JP2007258794A - Method and device for reducing noise in ofdm receiver - Google Patents

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Tatsuhiro Nakada
樹広 仲田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve precise diversity composition by improving an error in a calculated OFDM diversity composition ratio caused by noise included into a pilot carrier in environment having deteriorated C/N and the deterioration of the C/N after composition. <P>SOLUTION: In a device for diversity-receiving an OFDM signal using a discrete pilot, a reception signal is subjected to Fourier transform to average the pilot carrier extracted from a frequency axis signal in a time direction, and the composition ratio in the diversity composition is calculated from the transmission path estimation result of a frequency axis based on the pilot carrier after noise is reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、直交周波数分割多重方式(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:以下OFDMと略す)変調方式で変調されたデータ伝送装置の受信装置に関する技術である。 The present invention relates to a reception apparatus of a data transmission apparatus modulated by an orthogonal frequency division multiplexing (hereinafter, abbreviated as OFDM) modulation scheme.

近年、移動体向けディジタル伝送や、地上系ディジタルテレビジョン放送への応用に適した変調方式として、マルチパスフェージングやゴーストに強いという特徴のあるOFDM方式が注目を浴びている。 OFDM方式は、マルチキャリア変調方式の一種であって、互いに直交する数十本〜数百本の搬送波(キャリア)にそれぞれディジタル変調を施した伝送方式である。   In recent years, as a modulation method suitable for application to mobile digital transmission and terrestrial digital television broadcasting, an OFDM method characterized by resistance to multipath fading and ghost has been attracting attention. The OFDM system is a kind of multi-carrier modulation system, and is a transmission system in which tens to several hundreds of carriers (carriers) orthogonal to each other are digitally modulated.

これらの各キャリアのI軸成分、Q軸成分には、各々に被変調信号として離散的な符号を割り当て、シンボル周期(数μsec〜msec)毎にその符号を更新する。キャリアのディジタル変調方式としては、4相差動位相偏移変調方式(Differential Quadrature Phase Shift Keying:以下DQPSKと略す)も用いられるが、16値直交振幅変調(16 Quadrature Amplitude Modulation:以下16QAMと略す)や64QAMなどの多値変調方式が良く用いられている。   A discrete code is assigned to each of the I-axis component and Q-axis component of each carrier as a modulated signal, and the code is updated every symbol period (several μsec to msec). As a digital modulation system of the carrier, a 4-phase differential phase shift keying (DQPSK) is also used, but a 16-value quadrature amplitude modulation (16QAM) or A multilevel modulation system such as 64QAM is often used.

16QAMや64QAMの変調方式では、各キャリアの振幅及び位相に情報を持たせているため、復調時には受信キャリアの絶対振幅、及び絶対位相を正確に再生する必要がある。
そのため、振幅と位相が一定であるパイロットキャリアを数キャリア毎に配置して、受信機ではパイロットキャリアに基づいて伝送路特性を推定し、振幅、位相の等化を行う方式が用いられている。
In the 16QAM and 64QAM modulation schemes, information is given to the amplitude and phase of each carrier, and therefore the absolute amplitude and absolute phase of the received carrier must be accurately reproduced during demodulation.
Therefore, a method is used in which pilot carriers having constant amplitude and phase are arranged for every several carriers, and the receiver estimates channel characteristics based on the pilot carriers and equalizes the amplitude and phase.

図4、5はパイロットキャリアの配置方式の一例である。
図4はパイロットキャリアを同一キャリアに時間連続的に配置させた構成であり、連続パイロット(Continuous Pilot:以下CPと略す)と称されている。また、図5はパイロットキャリアの配置をシンボル毎にずらして配置させた構成であり、離散パイロット(Scattered Pilot:以下SPと略す)と称されている。
4 and 5 are examples of pilot carrier arrangement methods.
FIG. 4 shows a configuration in which pilot carriers are continuously arranged on the same carrier in time, and is called a continuous pilot (hereinafter abbreviated as CP). FIG. 5 shows a configuration in which the pilot carriers are arranged so as to be shifted for each symbol, and is called a discrete pilot (hereinafter abbreviated as SP).

パイロットキャリアによる受信側での等化処理に関する説明は後述するが、図4に示すパイロット配置では高速の移動伝送のように変動の激しい伝送路に適しており、逆に図5に示すパイロット配置では、時間応答性は低くなるが、等化可能なマルチパスの遅延時間が長くなるという特徴がある。
また、伝送性能を向上させるため、パイロットキャリアの振幅は通常のデータキャリアよりも大きめに設定することが多い。例えば、データキャリアと比較して、4/3倍の振幅比に設定する。
これらのキャリアは互いに直交関係を保つように加算され、OFDM時間軸波形が生成される。 この加算処理は、各キャリアに対し逆フーリエ変換(Inverse Fast Fourie Transform:以下IFFTと略す)処理を行うことで実現できる。
Although the explanation on the equalization processing on the receiving side by the pilot carrier will be described later, the pilot arrangement shown in FIG. 4 is suitable for a transmission path with a large fluctuation such as high-speed mobile transmission, and conversely, in the pilot arrangement shown in FIG. Although the time responsiveness is low, the multipath delay time that can be equalized is long.
In order to improve transmission performance, the amplitude of the pilot carrier is often set larger than that of a normal data carrier. For example, the amplitude ratio is set to 4/3 times that of the data carrier.
These carriers are added so as to maintain an orthogonal relationship with each other, and an OFDM time axis waveform is generated. This addition process can be realized by performing an inverse Fourier transform (hereinafter referred to as IFFT) process on each carrier.

OFDM信号のシンボル構成は、図6に示すように、上記IFFT処理後の時間軸波形である有効シンボルと、有効シンボルの一部を複写して有効シンボルの前に付加したガードインターバルからOFDMシンボルが構成される。
ガードインターバルを付加することでにより、ガードインターバル期間内の遅延時間の遅延波に対しては、シンボル間干渉による劣化を避けることが出来るため、マルチパスフェージングに対して、強い耐性を有することができる。
上記処理により生成されたOFDM信号は、高周波(RF)に周波数変換された後、送信される。
As shown in FIG. 6, the OFDM signal has a symbol structure in which an OFDM symbol is composed of an effective symbol that is a time axis waveform after the IFFT processing and a guard interval that is a part of the effective symbol copied and added before the effective symbol. Composed.
By adding a guard interval, it is possible to avoid deterioration due to inter-symbol interference with respect to a delayed wave having a delay time within the guard interval period, and thus can have strong resistance against multipath fading. .
The OFDM signal generated by the above processing is frequency-converted to a high frequency (RF) and then transmitted.

ところで、OFDMは移動体伝送に適しているとの理由から、マラソン中継や緊急報道などのテレビ中継を行うFPU(Field Pickup Unit)と称する映像無線伝送装置の伝送方式に用いられることがある。
移動体伝送では、その地形に応じて送信機から直接到来する主波の他に、建物等から反射して遅延時間を伴って到来する反射波が存在するマルチパス通信路が形成されることがある。
By the way, because OFDM is suitable for mobile transmission, it may be used in a transmission system of a video wireless transmission device called FPU (Field Pickup Unit) that performs television relay such as marathon relay and emergency news.
In mobile transmission, in addition to the main wave coming directly from the transmitter according to the terrain, a multipath communication path may be formed in which there is a reflected wave that is reflected from a building or the like and arrives with a delay time. is there.

マルチパス環境下では、主波と反射波の位相が逆相付近になる周波数帯域では、信号が打ち消され振幅が小さくなってしまう周波数選択性フェージングと呼ばれる劣化が生じる。OFDMではキャリア1本毎の帯域が狭いため、周波数選択性フェージングでレベルの低下したキャリアには伝送誤りが多発してしまう。
更に、移動体伝送においては、主波と反射波のレベルも時々刻々と変化するレイリーフェージング環境も発生することがある。レイリーフェージング環境下では全キャリアのレベルが低下してしまうことがあるため、レベルの低下したシンボルも伝送誤りが多発してしまう。
Under a multipath environment, in a frequency band where the phases of the main wave and the reflected wave are close to opposite phases, degradation called frequency selective fading occurs in which the signal is canceled and the amplitude is reduced. In OFDM, since the band for each carrier is narrow, a transmission error frequently occurs in a carrier whose level is reduced by frequency selective fading.
Furthermore, in mobile transmission, there may be a Rayleigh fading environment in which the levels of the main wave and the reflected wave change from moment to moment. In a Rayleigh fading environment, the level of all carriers may be reduced, so that transmission errors frequently occur even for symbols with reduced levels.

そのため、これらのフェージング劣化を軽減するためにスペース(空間)ダイバーシチ(以下ダイバーシチ)と呼ばれる受信処理方式を適用することがある。ダイバーシチとは、複数のアンテナを空間的に離して配置し、それぞれのアンテナで受信した信号を適切に合成、あるいは複数のアンテナの中から受信強度の大きい方を選択して受信処理することでフェージング劣化の影響を軽減することができる方式である。   Therefore, a reception processing method called space diversity (hereinafter referred to as diversity) may be applied in order to reduce such fading degradation. Diversity refers to fading by placing multiple antennas spatially apart and appropriately combining the signals received by each antenna, or by selecting the one with the higher received strength from the multiple antennas and processing them. This is a method that can reduce the influence of deterioration.

OFDM方式のダイバーシチでは、サブキャリア単位に上記の切替え、合成処理を行うことで、マルチパス環境下であっても適切なダイバーシチを行うことができる。更に、ダイバーシチ方式の中でもダイバーシチ利得の優れている最大比合成方式がよく用いられており、この方式について以下に説明する。   In the diversity of the OFDM scheme, appropriate switching can be performed even in a multipath environment by performing the above switching and combining processing for each subcarrier. Further, the maximum ratio combining method having excellent diversity gain is often used among the diversity methods, and this method will be described below.

図7は2系統のアンテナを有するダイバーシチ装置の構成を示した図である。
2系統のアンテナで受信した信号は、それぞれ周波数変換等の処理を経て、A/D変換器1a、1bに入力されディジタル信号に変換される。得られたA/D変換器1a、1bの出力信号はFFT部2a、2bに入力され、FFT部2a、2bでは、受信サンプル系列上に有効シンボル期間長の時間窓を設け、設けた時間窓内に含まれるサンプル信号に対してFFT演算処理を施し、時間軸信号から周波数軸信号へと変換する。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a diversity apparatus having two antennas.
Signals received by the two antennas are each subjected to processing such as frequency conversion, and then input to the A / D converters 1a and 1b to be converted into digital signals. The output signals of the obtained A / D converters 1a and 1b are input to the FFT units 2a and 2b. In the FFT units 2a and 2b, a time window having an effective symbol period length is provided on the received sample sequence. FFT processing is performed on the sample signal included therein to convert the time axis signal into a frequency axis signal.

FFT部2a、2bからの出力信号はパイロットキャリア抽出部3a、3bに入力され、受信周波数軸信号からパイロットキャリアを抽出する。その後、内挿補間フィルタ部5a、5bにて抽出したパイロットキャリアに対して周波数方向に内挿補間を行うことで、パイロットキャリアの存在しないキャリアの伝送路特性を算出する。   Output signals from the FFT units 2a and 2b are input to the pilot carrier extraction units 3a and 3b, and a pilot carrier is extracted from the received frequency axis signal. Thereafter, by performing interpolation in the frequency direction on the pilot carrier extracted by the interpolation filter units 5a and 5b, the transmission channel characteristics of the carrier without the pilot carrier are calculated.

係数算出部7では、FFT部2a、2bからの出力信号に乗じる重み係数を内挿補間フィルタ部5a、5bからの伝送路特性に基づいて算出する。例えば、マルチパスフェージングでレベル低下したキャリアに対してはC/Nが劣化し、伝送誤りを引き起こし易いため、そのキャリアの重み(重要度)を低く設定する。理論的には、Mブランチの受信アンテナを有する最大比合成の最適重み係数wi(k)(i:アンテナ番号,k:キャリア番号)は、送信機からi番目のアンテナまでの伝送路特性をh* i(k) (*は複素数を示す)とすると、
・・・・・・・・・・(1)
となり、これはC/Nを最大にする係数であることが知られている。
The coefficient calculation unit 7 calculates a weighting coefficient to be multiplied by the output signals from the FFT units 2a and 2b based on the transmission path characteristics from the interpolation filter units 5a and 5b. For example, since the C / N is deteriorated for a carrier whose level is reduced due to multipath fading and a transmission error is likely to occur, the weight (importance) of the carrier is set low. Theoretically, the optimum weighting factor w i (k) ( i : antenna number, k: carrier number) for maximum ratio combining with M-branch receiving antennas is the transmission path characteristic from the transmitter to the i-th antenna. h * i (k) ( * indicates a complex number)
(1)
It is known that this is a coefficient that maximizes C / N.

乗算器6a、6bでは、FFT部2a、2bからの出力信号に対して、係数算出部7にて算出した重み係数wi(k)を乗じ、合成部8にて加算合成処理する。
乗算器6a、6b及び合成部8の処理により、C/Nが最大になるように最適化され、尚且つ同時に振幅、位相も等化される。
合成後の信号は、復調部9に入力され、シンボル判定した後、情報符号を出力する。
上記に説明したダイバーシチの原理については、例えば非特許文献1に詳述されている。
In the multipliers 6 a and 6 b, the output signals from the FFT units 2 a and 2 b are multiplied by the weight coefficient w i (k) calculated by the coefficient calculation unit 7, and the synthesis unit 8 performs addition synthesis processing.
By the processing of the multipliers 6a and 6b and the synthesis unit 8, the C / N is optimized so as to be maximized, and the amplitude and phase are also equalized at the same time.
The combined signal is input to the demodulator 9, and after symbol determination, an information code is output.
The principle of diversity described above is described in detail in Non-Patent Document 1, for example.

次に、単一アンテナを用いた場合のOFDM受信機の処理について説明する。図8はOFDM受信機の構成を示した図である。アンテナで受信した信号は、A/D変換器1aによりディジタル信号に変換され、FFT部2aにてFFT演算処理を施し、時間軸信号から周波数軸信号へと変換する。
FFT部2aからの出力信号はパイロットキャリア抽出部3aに入力され、パイロットキャリアを抽出し、内挿補間フィルタ部5aにてパイロットキャリアの存在しないキャリアの伝送路特性を算出する。
以上の処理は図7に示したOFDMダイバーシチ受信機と同様の処理である。
Next, the processing of the OFDM receiver when a single antenna is used will be described. FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the OFDM receiver. The signal received by the antenna is converted into a digital signal by the A / D converter 1a, and subjected to FFT calculation processing in the FFT unit 2a to convert from a time axis signal to a frequency axis signal.
The output signal from the FFT unit 2a is input to the pilot carrier extraction unit 3a, where the pilot carrier is extracted, and the transmission channel characteristics of the carrier without the pilot carrier are calculated by the interpolation filter unit 5a.
The above processing is the same processing as that of the OFDM diversity receiver shown in FIG.

等化部21にはFFT部2aからの出力信号と内挿補間フィルタ部5aにて算出した伝送路特性信号が入力され、FFT部2aからの出力信号に大して式(2)に示す係数を乗じることにより振幅、位相の等化を行う。
・・・・・・・・・・(2)
等化部21の出力信号は、復調部9に入力され、シンボル判定した後、情報符号を出力する。
The equalization unit 21 receives the output signal from the FFT unit 2a and the transmission path characteristic signal calculated by the interpolation filter unit 5a, and multiplies the output signal from the FFT unit 2a by the coefficient shown in Expression (2). As a result, equalization of amplitude and phase is performed.
(2)
The output signal of the equalizing unit 21 is input to the demodulating unit 9, and after symbol determination, an information code is output.

以上、説明した処理によりOFDM信号をOFDMダイバーシチ受信機あるいはOFDM受信機にて受信処理を完遂することができる。
映像情報メディア学会技術報告,Vol.23,No.35,PP13〜18(1999) 特開2004−112155号公報
As described above, the reception processing of the OFDM signal can be completed by the OFDM diversity receiver or the OFDM receiver by the processing described above.
ITE Technical Report, Vol.23, No.35, PP13-18 (1999) JP 2004-112155 A

従来技術におけるダイバーシチ処理では、各ブランチのC/Nが劣化すると、データキャリアと同様にパイロットキャリアにも雑音が混入してしまう。上記に説明したように、OFDMのダイバーシチでは、パイロットキャリアから算出した伝送路特性hi(k)に基づいた重み係数wi(k)を用いている。しかしながら、本来リファレンス信号であるべきパイロットキャリアに雑音が混入したことにより、精度の良い伝送路特性の推定が困難になってしまう。その結果、重み係数にも雑音による誤差が生じてしまい、式(1)に示す理想的な合成を行うことができず、合成後のC/Nも劣化してしまうという欠点が挙げられる。 In the diversity processing in the prior art, when the C / N of each branch deteriorates, noise is mixed in the pilot carrier as well as the data carrier. As described above, in OFDM diversity, the weight coefficient w i (k) based on the transmission path characteristic h i (k) calculated from the pilot carrier is used. However, since noise is mixed in a pilot carrier that should be a reference signal, it is difficult to estimate transmission path characteristics with high accuracy. As a result, an error due to noise also occurs in the weighting coefficient, the ideal synthesis shown in the equation (1) cannot be performed, and the C / N after the synthesis also deteriorates.

また、単一アンテナによるOFDM受信機での等化処理においても、伝送路特性hi(k)に基づいた等化処理を行うため、パイロットキャリアに雑音が混入している場合には、等化精度が劣化し、最終的に符号誤り率に劣化に繋がるという欠点も挙げられる。この劣化量は、CP間隔を8キャリア、CPの振幅比を4/3とした場合、約2.5dBのC/N劣化となる。 Also, in the equalization process in the OFDM receiver with a single antenna, the equalization process is performed based on the channel characteristics h i (k). Another drawback is that the accuracy deteriorates and ultimately the code error rate is deteriorated. This degradation amount is about 2.5 dB C / N degradation when the CP interval is 8 carriers and the CP amplitude ratio is 4/3.

本発明では上記課題を解決するため、振幅、及び位相が既知であるパイロットキャリアを少なくとも周波数方向に分散的に配置したOFDM変調方式で変調された信号を受信するOFDM受信装置において、第一に、当該変調波をM(Mは2以上の整数)ブランチのアンテナでダイバーシチ受信する手段と、当該受信信号をフーリエ変換し、周波数軸に変換する手段と、当該周波数軸信号からパイロットキャリアを抽出し、抽出したパイロットキャリアの時間方向にフィルタを施しパイロットキャリアの雑音を低減する手段と、雑音低減後のパイロットキャリアに基づいて周波数軸の伝送路推定を行い、周波数軸伝送路推定結果に基づいてダイバーシチ合成時の合成比率を算出する手段を備えたことを特徴とするOFDM受信装置を提供する。 In the present invention, in order to solve the above-described problems, in an OFDM receiver that receives a signal modulated by an OFDM modulation method in which pilot carriers having known amplitudes and phases are dispersedly arranged at least in the frequency direction, first, Means for diversity receiving the modulated wave with an antenna of M (M is an integer of 2 or more) branch, means for Fourier transforming the received signal and converting it to a frequency axis, and extracting a pilot carrier from the frequency axis signal; A filter is applied in the time direction of the extracted pilot carrier to reduce the pilot carrier noise, and the frequency axis transmission path is estimated based on the pilot carrier after the noise reduction, and diversity combining is performed based on the frequency axis transmission path estimation result. Provided is an OFDM receiver characterized by comprising means for calculating a composite ratio of time

また、第二に、当該変調信号を受信し、受信信号をフーリエ変換し、周波数軸に変換する手段と、当該周波数軸信号からパイロットキャリアを抽出し、抽出したパイロットキャリアの時間方向にフィルタを施しパイロットキャリアの雑音を低減する手段と、雑音低減後のパイロットキャリアに基づいて周波数軸の伝送路推定を行い、周波数軸伝送路推定結果に基づいて振幅、位相の等化処理を行う手段を備えたことを特徴とするOFDM受信装置を提供する。   Second, the modulated signal is received, the received signal is Fourier-transformed and converted to the frequency axis, and a pilot carrier is extracted from the frequency axis signal, and a filter is applied in the time direction of the extracted pilot carrier. Means for reducing pilot carrier noise, and means for performing frequency axis transmission path estimation based on the pilot carrier after noise reduction, and performing amplitude and phase equalization processing based on the frequency axis transmission path estimation result An OFDM receiving apparatus is provided.

更に、第三に、当該変調信号を受信し、受信信号をフーリエ変換し、周波数軸に変換する手段と、当該周波数軸信号からパイロットキャリアを抽出し、抽出したパイロットキャリアの時間方向にフェージング周波数を通過帯域としたフィルタを施しパイロットキャリアの雑音を低減する手段と、雑音低減後のパイロットキャリアに基づいて周波数軸の伝送路推定を行い、周波数軸伝送路推定結果を時間軸の伝送路特性に変換することにより遅延プロファイルを算出する手段を備えたことを特徴とするOFDM受信装置を提供する。   Third, the modulated signal is received, the received signal is Fourier-transformed and converted to the frequency axis, and the pilot carrier is extracted from the frequency axis signal, and the fading frequency is set in the time direction of the extracted pilot carrier. A means to reduce the pilot carrier noise by applying a filter as a passband and the frequency axis transmission path estimation based on the pilot carrier after the noise reduction, and convert the frequency axis transmission path estimation result to the time axis transmission path characteristics An OFDM receiver characterized by comprising means for calculating a delay profile is provided.

以上説明したように、本発明によるパイロットキャリア平均処理により、パイロットキャリアに混入した雑音を低減することができる。ダイバーシチ合成時の最大比合成比率は雑音を低減したパイロットキャリア信号に基づいて算出することで、理想的な合成比率とすることができる。従って、本発明によりC/Nの劣化した環境であっても、精度の高いダイバーシチ合成を実現することが可能となる。   As described above, the noise mixed in the pilot carrier can be reduced by the pilot carrier averaging process according to the present invention. The maximum ratio combining ratio at the time of diversity combining can be set to an ideal combining ratio by calculating based on the pilot carrier signal with reduced noise. Therefore, even in an environment where C / N is deteriorated according to the present invention, it is possible to realize diversity combining with high accuracy.

以下、本発明によるディジタル伝送装置の受信装置について、図1に図示する第一の実施例の構成により詳細に説明する。また、以下の説明はパイロットキャリアとして図4に示したCPを用いる場合とする。
図1は図7の従来技術によるOFDMダイバーシチ受信機の構成に対して、パイロットキャリア抽出部3a、3bと内挿補間フィルタ5a、5bの間にパイロットキャリア平均部4a、4bを挿入した構成であり、その他の構成及び処理方式は図7と同様である。
Hereinafter, the receiver of the digital transmission apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the configuration of the first embodiment shown in FIG. In the following description, the CP shown in FIG. 4 is used as a pilot carrier.
FIG. 1 shows a configuration in which pilot carrier averaging units 4a and 4b are inserted between pilot carrier extraction units 3a and 3b and interpolation filters 5a and 5b in the configuration of the conventional OFDM diversity receiver of FIG. Other configurations and processing methods are the same as those in FIG.

パイロットキャリア平均部4a、4bでは、Nシンボル期間のパイロットキャリア信号を用いてパイロットキャリアに混入した雑音を低減することを目的とする。
パイロットキャリア平均部4a、4bの構成を図9に示す。パイロットキャリア抽出部3a、3bからのパイロットキャリア信号r(t,k)を遅延部91に入力する(ただし、tはシンボル番号、kはキャリア番号を示す)。遅延部91ではパイロット信号r(t,k)を1シンボル遅延させた信号r(t−1,k)を出力する。遅延部91の出力信号r(t−1,k)は遅延部92に入力すると共に乗算器95に入力する。遅延部92の動作は遅延部91と同様の動作であり、2シンボル遅延させた信号r(t−2,k)を出力する。同様に、遅延部93、遅延部94からは3シンボル遅延信号r(t−3,k)とNシンボル遅延信号r(t−N,k)を出力する。
The purpose of pilot carrier averaging sections 4a and 4b is to reduce noise mixed in the pilot carrier using a pilot carrier signal of an N symbol period.
The configuration of pilot carrier averaging sections 4a and 4b is shown in FIG. Pilot carrier signals r (t, k) from pilot carrier extraction units 3a and 3b are input to delay unit 91 (where t is a symbol number and k is a carrier number). The delay unit 91 outputs a signal r (t−1, k) obtained by delaying the pilot signal r (t, k) by one symbol. The output signal r (t−1, k) of the delay unit 91 is input to the delay unit 92 and to the multiplier 95. The operation of the delay unit 92 is the same as that of the delay unit 91 and outputs a signal r (t−2, k) delayed by two symbols. Similarly, the delay unit 93 and the delay unit 94 output a 3-symbol delayed signal r (t−3, k) and an N-symbol delayed signal r (t−N, k).

乗算器95〜99では遅延部91〜94からの各パイロットキャリア信号r(t,k)、r(t−1,k)、r(t−2,k)、r(t−3,k)、r(t−N,k)に対して所定係数を乗算し、加算器9aでは乗算後の結果を加算合成する。ここで、乗算器95〜99の被乗数は単純な移動平均である1/(N+1)としても良いが、それぞれ異なる係数としたフィルタを構成しても良い。
また、パイロットキャリア平均部4a、4bは図10に示すようにフィードバック型のIIR(Infinite Inpulse Response)フィルタにより実現しても問題は無い。
In the multipliers 95 to 99, the pilot carrier signals r (t, k), r (t-1, k), r (t-2, k), r (t-3, k) from the delay units 91 to 94 are provided. , R (t−N, k) are multiplied by a predetermined coefficient, and the adder 9a adds and synthesizes the results after multiplication. Here, the multiplicands of the multipliers 95 to 99 may be 1 / (N + 1) which is a simple moving average, but filters having different coefficients may be configured.
Further, there is no problem even if the pilot carrier averaging sections 4a and 4b are realized by a feedback type IIR (Infinite Impulse Response) filter as shown in FIG.

図9と同様にパイロットキャリア抽出部3a、3bから抽出されたパイロットキャリア信号が入力され、パイロットキャリア信号は減衰器101でα倍される。加算器102には減衰器101の信号と減衰器103の信号が入力され加算される。加算後の信号は遅延部で1シンボル長の遅延を行い、遅延結果をパイロットキャリアの平均結果として出力すると共に、フィードバックして減衰器103に入力する。減衰器103では(1−α)倍した信号を加算器102に入力する。以上説明した図10の処理は一次のIIR型フィルタと称され、低域通過フィルタの特性を有する。   As in FIG. 9, the pilot carrier signal extracted from the pilot carrier extraction units 3 a and 3 b is input, and the pilot carrier signal is multiplied by α by the attenuator 101. The signal from the attenuator 101 and the signal from the attenuator 103 are input to the adder 102 and added. The signal after the addition is delayed by one symbol length in the delay unit, and the delay result is output as an average result of the pilot carrier and fed back to the attenuator 103. The attenuator 103 inputs the signal multiplied by (1−α) to the adder 102. The process of FIG. 10 described above is called a first-order IIR filter, and has the characteristics of a low-pass filter.

図9のフィルタ係数、あるいは図10の減衰器に係わる係数αの選定には種々の条件を考慮する必要があるが、特性を左右する大きな要因に時変動が挙げられる。例えば、移動伝送では移動速度と搬送波周波数により決定されるフェージング周波数fdの周波数で時間変動が生じる。このような高速で変動するフェージング環境で、平均化のシンボル期間Nを大きく設定すると、高速で変動している伝送路特性と、その平均化結果の間に誤差が生じ、ダイバーシチ合成時に劣化が生じてしまう。従って、このフィルタ係数の選定には、使用するフェージング周波数を通過帯域としたフィルタを形成するような係数を選定することが望ましい。
具体的には、シンボル周期が約56μsec、フェージング周波数fdが130Hz程度の運用を考えると、単純な移動平均ではN=9程度を選定するのが望ましい。
Various conditions need to be considered in selecting the filter coefficient in FIG. 9 or the coefficient α related to the attenuator in FIG. 10, but a large factor that affects the characteristic is time variation. For example, in mobile transmission, time variation occurs at the fading frequency fd determined by the moving speed and the carrier frequency. If the averaging symbol period N is set large in such a fading environment that fluctuates at a high speed, an error occurs between the transmission path characteristics that fluctuate at a high speed and the averaging result, and degradation occurs during diversity combining. End up. Therefore, it is desirable to select a filter coefficient that forms a filter having a fading frequency to be used as a pass band.
Specifically, considering operation with a symbol period of about 56 μsec and a fading frequency fd of about 130 Hz, it is desirable to select about N = 9 for a simple moving average.

以上説明したパイロットキャリア平均部4a、4bによりパイロットキャリアに混入した雑音成分を低減させることができる。
パイロットキャリア平均部4a、4bからの出力信号は内挿補間フィルタ5a、5bに入力され、周波数方向の補間を行う。
The noise components mixed in the pilot carrier can be reduced by the pilot carrier averaging units 4a and 4b described above.
Output signals from the pilot carrier averaging units 4a and 4b are input to the interpolation filters 5a and 5b to perform interpolation in the frequency direction.

それぞれのブランチでパイロットキャリアの雑音低減、即ち、推定伝送路特性の雑音低減を行った信号は係数算出部7に入力され、式(1)で説明した合成係数を算出し、最大比合成を行うことで、C/Nの劣化した環境であっても、精度の良いダイバーシチ合成を行うことができる。   Signals that have been subjected to pilot carrier noise reduction, that is, noise reduction of estimated transmission path characteristics in each branch, are input to the coefficient calculation unit 7 to calculate the synthesis coefficient described in Equation (1) and perform maximum ratio synthesis. Thus, even in an environment where C / N is deteriorated, it is possible to perform diversity combining with high accuracy.

また、図11に示すように、パイロットキャリア平均部4a、4bと内挿補間フィルタ5a、5bの順序は逆であっても差し支えは無い。   Further, as shown in FIG. 11, the order of the pilot carrier averaging units 4a and 4b and the interpolation filters 5a and 5b may be reversed.

次に、本発明によるディジタル伝送装置の受信装置について、図2に図示する第二の実施形態により詳細に説明する。
図2は本発明を用いた単一ブランチでのOFDM受信機の構成を示した図である。第二の実施例においても、図2は図8の構成に対して、パイロットキャリア抽出部3aと内挿補間フィルタ5aの間にパイロットキャリア平均部4aを挿入した構成であり、その他の構成及び処理方式は図8と同様である。
Next, the receiver of the digital transmission apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the second embodiment shown in FIG.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an OFDM receiver in a single branch using the present invention. Also in the second embodiment, FIG. 2 shows a configuration in which a pilot carrier averaging unit 4a is inserted between the pilot carrier extraction unit 3a and the interpolation filter 5a with respect to the configuration of FIG. The method is the same as in FIG.

A/D変換器1a、FFT部2aを経由した周波数軸の信号から、パイロットキャリア抽出部3aにてパイロットキャリアを抽出する。抽出したパイロットキャリアはパイロット平均部4aに入力され、第一の実施例で説明したように、パイロットキャリアに混入している雑音の低減化を図る。こうして、雑音が低減されたパイロットキャリアを用いて、内挿補間フィルタ部5aにて周波数方向に補間を行い、伝送路特性の推定を行う。
内挿補間フィルタ部5aからの推定伝送路特性信号は等化部21に入力され等化部21では、FFT部2aからの信号と式(2)に示す推定伝送路特性信号に基づいて算出された係数との乗算を行い、振幅、位相の等化を行う。
等化後の信号は復調部21でシンボル判定され、情報符号を出力する。
A pilot carrier is extracted by the pilot carrier extraction unit 3a from the signal on the frequency axis that has passed through the A / D converter 1a and the FFT unit 2a. The extracted pilot carrier is input to the pilot averaging unit 4a, and the noise mixed in the pilot carrier is reduced as described in the first embodiment. Thus, using the pilot carrier with reduced noise, the interpolation filter unit 5a performs interpolation in the frequency direction to estimate the transmission path characteristics.
The estimated transmission line characteristic signal from the interpolation filter unit 5a is input to the equalization unit 21, and is calculated based on the signal from the FFT unit 2a and the estimated transmission line characteristic signal shown in Expression (2). Multiplying with the coefficient, the amplitude and phase are equalized.
The equalized signal is subjected to symbol determination by the demodulator 21 and outputs an information code.

また、第一の実施例同様に図12に示すように、パイロットキャリア平均部4aと内挿補間フィルタ部5aの順序は逆であっても差し支えは無い。   As in the first embodiment, as shown in FIG. 12, the order of the pilot carrier averaging unit 4a and the interpolation filter unit 5a may be reversed.

以上説明したように、パイロットキャリアの雑音を低減することにより、等化処理時に雑音により生じる等化誤差を低減させることができる。
この改善度は、例えば、CP間隔を8キャリア、CPの振幅比を4/3、平均回数N=9とした場合、約1.6dBのC/N改善効果がある。
As described above, by reducing the pilot carrier noise, the equalization error caused by the noise during the equalization process can be reduced.
For example, when the CP interval is 8 carriers, the CP amplitude ratio is 4/3, and the average number of times N = 9, this improvement degree has a C / N improvement effect of about 1.6 dB.

最後に、本発明によるディジタル伝送装置の受信装置について、図3に図示する第三の実施形態により詳細に説明する。   Finally, the receiver of the digital transmission apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the third embodiment shown in FIG.

A/D変換器1a、FFT部2aを経由した周波数軸の信号から、パイロットキャリア抽出部3aにてパイロットキャリアを抽出する。抽出したパイロットキャリアはパイロット平均部4aに入力され、第一の実施例で説明したように、パイロットキャリアに混入している雑音の低減化を図る。こうして、雑音が低減されたパイロットキャリアを用いて、内挿補間フィルタ部5aにて周波数方向に補間を行い、伝送路特性の推定を行う。   A pilot carrier is extracted by the pilot carrier extraction unit 3a from the signal on the frequency axis that has passed through the A / D converter 1a and the FFT unit 2a. The extracted pilot carrier is input to the pilot averaging unit 4a, and the noise mixed in the pilot carrier is reduced as described in the first embodiment. Thus, using the pilot carrier with reduced noise, the interpolation filter unit 5a performs interpolation in the frequency direction to estimate the transmission path characteristics.

IFFT部31では内挿補間フィルタ部5aにて得られた周波数軸の伝送路特性を逆フーリエ変換することにより、時間軸の伝送路特性に変換する。時間軸の伝送路特性とは、即ち伝送路の複素インパルス応答を表す遅延プロファイルのことを示している。   The IFFT unit 31 converts the frequency axis transmission line characteristic obtained by the interpolation filter unit 5a into a time axis transmission line characteristic by performing inverse Fourier transform. The transmission path characteristic on the time axis indicates a delay profile representing the complex impulse response of the transmission path.

パイロットキャリア信号の平均化を行わない場合、C/Nの劣化した環境では、パイロットキャリアに混入した雑音の影響により遅延プロファイル信号の精度も劣化してしまう。例えば、D/Uの大きな(レベルの小さい)反射波が混入している環境の場合、該反射波は雑音に埋もれてしまい、検出することが困難となってしまう。従って、本発明によるパイロットキャリアの平均化処理を行うことで、C/Nの劣化した環境であっても、高精度な遅延プロファイルを生成することができる。   If the pilot carrier signal is not averaged, the accuracy of the delay profile signal also deteriorates due to the influence of noise mixed in the pilot carrier in an environment where the C / N deteriorates. For example, in an environment in which a reflected wave with a large D / U (a low level) is mixed, the reflected wave is buried in noise, making it difficult to detect. Therefore, by performing the pilot carrier averaging process according to the present invention, a highly accurate delay profile can be generated even in an environment where C / N is deteriorated.

本発明の第一の実施例による構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure by 1st Example of this invention. 本発明の第二の実施例による構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure by the 2nd Example of this invention. 本発明の第三の実施例による構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure by the 3rd Example of this invention. CPのキャリア配置を示す模式図Schematic diagram showing the carrier arrangement of CP SPのキャリア配置を示す模式図Schematic diagram showing SP carrier arrangement OFDM信号のシンボル構成を示す模式図Schematic diagram showing symbol structure of OFDM signal 従来技術によるOFDMダイバーシチ受信機の構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of a conventional OFDM diversity receiver 従来技術によるOFDM受信機の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the OFDM receiver by a prior art パイロットキャリア平均部4a、4bの構成を示すブロック図Block diagram showing configuration of pilot carrier averaging sections 4a and 4b IIRフィルタを用いたパイロットキャリア平均部4a、4bの構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of pilot carrier averaging sections 4a and 4b using IIR filters 本発明の第一の実施例における他の構成を示すブロック図The block diagram which shows the other structure in 1st Example of this invention. 本発明の第二の実施例における他の構成を示すブロック図The block diagram which shows the other structure in the 2nd Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1a:A/D変換器、2a:FFT部、3a:パイロットキャリア抽出部、4aパイロットキャリア平均部、5a:内挿補間フィルタ部、6a:乗算器、7:係数算出部、8:合成部、9:復調部、1b:A/D変換器、2b:FFT部、3b:パイロットキャリア抽出部、4bパイロットキャリア平均部、5b:内挿補間フィルタ部、6b:乗算器、21:等化部、31:IFFT部、91〜94:遅延部、95〜99:乗算器、9a:加算器、101:減衰器、102:加算器、103:減衰器、104:遅延部 1a: A / D converter, 2a: FFT unit, 3a: pilot carrier extraction unit, 4a pilot carrier averaging unit, 5a: interpolation filter unit, 6a: multiplier, 7: coefficient calculation unit, 8: synthesis unit, 9: Demodulation unit, 1b: A / D converter, 2b: FFT unit, 3b: Pilot carrier extraction unit, 4b Pilot carrier averaging unit, 5b: Interpolation interpolation filter unit, 6b: Multiplier, 21: Equalization unit, 31: IFFT unit, 91-94: delay unit, 95-99: multiplier, 9a: adder, 101: attenuator, 102: adder, 103: attenuator, 104: delay unit

Claims (3)

振幅、及び位相が既知であるパイロットキャリアを少なくとも周波数方向に分散的に配置したOFDM変調方式で変調された信号を受信するOFDM受信装置において、当該変調波をM(Mは2以上の整数)ブランチのアンテナでダイバーシチ受信する手段と、当該受信信号をフーリエ変換し、周波数軸に変換する手段と、当該周波数軸信号からパイロットキャリアを抽出し、抽出したパイロットキャリアに対して時間方向にフィルタを施しパイロットキャリアの雑音を低減する手段と、雑音低減後のパイロットキャリアに基づいて周波数軸の伝送路推定を行い、周波数軸伝送路推定結果に基づいてダイバーシチ合成時の合成比率を算出する手段を備えたことを特徴とするOFDM受信装置。 In an OFDM receiver that receives a signal modulated by an OFDM modulation method in which pilot carriers having known amplitudes and phases are distributed at least in the frequency direction, the modulated wave is divided into M (M is an integer of 2 or more) branches. Means for receiving diversity by the antenna, means for Fourier-transforming the received signal and converting it to the frequency axis, extracting a pilot carrier from the frequency axis signal, and applying a filter to the extracted pilot carrier in the time direction Means for reducing carrier noise, and means for estimating a frequency axis transmission path based on the pilot carrier after noise reduction, and calculating a combining ratio at the time of diversity combining based on the frequency axis transmission path estimation result An OFDM receiver characterized by the above. 振幅、及び位相が既知であるパイロットキャリアを少なくとも周波数方向に分散的に配置したOFDM変調方式で変調された信号を受信するOFDM受信装置において、当該変調信号を受信し、受信信号をフーリエ変換し、周波数軸に変換する手段と、当該周波数軸信号からパイロットキャリアを抽出し、抽出したパイロットキャリアに対して時間方向にフィルタを施しパイロットキャリアの雑音を低減する手段と、雑音低減後のパイロットキャリアに基づいて周波数軸の伝送路推定を行い、周波数軸伝送路推定結果に基づいて振幅、位相の等化処理を行う手段を備えたことを特徴とするOFDM受信装置。 In an OFDM receiver that receives a signal modulated by an OFDM modulation method in which pilot carriers with known amplitudes and phases are distributed at least in the frequency direction, the modulated signal is received, the received signal is Fourier transformed, Based on the means for converting to the frequency axis, the means for extracting the pilot carrier from the frequency axis signal, filtering the extracted pilot carrier in the time direction to reduce the noise of the pilot carrier, and the pilot carrier after the noise reduction An OFDM receiver characterized by comprising means for performing frequency axis transmission path estimation and performing amplitude and phase equalization processing based on the frequency axis transmission path estimation result. 振幅、及び位相が既知であるパイロットキャリアを少なくとも周波数方向に分散的に配置したOFDM変調方式で変調された信号を受信するOFDM受信装置において、当該変調信号を受信し、受信信号をフーリエ変換し、周波数軸に変換する手段と、当該周波数軸信号からパイロットキャリアを抽出し、抽出したパイロットキャリアの時間方向にフェージング周波数を通過帯域としたフィルタを施しパイロットキャリアの雑音を低減する手段と、雑音低減後のパイロットキャリアに基づいて周波数軸の伝送路推定を行い、周波数軸伝送路推定結果を時間軸の伝送路特性に変換することにより遅延プロファイルを算出する手段を備えたことを特徴とするOFDM受信装置。 In an OFDM receiver that receives a signal modulated by an OFDM modulation method in which pilot carriers having known amplitudes and phases are distributed at least in the frequency direction, the modulated signal is received, and the received signal is Fourier transformed. Means for converting to a frequency axis, means for extracting a pilot carrier from the frequency axis signal, applying a filter with a fading frequency as a pass band in the time direction of the extracted pilot carrier, and reducing noise of the pilot carrier; An OFDM receiver comprising means for calculating a delay profile by estimating a frequency axis transmission path based on a pilot carrier of the frequency and converting a frequency axis transmission path estimation result into a time axis transmission path characteristic .
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