JP2009130634A - Carrier frequency offset, and i/q imbalance compensation method - Google Patents
Carrier frequency offset, and i/q imbalance compensation method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009130634A 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
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- matrix
- cfo
- imbalance
- equation
- correction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 101
- 238000012937 correction Methods 0.000 abstract description 35
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000007476 Maximum Likelihood Methods 0.000 abstract description 2
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 8
- OXIDJYIUYWHJRZ-UHFFFAOYSA-N 1-[[2-(2,4-dichlorophenyl)-4-propyl-1,3-dioxolan-2-yl]methyl]-1,2,4-triazole;methyl n-(1h-benzimidazol-2-yl)carbamate Chemical compound C1=CC=C2NC(NC(=O)OC)=NC2=C1.O1C(CCC)COC1(C=1C(=CC(Cl)=CC=1)Cl)CN1N=CN=C1 OXIDJYIUYWHJRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
Abstract
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。
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
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
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INはN×N次の単位行列、[・]N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Nl(・)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、GI(f)およびGQ(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、GI(f)およびGQ(f)は、
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。
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
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、c1(t)、c2(t)およびh(t)がL1Ts、L2TsおよびLhTs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。
但し、以下の関係がある。
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、
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).
Smはm番目のサブキャリアにより運ばれる信号を、Hm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f0により正規化されたCFOを、行列FH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。
上式において、行列FH L1−1は行列FHの下側L1−1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FH 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。
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:
ただし、ここで行列C1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、
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FHのある列に対応することから、
行列FHは直交行列であり、
特に、
なお、サブキャリア行列fiと行列fj間の距離を
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、
When noise is expressed by a matrix z of N × 1D vectors, equation (20) 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「σ2 z行列IN」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、
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、
式(25)を適用するには、行列A(ε)が列正則、すなわち、
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。
For other than, it is a full-rank van der monde matrix.
しかしながら、
行列Wがファンデルモンド行列であることから、
順列の入替えを避けるために、
結果的に、I/Q不均衡化において、
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、
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,
このとき、式(14)は
但し、
同様に、式(17)は、
但し、
行列gIが実係数より、
結果的に
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。
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、
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
但し、
明かに、
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。
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(Lx+1)×(Lx+1)次元の対称行列であり、また、
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
但し、
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.
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.
上記のパイロットは
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
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
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
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、
従って、式(37)を書換えた
行列Wが自己対称構造をもつとき、Jb(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εbが得られれば、ハットεb、x(ハットεb)およびβ(ハットεb)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
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gI=[1,0,1]Tおよび行列gQ=[0,1,1]T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gI=行列gQ=[1,0]T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
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Lx=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)2]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
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
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
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
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Jb(チルトε)を示している。同図から明らかなように、Jb(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
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、
更に、行列Γ(チルトε)が対角行列であることから、
式(41)、(44)、(45)および(46)より、
このとき、行列Vが自己対称性を有するとき、
At this time, when the matrix V has self-symmetry,
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.
Claims (1)
(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。
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007303581A JP2009130634A (en) | 2007-11-22 | 2007-11-22 | Carrier frequency offset, and i/q imbalance compensation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007303581A JP2009130634A (en) | 2007-11-22 | 2007-11-22 | Carrier frequency offset, and i/q imbalance compensation method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009130634A true JP2009130634A (en) | 2009-06-11 |
Family
ID=40821114
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007303581A Pending JP2009130634A (en) | 2007-11-22 | 2007-11-22 | Carrier frequency offset, and i/q imbalance compensation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009130634A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010061532A1 (en) * | 2008-11-01 | 2010-06-03 | 公立大学法人大阪府立大学 | Method for obtaining hybrid domain compensation parameter of analog loss in ofdm communication system and method for compensating the parameter |
JP2014053687A (en) * | 2012-09-05 | 2014-03-20 | Nec Corp | Radio communication device, radio communication device iq imbalance correction control method, and program for the same |
CN116633456A (en) * | 2023-07-24 | 2023-08-22 | 高拓讯达(北京)微电子股份有限公司 | Calibration method and device for broadband radio frequency system signals and electronic equipment |
CN116707666A (en) * | 2023-05-30 | 2023-09-05 | 南京朗立微集成电路有限公司 | Method and equipment for correcting IQ imbalance of WiFi transmitter |
-
2007
- 2007-11-22 JP JP2007303581A patent/JP2009130634A/en active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010061532A1 (en) * | 2008-11-01 | 2010-06-03 | 公立大学法人大阪府立大学 | Method for obtaining hybrid domain compensation parameter of analog loss in ofdm communication system and method for compensating the parameter |
JP5147089B2 (en) * | 2008-11-01 | 2013-02-20 | 公立大学法人大阪府立大学 | A method for determining a hybrid domain compensation parameter of analog loss in an OFDM communication system and a compensation method. |
JP2014053687A (en) * | 2012-09-05 | 2014-03-20 | Nec Corp | Radio communication device, radio communication device iq imbalance correction control method, and program for the same |
CN116707666A (en) * | 2023-05-30 | 2023-09-05 | 南京朗立微集成电路有限公司 | Method and equipment for correcting IQ imbalance of WiFi transmitter |
CN116707666B (en) * | 2023-05-30 | 2024-04-05 | 南京朗立微集成电路有限公司 | Method and equipment for correcting IQ imbalance of WiFi transmitter |
CN116633456A (en) * | 2023-07-24 | 2023-08-22 | 高拓讯达(北京)微电子股份有限公司 | Calibration method and device for broadband radio frequency system signals and electronic equipment |
CN116633456B (en) * | 2023-07-24 | 2023-09-19 | 高拓讯达(北京)微电子股份有限公司 | Calibration method and device for broadband radio frequency system signals and electronic equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4261578B2 (en) | Wireless communication apparatus and reception method | |
US8982987B2 (en) | Paired OFDM pilot symbols | |
JP5344701B2 (en) | CFO and I / Q imbalance correction coefficient calculation method, correction method using the same, and pilot signal transmission method | |
US7652976B2 (en) | Method for estimating and compensating IQ imbalance in OFDM systems | |
CA2298722C (en) | Estimation of frequency offsets in ofdm communication systems | |
US7844018B2 (en) | Methods and apparatuses for reducing inter-carrier interference in an OFDM system | |
US20160285667A1 (en) | Joint estimation and compensation method of rf imperfections in lte uplink system | |
CN105847198A (en) | IQ imbalance estimation and compensation method of OFDM-WLAN radio frequency testing system | |
CN108616469B (en) | Method and device for estimating and compensating IQ imbalance of receiving end of SC-FDE system | |
JP5147089B2 (en) | A method for determining a hybrid domain compensation parameter of analog loss in an OFDM communication system and a compensation method. | |
CA2678162C (en) | Channel estimation using frequency smoothing | |
Neelam et al. | Channel estimation and data detection of OTFS system in the presence of receiver IQ imbalance | |
JP2009130634A (en) | Carrier frequency offset, and i/q imbalance compensation method | |
JP5342449B2 (en) | CFO and DCO distortion amount estimation method, received signal correction method using the same, and receiving apparatus | |
Lopez-Estraviz et al. | Optimal training sequences for joint channel and frequency-dependent IQ imbalance estimation in OFDM-based receivers | |
US9106326B2 (en) | Method for determining the imperfections of a transmit pathway and of a receive pathway of an apparatus, and associated radio apparatus | |
Lin et al. | Subcarrier allocation based compensation for carrier frequency offset and I/Q imbalances in OFDM systems | |
Lin et al. | Pilot-aided low-complexity CFO and I/Q imbalance compensation for OFDM systems | |
Lin et al. | Hybrid domain compensation for analog impairments in OFDM systems | |
Lin et al. | Carrier frequency offset and I/Q imbalances compensation in OFDM systems | |
Abd Aziz et al. | A Comparative Study of In-phase and Quadrature (IQ) Imbalance Estimation and Compensation Algorithms for OFDM Receivers | |
Lin et al. | Joint compensation of frequency-selective I/Q imbalance and CFO in OFDM-based WLAN | |
Tandur et al. | STBC MIMO OFDM systems with implementation impairments | |
Arslan | Channel frequency response estimation under the effect of RF impairements in OFDM based wireless systems | |
Vangelista et al. | On the analysis of P1 symbol performance for DVB-T2 |