixed.
[0036]
As a result, when it is determined that “the detected voltages V1 to V4 are all higher than the reference voltage VR”, it is considered that the noise level in the received radio wave is small, and the process proceeds to step S4. On the other hand, when it is determined that “the detection voltages V1 to V4 are all lower than the reference voltage VR”, it is considered that the noise level in the received radio wave is large, and the process proceeds to step S6. Further, when it is determined that "the detected voltages V1 to V4 are higher and lower than the reference voltage VR are mixed", the process proceeds to step S9.
[0037]
In step S4, in order to quantitatively grasp the distribution state of the power spectrum of each carrier of the long sequence unit for each of the first to fourth directions, for each of the first to fourth reception directions, The variances σ1 to σ4 are obtained respectively. At this time, the spectral data indicated by the dotted line in FIG. 3 or FIG. 4 is not used.
Next, the reception direction corresponding to the minimum value variance among the obtained variances σ1 to σ4 is stored in the memory 12 as the direction in which the reception state of the antenna 1 is optimal (step S5). For example, when the variance σ1 among the variances σ1 to σ4 is the minimum value, the first direction corresponding to the variance σ1 is stored in the memory 12.
[0038]
The reason why the minimum value among the obtained dispersion values is stored in the memory 12 is that the radio wave arriving from the direction corresponding to the minimum value has a small amount of jamming radio waves or a small influence of multipath.
On the other hand, in step S6, the total power using the power spectrum values of both the solid line and the dotted line as shown in FIG. 3 or FIG. 4 is obtained, and the noise power (noise) is calculated using the power spectrum value of the dotted line. Power), and calculation for obtaining both powers is performed for each of the first to fourth reception directions (S7). Further, based on the calculated powers, the S / N ratio of the OFDM signal is calculated (estimated) for each of the first to fourth reception directions (step S8).
[0039]
In the next step S9, of the calculated S / N ratio, the direction of the antenna 1 whose value corresponds to the maximum S / N ratio is stored in the memory 12 as the optimum radio wave receiving direction.
Further, in step S9, the variance of the power spectrum of the long sequence part is obtained as in the process of step S4. However, at this time, the variance of the power spectrum is obtained only for the reception directions in which the detection voltages V1 to V4 exceed the reference voltage VR among the first to fourth reception directions.
[0040]
In the next step S10, the direction of the antenna 1 whose value corresponds to the variance of the minimum value among the obtained variances is stored in the memory 12 as the optimal radio wave receiving direction.
Here, the optimal radio wave receiving direction of the antenna 1 stored in the memory 12 as described above is displayed on the display unit 13. Thereby, the user can use the receiving device by pointing the antenna 1 in that direction.
[0041]
As described above, according to this embodiment, it is possible to search for the optimal radio wave receiving direction of the antenna using the existing OFDM signal format without adding a complicated circuit to the existing circuit. .
In the above-described embodiment, the direction sensor 10 is provided, the first to fourth directions (directions) of the antenna 1 are obtained, and the obtained direction is used. However, the present invention does not necessarily require the direction sensor 10.
[0042]
That is, an input unit (not shown) connected to the control processing circuit 11 is provided, and each time the user turns the antenna 1 in each of the first to fourth receiving directions, the user can change the direction from the input unit. If input, the control processing circuit 11 can recognize the direction.
Therefore, the control processing circuit 11 can determine the optimum radio wave receiving direction of the antenna 1 by using the input direction by the above-described procedure, and display the determined direction on the display 13. The user can use the receiving device by pointing the antenna 1 in that direction.
[0043]
Further, in the above embodiment, the power spectrum (see FIGS. 3 and 4) of each carrier obtained by performing the FFT operation on the long sequence unit 21b for each of the first to fourth reception directions of the antenna 1 is obtained. Using this, the optimum radio wave receiving direction of the antenna 1 is determined. However, instead of this, the optimum radio wave receiving direction of the antenna 1 may be obtained using the amplitude spectrum of each carrier.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to use the existing OFDM signal format and search for the optimum radio wave receiving direction of the antenna without adding a complicated circuit to the existing circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating an operation example of a reception direction detection process according to the embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a distribution state of a power spectrum of each carrier obtained by performing an FFT operation on a long sequence unit.
FIG. 4 is a diagram showing another example of the distribution state of the power spectrum.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a format of an OFDM signal.
[Explanation of symbols]
1 is an

antenna

1, 2 is a high-frequency amplifier circuit, 3 is a variable gain amplifier circuit, 4 is an A / D converter (ADC), 5 is an FFT circuit, 6 is a demodulation circuit, 7 is a level detection circuit, and 8 is an A / D converter. 8, 9 are D /

A converters

9, 10 are azimuth sensors, 11 is a control processing circuit, 12 is

memories

12, 13 are display units.

Claims

An OFDM receiving apparatus that receives an OFDM signal including a preamble part and a data part with an antenna, performs an FFT operation on the received OFDM signal, and demodulates the received OFDM signal.
Receiving the OFDM signal at the antenna, performing an FFT operation on a preamble portion included in the received OFDM signal, and calculating a power spectrum for each carrier of the preamble portion based on the FFT operation result;
A receiving direction searching means for obtaining a distribution state of the power spectrum obtained by the spectrum calculating means, and searching for an optimum radio wave receiving direction of the antenna based on the obtained distribution state of the power spectrum;
An OFDM receiver comprising:

The spectrum calculation means,
When changing the receiving direction of the radio wave of the antenna in a plurality of directions, each power spectrum of each carrier of the preamble portion of the OFDM signal is obtained for each receiving direction of the antenna. 2. The OFDM receiver according to 1.

The receiving direction searching means,
Based on the power spectrum for each carrier obtained for each receiving direction of the radio wave of the antenna, the spectrum calculating means obtains the variance of the power spectrum for each receiving direction of the antenna,
The S / N ratio for each reception direction of the antenna based on all of the power spectra for each carrier obtained by the spectrum calculation means for each reception direction of the antenna and a part of the power spectrum. And estimate
The OFDM receiving apparatus according to claim 2, wherein an optimum receiving direction of the antenna is determined based on each of the obtained variances of the power spectrum and each of the estimated S / N ratios.

The receiving direction searching means,
When changing the receiving direction of the radio wave of the antenna in a plurality of directions, level detecting means for detecting the level of the received OFDM signal for each receiving direction of the antenna,
Each detection level of the level detection means is compared with a predetermined value, a first signal is output when all of the detection levels are above the predetermined value, and when all of the detection levels are below the predetermined value, A comparing unit that outputs a second signal, and outputs a third signal when the detection levels are equal to or higher than the predetermined value and when the detection levels are equal to or lower than the predetermined value.
When there is an output of the first signal, based on the power spectrum for each carrier obtained by the spectrum calculation means for each reception direction of the antenna, the power for each reception direction of the antenna is calculated. First determining means for determining the variance of the spectrum and determining the receiving direction of the radio wave of the antenna corresponding to the smallest one of the obtained variances as the optimum direction;
When there is an output of the second signal, based on all of the power spectra for each carrier obtained by the spectrum calculation means for each receiving direction of the antenna and a part of the power spectrum. A second determining means for estimating the S / N ratio of each of the antennas for each receiving direction and determining the receiving direction of the radio wave of the antenna corresponding to the antenna having the largest estimated S / N ratio as the optimum direction;
When the third signal is output, each detection level of the level detection unit is set to a predetermined value based on the power spectrum of each carrier obtained by the spectrum calculation unit for each reception direction of the antenna. Third determination means for determining the variance of the power spectrum in the above case, and determining the receiving direction of the radio wave of the antenna corresponding to the smallest one of the obtained variances as the optimum direction;
The OFDM receiver according to claim 2, comprising:

5. The OFDM signal is a signal defined in IEEE802.11a, and the preamble section is a long sequence section included in a PLCP preamble section defined in the IEEE802.11a. The OFDM receiver according to any one of the above.