JP2007013587A - Transmission characteristic estimating unit and transmission characteristic estimating program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタル伝送信号の誤り率特性を推定する伝送特性推定装置及び伝送特性推定プログラムに関する。 The present invention relates to a transmission characteristic estimation device and a transmission characteristic estimation program for estimating an error rate characteristic of a digital transmission signal.
従来、デジタル信号を伝送するシステムの性能を評価する試験としては、ビット誤り率(Bit Error Rate、以下「BER」という。)特性の評価試験が知られている。この評価試験は、伝送路特性を模擬した実験環境に送受信機を設置して実施されるのが一般的である。また、例えば移動通信システムのように電波を利用するものは、無線伝送路の伝送特性が環境により変動するので、実際に使用される環境下に評価試験装置を設置してBER特性の評価試験が実施される場合がある。この場合、評価試験装置の搬入及び移送等によるコストが発生するので、これらのコストを低減し、評価試験を効率的に実施することができる無線伝送路模擬装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, a bit error rate (hereinafter referred to as “BER”) characteristic evaluation test is known as a test for evaluating the performance of a system for transmitting a digital signal. This evaluation test is generally performed by installing a transmitter / receiver in an experimental environment simulating transmission line characteristics. For example, in a mobile communication system that uses radio waves, the transmission characteristics of the wireless transmission path vary depending on the environment. May be implemented. In this case, since costs are generated due to the introduction and transfer of the evaluation test device, a wireless transmission path simulation device that can reduce these costs and efficiently perform the evaluation test has been proposed (for example, patents). Reference 1).
しかしながら、特許文献1に示された従来の伝送特性推定装置は、増幅器や回路素子の非線形性によって発生する相互変調歪み成分を含むデジタル伝送信号のBER特性を推定することはできなかった。以下、具体的に説明する。
However, the conventional transmission characteristic estimation apparatus disclosed in
非線形性によって相互変調歪みが発生しやすいデジタル伝送信号としては、例えば地上デジタル放送や無線LAN(Local Area Network)等で用いられるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)信号がある。以下、OFDM信号を例に挙げ、相互変調歪みについて図10を用いて説明する。図10(a)及び(b)は、それぞれ、線形領域及び非線形領域におけるOFDM信号のスペクトラム例を示す模式図である。また、図10(c)は、相互変調歪みの発生原理を説明するためのスペクトラム例を示す模式図である。 As a digital transmission signal in which intermodulation distortion is likely to occur due to non-linearity, for example, there is an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) signal used in terrestrial digital broadcasting, a wireless LAN (Local Area Network), or the like. Hereinafter, with reference to an OFDM signal as an example, intermodulation distortion will be described with reference to FIG. FIGS. 10A and 10B are schematic diagrams illustrating spectrum examples of OFDM signals in a linear region and a nonlinear region, respectively. FIG. 10C is a schematic diagram showing a spectrum example for explaining the principle of occurrence of intermodulation distortion.
地上デジタル放送で用いられるOFDM信号は、例えば図10(a)に示すように、伝送帯域幅がfL〜fHの連続した複数波からなっており、線形領域においては雑音成分として熱雑音成分を含んでいる。熱雑音成分は、その振幅データが正規分布に従うことが知られており、理論的な解析方法は周知である。一方、OFDM信号の増幅率が増大された非線形領域においては、図10(b)に示すように熱雑音成分に加えて相互変調歪み成分が発生し、これらは伝送系における妨害波となるので、OFDM信号のBER特性を劣化させてしまう。 For example, as shown in FIG. 10A, an OFDM signal used in terrestrial digital broadcasting is composed of a plurality of continuous waves with transmission bandwidths f L to f H , and a thermal noise component as a noise component in a linear region. Is included. It is known that the thermal noise component has a normal distribution of amplitude data, and a theoretical analysis method is well known. On the other hand, in the nonlinear region where the amplification factor of the OFDM signal is increased, an intermodulation distortion component is generated in addition to the thermal noise component as shown in FIG. The BER characteristic of the OFDM signal is deteriorated.
相互変調歪みは、近接した複数の周波数の信号が非線形回路を通った場合に発生する歪みであり、例えば周波数f1及びf2の信号が非線形回路を通った場合、mf1±nf2(m、nは整数)の周波数の信号が現れ、デジタル伝送信号の妨害となってしまう。m±nを相互変調の次数と呼び、図10(c)に示すように、奇数次の相互変調歪み成分が、周波数f1及びf2の信号の近傍に現れる。 The intermodulation distortion is distortion that occurs when signals having a plurality of adjacent frequencies pass through a nonlinear circuit. For example, when signals of frequencies f 1 and f 2 pass through a nonlinear circuit, mf 1 ± nf 2 (m , N is an integer) signal appears, which interferes with the digital transmission signal. referred to m ± n the order of the intermodulation, as shown in FIG. 10 (c), an odd-order intermodulation distortion component appears in the vicinity of the frequency f 1 and f 2 of the signal.
非線形性が顕著になるに従って、奇数次の相互変調歪み成分の中でも特に3次関数で表される相互変調歪み成分(CTB:Composite Triple Beat)、すなわち図10(c)においては2f1−f2、2f2−f1の周波数の相互変調歪み成分の影響度合いが大きくなり、周波数f1及びf2のデジタル伝送信号のBER特性を顕著に劣化させることとなる。 As the non-linearity becomes more prominent, among the odd-order intermodulation distortion components, intermodulation distortion components (CTB) represented by a cubic function, that is, 2f 1 -f 2 in FIG. The degree of influence of the intermodulation distortion component of the frequency of 2f 2 −f 1 becomes large, and the BER characteristics of the digital transmission signals of the frequencies f 1 and f 2 are remarkably deteriorated.
また、相互変調歪み成分は、伝送帯域のBER特性を劣化させるだけでなく、伝送帯域に隣接する周波数領域においても影響を及ぼす。例えば、周波数fHよりも高い周波数領域にケーブルテレビの伝送帯域を設定した場合でも相互変調歪み成分による影響を受け、ケーブルテレビの伝送信号のBER特性が劣化してしまう。 In addition, the intermodulation distortion component not only deteriorates the BER characteristics of the transmission band, but also affects the frequency region adjacent to the transmission band. For example, influenced by intermodulation distortion component even if you set the transmission band of the cable TV frequency range higher than the frequency f H, BER characteristics of the cable television transmission signal is deteriorated.
以上のように、相互変調歪み成分を含む雑音成分とBER特性とは密接な関係を有しており、雑音成分を解析することによりBER特性を推定することは、デジタル信号の伝送特性を推定する上で重要な課題であるが、従来の伝送特性推定装置は、相互変調歪み成分を含むデジタル伝送信号のBER特性を推定することはできなかった。したがって、従来はBER特性を推定する際に送信信号を用いる方法が採られ、送信信号を用いずにBER特性を推定するものは実現されていなかった。 As described above, the noise component including the intermodulation distortion component and the BER characteristic have a close relationship, and estimating the BER characteristic by analyzing the noise component estimates the transmission characteristic of the digital signal. Although it is an important problem above, the conventional transmission characteristic estimation device cannot estimate the BER characteristic of a digital transmission signal including an intermodulation distortion component. Therefore, conventionally, a method of using a transmission signal when estimating the BER characteristic has been adopted, and a technique for estimating the BER characteristic without using the transmission signal has not been realized.
本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、送信信号を用いずに伝送誤り率特性を推定することができる伝送特性推定装置及び伝送特性推定プログラムを提供するものである。 The present invention has been made in order to solve the conventional problems, and provides a transmission characteristic estimation apparatus and a transmission characteristic estimation program that can estimate a transmission error rate characteristic without using a transmission signal.
本発明の伝送特性推定装置は、変調方式及び搬送波対雑音電力比が予め定められたデジタル伝送信号の電力と前記デジタル伝送信号の伝送を妨害する妨害波の電力の総和との比を算出する電力比算出手段と、前記デジタル伝送信号の平均電力を算出する平均電力算出手段と、前記電力比算出手段及び前記平均電力算出手段の算出結果に基づいて前記妨害波の統計的性質を解析する統計処理手段と、前記電力比算出手段及び前記平均電力算出手段の算出結果に基づいて前記デジタル伝送信号のシンボルを判定するための閾値を算出する閾値算出手段と、前記妨害波の統計的な解析処理結果と前記閾値とに基づいて前記デジタル伝送信号のシンボル誤り率を推定するシンボル誤り率推定手段とを備えた構成を有している。 The transmission characteristic estimation apparatus of the present invention calculates the ratio of the power of a digital transmission signal with a predetermined modulation scheme and carrier-to-noise power ratio and the sum of the powers of interference waves that interfere with the transmission of the digital transmission signal. Statistical processing for analyzing the statistical properties of the interference wave based on the calculation results of the ratio calculation means, the average power calculation means for calculating the average power of the digital transmission signal, and the power ratio calculation means and the average power calculation means Means, threshold calculation means for calculating a threshold for determining a symbol of the digital transmission signal based on the calculation results of the power ratio calculation means and the average power calculation means, and statistical analysis processing results of the interference wave And a symbol error rate estimating means for estimating a symbol error rate of the digital transmission signal based on the threshold value and the threshold value.
この構成により、本発明の伝送特性推定装置は、妨害波の統計的性質と閾値とに基づいてデジタル伝送信号のシンボル誤り率を推定することができるので、送信信号を用いずに伝送誤り率特性を推定することができる。 With this configuration, the transmission characteristic estimation apparatus of the present invention can estimate the symbol error rate of a digital transmission signal based on the statistical properties and threshold values of jamming waves, so that the transmission error rate characteristic can be achieved without using a transmission signal. Can be estimated.
さらに、本発明の伝送特性推定装置は、前記シンボル誤り率推定手段によって推定された前記シンボル誤り率に基づいて前記デジタル伝送信号のビット誤り率を算出するビット誤り率算出手段を備えた構成を有している。 Furthermore, the transmission characteristic estimation apparatus of the present invention has a configuration including a bit error rate calculation unit that calculates a bit error rate of the digital transmission signal based on the symbol error rate estimated by the symbol error rate estimation unit. is doing.
この構成により、本発明の伝送特性推定装置は、送信信号を用いずにデジタル伝送信号のビット誤り率を推定することができる。 With this configuration, the transmission characteristic estimation apparatus of the present invention can estimate the bit error rate of a digital transmission signal without using a transmission signal.
さらに、本発明の伝送特性推定装置は、デジタル伝送信号に含まれる雑音成分を解析する雑音解析装置と、前記デジタル伝送信号のシンボルを判定するための閾値を算出する閾値算出手段と、前記雑音解析装置の雑音解析結果及び前記閾値に基づいて前記デジタル伝送信号のシンボル誤り率を推定するシンボル誤り率推定手段とを備え、前記雑音解析装置は、前記雑音成分の振幅データを取得する雑音振幅データ取得手段と、前記雑音成分の振幅データに係る所定の統計量を算出する統計量算出手段と、前記統計量に基づいて前記雑音成分の振幅データを正規化し、正規化した正規化振幅の累積確率分布を算出する累積確率分布算出手段とを備えた構成を有している。 Furthermore, the transmission characteristic estimation apparatus of the present invention includes a noise analysis apparatus that analyzes a noise component included in a digital transmission signal, a threshold calculation means that calculates a threshold for determining a symbol of the digital transmission signal, and the noise analysis. Symbol error rate estimation means for estimating a symbol error rate of the digital transmission signal based on a noise analysis result of the device and the threshold, and the noise analysis device acquires noise amplitude data acquisition for acquiring amplitude data of the noise component Means, a statistic calculating means for calculating a predetermined statistic relating to the amplitude data of the noise component, and normalizing the amplitude data of the noise component based on the statistic, and normalizing cumulative probability distribution of normalized amplitude And a cumulative probability distribution calculating means for calculating.
この構成により、本発明の伝送特性推定装置は、雑音解析装置によって解析された雑音成分の統計的性質に基づいて、送信信号を用いずにデジタル伝送信号のシンボル誤り率を推定することができる。 With this configuration, the transmission characteristic estimation apparatus of the present invention can estimate the symbol error rate of a digital transmission signal without using a transmission signal, based on the statistical properties of noise components analyzed by the noise analysis apparatus.
また、本発明の伝送特性推定装置は、前記雑音解析装置が、前記雑音成分の正規化振幅の累積確率分布と予め定められた基準累積確率分布との比を算出する比算出手段を備えた構成を有している。 Also, the transmission characteristic estimation apparatus of the present invention is configured such that the noise analysis apparatus includes ratio calculation means for calculating a ratio between a cumulative probability distribution of normalized amplitudes of the noise component and a predetermined reference cumulative probability distribution. have.
この構成により、本発明の伝送特性推定装置は、送信信号を用いずに雑音成分の正規化振幅の累積確率分布と予め定められた基準累積確率分布との比を算出することができる。 With this configuration, the transmission characteristic estimation apparatus of the present invention can calculate the ratio between the cumulative probability distribution of the normalized amplitude of the noise component and the predetermined reference cumulative probability distribution without using the transmission signal.
さらに、本発明の伝送特性推定装置は、前記デジタル伝送信号が、熱雑音成分を含み、前記基準累積確率分布は、前記熱雑音成分の振幅の累積確率分布であり、前記比算出手段は、前記雑音成分の正規化振幅の累積確率分布と前記熱雑音成分の振幅の累積確率分布との比を算出する構成を有している。 Further, in the transmission characteristic estimation device of the present invention, the digital transmission signal includes a thermal noise component, the reference cumulative probability distribution is a cumulative probability distribution of the amplitude of the thermal noise component, and the ratio calculating means includes the ratio calculating means, It has a configuration for calculating the ratio between the cumulative probability distribution of the normalized amplitude of the noise component and the cumulative probability distribution of the amplitude of the thermal noise component.
この構成により、本発明の伝送特性推定装置は、比算出手段が、雑音成分の正規化振幅の累積確率分布と熱雑音成分の振幅の累積確率分布との比を算出するので、送信信号を用いずに熱雑音成分の妨害特性との比較ができる。 With this configuration, the transmission characteristic estimation apparatus of the present invention uses the transmission signal because the ratio calculation means calculates the ratio between the cumulative probability distribution of the normalized amplitude of the noise component and the cumulative probability distribution of the amplitude of the thermal noise component. Without compromising the disturbance characteristics of the thermal noise component.
さらに、本発明の伝送特性推定装置は、前記デジタル伝送信号が、相互変調歪み成分を含み、前記比算出手段は、前記相互変調歪み成分の正規化振幅の累積確率分布と前記熱雑音成分の振幅の累積確率分布との比を算出する構成を有している。 Further, in the transmission characteristic estimation apparatus of the present invention, the digital transmission signal includes an intermodulation distortion component, and the ratio calculation means includes the cumulative probability distribution of the normalized amplitude of the intermodulation distortion component and the amplitude of the thermal noise component. It has the structure which calculates ratio with cumulative probability distribution of.
この構成により、本発明の伝送特性推定装置は、比算出手段が、相互変調歪み成分の正規化振幅の累積確率分布と熱雑音成分の振幅の累積確率分布との比を算出するので、送信信号を用いずに、相互変調歪み成分がデジタル伝送信号の妨害となる割合を算出することができ、また、熱雑音成分の振幅の累積確率分布に対する相互変調歪み成分の正規化振幅の累積確率分布の乖離を定量的に示すことができる。 With this configuration, the transmission characteristic estimation apparatus according to the present invention calculates the ratio between the cumulative probability distribution of the normalized amplitude of the intermodulation distortion component and the cumulative probability distribution of the amplitude of the thermal noise component in the ratio calculating means. The ratio of the intermodulation distortion component to the interference of the digital transmission signal can be calculated without using, and the cumulative probability distribution of the normalized amplitude of the intermodulation distortion component with respect to the cumulative probability distribution of the amplitude of the thermal noise component can be calculated. Deviations can be shown quantitatively.
さらに、本発明の伝送特性推定装置は、前記雑音解析装置が、前記雑音成分の正規化振幅の累積確率分布及び前記基準累積確率分布のデータを所定の確率紙を模した画面に表示する表示手段を備えた構成を有している。 Further, in the transmission characteristic estimation device of the present invention, the noise analysis device displays the data of the normalized amplitude cumulative probability distribution of the noise component and the reference cumulative probability distribution on a screen imitating a predetermined probability paper. It has the composition provided with.
この構成により、本発明の伝送特性推定装置は、表示手段が、雑音成分の正規化振幅の累積確率分布及び基準累積確率分布のデータを所定の確率紙を模した画面に表示するので、送信信号を用いずに雑音成分の正規化振幅の累積確率分布と基準累積確率分布との比を定量的に示すことができる。 With this configuration, in the transmission characteristic estimation apparatus of the present invention, the display means displays the accumulated probability distribution of the normalized amplitude of the noise component and the data of the reference cumulative probability distribution on a screen imitating a predetermined probability sheet. The ratio between the cumulative probability distribution of the normalized amplitude of the noise component and the reference cumulative probability distribution can be quantitatively shown without using.
また、本発明の伝送特性推定装置は、前記シンボル誤り率推定手段によって推定された前記シンボル誤り率に基づいて前記デジタル伝送信号のビット誤り率を算出するビット誤り率算出手段を備えた構成を有している。 In addition, the transmission characteristic estimation apparatus of the present invention has a configuration including a bit error rate calculation unit that calculates a bit error rate of the digital transmission signal based on the symbol error rate estimated by the symbol error rate estimation unit. is doing.
この構成により、本発明の伝送特性推定装置は、送信信号を用いずにデジタル伝送信号のビット誤り率を推定することができる。 With this configuration, the transmission characteristic estimation apparatus of the present invention can estimate the bit error rate of a digital transmission signal without using a transmission signal.
本発明の伝送特性推定プログラムは、デジタル伝送信号の変調方式及び搬送波対雑音電力比を予め定めるステップと、前記デジタル伝送信号の電力と前記デジタル伝送信号の伝送を妨害する妨害波の電力の総和との比を示す信号対妨害波電力比を算出するステップと、前記デジタル伝送信号の平均電力を算出するステップと、前記信号対妨害波電力比及び前記平均電力に基づいて前記妨害波の統計的性質を解析するステップと、前記信号対妨害波電力比及び前記平均電力に基づいて前記デジタル伝送信号のシンボルを判定するための閾値を算出するステップと、前記妨害波の統計的性質と前記閾値とに基づいて前記デジタル伝送信号のシンボル誤り率を推定するステップとを含む構成を有している。 The transmission characteristic estimation program of the present invention includes a step of predetermining a modulation method and a carrier-to-noise power ratio of a digital transmission signal; Calculating a signal-to-jamming wave power ratio indicative of the ratio of the digital transmission signal, calculating an average power of the digital transmission signal, and statistical characteristics of the jamming wave based on the signal-to-jamming wave power ratio and the average power Analyzing a threshold for determining a symbol of the digital transmission signal based on the signal-to-jamming wave power ratio and the average power, and statistical characteristics of the jamming wave and the threshold And a step of estimating a symbol error rate of the digital transmission signal based on the above.
この構成により、本発明の伝送特性推定プログラムは、妨害波の統計的性質と閾値とに基づいて、送信信号を用いずにデジタル伝送信号のシンボル誤り率を推定することができる。 With this configuration, the transmission characteristic estimation program of the present invention can estimate the symbol error rate of a digital transmission signal without using a transmission signal, based on the statistical properties of the interference wave and the threshold value.
また、本発明の伝送特性推定プログラムは、前記シンボル誤り率に基づいて前記デジタル伝送信号のビット誤り率を算出するステップを含む構成を有している。 In addition, the transmission characteristic estimation program of the present invention has a configuration including a step of calculating a bit error rate of the digital transmission signal based on the symbol error rate.
この構成により、本発明の伝送特性推定プログラムは、送信信号を用いずにデジタル伝送信号のビット誤り率を推定することができる。 With this configuration, the transmission characteristic estimation program of the present invention can estimate the bit error rate of a digital transmission signal without using a transmission signal.
本発明は、送信信号を用いずに伝送誤り率特性を推定することができる伝送特性推定装置及び伝送特性推定プログラムを提供することができるものである。 The present invention can provide a transmission characteristic estimation apparatus and a transmission characteristic estimation program that can estimate a transmission error rate characteristic without using a transmission signal.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
まず、本発明の第1の実施の形態の伝送特性推定装置の構成について説明する。本実施の形態の伝送特性推定装置は、例えばコンピュータで構成されるものである。
(First embodiment)
First, the configuration of the transmission characteristic estimation apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. The transmission characteristic estimation apparatus of the present embodiment is configured by a computer, for example.
図1に示すように、本実施の形態の伝送特性推定装置100は、後述するCIR(Carrier to Interference Ratio)を算出するCIR算出部101と、Pave(後述)を算出するPave算出部102と、計算機シミュレーションにより雑音成分の統計処理を行う雑音統計処理部103と、雑音成分の振幅分布を表示する振幅分布表示部104と、閾値を算出する閾値算出部105と、デジタル伝送信号のシンボル誤り率(Symbol Error Rate、以下「SER」という。)特性を推定するSER推定部106と、デジタル伝送信号の伝送誤り率を表示する誤り率表示部107とを備えている。
As shown in FIG. 1, a transmission
なお、CIR算出部101及びPave算出部102は、それぞれ、本発明の電力比算出手段及び平均電力算出手段を構成している。また、雑音統計処理部103及び閾値算出部105は、それぞれ、本発明の統計処理手段及び閾値算出手段を構成している。また、SER推定部106は、本発明のシンボル誤り率推定手段及びビット誤り率算出手段を構成している。
The
次に、雑音成分の振幅分布が解析により既知である場合に、SER特性を推定する手法について説明する。 Next, a method for estimating the SER characteristic when the amplitude distribution of the noise component is known by analysis will be described.
正規化振幅xの雑音成分の累積確率分布関数がp(x)のとき、分布関数P(δ)の値は(1)式に示すようにp(x)を閾値δから無限大まで定積分した値となる。
熱雑音成分の累積確率分布p(x)は正規分布であり、その分布関数P(δ)は誤差関数(Error function)で示される。一方、関数が不明の雑音成分は、その振幅の累積確率分布から分布関数の値が示される。分布関数は、雑音成分の振幅が閾値を超える確率であり、デジタル伝送信号のSER特性となる。 The cumulative probability distribution p (x) of the thermal noise component is a normal distribution, and the distribution function P (δ) is indicated by an error function. On the other hand, for a noise component whose function is unknown, the value of the distribution function is indicated from the cumulative probability distribution of the amplitude. The distribution function is the probability that the amplitude of the noise component exceeds the threshold value, and becomes the SER characteristic of the digital transmission signal.
SER特性は、変調方式及び搬送波対雑音電力比(Carrier to Noise ratio、以下「CNR」という。)の大きさに影響を受けることが知られている。変調信号のコンスタレーションを格子状に配置するQAM(Quadrature Amplitude Modulation:直交振幅変調)信号において、隣接するシンボル間の距離を2δ、すなわちシンボルから閾値までの距離をδ、妨害波電力をσ2とすると、CNRは(2)式で示される。
ここで、Paveはδを1としたときのQAM信号の平均電力である。表1は、シンボルを格子状に配置する代表的なQAM信号のPaveの値を示したものである。例えば、δを1としたときの1024QAM信号の平均電力は682である。
熱雑音成分によるSER特性は、文献「"デジタル無線通信の変復調,"電子情報通信学会編、p.117」によれば(3)式で示される。なお、(3)式においてerfcは、相補誤差関数を示している。
ここで(2)式をδについて解くと(4)式が得られる。
(4)式のσを1として正規化した雑音データを扱えば、CNRとPaveとを用いて閾値δを算出することができる。以上より、変調方式とCNRとを仮定すれば、正規化した雑音データの分布関数P(δ)の値からSER特性を推定できることがわかる。 If noise data normalized with σ in equation (4) as 1 is handled, the threshold δ can be calculated using CNR and P ave . From the above, it can be seen that the SER characteristic can be estimated from the value of the distribution function P (δ) of the normalized noise data if the modulation method and the CNR are assumed.
次に、本実施の形態に係る伝送特性推定装置100の動作を説明する。ここでは、CNRが44dBで、CTBがそれぞれ−48dB、−50dB及び−52dBのときの振幅分布の計算機シミュレーションから、QAM信号のBER特性を推定する例を挙げて説明する。
Next, the operation of transmission
まず、デジタル伝送信号の変調方式及びCNRを予め定めておく。なお、地上デジタル放送においては、BERは10−4程度以下が好ましいので、後述する図4に示されたデータより、CNRは36dB程度以上に設定するのが好ましい。 First, the modulation method and CNR of a digital transmission signal are determined in advance. In terrestrial digital broadcasting, since the BER is preferably about 10 −4 or less, the CNR is preferably set to about 36 dB or more from the data shown in FIG. 4 described later.
次いで、CIR算出部101によって、CNR及びCTBから(5)式によりCIRが算出される。なお、CIRとは、希望波電力と妨害波電力の総和との比をいう。
次いで、予め定められた変調方式に基づいて、Pave算出部102によってPaveが算出される。例えば、1024QAM信号を用いる場合は、表1よりPaveとして682が得られる。
Then, based on the modulation scheme determined in advance, P ave is calculated by P ave
続いて、雑音統計処理部103によって、熱雑音成分の振幅データと、CTBとして用いるOFDM信号の振幅データ(以下「CTBの振幅データ」という。)を3乗したデータとが別々に107個発生させられ、CNR及びCTBの値からそれぞれ熱雑音成分及びCTBの振幅比が算出される。次いで、それぞれの振幅比が、熱雑音成分の振幅データ及びCTBの振幅データの係数とされる。
Subsequently, the noise
さらに、雑音統計処理部103によって、各係数が乗じられた、熱雑音成分の振幅データとCTBの振幅データとが加算されることにより、振幅データの平均値、分散値及び標準偏差等の統計量が演算される。なお、OFDM信号の振幅は熱雑音成分の振幅と同様に正規分布するので、熱雑音成分の振幅データを3乗したデータをCTBとして用いることができる。
Furthermore, the noise
次いで、振幅分布表示部104によって、振幅分布のデータが表示される。図2は、振幅分布表示部104に表示される振幅分布のデータの一例を示しており、CNRが44dBで、CTBがそれぞれ−48dB、−50dB及び−52dBのときにおける妨害波の振幅分布の計算機シミュレーション結果である。なお、振幅分布のデータは正負対象であるため、図2においては負極性側のみを表示している。
Next, amplitude distribution data is displayed by the amplitude
引き続き、閾値算出部105によって、シンボルの閾値δが算出される。この閾値δは、熱雑音成分と、OFDM信号のCTBを含む妨害波電力の総和とに基づいて算出される。(4)式のCNRを(5)式のCIRで置き換えると、(6)式により閾値δが求まる。
次いで、振幅分布表示部104が表示する振幅分布のデータにおいて、(6)式によって算出された閾値−δのときの累積確率を求めることにより、SER推定部106によってSER特性の推定値が取得される。ここで、閾値δに負号を付したのは、前述のように図2に示された振幅分布のデータは負極性側のみを表示しているからである。なお、SER推定部106は、推定したSER特性に基づいて、後述する手法によってBER特性を推定することもできる。
Next, in the amplitude distribution data displayed by the amplitude
そして、誤り率表示部107によって、SER特性が表示される。なお、誤り率表示部107は、BER特性を表示することもできる。
Then, the SER characteristic is displayed by the error
次に、SER推定部106によって推定されたSER特性からBER特性に変換する手法について説明する。
Next, a method for converting the SER characteristic estimated by the
1シンボルに含まれるビット数は変調方式によって異なり、例えばQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)方式では2ビット、1024QAM方式では10ビットである。ここでは1024QAM方式を例に挙げて説明する。 The number of bits included in one symbol differs depending on the modulation method, and is, for example, 2 bits in the QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) method and 10 bits in the 1024QAM method. Here, the 1024QAM system will be described as an example.
文献「"ケーブルテレビ用1024QAM伝送装置の開発,″映像情報メディア学会誌Vol.58、No.10、pp.1421−1428(2004)」によれば、受信機側で絶対同期検波したときのBER特性は(7)式で示される。
したがって、(3)式を(7)式に代入することにより、SER特性とBER特性との関係は(8)式で示される。
伝送特性推定装置100によるシミュレーション結果から推定したSER特性及びBER特性と、実測値との比較を表2に示す。BER特性の実測値と推定値とがよく対応している。
次に、歪み成分のデジタル伝送信号への妨害の影響を送受信機を用いて測定した。CTBの大きさをパラメータとして、QAM信号のCNRに対するBER特性を測定した。ここでは、QAM信号として1024QAM信号を例に挙げる。なお、1024QAM信号としては、グレイ(Gray)符号配置されているものを用いた。 Next, the influence of disturbance of the distortion component on the digital transmission signal was measured using a transceiver. Using the CTB size as a parameter, the BER characteristic with respect to the CNR of the QAM signal was measured. Here, a 1024 QAM signal is taken as an example of the QAM signal. As the 1024QAM signal, a signal having a Gray code arrangement is used.
図3は、QAM信号の伝送特性を測定するための構成例を示すブロック図である。図3(a)に示すように、QAM信号を出力する送信機としてのQAM変調器31と、非線形歪み成分を含む信号を発生する非線形歪発生器32と、QAM変調器31の出力信号と非線形歪発生器32の出力信号とを加算する加算器33と、熱雑音信号を発生する熱雑音発生器34と、加算器33の出力信号と熱雑音信号とを加算する加算器35と、QAM信号を復調する受信機としてのQAM復調器36と、BER特性を表示するBER表示器37とを備えた構成でQAM信号の伝送特性を測定した。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example for measuring transmission characteristics of a QAM signal. As shown in FIG. 3A, a
図3(b)に示す非線形歪発生器32は、OFDM信号発生装置20と、所定の帯域幅の信号を通過させる帯域通過フィルタ11と、局部発振信号を生成する局部発振器13aと、増幅された伝送帯域の雑音成分と局部発振信号とを混合するミキサ13bとを備え、非線形歪み成分を含む信号を発生するようになっている。OFDM信号発生装置20は、地上デジタル放送のOFDM信号を発生するOFDM信号発生器21と、増幅器23の入力レベルを設定する減衰器22と、OFDM信号を増幅する増幅器23とを備えている。
The
ここで、非線形歪みとは、増幅器や回路素子の非線形性によって発生する相互変調歪みをいい、CTBを含む。このCTBは、620MHz付近に発生するOFDM信号の3次の相互変調歪みとし、ミキサ13bに入力される。そして、ミキサ13bからは、中心周波数10MHz、帯域幅6MHzの中間周波数帯の信号が出力されるようになっている。
Here, the non-linear distortion means intermodulation distortion generated by the non-linearity of an amplifier or a circuit element, and includes CTB. This CTB is the third-order intermodulation distortion of the OFDM signal generated in the vicinity of 620 MHz, and is input to the
QAM変調器31からのQAM信号に、非線形歪み成分及び熱雑音成分が妨害波として加えられQAM復調器36に入力される。QAM復調器36の入力にスペクトラムアナライザを接続し、スペクトラムアナライザで雑音電力密度(dBm/Hz)を測定して、QAM信号のシンボルレートの帯域幅で換算することにより妨害波電力を求めた。CTBの値はQAM信号の平均電力に対する妨害波電力の相対値とした。
A nonlinear distortion component and a thermal noise component are added to the QAM signal from the
図4は、CNRと1024QAM信号のBER特性との関係を示した図であり、OFDM信号の9波から発生した歪みの影響を示している。図4において、三角印、四角印及びX印でそれぞれプロットしたデータは、CTBの大きさをパラメータとして、CNR対1024QAM信号のBER特性を測定した結果を示したものである。また、黒丸でプロットしたデータは、熱雑音成分のみの場合のBER特性の測定値を示している。また、実線は、1024QAM信号のBER特性の理論値を示している。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the CNR and the BER characteristic of the 1024QAM signal, and shows the influence of distortion generated from nine waves of the OFDM signal. In FIG. 4, the data plotted with the triangle mark, the square mark, and the X mark indicate the results of measuring the BER characteristics of the CNR versus 1024QAM signal using the CTB size as a parameter. Further, the data plotted with black circles show the measured values of the BER characteristics in the case of only the thermal noise component. The solid line shows the theoretical value of the BER characteristic of the 1024QAM signal.
図4に示すように、CNRが低くなり熱雑音成分の割合が高くなると、CTBによるBER特性は熱雑音成分によるBER特性に近づく。このことは熱雑音成分とCTBとが畳み込まれる場合の雑音成分の統計的性質を表しており、熱雑音成分の割合が高くなるにつれて妨害波が正規分布に近くなることを示している。 As shown in FIG. 4, when the CNR decreases and the ratio of the thermal noise component increases, the BER characteristic due to CTB approaches the BER characteristic due to the thermal noise component. This represents the statistical properties of the noise component when the thermal noise component and CTB are convoluted, and shows that the interference wave becomes closer to the normal distribution as the proportion of the thermal noise component increases.
なお、前述した伝送特性推定装置100の動作の各ステップをプログラミングすることにより、デジタル伝送信号のSER特性及びBER特性の少なくとも一方を算出する伝送特性推定プログラムを制作することができる。
Note that, by programming each step of the operation of the transmission
以上のように、本実施の形態の伝送特性推定装置100によれば、雑音統計処理部103は、熱雑音成分とCTBとが混在した雑音成分の振幅分布のシミュレーションを行い、閾値算出部105は、デジタル伝送信号のシンボルの閾値を算出し、SER推定部106は、雑音成分の振幅分布及び閾値に基づいてデジタル伝送信号のSER特性又はBER特性を推定する構成としたので、送信信号を用いずに、デジタル伝送信号の伝送特性を雑音成分の統計的性質に基づいて推定することができる。
As described above, according to the transmission
なお、本実施の形態において、1024QAM信号を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他のデジタル伝送信号であっても同様な効果を得ることができる。 In the present embodiment, a 1024QAM signal has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and similar effects can be obtained even with other digital transmission signals.
(第2の実施の形態)
まず、本発明の第2の実施の形態の伝送特性推定装置の構成について図5を用いて説明する。図5は、本実施の形態に係る伝送特性推定装置のブロック図である。
(Second Embodiment)
First, the configuration of the transmission characteristic estimation apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram of the transmission characteristic estimation apparatus according to the present embodiment.
図5に示すように、本実施の形態の伝送特性推定装置200は、雑音解析を行う雑音解析装置10と、CIRを算出するCIR算出部201と、Paveを算出するPave算出部202と、閾値を算出する閾値算出部203と、SER特性を推定するSER推定部204と、誤り率を表示する誤り率表示部205とを備えている。
As shown in FIG. 5, the transmission
なお、CIR算出部201、Pave算出部202、閾値算出部203、SER推定部204及び誤り率表示部205は、本発明の第1の実施の形態に係る伝送特性推定装置100(図1参照)におけるCIR算出部101、Pave算出部102、閾値算出部105、SER推定部106及び誤り率表示部107とそれぞれ対応するものなので、構成の説明は省略する。
Note that the
次に、雑音解析装置10の構成について図6を用いて説明する。
Next, the configuration of the
図6に示すように、本実施の形態の雑音解析装置10は、被測定雑音成分を含むデジタル伝送信号を入力し、所定の帯域幅の信号を通過させる帯域通過フィルタ11と、信号を増幅する増幅器12と、周波数を変換する周波数変換部13と、周波数変換されたアナログ信号のデータをデジタル信号のデータに変換するアナログデジタル変換部(以下「A/D変換部」という。)14と、デジタル信号のデータを記録する記録部15と、記録部15からデジタル信号のデータを読み出して所定の統計量を演算する演算部16と、演算結果を表示する表示部17とを備えている。
As shown in FIG. 6, the
帯域通過フィルタ11は、例えば地上デジタル放送波がOFDM信号によって伝送される周波数帯域(以下「伝送帯域」という。)の信号に含まれる雑音成分を通過させるようになっている。増幅器12は、帯域通過フィルタ11を通過した伝送帯域の雑音成分を増幅するようになっている。ここで、雑音成分は、線形領域において熱雑音成分を含み、非線形領域において相互変調歪み成分及び熱雑音成分を含む。この相互変調歪み成分及び熱雑音成分は、デジタル伝送信号の伝送系で発生する妨害波である。
The
周波数変換部13は、局部発振信号を生成する局部発振器13aと、増幅された伝送帯域の雑音成分と局部発振信号とを混合するミキサ13bとを備え、伝送帯域の雑音成分を中間周波数(IF)の信号に変換するようになっている。
The
A/D変換部14は、中間周波数に変換されたアナログ信号である伝送帯域の雑音成分の振幅データを取得し、取得した振幅データをデジタル値に変換するようになっている。なお、A/D変換部14は、本発明の雑音振幅データ取得手段を構成している。
The A /
記録部15は、例えば半導体メモリで構成され、A/D変換部14によってデジタル値に変換された雑音成分の振幅データを記録するようになっている。
The
演算部16は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read−Only Memory)、RAM(Random−Access Memory)等で構成され、雑音成分の振幅データを記録部15から読み出し、振幅データの平均値、分散値及び標準偏差等の統計量を演算するようになっている。なお、標準偏差は、記号σで表記する。
The
また、演算部16は、演算によって求めた統計量に基づいて雑音成分の振幅のデータを正規化し、正規化した振幅(以下「正規化振幅」という。)の累積確率分布を求め、正規化振幅の累積確率分布と、予め定められた基準累積確率分布、例えば正規分布との比を算出するようになっている。なお、演算部16は、演算した統計量や、ある正規化振幅における累積確率、正規化振幅の累積確率分布と正規分布との比等のデータを、表示部17及びSER推定部204(図5参照)に出力するようになっている。また、演算部16は、本発明の統計量算出手段、累積確率分布算出手段及び比算出手段を構成している。
In addition, the
表示部17は、例えば液晶ディスプレイで構成され、例えば正規確率紙を模した画面を表示して、正規化振幅の累積確率分布と、正規分布とを比較するデータを表示するようになっている。また、表示部17は、演算部16によって演算された統計量や、ある正規化振幅における累積確率、正規化振幅の累積確率分布と正規分布との比等のデータを表示することができるようになっている。なお、表示部17は、正規確率紙を模した画面のみを表示するものに限定されず、演算部16によって処理される統計量に応じた確率紙を模した画面を表示する構成としてもよい。また、表示部17は、本発明の表示手段を構成している。
The
次に、本実施の形態に係る伝送特性推定装置200の動作を説明する。
Next, the operation of transmission
まず、雑音解析装置10の動作について、図6〜図9を用いて説明する。
First, the operation of the
図7は、本実施の形態の雑音解析装置10に信号源としてのOFDM信号発生装置20を接続し、地上デジタル放送のOFDM信号を非線形増幅した際に発生する相互変調歪み成分の特性を解析する例を示す図である。OFDM信号発生装置20は、地上デジタル放送のOFDM信号を発生するOFDM信号発生器21と、増幅器23の入力レベルを設定する減衰器22と、OFDM信号を増幅する増幅器23とを備えている。
FIG. 7 shows the characteristics of intermodulation distortion components generated when the
また、図8は、雑音解析で用いた地上デジタル放送のOFDM信号のスペクトラムを示す図であり、図8(a)は、増幅器23に入力されるOFDM信号のスペクトラムを示し、図8(b)は、増幅器23から出力されるOFDM信号のスペクトラム、すなわち相互変調歪み成分を含むスペクトラムを示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the spectrum of an OFDM signal for digital terrestrial broadcasting used in the noise analysis. FIG. 8A shows the spectrum of the OFDM signal input to the
まず、雑音解析に用いたOFDM信号について図8を用いて説明する。図8(a)に示すように、地上デジタル放送のOFDM信号は、地上デジタル放送で使用されるUHF(Ultra High Frequency)帯の19ch(中心周波数509MHz)から27ch(同557MHz)までの連続した9波の信号である。 First, an OFDM signal used for noise analysis will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8 (a), the OFDM signal of terrestrial digital broadcasting is a continuous 9 channel from 19ch (center frequency 509MHz) to 27ch (557MHz) of UHF (Ultra High Frequency) band used in terrestrial digital broadcasting. It is a wave signal.
図8(a)に示すように、増幅器23に入力されるOFDM信号の電力レベルは、OFDM信号の周波数が高い側に隣接するチャンネル帯域(以下「右側隣接伝送チャンネル」という。)において、雑音電力レベルとの差が約55dBであった。増幅器23に入力されるOFDM信号の電力レベルを減衰器22によって変化させたものが図8(b)に示すスペクトラムであり、右側隣接伝送チャンネルにおける雑音電力レベルとの差を約35dBとした。
As shown in FIG. 8A, the power level of the OFDM signal input to the
前述のように設定されたOFDM信号は、雑音解析装置10に入力され、帯域通過フィルタ11及び増幅器12を介して周波数変換部13に入力される。ここで、雑音解析装置10によって解析される被解析雑音成分として、620MHz付近に発生する歪み成分、すなわちOFDM信号の3次の相互変調歪み(Composite Triple Beat、以下「CTB」という。)とし、周波数変換部13からの出力が、中心周波数10MHz、帯域幅6MHzの中間周波数帯の信号となるよう周波数変換部13によって周波数変換した。
The OFDM signal set as described above is input to the
次いで、被解析雑音成分の信号は、A/D変換部14によって標本化定理に基づいてデジタル信号に変換され、被解析雑音成分の振幅データが例えば107個取得される。このサンプルデータは記録部15によって記録される。
Then, the signal of the analyzed noise component, based on the sampling theorem by the A /
引き続き、演算部16によって、被解析雑音成分の振幅データの全サンプルデータが記録部15から読み出され、被解析雑音成分の統計的性質を把握するため、振幅データの平均値、分散値及び標準偏差σが取得される。
Subsequently, all the sample data of the amplitude data of the analyzed noise component is read out from the
さらに、演算部16によって、被解析雑音成分の振幅データの全サンプルが正規化され、振幅データの平均値が0、標準偏差σが1とされる。この正規化処理によって、被解析雑音成分と、正規分布する熱雑音成分との統計的性質の比較が可能となる。また、演算部16によって、被解析雑音成分の正規化振幅の累積確率分布(以下「振幅分布」という。)が算出され、振幅分布のデータが表示部17及びSER推定部204に出力される。
Further, the
そして、表示部17によって、正規確率紙を模した画面と共に、被解析雑音成分の正規化振幅の振幅分布と、正規分布する熱雑音成分とのグラフが、例えば図9に示すように表示される。図9において、横軸は正規化振幅を示し、縦軸は累積確率を示している。また、実線は正規分布する熱雑音成分のデータ、破線はOFDM信号のCTBを解析的に導出した理論値、丸印は実験で取得し統計処理したOFDM信号のCTBの測定値を示している。
Then, the
図9に示すように、CTBの測定値は、解析的に導出したCTBの理論値とよく一致し、正規化振幅の絶対値が大きい範囲で正規分布から大きく乖離していることを示している。これは、OFDM信号のCTBが、正規分布する熱雑音成分と同じ電力であっても、デジタル変調信号のBER特性の劣化への影響が大きくなることを意味している。 As shown in FIG. 9, the CTB measurement value is in good agreement with the analytically derived CTB theoretical value, and shows a large deviation from the normal distribution in the range where the absolute value of the normalized amplitude is large. . This means that even if the CTB of the OFDM signal has the same power as the thermal noise component that is normally distributed, the influence on the deterioration of the BER characteristic of the digital modulation signal is increased.
次に、図5に戻り、雑音解析装置10から出力された振幅分布のデータがSER推定部204に入力される。なお、デジタル伝送信号の変調方式及びCNRは、予め定められているものとする。次いで、CIR算出部201によって、CNR及びCTBから(5)式によりCIRが算出される。さらに、Pave算出部202によって、Paveが算出される。
Next, returning to FIG. 5, the amplitude distribution data output from the
続いて、閾値算出部105によって、シンボルの閾値δが算出される。この閾値δは、熱雑音成分と、OFDM信号のCTBを含む妨害波電力の総和とに基づいて、(6)式により算出される。
Subsequently, the threshold
次いで、雑音解析装置10から出力された振幅分布のデータにおいて、(6)式によって算出された閾値−δのときの累積確率を求めることにより、SER推定部204によってSER特性の推定値が取得される。なお、SER推定部204は、推定したSER特性からBER特性を(7)式及び(8)式によって推定することもできる。
Next, in the amplitude distribution data output from the
そして、誤り率表示部205によってSER特性が表示される。なお、誤り率表示部205は、SER推定部204がBER特性を推定する場合は、このBER特性を表示することもできる。
Then, the SER characteristic is displayed by the error
以上のように、本実施の形態の伝送特性推定装置200によれば、雑音解析装置10は、熱雑音成分とCTB妨害とが混在した雑音成分の振幅分布を取得し、閾値算出部203は、デジタル伝送信号のシンボルの閾値を算出し、SER推定部204は、雑音成分の振幅分布及び閾値に基づいてデジタル伝送信号のSER特性又はBER特性を推定する構成としたので、送信信号を用いずに、雑音成分の統計的性質に基づいてデジタル伝送信号の伝送特性を推定することができる。
As described above, according to the transmission
10 雑音解析装置
11 帯域通過フィルタ
12、23 増幅器
13 周波数変換部
13a 局部発振器
13b ミキサ
14 A/D変換部(雑音振幅データ取得手段)
15 記録部
16 演算部(統計量算出手段、累積確率分布算出手段、比算出手段)
17 表示部(表示手段)
20 OFDM信号発生装置
21 OFDM信号発生器
22 減衰器
31 QAM変調器
32 非線形歪発生器
33、35 加算器
34 熱雑音発生器
36 QAM復調器
37 BER表示器
100、200 伝送特性推定装置
101、201 CIR算出部(電力比算出手段)
102、202 Pave算出部(平均電力算出手段)
103 雑音統計処理部(統計処理手段)
104 振幅分布表示部
105、203 閾値算出部(閾値算出手段)
106、204 SER推定部(シンボル誤り率推定手段、ビット誤り率算出手段)
107、205 誤り率表示部
DESCRIPTION OF
15
17 Display section (display means)
DESCRIPTION OF
102, 202 P ave calculation unit (average power calculation means)
103 Noise statistical processing section (statistical processing means)
104 Amplitude
106, 204 SER estimation unit (symbol error rate estimation means, bit error rate calculation means)
107, 205 Error rate display
Claims (10)
前記雑音解析装置は、前記雑音成分の振幅データを取得する雑音振幅データ取得手段と、前記雑音成分の振幅データに係る所定の統計量を算出する統計量算出手段と、前記統計量に基づいて前記雑音成分の振幅データを正規化し、正規化した正規化振幅の累積確率分布を算出する累積確率分布算出手段とを備えたことを特徴とする伝送特性推定装置。 Based on a noise analysis device that analyzes a noise component included in a digital transmission signal, a threshold calculation unit that calculates a threshold for determining a symbol of the digital transmission signal, a noise analysis result of the noise analysis device, and the threshold Symbol error rate estimating means for estimating a symbol error rate of the digital transmission signal,
The noise analysis device includes a noise amplitude data acquisition unit that acquires amplitude data of the noise component, a statistic calculation unit that calculates a predetermined statistic related to the amplitude data of the noise component, and the statistic based on the statistic A transmission characteristic estimation apparatus comprising: cumulative probability distribution calculating means for normalizing noise component amplitude data and calculating a normalized cumulative probability distribution of normalized amplitude.
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