JP2009130634A - Carrier frequency offset, and i/q imbalance compensation method - Google Patents

Carrier frequency offset, and i/q imbalance compensation method Download PDF

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JP2009130634A JP2007303581A JP2007303581A JP2009130634A JP 2009130634 A JP2009130634 A JP 2009130634A JP 2007303581 A JP2007303581 A JP 2007303581A JP 2007303581 A JP2007303581 A JP 2007303581A JP 2009130634 A JP2009130634 A JP 2009130634A
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Umi Hayashi
海 林
Katsumi Yamashita
勝己 山下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a correction method based on SCA of an OFDM signal. <P>SOLUTION: Firstly, the OFDM signal under CFO and I/Q imbalance is expressed by matrix. Secondly, a new method is proposed, which is based on a sub-carrier arrangement (SCA) and capable of analytically obtaining an I/Q imbalance correction coefficient, based on a CFO estimation value acquired by maximum likelihood CFO estimation. Furthermore, the proposed method is extended to a blind correction method to be adapted to an OFDM symbol with an asymmetric SCA structure by utilizing relation between the CFO estimation value and the I/Q imbalance correction. Lastly, validity of the proposed method is verified by computer simulation. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ダイレクトコンバージョン受信機におけるキャリア周波数オフセット(CFO)およびI/Q信号の不平衡(I/Qインバランス)を推定し補償する方法に関する。   The present invention relates to a method for estimating and compensating for carrier frequency offset (CFO) and I / Q signal imbalance (I / Q imbalance) in a direct conversion receiver.

今日、直交周波数分割多重(OFDM)方式は、DAB、DVBおよびIEEE 802.11a 等の種々のブロードバンド無線通信システムに採用されている。OFDMシステムは、直交したサブキャリアの利用により周波数の有効利用が図られると共に、多値変調の利用により高速化が図られている。   Today, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) schemes are employed in various broadband wireless communication systems such as DAB, DVB, and IEEE 802.11a. In the OFDM system, the frequency is effectively used by using orthogonal subcarriers, and the speed is increased by using multilevel modulation.

また、OFDMシステムは単一周波数システムに比べマルチパスへの耐性を有するが、無線周波数(RF)における障害、特に、送受信機における局部発信機(LOs)の周波数ずれに対しては脆弱である。CFOはキャリア間干渉(ICI)を引き起こす要因であり、OFDMシステムにおける伝送特性の著しい劣化につながる。   In addition, the OFDM system is more resistant to multipath than the single frequency system, but is vulnerable to radio frequency (RF) disturbances, particularly local oscillator (LOs) frequency shifts in the transceiver. CFO is a factor causing inter-carrier interference (ICI), which leads to significant deterioration of transmission characteristics in the OFDM system.

一方、競争の激しい無線通信市場では、ダイレクトコンバージョン受信機(DCR)が低コストであることから注目されている。ベースバンド信号に変換する際に中間周波数を介さず、直接ベースバンド信号に変換するDCRは、従来のスーパーヘテロダイン方式の受信機に比べ、受信機の小型化・低コスト化・省力化が可能であるという特徴を有する。   On the other hand, in the highly competitive wireless communication market, direct conversion receivers (DCR) are attracting attention because of their low cost. DCR that directly converts to baseband signals without converting to an intermediate frequency when converting to baseband signals enables downsizing, cost reduction, and labor saving of receivers compared to conventional superheterodyne receivers. It has the characteristic of being.

しかしながら、RF帯信号から直接ベースバンド信号に変換することにより、直流オフセット、I/Q不均衡、偶数次数の歪問題が新たに発生する。   However, by directly converting the RF band signal to the baseband signal, DC offset, I / Q imbalance, and even-order distortion problems are newly generated.

I/Q不均衡とは、I相成分とQ相成分が理想的状態から歪むことにより引き起こされるものである。DCRでは、受信信号をI相成分とQ相成分に分解するために、π/2位相差をもつRF帯キャリア信号が必要である。しかし、高周波の信号を正確な位相シフト量π/2をもつLOの提供は困難であり、I相成分とQ相成分が理想的状態から歪む周波数非選択性I/Q不均衡が生じる。   The I / Q imbalance is caused by distortion of the I-phase component and the Q-phase component from the ideal state. In DCR, an RF band carrier signal having a π / 2 phase difference is required to decompose a received signal into an I-phase component and a Q-phase component. However, it is difficult to provide an LO having an accurate phase shift amount π / 2 for a high-frequency signal, and a frequency non-selective I / Q imbalance occurs in which the I-phase component and the Q-phase component are distorted from an ideal state.

また、広帯域の通信システムでは、IブランチとQブランチに設置されたフィルタなどアナログ部品の特性の違いにより、周波数選択性I/Q不均衡も発生する。これらのI/Q不均衡によりイメージ干渉が生じ、誤り率特性が著しく劣化する。   In a broadband communication system, frequency selective I / Q imbalance also occurs due to a difference in characteristics of analog components such as filters installed in the I branch and the Q branch. Due to these I / Q imbalances, image interference occurs and the error rate characteristics are significantly degraded.

ここでは、ダイレクトコンバージョンOFDM受信機におけるCFOおよびI/Q不均衡の補正問題を取り扱う。OFDM通信方式におけるCFO推定に関する研究はかなり報告されている(非特許文献1参照)。また非特許文献2では、OFDM通信方式における局部発信機によるI/Q不均衡の影響および補正手法が提案されている。また、非特許文献4、5では、CFOおよびI/Q不均衡の両方が存在する場合の補正手法が提案されている。
P.H.Moose,“A technique for orthogonal frequency division multiplexing frequency offset correction noise,“ IEEE Trans. Commun., vol.42, pp.2908−2914, Oct. 1994. C.L.Liu, “Impacts of I/Q imbalance on QPSK−OFDM−QAM detection,” IEEE Trans. Consumer Electron., vol.44, pp.984−989, Aug. 1998. F.Horlin, A.Bourdoux, E.Lopez Estraviz, and L.Van der Perre, “Low−complexity EM−based joint CFO and IQ imbalance acquisition,“ Proc. IEEE ICC, Jun. 2007. E.Lopez Estraviz, S.De Rore, F.Horlin, and L.Van der Perre, “Optimal training sequence for jointchannel and frequency−dependent IQ imbalance estimation in OFDM−based receivers,“ Proc. IEEE [21] G.Xing, M.Shen, and H.Liu, ”Frequency offset and I/Q imbalance compensation for direct−conversion receivers,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol.4, no.2, pp.673−680,Mar. 2005.
Here, the problem of correcting CFO and I / Q imbalance in a direct conversion OFDM receiver is addressed. There have been considerable reports on CFO estimation in OFDM communication systems (see Non-Patent Document 1). Non-Patent Document 2 proposes an effect of I / Q imbalance by a local transmitter in an OFDM communication system and a correction method. Non-Patent Documents 4 and 5 propose correction methods in the case where both CFO and I / Q imbalance exist.
P. H. Moose, “A technical for orthogonal frequency division multiplexing frequency correction noise,“ IEEE Trans. Commun. , Vol. 42, pp. 2908-2914, Oct. 1994. C. L. Liu, “Impacts of I / Q impulse on QPSK-OFDM-QAM detection,” IEEE Trans. Consumer Electron. , Vol. 44, pp. 984-989, Aug. 1998. F. Horlin, A.M. Bourdoux, E .; Lopez Estraviz, and L.L. Van der Perre, “Low-complexity EM-based joint CFO and IQ impulse acquisition,” Proc. IEEE ICC, Jun. 2007. E. Lopez Estraviz, S.M. De Rore, F.M. Horlin, and L.L. Van der Perre, “Optimal training sequence for joint channel and frequency-dependent IQ impulse estimation in OFDM-based receivers,“ Proc. IEEE [21] G. Xing, M.C. Shen, and H.H. Liu, “Frequency offset and I / Q imbalance compensation for direct-conversion receivers,” IEEE Trans. Wireless Commun. , Vol. 4, no. 2, pp. 673-680, Mar. 2005.

しかし、これらの文献では、周波数選択性I/Q不均衡を考慮するに至っていない。同問題を研究しているのは、非特許文献4ではあるが、CFOを考慮に入れていない。   However, in these documents, frequency selective I / Q imbalance has not been considered. The non-patent document 4 is studying the problem, but does not take CFO into consideration.

現時点までに、CFOおよび2種類のI/Q不均衡を考慮に入れた補正法は、修正した周期パイロットを用いた非特許文献5のみである。   To date, the only correction method that takes into account CFO and two types of I / Q imbalances is Non-Patent Document 5 using a modified periodic pilot.

OFDMシステムにおいて、パイロットシンボルと情報を含んだデータシンボルとはサブキャリア配置(SCA)において互いに異なり、また、周期パイロットシンボルはまさに等間隔構造をもつSCAと考えることができる。この点に着目し、OFDM信号のSCAに基づいた新たな補正法を提案する。   In an OFDM system, pilot symbols and data symbols including information are different from each other in subcarrier arrangement (SCA), and periodic pilot symbols can be considered as SCA having an evenly spaced structure. Focusing on this point, a new correction method based on the SCA of the OFDM signal is proposed.

先ず、CFOおよびI/Q不均衡下でのOFDM信号を行列表現する。次に、最尤CFO推定より得たCFO推定値に基づき、I/Q不均衡補正係数を解析的に求めることができる、SCAに基づく新たな手法を提案する。なお、提案手法は、CFOおよびI/Q不均衡の両方が存在する場合に適応可能なパイロットシンボルの設計基準を与えていることから、一般化したパイロット利用手法と捉えることができる。   First, an OFDM signal under CFO and I / Q imbalance is expressed in a matrix. Next, a new technique based on SCA is proposed that can analytically determine the I / Q imbalance correction coefficient based on the CFO estimation value obtained from the maximum likelihood CFO estimation. Note that the proposed method can be regarded as a generalized pilot utilization method because it provides pilot symbol design criteria that can be applied when both CFO and I / Q imbalance exist.

更に、CFO推定とI/Q不均衡補正間の関係を利用し、提案手法を非対称SCA構造をもつOFDMシンボルに適応し得るブラインド補正手法に拡張する。最後に、提案手法の有効性をコンピュータシミュレーションにより立証する。   Furthermore, the relationship between CFO estimation and I / Q imbalance correction is used to extend the proposed method to a blind correction method that can be applied to OFDM symbols having an asymmetric SCA structure. Finally, the effectiveness of the proposed method is verified by computer simulation.

本発明は予め決められたOFDM信号の送信プロトコルと受信信号自体を知ることで、CFOとI/Q不平衡を計算により求めることができる。従って、特別な信号処理を必要とせず、簡単な補正回路だけでCFOとI/Q不平衡を補償することができる。   In the present invention, the CFO and I / Q imbalance can be obtained by calculation by knowing a predetermined transmission protocol of the OFDM signal and the received signal itself. Therefore, no special signal processing is required, and the CFO and the I / Q imbalance can be compensated only with a simple correction circuit.

本明細書では、式中で、大(小)太字は行列(列ベクトル)として用いられ、上付添字H、T、*および十字印は、それぞれエルミート、転置、共役および擬似逆行列として用いられる。なお、文章中においてこれらの行列を表す場合は、「行列+文字」で表す。例えば式中で「A」という文字が太文字で表され、行列という意味付けをされている場合は、文中では、「行列A」などと表す。   In the present specification, large (small) bold letters are used as matrices (column vectors) in equations, and superscripts H, T, *, and crosses are used as Hermitian, transposed, conjugate, and pseudo-inverse matrices, respectively. . In addition, when expressing these matrices in a sentence, they are expressed as “matrix + character”. For example, when the letter “A” is represented in bold in the formula and is given the meaning of a matrix, it is represented as “matrix A” in the sentence.

また、式中で、下付添字IおよびQは同相(Iブランチ)および直交(Qブランチ)成分として用いられる。行列IはN×N次の単位行列、[・]はモードNの演算、丸印の中に「×」を書いた印は畳込み演算を示す。R(・)およびN(・)は行列の右側値域空間および左側零化空間(LNS)を示す。また、tr(・)は行列のトレース演算を示す。 In the formula, subscripts I and Q are used as in-phase (I branch) and quadrature (Q branch) components. The matrix I N is an N × N order unit matrix, [•] N is an operation in mode N, and a mark with “×” in a circle indicates a convolution operation. R (•) and N l (•) denote the right range space and the left null space (LNS) of the matrix. Further, tr (•) indicates a matrix trace operation.

最初にシステムモデルを説明する。以下DCRにおけるCFOおよびI/Q不均衡を数学的なモデルとして表す。   First, the system model will be described. Hereinafter, CFO and I / Q imbalance in DCR are expressed as mathematical models.

図1には、アナログ処理で発生させるIブランチおよびQブランチ信号をもつDCRの一般化構造を示す。図2には、I/Q不均衡発生時の数学モデルを示す。ここに、局部発信機により引き起こされる周波数非選択性I/Q不均衡は、振幅差αと位相差φにより特徴づけられ、ブランチ成分の不整合は、G(f)およびG(f)の異なった周波数特性をもつ2個の実係数低域通過型フィルタ(LPFs)によりモデル化される。ただし、G(f)およびG(f)は、

Figure 2009130634
において零であり、Bは帯域幅である。 FIG. 1 shows a generalized structure of DCR having I branch and Q branch signals generated by analog processing. FIG. 2 shows a mathematical model when an I / Q imbalance occurs. Here, the frequency non-selective I / Q imbalance caused by the local transmitter is characterized by the amplitude difference α and the phase difference φ, and the branch component mismatch is represented by G I (f) and G Q (f). Are modeled by two real coefficient low-pass filters (LPFs) having different frequency characteristics. However, G I (f) and G Q (f) are
Figure 2009130634
Is zero and B is the bandwidth.

CFOは、周波数オフセットΔfをもつ中間周波数fcで変調されたRF帯における次式の受信信号チェックr(t)により定義できる。なお、「チェックr(t)」は(1)式中の左辺の項を文中で用いる場合に代用する。

Figure 2009130634
Figure 2009130634
The CFO can be defined by the following received signal check r (t) in the RF band modulated by the intermediate frequency fc having the frequency offset Δf. Note that “check r (t)” is substituted when the term on the left side of equation (1) is used in a sentence.
Figure 2009130634
Figure 2009130634

但し、チルトr(t)、s(t)およびh(t)は受信信号、送信信号およびチャネル応答のベースバンド表現である。なお、「チルトr(t)」は式(2)の左辺の項を文中で用いる場合に代用する。このとき、非特許文献5における導出に従うと、ダウンコンバージョンされたベースバンド信号ダッシュr(t)は次式となる。なお、「ダッシュr(t)」は次式の左辺の項を文中で用いる場合に代用する。   Where tilts r (t), s (t) and h (t) are baseband representations of received signals, transmitted signals and channel responses. Note that “tilt r (t)” is substituted when the term on the left side of equation (2) is used in the sentence. At this time, according to the derivation in Non-Patent Document 5, the down-converted baseband signal dash r (t) is expressed by the following equation. “Dash r (t)” is substituted when the term on the left side of the following equation is used in the sentence.

Figure 2009130634
但し、以下の関係である。
Figure 2009130634
Figure 2009130634
Figure 2009130634
However, the relationship is as follows.
Figure 2009130634
Figure 2009130634

ナイキストのサンプリング定理を満たす周期TsのAD変換器により、上式を離散化する。このとき、c(t)、c(t)およびh(t)がL、LおよびLの広がりをもつとすると、 次式の離散時間信号が得られる。

Figure 2009130634
Figure 2009130634
Figure 2009130634
The above equation is discretized by an AD converter having a cycle Ts that satisfies the Nyquist sampling theorem. At this time, if c 1 (t), c 2 (t) and h (t) have a spread of L 1 T s , L 2 T s and L h T s , a discrete-time signal of the following equation is obtained. .
Figure 2009130634
Figure 2009130634
Figure 2009130634

但し、以下の関係がある。

Figure 2009130634
Figure 2009130634
および
Figure 2009130634
明らかに、「左矢印r(n)」は所望信号成分であり、「右矢印r(n)」はI/Q不均衡によるイメージ干渉成分である。なお、「左矢印r(n)」は(6)式の左辺の項を、「右矢印r(n)」は(7)式の左辺の項を文中で用いる場合に代用する。 However, there is the following relationship.
Figure 2009130634
Figure 2009130634
and
Figure 2009130634
Obviously, the “left arrow r (n)” is the desired signal component, and the “right arrow r (n)” is the image interference component due to I / Q imbalance. Note that “left arrow r (n)” is used when the term on the left side of equation (6) is used, and “right arrow r (n)” is used when the term on the left side of equation (7) is used in the statement.

次にOFDMシステムの行列表現について説明する。OFDMシステムにおいて、帯域幅Bを、

Figure 2009130634
の間隔をもつN個のサブチャネルに分解すると、ナイキストのサンプリング周期は、
Figure 2009130634
となる。 Next, matrix representation of the OFDM system will be described. In an OFDM system, bandwidth B is
Figure 2009130634
Nyquist sampling period is divided into N subchannels with a spacing of
Figure 2009130634
It becomes.

送信信号は逆DFT(IDFT) モジュールでブロック処理され、長さNcpのCPがブロック間干渉(IBI)を避けるために加えられる。CPは循環畳込みを保証することから、サブキャリア間の直交性を保証する。ここでは、NCPは、左矢印r(n)および右矢印r(n)に対する合成チャネルを含むに十分な長さを有するものとする。 The transmitted signal is blocked in an inverse DFT (IDFT) module and a CP of length N cp is added to avoid inter-block interference (IBI). Since CP guarantees circular convolution, it guarantees orthogonality between subcarriers. Here, it is assumed that the NCP is long enough to include the combined channel for the left arrow r (n) and the right arrow r (n).

はm番目のサブキャリアにより運ばれる信号を、Hは行列hに対するm番目のサブキャリアの周波数応答を、εはfにより正規化されたCFOを、行列FはN×NのIDFT行列を示す。このとき、タイミング同期後の左矢印r(n)の行列表現は次式となる。

Figure 2009130634
但し、以下の関係である。 S m is the signal carried by the m th subcarrier, H m is the frequency response of the m th subcarrier to the matrix h, ε is the CFO normalized by f 0 , and the matrix F H is N × N An IDFT matrix is shown. At this time, the matrix expression of the left arrow r (n) after timing synchronization is as follows.
Figure 2009130634
However, the relationship is as follows.

Figure 2009130634
Figure 2009130634
Figure 2009130634
Figure 2009130634

上式において、行列F L1−1は行列Fの下側L−1行から構成される行列であり、CFOは初期位相零と仮定されている。なお、行列F L1−1は式(8)の右辺第3項の行列式の上側の行列を表す。式(8)は、更に次式のように書き直すことができる。
Figure 2009130634
Figure 2009130634
Figure 2009130634
Figure 2009130634

In the above equation, the matrix F H L1-1 is a matrix composed of the lower L 1 -1 rows of the matrix F H , and the CFO is assumed to have an initial phase of zero. The matrix F H L1-1 represents a matrix on the upper side of the determinant of the third term on the right side of Expression (8). Equation (8) can be further rewritten as:

Figure 2009130634
但し、
Figure 2009130634
行列二重線チルトC1(13式右辺第2項)は、c1,l
Figure 2009130634
に置換え、左側L−1列を右側L−1列に加えることにより、行列Cから得られるN×N次元の循環行列である。
Figure 2009130634
However,
Figure 2009130634
Matrix doublet tilt C1 (13 Equation second term) is a c 1, l
Figure 2009130634
And the left L 1 −1 column is added to the right L 1 −1 column to obtain an N × N-dimensional circular matrix obtained from the matrix C 1 .

ただし、ここで行列Cは、式(10)の左辺の項を文中で用いる際に代用する。循環行列は、(I)DFT行列を右(左)から乗じることにより対角化することができることから、

Figure 2009130634
Figure 2009130634
を得る。但し、式(15)右辺の中括弧のm番目の項であるチルトC1,mは次式の周波数応答に対応する。 However, here, the matrix C 1 is substituted when the term on the left side of the equation (10) is used in the sentence. Since the circulant matrix can be diagonalized by multiplying (I) the DFT matrix from the right (left),
Figure 2009130634
Figure 2009130634
Get. However, the tilt C 1, m that is the m-th term in the braces on the right side of the equation (15) corresponds to the frequency response of the following equation.

Figure 2009130634
従って、r(n)の合成チャネルは非特許文献5で示されている
Figure 2009130634
ではなく、
Figure 2009130634
となる。行列Fの共役が列ベクトルの再配置となることから、次式で与えられる右矢印r(n)に対する同様な結果を得る。
Figure 2009130634
Therefore, the synthesis channel of r (n) is shown in Non-Patent Document 5.
Figure 2009130634
not,
Figure 2009130634
It becomes. Since the conjugate of the matrix F H becomes the rearrangement of column vectors, a similar result is obtained for the right arrow r (n) given by the following equation.

Figure 2009130634
Figure 2009130634
但し、式(18)右辺の中括弧のm番目の項であるチルトC2,mは次式の周波数応答に対応する。
Figure 2009130634
Figure 2009130634
However, the tilt C 2, m that is the m-th term in the braces on the right side of the equation (18) corresponds to the frequency response of the following equation.

Figure 2009130634
行列・チルトC1,mおよび行列・チルトC2,mが、行列・左矢印hおよび{行列・左矢印h}に組み込まれるので、
Figure 2009130634
となる。
Figure 2009130634
Since the matrix / tilt C 1, m and the matrix / tilt C 2, m are incorporated into the matrix / left arrow h and {matrix / left arrow h} * ,
Figure 2009130634
It becomes.

なお、「行列・チルトC1,m」は、式(15)の左辺の項であり、「行列・チルトC2,m」は、式(18)の左辺の項であり、「行列・左矢印h」は式(12)の左辺の項であり、「{行列・左矢印h}」は、式(17)の右辺第4項である。 Note that “matrix / tilt C 1, m ” is a term on the left side of Equation (15), and “matrix / tilt C 2, m ” is a term on the left side of Equation (18). “Arrow h” is the term on the left side of Equation (12), and “{Matrix / Left Arrow h} * ” is the fourth term on the right side of Equation (17).

結果的に、CFOとI/Q不均衡の存在により、受信OFDM信号は正反対の周波数オフセットをもつ2個の信号から構成されることになる。   As a result, due to the presence of CFO and I / Q imbalance, the received OFDM signal is composed of two signals with opposite frequency offsets.

次にサブキャリア配置(SCA)に基づく補正について説明する。
実際のOFDMシステムでは、情報を搭載しないサブキャリア、すなわち、ナルサブキャリア(NSCs)が幾つか存在し、データOFDMシンボルでは、エイリアシングを避け、フィルタリング動作を容易にするため、帯域の端およびDC部にNSCが置かれている。
Next, correction based on subcarrier arrangement (SCA) will be described.
In an actual OFDM system, there are some subcarriers that do not carry information, that is, null subcarriers (NSCs), and in the data OFDM symbol, in order to avoid aliasing and facilitate the filtering operation, the band edge and the DC part NSC.

一方、パイロットOFDMシンボルでは、特別な時間表現を実施するため、例えば、802.11aにおける周期的ショートトレーニング系列を構成するために等間隔にNSCsが置かれている。言い換えれば、パイロットシンボルおよびデータシンボルの構造は、NSCの配置あるいはSCAのみが互いに異なると考えることができる。   On the other hand, in the pilot OFDM symbol, NSCs are arranged at equal intervals in order to implement a special time expression, for example, to form a periodic short training sequence in 802.11a. In other words, the structure of pilot symbols and data symbols can be considered to differ from each other only in the arrangement of NSCs or SCA.

一般性を失うことなく、P個の変調サブキャリアとK=N−P個のナルサブキャリアが存在するものと仮定する。あるサブキャリアは、行列Fのある列に対応することから、

Figure 2009130634
の列を並べ替え、変調サブキャリアとナルサブキャリアに相当する
Figure 2009130634
と、
Figure 2009130634
の2個の副行列に分解する。 Without loss of generality, assume that there are P modulation subcarriers and K = N−P null subcarriers. There subcarrier, since it corresponds to a column with a matrix F H,
Figure 2009130634
Are rearranged to correspond to modulation subcarriers and null subcarriers.
Figure 2009130634
When,
Figure 2009130634
Is decomposed into two sub-matrices.

Figure 2009130634
および
Figure 2009130634
とした二個の指標集合
Figure 2009130634
および
Figure 2009130634
により、行列Fの列と行列W、行列Vの列との対応を図る。
Figure 2009130634
and
Figure 2009130634
Two indicator sets
Figure 2009130634
and
Figure 2009130634
Thus, correspondence between the columns of the matrix F H and the columns of the matrix W and the matrix V is achieved.

行列Fは直交行列であり、

Figure 2009130634
Figure 2009130634
および
Figure 2009130634
の関係を有する。 The matrix F H is an orthogonal matrix,
Figure 2009130634
Figure 2009130634
and
Figure 2009130634
Have the relationship.

Figure 2009130634
であることから、行列wp1とwp2は直流キャリアを中心に対称であり、
Figure 2009130634
の関係が成立する。
Figure 2009130634
Therefore, the matrices w p1 and w p2 are symmetric around the DC carrier,
Figure 2009130634
The relationship is established.

特に、

Figure 2009130634
は帯域の端およびDC部のサブキャリアに相当する。明らかに、行列fおよび行列fN/2は自己対称である。 In particular,
Figure 2009130634
Corresponds to the end of the band and the subcarrier in the DC part. Obviously, the matrix f 0 and the matrix f N / 2 are self-symmetric.

なお、サブキャリア行列fと行列f間の距離を

Figure 2009130634
で表すこととする。 Note that the distance between the subcarrier matrix f i and the matrix f j is
Figure 2009130634
It shall be expressed as

次にCFOの推定について説明する。
雑音をN×1次元ベクトルの行列zにより表現すると、式(20)は、

Figure 2009130634
となる。 Next, CFO estimation will be described.
When noise is expressed by a matrix z of N × 1D vectors, equation (20) becomes
Figure 2009130634
It becomes.

上式において、行列・左矢印dおよび行列・右矢印dはそれぞれ、行列・左矢印hおよび行列・右矢印hにおけるP個の非零要素からなる2個のP×1次元ベクトルである。式(21)より明らかなように、行列Wあるいは行列Vにより表現されたSCAが、CFO推定の重要な鍵となる。取扱いを簡単化するため、行列zを分散「σ 行列I」をもつ加法性白色雑音(AWGN) とする。 In the above equation, the matrix / left arrow d and the matrix / right arrow d are two P × 1-dimensional vectors composed of P non-zero elements in the matrix / left arrow h and the matrix / right arrow h, respectively. As is clear from the equation (21), the SCA expressed by the matrix W or the matrix V is an important key for CFO estimation. In order to simplify the handling, let the matrix z be additive white noise (AWGN) with variance “σ 2 z matrix I N ”.

チルトεをεの推定値とすると、εのML推定は、

Figure 2009130634
の最小化により得られ、非AWGNの場合には非線形最小二乗(NLS)推定となる。 When the tilt ε is an estimated value of ε, ML estimation of ε is
Figure 2009130634
In the case of non-AWGN, nonlinear least squares (NLS) estimation is obtained.

上式は、行列A(ε)および行列dの項に分離できていることから、二段階からなる独立した推定問題として扱うことができる。先ず、JMLを行列・チルトdに関して微分し、零と置くことにより行列・チルトdに対する最適解が、

Figure 2009130634
で得られ、また、JMLに代入することにより次式が得られる。 Since the above equation can be separated into terms of the matrix A (ε) and the matrix d, it can be treated as an independent estimation problem consisting of two stages. First, by differentiating with respect to the matrix and tilt d to J ML, the optimal solution for the matrix-tilt d by placing a zero,
Figure 2009130634
Further, the following equation is obtained by substituting in JML .

Figure 2009130634
但し、
Figure 2009130634
であり、
Figure 2009130634

Figure 2009130634
への直交射影として知られている。
Figure 2009130634
However,
Figure 2009130634
And
Figure 2009130634
Is
Figure 2009130634
Known as an orthogonal projection to.

式(25)を適用するには、行列A(ε)が列正則、すなわち、

Figure 2009130634
の関係が成立する必要がある。 To apply equation (25), the matrix A (ε) is column regular, ie
Figure 2009130634
The relationship needs to be established.

Figure 2009130634
の実用範囲において、行列A(ε)はε=0
以外に対しては、フルランクのファンデルモンド行列である。
Figure 2009130634
In the practical range of the matrix A (ε), ε = 0
For other than, it is a full-rank van der monde matrix.

しかしながら、

Figure 2009130634
のときには、
Figure 2009130634
は、
Figure 2009130634
と同一となり、JML(チルトε)はεと−εにおいて同一の最小値をもつことになる。 However,
Figure 2009130634
When
Figure 2009130634
Is
Figure 2009130634
And J ML (tilt ε) has the same minimum value in ε and −ε.

行列Wがファンデルモンド行列であることから、

Figure 2009130634
は行列Wが行列fと行列fN−iのP/2対からなる自己対称構造をもつ行列であることを意味する。 Since the matrix W is a van dermond matrix,
Figure 2009130634
Means that the matrix W is a matrix having a self-symmetric structure composed of P / 2 pairs of the matrix f i and the matrix f N−i .

順列の入替えを避けるために、

Figure 2009130634
である行列wの一個が少なくとも必要である。更に、ε= 0のとき、行列A(ε)がフルランクであるためには、行列Wの任意の2個の列ベクトルが対称であってはいけない。 To avoid permutation,
Figure 2009130634
At least one matrix w p is required. Furthermore, when ε = 0, in order for the matrix A (ε) to be full rank, any two column vectors of the matrix W must not be symmetric.

結果的に、I/Q不均衡化において、

Figure 2009130634
の条件を満たす行列Wを選べば、ML法によるCFO推定値は次式となる。 As a result, in I / Q imbalance,
Figure 2009130634
If the matrix W satisfying the above condition is selected, the CFO estimated value by the ML method is as follows.

Figure 2009130634
Figure 2009130634

このCFO推定範囲は、行列Wの列ベクトルと行列Wの列ベクトル間の最小距離の半分となり、推定範囲を広げるには、行列Wのサブキャリア数を少なく選べば良い。 This CFO estimation range is half of the minimum distance between the column vector of the matrix W and the column vector of the matrix W * . In order to expand the estimation range, the number of subcarriers in the matrix W may be selected to be small.

次にI/Q不均衡補正について説明する。
実際、周波数選択性I/Q不均衡は大きくなく、FIRフィルタをIブランチあるいはQブランチに置くことにより補正されている(非特許文献5)[21]。Qブランチ補正フィルタのインパルスおよび周波数応答をそれぞれ、

Figure 2009130634
およびX(f)する。αをG(f)の一部と見なせることから、 補正後には
Figure 2009130634
の関係が成立する。 Next, I / Q imbalance correction will be described.
Actually, the frequency selectivity I / Q imbalance is not large and is corrected by placing the FIR filter in the I branch or the Q branch (Non-patent Document 5) [21]. The impulse and frequency response of the Q branch correction filter, respectively,
Figure 2009130634
And X (f). The α since regarded as part of the G Q (f), after correction
Figure 2009130634
The relationship is established.

このとき、式(14)は

Figure 2009130634
となる。 At this time, the equation (14) is
Figure 2009130634
It becomes.

但し、

Figure 2009130634
は、
Figure 2009130634
の周波数応答であり、
Figure 2009130634
はG(f)のインパルス応答である。 However,
Figure 2009130634
Is
Figure 2009130634
Is the frequency response of
Figure 2009130634
Is the impulse response of G I (f).

同様に、式(17)は、

Figure 2009130634
のように書き直すことができる。 Similarly, equation (17) is
Figure 2009130634
Can be rewritten as

但し、

Figure 2009130634
である。ここで右辺の括弧の中のm番目の項を、「ハットG」とする。ハットGは、
Figure 2009130634
に対応する。 However,
Figure 2009130634
It is. Here, the m-th term in the parenthesis on the right side is defined as “hat G m ”. Hat G m
Figure 2009130634
Corresponding to

行列gが実係数より、

Figure 2009130634
および
Figure 2009130634
となる。 From the real coefficient of matrix g I ,
Figure 2009130634
and
Figure 2009130634
It becomes.

結果的に

Figure 2009130634
および
Figure 2009130634
が成立する。 as a result
Figure 2009130634
and
Figure 2009130634
Is established.

従って、周波数選択性I/Q不均衡が生じない場合の受信信号は次式となる。

Figure 2009130634
所望信号
Figure 2009130634
は、
Figure 2009130634
で得られ、その実部および虚部は次式となる。
Figure 2009130634
Figure 2009130634
Therefore, the received signal when the frequency selectivity I / Q imbalance does not occur is given by the following equation.
Figure 2009130634
Desired signal
Figure 2009130634
Is
Figure 2009130634
The real part and the imaginary part are obtained by the following equation.
Figure 2009130634
Figure 2009130634

上記の2式は、tanφおよびsecφに相当する2個のゲイン係数βおよびχにより補正されるLO不均衡のみの受信信号に対する非対称補正を示している。図3のCFO補正を考慮に入れた全体構造は、非特許文献5と同じである。明らかに、χはxに組み込まれることから、補正問題はxおよびβの最適化問題となる。   The above two equations show asymmetric correction for a received signal with only LO imbalance corrected by two gain coefficients β and χ corresponding to tanφ and secφ. The overall structure taking the CFO correction of FIG. Obviously, since χ is built into x, the correction problem becomes an optimization problem for x and β.

MLCFO推定は、適切な行列W下でのI/Q不均衡補正とは独立であることから、ハットεはあらかじめ得られることになる。行列ダブルドットrはCFOにより影響を受けたOFDM信号であることから、左側零値空間を用いることによりxおよびβの最適値は、

Figure 2009130634
により得られ、次式の最小化により求めることができる。 Since the MLCFO estimation is independent of the I / Q imbalance correction under an appropriate matrix W, the hat ε is obtained in advance. Since the matrix double dot r is an OFDM signal influenced by the CFO, by using the left null space, the optimal values of x and β are
Figure 2009130634
Can be obtained by minimizing the following equation.

Figure 2009130634
ここで、
Figure 2009130634
と置き、
Figure 2009130634
Figure 2009130634
の関係を定義すれば、周波数選択性I/Q不均衡補正後には
Figure 2009130634
の関係をもつ。
Figure 2009130634
here,
Figure 2009130634
And put
Figure 2009130634
Figure 2009130634
If the relationship of frequency selectivity I / Q imbalance is corrected,
Figure 2009130634
It has the relationship.

式(35)および(36)から、周波数非選択性I/Q不均衡補正後の信号が

Figure 2009130634
となることから、式(41)を式(38)に代入し、J(x、β)をxおよびβで微分すれば、
Figure 2009130634
Figure 2009130634
が得られる。 From Equations (35) and (36), the signal after frequency nonselective I / Q imbalance correction is
Figure 2009130634
Therefore, if equation (41) is substituted into equation (38) and J (x, β) is differentiated by x and β,
Figure 2009130634
Figure 2009130634
Is obtained.

但し、

Figure 2009130634
および
Figure 2009130634
は、
Figure 2009130634
の実部および虚部となる。 However,
Figure 2009130634
and
Figure 2009130634
Is
Figure 2009130634
The real part and the imaginary part.

明かに、

Figure 2009130634
および
Figure 2009130634
となる。 Obviously,
Figure 2009130634
and
Figure 2009130634
It becomes.

式(42)と(43)を零と置きxおよびβに関して解けば、最適解は次式に示す解析解となる。

Figure 2009130634
但し、
Figure 2009130634
Figure 2009130634
If equations (42) and (43) are set to zero and solved for x and β, the optimal solution is the analytical solution shown in the following equation.
Figure 2009130634
However,
Figure 2009130634
Figure 2009130634

要約すると、式(26)に基づきパイロットOFDMシンボルを設計し、CFOおよびI/Q不均衡を次の4ステップを用いて補正する。
1)式(27)でハットεを推定し、
2) 式(44)からxおよびβを導出し、
3) 図3に従って、得られたxおよびβを用いてI/Q不均衡を補正し、
4) ハットεに基づいてCFOを補正する。
In summary, a pilot OFDM symbol is designed based on equation (26), and CFO and I / Q imbalance are corrected using the following four steps.
1) Estimate the hat ε using equation (27),
2) Deriving x and β from equation (44),
3) Correct the I / Q imbalance using the obtained x and β according to FIG.
4) Correct the CFO based on the hat ε.

次に、計算負荷低減化について説明する。
SCAに基づく補正手法の複雑さは、ハットε、ハットxおよびハットβの求解にある。式(44)において、Λは(L+1)×(L+1)次元の対称行列であり、また、

Figure 2009130634
がスカラであることから、 ブロック行列の逆行列定理により、
Figure 2009130634
Figure 2009130634
となる。 Next, calculation load reduction will be described.
The complexity of the correction method based on SCA lies in finding the hat ε, hat x, and hat β. In Equation (44), Λ is a (L x +1) × (L x +1) dimensional symmetric matrix, and
Figure 2009130634
Is a scalar, the inverse matrix theorem of the block matrix
Figure 2009130634
Figure 2009130634
It becomes.

但し、

Figure 2009130634
上式において、Λ1は小サイズのL×L次元の対称行列より、その逆行列を計算することは容易となる。 However,
Figure 2009130634
In the above equation, Λ1 can be easily calculated from a small sized L x × L x dimensional symmetric matrix.

一方、全体の複雑さは、式(27)におけるCFO推定値取得に支配されており、CFO 推定値取得はNLS問題であり、一次元探索を必要とする。JML(チルトε)が行列B(チルトε)の固有ベクトルを用いて計算できることから、小ランクの行列B(チルトε)を選ぶことにより複雑さの低減化が図れる。 On the other hand, the overall complexity is dominated by CFO estimation value acquisition in Equation (27), which is an NLS problem and requires a one-dimensional search. Since J ML (tilt ε) can be calculated using the eigenvector of the matrix B (tilt ε), the complexity can be reduced by selecting the matrix B (tilt ε) having a small rank.

Figure 2009130634
より、固定されたNにおいては、
Figure 2009130634
すなわち、式(26)に従って、iがゼロでない1個のサブキャリアfiのみの変調波であれば最小の複雑さとなる。更に、Nを減少させることにより複雑を低減化することができる。
Figure 2009130634
From the fixed N,
Figure 2009130634
That is, according to the equation (26), if the modulated wave is only one subcarrier fi where i is not zero, the complexity becomes minimum. Furthermore, complexity can be reduced by reducing N.

N=2のとき、式(26)を満足させるサブキャリアが存在しないことから、Nの最小値は4となる。4個の同一ブロックからなるNサブキャリアOFDMシンボルは、4サブキャリアOFDMシステムと等価となる。 この点に着目し、パイロットを次式で与える。   When N = 2, there is no subcarrier that satisfies the equation (26), so the minimum value of N is 4. An N subcarrier OFDM symbol consisting of 4 identical blocks is equivalent to a 4 subcarrier OFDM system. Paying attention to this point, the pilot is given by the following equation.

Figure 2009130634
但し、
Figure 2009130634
Figure 2009130634
However,
Figure 2009130634

上記のパイロットは

Figure 2009130634
から構成された非対称SCA構造をもつNサブキャリアOFDMシステムとなる。N/4でダウンサンプリングすると、
Figure 2009130634
The above pilot
Figure 2009130634
N subcarrier OFDM system having an asymmetric SCA structure composed of When downsampling at N / 4,
Figure 2009130634

上式は、式(26)に従う1個の変調波行列f1からなる4サブキャリアOFDM信号となる。結果的に、式(50)とダウンサンプリングにより、CFO推定の最小の複雑さを実現することができる。   The above equation is a 4-subcarrier OFDM signal composed of one modulated wave matrix f1 according to equation (26). Consequently, the minimum complexity of CFO estimation can be realized by equation (50) and downsampling.

このSCAとこのSCAの共役間の最小距離は2であり、このパイロットのCFO推定範囲はεが−1から1の範囲となる。広範囲探索が要求されるときには、サブキャリアの数を減らし、例えば、式(51)から

Figure 2009130634
を取り除けば、探索範囲は
Figure 2009130634
の範囲になる。 The minimum distance between this SCA and the conjugate of this SCA is 2, and the CFO estimation range of this pilot is in the range from −1 to −1. When a wide search is required, the number of subcarriers is reduced, for example, from equation (51)
Figure 2009130634
The search range is
Figure 2009130634
It becomes the range.

次にブラインド補正について説明する。
CFO推定値が得られれば、上記のI/Q不均衡補正はナルサブキャリアをもつOFDMシンボルに適用可能となる。式(27)を用いてCFOを得るには、行列A(チルトε)が列正則、すなわち、PがN/2より小さくなくてはならない。しかしながら、通常のデータOFDMシンボルでは

Figure 2009130634
となる。 Next, blind correction will be described.
Once the CFO estimate is obtained, the above I / Q imbalance correction can be applied to OFDM symbols with null subcarriers. In order to obtain CFO using equation (27), the matrix A (tilt ε) must be column regular, ie, P must be smaller than N / 2. However, with normal data OFDM symbols
Figure 2009130634
It becomes.

幸いにも、式(44)から明らかなように、ハットxとハットβがCFO推定値ハットεに依存することから、行列Vが存在すれば、あるCFO値チルトεに対し、

Figure 2009130634
および
Figure 2009130634
を得ることができる。 Fortunately, as apparent from the equation (44), the hat x and the hat β depend on the CFO estimated value hat ε, so that if the matrix V exists, for a certain CFO value tilt ε,
Figure 2009130634
and
Figure 2009130634
Can be obtained.

従って、式(37)を書換えた

Figure 2009130634
を用いて、CFO推定値を
Figure 2009130634
として求めることができる。 Therefore, formula (37) was rewritten
Figure 2009130634
To calculate the CFO estimate
Figure 2009130634
Can be obtained as

行列Wが自己対称構造をもつとき、J(チルトε)はチルトεの偶関数となることから(付録I参照)、Pの制限が緩められるけれど、 正確なCFO推定値を得るためには行列Wの非対称構造が必要となる。 When the matrix W has a self-symmetric structure, J b (tilt ε) is an even function of tilt ε (see Appendix I), so the P limit is relaxed, but to obtain an accurate CFO estimate An asymmetric structure of the matrix W is required.

式(53)を考慮区間のOFDMシンボルに亘っての総和に拡張し、また、ハットεが得られれば、ハットε、x(ハットε)およびβ(ハットε)を用いて、図3の補正構造が構築される。事実、式(54)は非対称SCAのOFDM信号に対するブラインドCFOおよびI/Q不均衡補正を与えている。 Extending equation (53) to the sum over OFDM symbols in the considered interval, and if hat ε b is obtained, using hat ε b , x (hat ε b ) and β (hat ε b ), The correction structure of FIG. 3 is constructed. In fact, equation (54) provides blind CFO and I / Q imbalance correction for asymmetric SCA OFDM signals.

次にシミュレーション結果について説明する。
提案手法の有効性を立証するため、シミュレーションを実施した。シミュレーションに用いたOFDMシステムは802.11a WLAN 標準を基本にしており、キャリア周波数を5GHz、B = 20MHz、N= 64、NCP=16および変調方式として16−QAM を用いた。
Next, simulation results will be described.
In order to prove the effectiveness of the proposed method, a simulation was conducted. The OFDM system used for the simulation was based on the 802.11a WLAN standard, and used carrier frequency of 5 GHz, B = 20 MHz, N = 64, N CP = 16, and 16-QAM as a modulation scheme.

提案するプリアンブルは、CPを含んで80個のサンプルからなるOFDMシンボルであり、式(26)に示したP=12個の非対称サブキャリアと式(50)で示した時間表現特徴を有している。ここでは、正負周波数における30個と22個のサブキャリアが変調される非対称構造を有する52個の変調波からなるデータOFDMシンボルを考える。   The proposed preamble is an OFDM symbol composed of 80 samples including CP, and has P = 12 asymmetric subcarriers shown in Equation (26) and the time representation feature shown in Equation (50). Yes. Here, a data OFDM symbol composed of 52 modulated waves having an asymmetric structure in which 30 and 22 subcarriers at positive and negative frequencies are modulated is considered.

非特許文献5の手法では、各々16個のサンプルパイロットと16個のサンプルCPをもつ、4個のパイロットシンボルからなる128個のサンプルが比較のために用いられる。10個のデータOFDMシンボルがブラインド補正のために用いられ、SCAに基づく手法においては、上記のCPを含んだ80個のサンプルからなるOFDMパイロットのみが用いられている。   In the method of Non-Patent Document 5, 128 samples of 4 pilot symbols each having 16 sample pilots and 16 samples CP are used for comparison. Ten data OFDM symbols are used for blind correction, and in the SCA-based approach, only the OFDM pilot consisting of 80 samples including the above-mentioned CP is used.

周波数選択性フェージングチャネルは5個のパスを有し、指数減衰の電力プロフィルを有している。非特許文献5における2ケースのI/Q不均衡が考慮される。
ケースA)α=1dB、φ=5°、行列g=[1,0,1]および行列g=[0,1,1]からなる周波数非選択性および周波数選択性不均衡。
ケースB) α=1dB、φ=5°および行列g=行列g=[1,0]からなる周波数非選択性不均衡。
The frequency selective fading channel has 5 paths and has an exponentially decaying power profile. Two cases of I / Q imbalance in Non-Patent Document 5 are considered.
Case A) Frequency non-selectivity and frequency-selective imbalance consisting of α = 1 dB, φ = 5 °, matrix g I = [1, 0, 1] T and matrix g Q = [0, 1, 1] T.
Case B) Frequency nonselective imbalance consisting of α = 1 dB, φ = 5 ° and matrix g I = matrix g Q = [1, 0] T.

正規化CFOεは0.13と設定し、εの探索範囲は、±30ppmの局部発信機を想定し(−0.48,0.48)に限定した。また、補正フィルタのフィルタ長としてはL=5とした。 The normalized CFOε was set to 0.13, and the search range of ε was limited to (−0.48, 0.48) assuming a local transmitter of ± 30 ppm. In addition, the filter length of the correction filter is L x = 5.

図4は、E[(ε−ハットε)]として定義された正規化CFOの平均二乗誤差による比較である。非特許文献5の手法と比較し、短いプリアンブルを用いるSCAに基づく提案手法は、若干特性が劣化している。一方、ブラインド手法は、パイロット利用手法と比較可能な特性を与えていることが分かる。 Figure 4 is a comparison of mean square error defined normalized CFO as E [(.epsilon. hat ε) 2]. Compared with the method of Non-Patent Document 5, the proposed method based on SCA using a short preamble has slightly degraded characteristics. On the other hand, it can be seen that the blind method provides characteristics comparable to the pilot utilization method.

図5〜8には、有効SNR(補正後のSNR)に対するビット誤り率(BER)が示されている。参考のために、CFOおよびI/Q不均衡が存在しない場合の特性(No CFO I/Q)も示している。同図から明らかなように、提案手法はケースAの高SNRにおいてエラフローを生じる非特許文献5の手法より有効であることが分かる。
5 to 8 show the bit error rate (BER) with respect to the effective SNR (corrected SNR). For reference, the characteristics in the absence of CFO and I / Q imbalance (No CFO I / Q) are also shown. As can be seen from the figure, the proposed method is more effective than the method of Non-Patent Document 5 that causes an error flow at a high SNR in Case A.

この理由は、補正係数決定の最適化手法の違いによるものであり、非特許文献5の手法は隣接パイロット間でのCFOに起因する位相差を補正するものであるが、本発明はI/Q不均衡が発生しないときのパイロットOFDMシンボルの周波数配置に基づいて補正を行っている。   The reason for this is due to the difference in the optimization method for determining the correction coefficient. The method of Non-Patent Document 5 corrects the phase difference caused by CFO between adjacent pilots. Correction is performed based on the frequency arrangement of pilot OFDM symbols when no imbalance occurs.

このことが、最適化を厳格にかつ有効にしている。更に、非特許文献5の手法はGIを除去するため、畳込み表現する行列に零を加える必要が生じ、正確な表現にはならないことから良好な動作が得られない。   This makes optimization rigorous and effective. Furthermore, since the method of Non-Patent Document 5 removes the GI, it is necessary to add zero to the matrix to be expressed as a convolution, and an accurate expression cannot be obtained because the expression is not accurate.

図9には、52個のサブキャリアからなる自己対称性の行列Wを用いたブラインド手法によるCFO推定の評価関数J(チルトε)を示している。同図から明らかなように、J(チルトε)はチルトεの偶関数であり、正確なブラインドCFOを得るには、非対称構造をもつ行列Wの必要性を示唆している。 FIG. 9 shows an evaluation function J b (tilt ε) for CFO estimation by a blind method using a self-symmetric matrix W composed of 52 subcarriers. As is clear from FIG. 6, J b (tilt ε) is an even function of tilt ε, which suggests the necessity of the matrix W having an asymmetric structure in order to obtain an accurate blind CFO.

最後にまとめると、ダイレクトコンバージョンOFDM受信機におけるCFOおよびI/Q不均衡補正問題を提示し、先ず、CFOおよびI/Q不均衡下でのOFDM信号を行列表現すると共に、SCAとMLCFO推定の間の関係を明らかにした。   In summary, we present a CFO and I / Q imbalance correction problem in a direct conversion OFDM receiver. First, a matrix representation of OFDM signals under CFO and I / Q imbalance, and between SCA and MLCFO estimation Clarified the relationship.

次に、適切なSCA構造において、I/Q不均衡下でのMLCFO推定を実施し、得られたCFO推定値を用いて周波数非選択性および周波数選択性I/Q不均衡補正に対する補正係数の解析解を求めることができる、SCAに基づく新たな手法を提案した。   Next, in an appropriate SCA structure, MLCFO estimation under I / Q imbalance is performed, and the obtained CFO estimates are used to calculate correction coefficients for frequency nonselectivity and frequency selective I / Q imbalance correction. We proposed a new method based on SCA that can obtain analytical solutions.

更に、CFO推定とI/Q不均衡補正間の関係を利用することにより、提案手法を非対称SCA構造を持つOFDMシンボルのブラインド補正手法に拡張した。最後に、本発明の補償方法の有効性をコンピュータシミュレーションにより立証した。   Furthermore, by using the relationship between CFO estimation and I / Q imbalance correction, the proposed method is extended to an OFDM symbol blind correction method with an asymmetric SCA structure. Finally, the effectiveness of the compensation method of the present invention was verified by computer simulation.

なお、自己対称性をもつ行列Wにおける

Figure 2009130634
について証明を示しておく。 In the matrix W having self-symmetry,
Figure 2009130634
Let me show you the proof.

Figure 2009130634
および
Figure 2009130634
はそれぞれ、行列VVの実部および虚部である。
Figure 2009130634
and
Figure 2009130634
Are the real and imaginary parts of the matrix VV H , respectively.

このとき、行列Wが自己対称性を有するとき、行列Vもまた自己対称性を有し、

Figure 2009130634
すなわち、
Figure 2009130634
および
Figure 2009130634
となる。 At this time, when the matrix W has self-symmetry, the matrix V also has self-symmetry,
Figure 2009130634
That is,
Figure 2009130634
and
Figure 2009130634
It becomes.

更に、行列Γ(チルトε)が対角行列であることから、

Figure 2009130634
Figure 2009130634
となる。 Furthermore, since the matrix Γ (tilt ε) is a diagonal matrix,
Figure 2009130634
Figure 2009130634
It becomes.

Figure 2009130634
および
Figure 2009130634
より、
Figure 2009130634
および
Figure 2009130634
であることは明らかである。
Figure 2009130634
and
Figure 2009130634
Than,
Figure 2009130634
and
Figure 2009130634
Obviously.

式(41)、(44)、(45)および(46)より、

Figure 2009130634
を導くことができる。 From the equations (41), (44), (45) and (46),
Figure 2009130634
Can guide you.

このとき、行列Vが自己対称性を有するとき、

Figure 2009130634
となる。但し、行列rは任意のN×1次元ベクトルである。
At this time, when the matrix V has self-symmetry,
Figure 2009130634
It becomes. However, the matrix r is an arbitrary N × 1D vector.

Figure 2009130634
と置くと、式(53)および(55)より
Figure 2009130634
となるので、
Figure 2009130634
であることが証明される。
Figure 2009130634
From the formulas (53) and (55)
Figure 2009130634
So,
Figure 2009130634
It is proved that.

本発明はOFDM方式の信号を受信する受信機に好適に利用することができる。   The present invention can be suitably used for a receiver that receives an OFDM signal.

ダイレクトコンバージョン方式の受信機を示す図である。It is a figure which shows the receiver of a direct conversion system. ダイレクトコンバージョン方式のI/Q不平衡の数学的モデルを表す図である。It is a figure showing the mathematical model of I / Q imbalance of a direct conversion system. 補償回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a compensation circuit. 受信信号のSNRと平均2乗誤差の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between SNR of a received signal, and a mean square error. 受信信号のSNRと実効SNRの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between SNR of a received signal, and effective SNR. ケースAにおける受信信号のSNRとBERとの関係を示すグラフである。7 is a graph showing a relationship between SNR and BER of a received signal in case A. ケースBにおける受信信号のSNRと実効SNRとの関係を示すグラフである。10 is a graph showing a relationship between an SNR of a received signal and an effective SNR in case B. ケースBにおける受信信号のSNRとBERとの関係を示すグラフである。7 is a graph showing a relationship between SNR and BER of a received signal in case B. CFOと評価関数の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between CFO and an evaluation function.

Claims (1)

OFDM信号を受信する受信機であって、
(27)若しくは(28)式によってCFOを推定し、
(44)式によってxおよびβを求め、
前記受信した信号のI側信号をβ倍した信号と
前記受信した信号のQ側信号をx倍した信号の和を新たなQ側信号とし、
前記I側信号と加算することでCFOとIQインバランスを補償する方法。
Figure 2009130634
Figure 2009130634

A receiver for receiving an OFDM signal,
(27) or (28) is used to estimate the CFO,
X and β are obtained by the equation (44),
The sum of the signal obtained by multiplying the I-side signal of the received signal by β and the signal obtained by multiplying the Q-side signal of the received signal by x is defined as a new Q-side signal.
A method of compensating for CFO and IQ imbalance by adding to the I-side signal.
Figure 2009130634
Figure 2009130634

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