JP2009141634A - Radio receiver - Google Patents

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Kazuyuki Yasukawa
和行 安川
Takayoshi Hayashi
隆好 林
Koji Hagiwara
幸治 萩原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To correct a frequency offset between transceivers by a relatively small circuit scale in a radio receiver of a direct-conversion system. <P>SOLUTION: A determination part 12 selects output of a matched filter 11 corresponding to a channel (a TFC) capturing synchronization at timing of detecting the synchronization and outputs the output (an output signal a). An n-symbol delay circuit 21 and a complex-conjugate calculator 22 take a complex conjugate by delaying the output signal a by n symbols. A multiplier 23 multiplies the complex conjugate by the output signal a. The output of the multiplier 23 is input to an arctangent calculator 24 as it is, and consequently, there is no need for an integrator. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、OFDM方式等のダイレクトコンバージョン方式による無線受信機に関する。   The present invention relates to a radio receiver using a direct conversion method such as an OFDM method.

近年、携帯電話や無線LAN等と比較して近距離を非常に高速に伝送する為の無線パーソナルエリアネットワーク(WPAN)が検討されている。WPANを実現するための技術として、3.1GHzから10.6GHzを利用する超広帯域無線(UWB)が有力視されている。   In recent years, a wireless personal area network (WPAN) for transmitting a short distance at a very high speed as compared with a mobile phone or a wireless LAN has been studied. As a technique for realizing WPAN, ultra wideband wireless (UWB) using 3.1 GHz to 10.6 GHz is considered promising.

UWBの一方式として、WiMedia Allianceが推進する、マルチバンドOFDM(MB−OFDM)方式が検討されている。MB−OFDM方式は、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex:直交周波数分割多重)変調と、特定の周波数パターンに従って搬送周波数を切り替える周波数ホッピングとを組み合わせた方式である。   As one UWB system, a multiband OFDM (MB-OFDM) system promoted by the WiMedia Alliance is being studied. The MB-OFDM scheme is a scheme that combines OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) modulation and frequency hopping that switches a carrier frequency according to a specific frequency pattern.

上記MB−OFDM方式やOFDM方式に限らず、最近の無線通信方式においては、受信機の構成としてダイレクトコンバージョン方式が用いられることが多い。特にMB−OFDM方式の場合は、搬送波周波数に対して変調帯域が非常に広帯域であることから、通常、ダイレクトコンバージョン方式が用いられる。   In recent wireless communication systems, not limited to the MB-OFDM system and OFDM system, a direct conversion system is often used as a receiver configuration. In particular, in the case of the MB-OFDM system, since the modulation band is very wide with respect to the carrier frequency, the direct conversion system is usually used.

ダイレクトコンバージョン方式は、ゼロIF方式とも呼ばれ、従来、受信機において受信した信号を、無線周波数帯から中間周波数に変換(ダウンコンバート)することなく、一気にベースバンドに変換する方式である。   The direct conversion method is also referred to as a zero IF method, and is a method of converting a signal received by a receiver into a baseband at once without converting (down-converting) a radio frequency band to an intermediate frequency.

ダイレクトコンバージョン方式の無線受信機の一般的な構成例を図6に示す。
図6に示す構成例では、アンテナにより受信された受信信号は、増幅器51により増幅された後、直交検波部52に入力する。尚、増幅に関してはAGC(Automatic Gain Control)制御を行うが、ここでは省略する。直交検波部52には、Lo発振部53から互いに直交するLo発振信号が入力しており、これにより上記入力信号をベースバンド信号に変換する。このベースバンド信号は、A/Dコンバータ54によりA/D変換される。その後は、ディジタル信号処理にて同期/復調処理等が行われる。
A general configuration example of a direct conversion wireless receiver is shown in FIG.
In the configuration example shown in FIG. 6, the reception signal received by the antenna is amplified by the amplifier 51 and then input to the quadrature detection unit 52. In addition, although AGC (Automatic Gain Control) control is performed regarding amplification, it abbreviate | omits here. The quadrature detection unit 52 receives Lo oscillation signals orthogonal to each other from the Lo oscillation unit 53, and thereby converts the input signal into a baseband signal. This baseband signal is A / D converted by the A / D converter 54. Thereafter, synchronization / demodulation processing and the like are performed by digital signal processing.

A/Dコンバータ54の出力は、同期捕捉部55、乗算器56、周波数補正部57に入力し、同期捕捉部55により同期検出が行われ、乗算器56と周波数補正部57とにより周波数偏差を補正する。補正後の信号はFFT(Fast Fourier Transform;高速フーリエ変換)部58に入力される。尚、FFT部58及びその後段の構成(乗算器59、回線推定部60、デスプレッド部/デマップ部61、デインターリーブ部/ビタビ復号器62)は、ここでは関係ないので特に説明しない。   The output of the A / D converter 54 is input to a synchronization acquisition unit 55, a multiplier 56, and a frequency correction unit 57, and synchronization detection is performed by the synchronization acquisition unit 55, and a frequency deviation is detected by the multiplier 56 and the frequency correction unit 57. to correct. The corrected signal is input to an FFT (Fast Fourier Transform) unit 58. Note that the FFT unit 58 and the subsequent configuration (multiplier 59, channel estimation unit 60, despread unit / demapping unit 61, deinterleave unit / Viterbi decoder 62) are not related here and will not be particularly described.

ここで、無線通信の場合、送受信機間の同期は重要な課題である。MB−OFDM方式に限らず、OFDM変調を用いる無線方式においては、情報を送る為のOFDMシンボル群(ヘッダやPSDU)に先立って、同期捕捉の為の既知の符号(プリアンブル)を付加することが一般的である。   Here, in the case of wireless communication, synchronization between transceivers is an important issue. In a wireless system using OFDM modulation as well as the MB-OFDM system, a known code (preamble) for acquisition of synchronization may be added prior to an OFDM symbol group (header or PSDU) for transmitting information. It is common.

受信機の同期捕捉部55においては、予め既知のプリアンブルと同じパターンのマッチドフィルタを用意して、符号の相関特性によるピークを検出することにより、同期の検出を行う。   In the synchronization acquisition unit 55 of the receiver, a matched filter having the same pattern as a known preamble is prepared in advance, and synchronization is detected by detecting a peak due to the correlation characteristic of the code.

図7に、同期捕捉部55の構成例を示す。
図示のように、マッチドフィルタ71は、チャネル(TFC)の数だけ用意され、受信信号(A/Dコンバータ54の出力)を各マッチドフィルタ71(TFC 1〜TFC N)へ入力し、その出力のピークから判定部72は受信信号のTFCと同期タイミングを検出している。
FIG. 7 shows a configuration example of the synchronization capturing unit 55.
As shown in the figure, as many matched filters 71 as the number of channels (TFC) are prepared, and received signals (outputs of the A / D converter 54) are input to the matched filters 71 (TFC 1 to TFC N), From the peak, the determination unit 72 detects the TFC and synchronization timing of the received signal.

ところで、送信機と受信機とは異なる周波数基準に基づいている為、又は送信機と受信機との相対的な移動により、受信機において受信される信号には、周波数偏差(誤差)(通常、数十ppmオーダ)を伴う。これを補正する為に、上記周波数補正部57(AFC回路)がある。   By the way, because the transmitter and the receiver are based on different frequency standards or due to relative movement between the transmitter and the receiver, the signal received at the receiver has a frequency deviation (error) (usually, Accompanied by several tens of ppm). In order to correct this, the frequency correction unit 57 (AFC circuit) is provided.

図8に、上記周波数補正部57(AFC回路)の構成例を示す。
周波数補正部57の入力信号は上記の通りA/Dコンバータ54の出力(ディジタル信号)であり、このディジタル入力信号をn×mサンプル遅延回路81によって、mサンプル分の時間のn倍の時間分遅延させた後、複素共役演算器82により複素共役をとったものを乗算器83において上記ディジタル信号と乗算させる。乗算器83からの出力は積分器84において長さmの区間で積分され、逆正接演算器85においてその逆正接(actan)をとったものを位相回転量としてこれをnシンボル区間で割ったものを周波数補正量として、数値制御発振器(NCO86)に出力する。そして、数値制御発振器(NCO86)によりこの周波数補正量をキャンセルするような信号を発生させて、これを乗算器56により受信信号に乗算させることにより、周波数偏差の補正が可能となる。
FIG. 8 shows a configuration example of the frequency correction unit 57 (AFC circuit).
The input signal of the frequency correction unit 57 is the output (digital signal) of the A / D converter 54 as described above, and this digital input signal is processed by the n × m sample delay circuit 81 for n times the time of m samples. After the delay, the complex conjugate calculator 82 multiplies the complex conjugate by the multiplier 83 using the complex conjugate. The output from the multiplier 83 is integrated in the interval of length m by the integrator 84, and the arc tangent calculator 85 takes the arc tangent (actan) as a phase rotation amount, which is divided by the n symbol interval. Is output to the numerically controlled oscillator (NCO 86) as a frequency correction amount. Then, a signal that cancels the frequency correction amount is generated by the numerically controlled oscillator (NCO 86), and the received signal is multiplied by the multiplier 56, whereby the frequency deviation can be corrected.

MB−OFDM方式の場合、上記nは1もしくは3とするのが一般的である。また、A/Dコンバータ54は所定のサンプリング・クロックに基づいて動作しており、ここでは1シンボル当りmサンプルが出力されており、m=‘165’とするのが一般的である。よって、上記“mサンプル分の時間”とは、“1シンボル分の時間”を意味することになる。   In the case of the MB-OFDM system, n is generally 1 or 3. The A / D converter 54 operates based on a predetermined sampling clock. In this case, m samples are output per symbol, and m = ‘165’ is generally set. Therefore, the “time for m samples” means “time for one symbol”.

これら周波数補正を含む、MB−OFDM方式の受信回路に関しては、例えば特許文献1に記載の発明があるが、一般的なAFC回路は上記自己相関を演算する為に、長期間の遅延回路と長区間の積分器を要するため、回路規模や演算の為の消費電力が大きくなる。
特開2007−19985号公報
Regarding the MB-OFDM receiving circuit including these frequency corrections, for example, there is an invention described in Patent Document 1, but a general AFC circuit has a long delay circuit and a long length to calculate the autocorrelation. Since an integrator in the section is required, the circuit scale and power consumption for calculation increase.
JP 2007-19985 A

本発明の課題は、例えばMB−OFDM方式等のようなダイレクトコンバージョン方式の無線システムにおける無線受信機において、同期捕捉回路に用いられるマッチドフィルタ出力を利用してそのピーク値の自己相関により送受信機間の周波数オフセットを補正することができ、これにより比較的小さな回路規模にて送受信機間の周波数オフセットを補正することができる無線受信機等を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a wireless receiver in a direct conversion wireless system such as the MB-OFDM method, for example, by using a matched filter output used in a synchronization acquisition circuit and performing auto-correlation between the transmitter and the receiver. It is an object of the present invention to provide a radio receiver or the like that can correct the frequency offset between the transmitter and the receiver with a relatively small circuit scale.

本発明の第1の無線受信機は、各チャネル毎の複数のマッチドフィルタを有する同期捕捉回路を有するダイレクトコンバージョン方式の無線受信機であって、前記同期捕捉回路は、同期を検出したタイミングにおける同期を捕捉したチャネルに対応する前記マッチドフィルタの出力を選択・出力する判定手段を更に有し、前記判定手段の出力を入力してnシンボル分遅延させるnシンボル遅延回路と、該nシンボル遅延回路の出力の複素共役をとる複素共役演算器と、該複素共役演算器の出力を入力して前記判定手段の出力に乗算する乗算器と、該乗算器の出力に基づき周波数偏差を求める逆正接演算器とを有する。   The first radio receiver of the present invention is a direct conversion radio receiver having a synchronization acquisition circuit having a plurality of matched filters for each channel, and the synchronization acquisition circuit is synchronized at a timing when synchronization is detected. A decision means for selecting and outputting the output of the matched filter corresponding to the channel that captured the signal, an n-symbol delay circuit for receiving the output of the decision means and delaying it by n symbols, A complex conjugate calculator that takes a complex conjugate of the output; a multiplier that inputs the output of the complex conjugate calculator and multiplies the output of the determination means; and an arctangent calculator that calculates a frequency deviation based on the output of the multiplier And have.

上記構成の無線受信機では、同期捕捉回路に用いられるマッチドフィルタ出力(特にシンボル周期で出力されるピーク値出力)を利用することにより、従来の積分器は必要なくなる。また、自己相関を求める為のnシンボル遅延回路等は、シンボル周期のクロックで動作するものとなる。   In the wireless receiver having the above-described configuration, the conventional integrator is not necessary by using the matched filter output (particularly, the peak value output output at the symbol period) used in the synchronization acquisition circuit. An n-symbol delay circuit or the like for obtaining autocorrelation operates with a clock having a symbol period.

また、本発明の第2の無線受信機は、各チャネル毎の複数のマッチドフィルタを有する同期捕捉回路を有するダイレクトコンバージョン方式の無線受信機であって、前記各マッチドフィルタの出力を入力して該入力の何れかを選択・出力するスイッチ手段を有し、前記同期捕捉回路は、同期を検出したタイミングにおける同期を捕捉したチャネルに対応する前記マッチドフィルタの出力を、前記スイッチ手段により選択・出力させる判定手段を有し、前記スイッチ手段の出力信号または該出力信号を1サンプル分ずつ遅延させた各遅延信号の何れかを入力してnシンボル分遅延させるnシンボル遅延回路と、該nシンボル遅延回路の出力の複素共役をとる複素共役演算器と、該複素共役演算器の出力を入力して前記スイッチ手段の出力信号または前記各遅延信号の何れかに乗算する乗算器とから成る多段構成の各回路部と、前記多段構成の各回路部の各乗算器の出力の平均を演算する平均値演算手段と、該平均値演算手段の出力に基づき周波数偏差を求める逆正接演算器とを有する。   The second wireless receiver of the present invention is a direct conversion wireless receiver having a synchronization acquisition circuit having a plurality of matched filters for each channel, and inputs the outputs of the matched filters. Switch means for selecting / outputting any one of the inputs, and the synchronization acquisition circuit causes the switch means to select / output the output of the matched filter corresponding to the channel that has acquired synchronization at the timing at which synchronization is detected An n-symbol delay circuit which has a determination unit and inputs either the output signal of the switch unit or each delay signal obtained by delaying the output signal by one sample, and delays by n symbols; and the n-symbol delay circuit A complex conjugate computing unit that takes the complex conjugate of the output of the output of the switch, and the output of the complex conjugate computing unit. Each circuit section of a multistage configuration including a multiplier that multiplies any one of the delay signals, an average value calculating means for calculating an average of outputs of each multiplier of each circuit section of the multistage configuration, and the average An arc tangent calculator for obtaining a frequency deviation based on the output of the value calculating means.

第2の無線受信機は、基本的には上記第1の無線受信機に基づき、更に無線回線による多重反射が発生するケースに対応した構成となっている。   The second radio receiver is basically based on the first radio receiver and has a configuration corresponding to a case where multiple reflections due to a radio line occur.

本発明の無線受信機等によれば、例えばMB−OFDM方式等のようなダイレクトコンバージョン方式の無線システムにおける無線受信機において、同期捕捉回路に用いられるマッチドフィルタ出力を利用してそのピーク値の自己相関により送受信機間の周波数オフセットを補正することができ、これにより比較的小さな回路規模にて送受信機間の周波数オフセットを補正することができる。   According to the wireless receiver and the like of the present invention, in a wireless receiver in a direct conversion system wireless system such as the MB-OFDM system, the peak value self is obtained using the matched filter output used in the synchronization acquisition circuit. The frequency offset between the transceivers can be corrected by the correlation, and thus the frequency offset between the transceivers can be corrected with a relatively small circuit scale.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
尚、以下の説明ではMB−OFDM方式の無線システムにおける無線受信機を例にして説明するが、この例に限らない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the following description, a wireless receiver in the MB-OFDM wireless system will be described as an example, but the present invention is not limited to this example.

図1に、本例の無線受信機における周波数補正に係る構成例(周波数補正装置と呼ぶものとする)を示す。
ここでは、周波数補正装置を含む無線受信機の全体構成は特に示さないが、基本的には図6に示す従来構成と略同様であるが、本例の周波数補正回路20の入力は、図示の通り、同期捕捉回路10の出力aとなっている。つまり、図6における周波数補正部57を周波数補正回路20に、同期捕捉部55を同期捕捉回路10に置き換えたうえで、周波数補正回路20の入力を、A/Dコンバータ54の出力ではなく、同期捕捉回路10の出力aとした構成となっている。
FIG. 1 shows a configuration example (referred to as a frequency correction device) related to frequency correction in the wireless receiver of this example.
Here, the overall configuration of the radio receiver including the frequency correction device is not particularly shown, but is basically the same as the conventional configuration shown in FIG. 6, but the input of the frequency correction circuit 20 of this example is shown in the figure. As shown, the output a of the synchronization acquisition circuit 10 is obtained. That is, after replacing the frequency correction unit 57 in FIG. 6 with the frequency correction circuit 20 and the synchronization acquisition unit 55 with the synchronization acquisition circuit 10, the input of the frequency correction circuit 20 is not the output of the A / D converter 54, but the synchronization. The output a of the capture circuit 10 is configured.

ここで、本例の同期捕捉回路10は、従来と同様に各チャネル(TFC)毎の複数のマッチドフィルタ11を有しており、判定部12はこの複数のマッチドフィルタ11の出力に基づいて従来と同様に同期検出信号を出力しているが、更に、何れかのマッチドフィルタ11の出力を選択・出力する(これが図示の出力信号a)。これは、同期を検出したタイミングにおける同期を捕捉したチャネル(TFC)に対応するマッチドフィルタ11の出力を選択・出力するものである。   Here, the synchronization acquisition circuit 10 of this example has a plurality of matched filters 11 for each channel (TFC) as in the conventional case, and the determination unit 12 is based on the outputs of the plurality of matched filters 11 in the related art. The synchronous detection signal is output in the same manner as described above, but the output of one of the matched filters 11 is further selected and output (this is the output signal a shown in the figure). This selects and outputs the output of the matched filter 11 corresponding to the channel (TFC) that has acquired synchronization at the timing at which synchronization is detected.

そして、周波数補正回路20は、nシンボル遅延回路21、複素共役演算器22、乗算器23、逆正接演算器24、及び数値制御発振器(NCO)25を有する。
上記従来の図8の構成と比較して、積分器84が必要なくなっており、また、上記n×mサンプル遅延回路の代わりにnシンボル遅延回路21を設けてある。但し、遅延量は変わらない。すなわち、nシンボル遅延回路21は、OFDMシンボルの1シンボル分に相当する時間のn倍の遅延量の遅延を施すものであり、遅延量自体は上記の通りn×mサンプル遅延回路81でも同じである。尚、‘n’の意味は、従来でも説明したように、MB−OFDM方式の場合、上記nは1もしくは3とする。
The frequency correction circuit 20 includes an n symbol delay circuit 21, a complex conjugate calculator 22, a multiplier 23, an arctangent calculator 24, and a numerically controlled oscillator (NCO) 25.
Compared with the conventional configuration of FIG. 8, the integrator 84 is not necessary, and an n symbol delay circuit 21 is provided instead of the n × m sample delay circuit. However, the delay amount does not change. That is, the n symbol delay circuit 21 delays the delay amount n times the time corresponding to one OFDM symbol, and the delay amount itself is the same in the n × m sample delay circuit 81 as described above. is there. Note that the meaning of 'n' is 1 or 3 in the MB-OFDM system as described above.

よく知られているように、マッチドフィルタ11の出力はピークがシンボル周期で現れるものであるので(図3に一例を示してある)、上記本例の周波数補正回路20は、この様にシンボル周期で現れるマッチドフィルタ11のピーク出力を、周波数補正に利用するものである。   As is well known, since the output of the matched filter 11 has a peak that appears in a symbol period (an example is shown in FIG. 3), the frequency correction circuit 20 of the present example described above has a symbol period in this way. The peak output of the matched filter 11 appearing at is used for frequency correction.

すなわち、従来の周波数補正回路は上記の通りA/Dコンバータ出力を入力しているのでA/Dコンバータの上記サンプリング・クロック(サンプリング周期)に応じた動作を行っていたのに対して、本例の周波数補正回路20は、シンボル周期のクロック信号で動作する。これより、本例のnシンボル遅延回路21は、上記の通り、“n×mサンプル”ではなく、nシンボル分の遅延(シンボル周期のクロックでn回分)となる。   That is, since the conventional frequency correction circuit inputs the output of the A / D converter as described above, it operates in accordance with the sampling clock (sampling period) of the A / D converter. The frequency correction circuit 20 operates with a clock signal having a symbol period. As a result, the n symbol delay circuit 21 of this example is not “n × m samples”, but a delay of n symbols (n times of a symbol period clock) as described above.

つまり、A/D変換出力に関しては1シンボル当りmサンプルの出力がマッチドフィルタ11に(従来では遅延回路81に)入力されるが、本例の遅延回路21への入力(従来では積分器84の出力)は、シンボル周期(1シンボル当り1個)で動作することになる。   That is, regarding the A / D conversion output, m-sample output per symbol is input to the matched filter 11 (conventionally to the delay circuit 81), but input to the delay circuit 21 of this example (conventionally of the integrator 84). Output) operates at a symbol period (one per symbol).

尚、上記シンボル周期のクロック信号は、特に図示しないが、例えば、上記サンプリング・クロック信号を逓倍器等により逓倍(ここでは上記例により165倍)することにより生成する。   Although not particularly shown, the clock signal having the symbol period is generated by, for example, multiplying the sampling clock signal by a multiplier or the like (here, 165 times in the above example).

また、従来の上記積分器84は上記の通り“長さm(1つのOFDMシンボル分)”の区間で積分するものであるから、周波数補正はシンボル周期でのみ行うのであり、更に積分結果とマッチドフィルタ11のピーク出力とはほぼ等価であると見做すことができるので、本例の回路構成は、概略的には、積分器84をマッチドフィルタ11で置き換えるものと考えることができる。   Further, since the conventional integrator 84 integrates in the section of “length m (for one OFDM symbol)” as described above, the frequency correction is performed only in the symbol period, and further, the integration result and the matched result are matched. Since it can be considered that the peak output of the filter 11 is substantially equivalent, the circuit configuration of this example can be considered to replace the integrator 84 with the matched filter 11 in outline.

上述したようにして、本例の周波数補正回路20では、従来のような積分器84が必要なくなり、以下のように動作するものである。
すなわち、上記同期捕捉回路10からの出力信号aは、nシンボル遅延回路21と乗算器23に入力される。nシンボル遅延回路21によってこの出力信号aを上記の通りnシンボル分遅延させた後、複素共役演算器82により複素共役をとったものを乗算器83において上記出力信号aと乗算させる。そして、逆正接演算器24において、乗算器83による乗算結果の逆正接を取ることにより位相回転量φを求め、更にこの位相回転量φを遅延時間で割ることにより周波数偏差を求める。この周波数偏差を数値制御発振器(NCO)25に渡すことにより、周波数偏差を補正する。
As described above, in the frequency correction circuit 20 of this example, the conventional integrator 84 is not necessary and operates as follows.
That is, the output signal a from the synchronization acquisition circuit 10 is input to the n symbol delay circuit 21 and the multiplier 23. After delaying the output signal a by n symbols as described above by the n symbol delay circuit 21, the complex conjugate calculator 82 multiplies the output signal a by the multiplier 83 with the output signal a. Then, in the arc tangent calculator 24, the phase rotation amount φ is obtained by taking the arc tangent of the multiplication result by the multiplier 83, and further the frequency deviation is obtained by dividing the phase rotation amount φ by the delay time. By passing this frequency deviation to the numerically controlled oscillator (NCO) 25, the frequency deviation is corrected.

ここで、図2(a)、(b)に、MB−OFDM方式における標準的なデータフレーム構成を示す。
図2(a)に示すフレームは、PLCP(Physical Layer Convergence Protocol)プリアンブル31、PLCPヘッダ32、及びPSDU33(ペイロード)という、3つの部分から構成される。このうち、PLCPプリアンブル31は、図2(b)に示すように、
パケット/フレーム同期シーケンス34とチャネル推定シーケンス35とから構成され、それぞれのシーケンスにて周波数パケット/フレーム同期、及び無線回線の伝達関数の推定を行う。
Here, FIGS. 2A and 2B show a standard data frame configuration in the MB-OFDM system.
The frame shown in FIG. 2A is composed of three parts: a PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) preamble 31, a PLCP header 32, and a PSDU 33 (payload). Among these, the PLCP preamble 31 is, as shown in FIG.
It consists of a packet / frame synchronization sequence 34 and a channel estimation sequence 35. In each sequence, frequency packet / frame synchronization and estimation of a transfer function of a radio channel are performed.

周波数補正は、パケット/フレーム同期シーケンス34の受信時において行う。
MB−OFDM方式のパケット長は、最大でも数百マイクロ秒程度であり、また従来のIEEE802.11標準に見られるようなサイクリック・プレフィックスを持たないため、PSDU33(ペイロード)区間におけるOFDMシンボルにおいては、自己相関による周波数偏差の検出、補正は行わず、パケット/フレーム同期シーケンス34区間にて求めた周波数補正量にてパケットの最後まで補正を掛ける。
The frequency correction is performed when the packet / frame synchronization sequence 34 is received.
The packet length of the MB-OFDM scheme is about several hundred microseconds at the maximum, and since it does not have a cyclic prefix as found in the conventional IEEE802.11 standard, in the OFDM symbol in the PSDU33 (payload) section, Detection and correction of frequency deviation due to autocorrelation are not performed, and correction is applied to the end of the packet with the frequency correction amount obtained in the section of the packet / frame synchronization sequence 34.

パケット/フレーム同期シーケンス34受信時には、同期捕捉回路10において対応するマッチドフィルタ11からは、例えば図3に示すような出力が得られる。尚、図3は、マッチドフィルタ出力の振幅を示すものであり、実際の出力は複素数である。   When the packet / frame synchronization sequence 34 is received, for example, an output as shown in FIG. 3 is obtained from the corresponding matched filter 11 in the synchronization acquisition circuit 10. FIG. 3 shows the amplitude of the matched filter output, and the actual output is a complex number.

判定部12は、このマッチドフィルタ出力の振幅のピークにより、同期の検出を行う。判定部12は、この同期の検出タイミングで、対応するマッチドフィルタ11の出力(複素数;x)を、上記の通り遅延回路21及び乗算器23へ出力する。図3に示すように、マッチドフィルタ11はプリアンブル信号のシンボル周期でピークを出力するので、乗算器23に入力される上記信号a(x(j)とする)を、この信号aのnシンボル前の信号a(x(j−n))の複素共役と乗算することにより、乗算器23の出力(y(j))は以下の式の通りとなる。   The determination unit 12 detects synchronization based on the amplitude peak of the matched filter output. The determination unit 12 outputs the output (complex number; x) of the corresponding matched filter 11 to the delay circuit 21 and the multiplier 23 as described above at this synchronization detection timing. As shown in FIG. 3, since the matched filter 11 outputs a peak in the symbol period of the preamble signal, the signal a (x (j)) input to the multiplier 23 is set to n symbols before the signal a. Is multiplied by the complex conjugate of the signal a (x (j−n)), the output (y (j)) of the multiplier 23 is as follows:

Figure 2009141634
Figure 2009141634

ここで、逆正接演算器24において、上記位相回転量φを得るには、   Here, in order to obtain the phase rotation amount φ in the arctangent calculator 24,

Figure 2009141634
Figure 2009141634

より、   Than,

Figure 2009141634
Figure 2009141634

の演算を行う。
そして、周波数オフセット(偏差)δfは、
Perform the operation.
The frequency offset (deviation) δf is

Figure 2009141634
Figure 2009141634

より得られる。ここで、nは、TFCにより異なり、TFC=1又は2のときはn=3、それ以外のときはn=1とする。尚、よく知られているように、MB−OFDM方式にお
いてはTFCは7パターンあり(TFC1〜TFC7)、図4に示すように、TFC1、TFC2は1シンボル毎、TFC3、TFC4は2シンボル毎に、周波数ホッピングするパターンである。TFC5〜TFC7は、周波数ホッピングしないパターンである。
More obtained. Here, n differs depending on the TFC, and is assumed to be n = 3 when TFC = 1 or 2, and n = 1 otherwise. As is well known, in the MB-OFDM system, there are seven TFC patterns (TFC1 to TFC7). As shown in FIG. 4, TFC1 and TFC2 are for each symbol, and TFC3 and TFC4 are for every two symbols. This is a frequency hopping pattern. TFC5 to TFC7 are patterns that do not perform frequency hopping.

尚、従来の同期捕捉部55の判定部72で上記のように受信した信号のTFCと同期タイミングを検出しており、本例の判定部12においても同様にTFCの判別を行っており、これに基づき上記nの値が決定される。   The determination unit 72 of the conventional synchronization acquisition unit 55 detects the TFC and synchronization timing of the received signal as described above, and the determination unit 12 of this example similarly determines the TFC. Based on the above, the value of n is determined.

図4に示すように、TFC1、TFC2は同一バンドに関して3シンボル周期、TFC3〜TFC7は1シンボル周期のパターンとなっているので、上記の通り、TFC=1又は2のときはn=3、それ以外のときはn=1とする。   As shown in FIG. 4, TFC1 and TFC2 have a pattern of 3 symbol periods for the same band, and TFC3 to TFC7 have a pattern of 1 symbol period. As described above, when TFC = 1 or 2, n = 3. Otherwise, n = 1.

尚、図4は、各TFC毎の周波数ホッピングパターンとこれに応じた周波数補正のイメージを示す図である。
そして、上記算出式により得られた周波数オフセット(偏差)δfをキャンセルするような信号を、数値制御発振器(NCO)25により発生させて、これを受信信号に乗算させることにより(従来の乗算器56に相当する構成による)、周波数偏差の補正が可能となる。
FIG. 4 is a diagram showing a frequency hopping pattern for each TFC and an image of frequency correction according to the frequency hopping pattern.
Then, a signal that cancels the frequency offset (deviation) δf obtained by the above calculation formula is generated by the numerically controlled oscillator (NCO) 25 and multiplied by the received signal (conventional multiplier 56). The frequency deviation can be corrected.

以上説明したように、本例の周波数補正装置は、同期捕捉回路10のマッチドフィルタの出力を利用してそのピーク値の自己相関により送受信機間の周波数オフセットを補正することができ、これにより比較的小さな回路規模にて送受信機間の周波数オフセットを補正することができる。   As described above, the frequency correction apparatus of this example can correct the frequency offset between the transmitter and the receiver by the autocorrelation of the peak value by using the output of the matched filter of the synchronization acquisition circuit 10, thereby comparing The frequency offset between the transmitter and the receiver can be corrected with a small circuit scale.

ところで、無線回線による多重反射が発生している場合には、対応するマッチドフィルタ11の出力は、図3に示す例のような鋭いピークを示すものとはならないこともある。このような場合、通常、同期捕捉回路においてはマッチドフィルタ出力の移動平均に基づき同期検出を行うが、周波数補正に関しては本例では例えば図5の構成により対応する。   By the way, when multiple reflections are caused by the radio line, the output of the corresponding matched filter 11 may not show a sharp peak as in the example shown in FIG. In such a case, the synchronization acquisition circuit normally performs synchronization detection based on the moving average of the matched filter output. In this example, for example, the configuration shown in FIG.

図5に、上記無線回線による多重反射が発生するケースに対応した、本例の周波数補正装置の構成例を示す。尚、図示の各構成において、図1に示す構成と略同様の構成に関しては同一符号を付してある。   FIG. 5 shows an example of the configuration of the frequency correction apparatus of this example corresponding to the case where multiple reflection occurs due to the above-described wireless line. Note that, in each configuration shown in the figure, the same reference numerals are given to configurations that are substantially the same as the configurations shown in FIG.

まず、図示の同期捕捉回路41は、上記図1に示した各マッチドフィルタ11毎に対応して、その出力を入力して上記移動平均を算出して判定部43に出力する複数の移動平均算出部42を備える。また、同期捕捉回路41の外部には、各マッチドフィルタ11の出力を入力して、判定部43から出力される選択指示信号bに応じて、この複数のマッチドフィルタ11からの入力の何れかを選択・出力するスイッチ44を備える。   First, the synchronization acquisition circuit 41 shown in the figure corresponds to each of the matched filters 11 shown in FIG. 1, inputs the output thereof, calculates the moving average, and outputs the moving average to the determination unit 43. The unit 42 is provided. Further, the output of each matched filter 11 is input to the outside of the synchronization acquisition circuit 41, and any one of the inputs from the plurality of matched filters 11 is selected according to the selection instruction signal b output from the determination unit 43. A switch 44 for selecting and outputting is provided.

これは、本例では、図1の判定部12とは異なり、判定部43には各マッチドフィルタ11の出力が入力されない為、これに応じた構成としているものである。よって、結果的に各マッチドフィルタ11の出力の何れかが上記出力信号aとして、図示の周波数補正回路40に入力される点は、図1と同じである。   In this example, unlike the determination unit 12 in FIG. 1, since the output of each matched filter 11 is not input to the determination unit 43, the configuration is made accordingly. Therefore, as a result, any of the outputs of the matched filters 11 is input to the illustrated frequency correction circuit 40 as the output signal a as in FIG.

よって、判定部43は、複数の移動平均算出部42の出力に基づき、上記図1の場合と同様に、同期を検出したタイミングにおける同期を捕捉したチャネル(TFC)に対応するマッチドフィルタ11の出力を、上記スイッチ44で選択・出力させるように、上記選択指示信号bを生成・出力する。   Therefore, the determination unit 43 outputs the output of the matched filter 11 corresponding to the channel (TFC) that has acquired the synchronization at the timing when the synchronization is detected, based on the outputs of the plurality of moving average calculation units 42 as in the case of FIG. Is selected and output by the switch 44, the selection instruction signal b is generated and output.

そして、上記出力信号aを入力する本例の周波数補正回路40の構成は、図示の通り、
上記nシンボル遅延回路21と複素共役演算器22と乗算器23とから成る構成が、複数段設けられた構成となっている。1段目には図示の通り、上記出力信号aが入力される。2段目以降には、上記出力信号aが各遅延回路46によって遅延された信号が入力される。例えば、2段目には、1つの遅延回路46によって遅延された信号が入力し、3段目には2つの遅延回路46によって遅延された信号が入力するというように、p段目の回路には(p−1)個の遅延回路46によって遅延された信号が入力する構成となっている。
The configuration of the frequency correction circuit 40 of this example that inputs the output signal a is as shown in the figure.
The configuration including the n-symbol delay circuit 21, the complex conjugate calculator 22 and the multiplier 23 is provided in a plurality of stages. As shown in the figure, the output signal a is input to the first stage. In the second and subsequent stages, a signal obtained by delaying the output signal a by each delay circuit 46 is input. For example, a signal delayed by one delay circuit 46 is input to the second stage, and a signal delayed by two delay circuits 46 is input to the third stage. Is configured to receive signals delayed by (p−1) delay circuits 46.

ここで、各遅延回路46によって1サンプル(上記サンプリング周期)分の遅延が施される。そして、上記複数段設けられた構成における最終段には、dサンプル分(dについては後述する)遅延された信号が入力するようになっている。   Here, each delay circuit 46 delays one sample (the above sampling period). A signal delayed by d samples (d will be described later) is input to the final stage in the configuration provided with a plurality of stages.

そして、各段の上記乗算器23の出力が、全て、平均部45に入力して、全ての乗算器23出力の平均が演算され、平均部45の出力が逆正接演算器24に入力する。逆正接演算器24、及び数値制御発振器(NCO)25は、図1と同じである。   Then, all the outputs of the multipliers 23 at each stage are input to the averaging unit 45, the average of all the outputs of the multipliers 23 is calculated, and the output of the averaging unit 45 is input to the arctangent calculator 24. The arc tangent calculator 24 and the numerically controlled oscillator (NCO) 25 are the same as those in FIG.

ここで、無線回線において反射波が直接波に対してdサンプル相当の時間遅れまで受信されるとする。通常、OFDM変調方式においては、d≪mが成立する。これより、上記図5の構成によって、プリアンブル同期の捕捉されたTFCに相当するマッチドフィルタの出力について、入射波毎にnシンボル遅延との相関を演算する(上記周波数偏差の演算と同様)。そして、シンボル周期毎に、d個の周波数偏差演算の平均を演算し、周波数補正量を得ている。   Here, it is assumed that the reflected wave is received until a time delay corresponding to d samples with respect to the direct wave in the wireless line. Normally, d << m holds in the OFDM modulation scheme. Thus, with the configuration shown in FIG. 5, the output of the matched filter corresponding to the TFC in which the preamble synchronization is captured is calculated to correlate with the n symbol delay for each incident wave (similar to the calculation of the frequency deviation). Then, for each symbol period, an average of d frequency deviations is calculated to obtain a frequency correction amount.

上記のように、本例の構成では、例えばMB−OFDM方式等のようなダイレクトコンバージョン方式の無線システムにおける無線受信機において、比較的小さな回路規模にて周波数補正を実施することが可能となり、更に無線回線による多重反射が発生している場合にも対応可能となる。   As described above, in the configuration of this example, it is possible to perform frequency correction with a relatively small circuit scale in a wireless receiver in a direct conversion wireless system such as the MB-OFDM method, for example. It is also possible to cope with the case where multiple reflections occur due to the wireless line.

本例の周波数補正装置の構成例である。It is a structural example of the frequency correction apparatus of this example. (a)、(b)は、MB−OFDM方式における標準的なデータフレーム構成を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the standard data frame structure in MB-OFDM system. マッチドフィルタからの出力信号波形の一例である。It is an example of the output signal waveform from a matched filter. 各TFC毎の周波数ホッピングパターンとこれに応じた周波数補正のイメージを示す図である。It is a figure which shows the image of the frequency hopping pattern for every TFC, and the frequency correction according to this. 無線回線による多重反射が発生している場合に対応した本例の周波数補正装置の構成例である。It is an example of a structure of the frequency correction apparatus of this example corresponding to the case where the multiple reflection by a radio link has generate | occur | produced. ダイレクトコンバージョン方式の無線受信機の一般的な構成例である。2 is a general configuration example of a direct conversion wireless receiver. 同期捕捉部の構成例である。It is an example of a structure of a synchronous acquisition part. 周波数補正部(AFC回路)の構成例である。It is a structural example of a frequency correction | amendment part (AFC circuit).

符号の説明Explanation of symbols

10 同期捕捉回路
11 マッチドフィルタ
12 判定部
20 周波数補正回路
21 nシンボル遅延回路
22 複素共役演算器
23 乗算器
24 逆正接演算器
25 数値制御発振器(NCO)
31 PLCPプリアンブル
32 PLCPヘッダ
33 PSDU(ペイロード)
34 パケット/フレーム同期シーケンス
35 チャネル推定シーケンス
40 周波数補正回路
41 同期捕捉回路
42 移動平均算出部
43 判定部
44 スイッチ
45 加算器
46 遅延回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Synchronization acquisition circuit 11 Matched filter 12 Judgment part 20 Frequency correction circuit 21 n symbol delay circuit 22 Complex conjugate calculator 23 Multiplier 24 Inverse tangent calculator 25 Numerical control oscillator (NCO)
31 PLCP preamble 32 PLCP header 33 PSDU (payload)
34 packet / frame synchronization sequence 35 channel estimation sequence 40 frequency correction circuit 41 synchronization acquisition circuit 42 moving average calculation unit 43 determination unit 44 switch 45 adder 46 delay circuit

Claims (2)

各チャネル毎の複数のマッチドフィルタを有する同期捕捉回路を有するダイレクトコンバージョン方式の無線受信機であって、
前記同期捕捉回路は、同期を検出したタイミングにおける同期を捕捉したチャネルに対応する前記マッチドフィルタの出力を選択・出力する判定手段を更に有し、
前記判定手段の出力を入力してnシンボル分遅延させるnシンボル遅延回路と、
該nシンボル遅延回路の出力の複素共役をとる複素共役演算器と、
該複素共役演算器の出力を入力して前記判定手段の出力に乗算する乗算器と、
該乗算器の出力に基づき周波数偏差を求める逆正接演算器と、
を有することを特徴とする無線受信機。
A direct conversion wireless receiver having a synchronization acquisition circuit having a plurality of matched filters for each channel,
The synchronization acquisition circuit further includes a determination unit that selects and outputs an output of the matched filter corresponding to a channel that has acquired synchronization at a timing at which synchronization is detected;
An n-symbol delay circuit for inputting the output of the determination means and delaying it by n symbols;
A complex conjugate calculator that takes the complex conjugate of the output of the n symbol delay circuit;
A multiplier for inputting the output of the complex conjugate calculator and multiplying the output of the determination means;
An arctangent calculator for determining a frequency deviation based on the output of the multiplier;
A wireless receiver comprising:
各チャネル毎の複数のマッチドフィルタを有する同期捕捉回路を有するダイレクトコンバージョン方式の無線受信機であって、
前記各マッチドフィルタの出力を入力して該入力の何れかを選択・出力するスイッチ手段を有し、
前記同期捕捉回路は、同期を検出したタイミングにおける同期を捕捉したチャネルに対応する前記マッチドフィルタの出力を、前記スイッチ手段により選択・出力させる判定手段を有し、
前記スイッチ手段の出力信号または該出力信号を1サンプル分ずつ遅延させた各遅延信号の何れかを入力してnシンボル分遅延させるnシンボル遅延回路と、該nシンボル遅延回路の出力の複素共役をとる複素共役演算器と、該複素共役演算器の出力を入力して前記スイッチ手段の出力信号または前記各遅延信号の何れかに乗算する乗算器とから成る多段構成の各回路部と、
前記多段構成の各回路部の各乗算器の出力の平均を演算する平均値演算手段と、
該平均値演算手段の出力に基づき周波数偏差を求める逆正接演算器と、
を有することを特徴とする無線受信機。
A direct conversion wireless receiver having a synchronization acquisition circuit having a plurality of matched filters for each channel,
Switch means for inputting the output of each matched filter and selecting and outputting one of the inputs;
The synchronization acquisition circuit has a determination unit that causes the switch unit to select and output the output of the matched filter corresponding to a channel that has acquired synchronization at a timing at which synchronization is detected,
An n-symbol delay circuit that inputs either the output signal of the switch means or each delayed signal obtained by delaying the output signal by one sample and delays it by n symbols, and a complex conjugate of the output of the n-symbol delay circuit. Each circuit unit of a multi-stage configuration comprising: a complex conjugate arithmetic unit that takes an output; and a multiplier that inputs the output of the complex conjugate arithmetic unit and multiplies either the output signal of the switch means or each of the delayed signals;
Average value calculating means for calculating the average of the outputs of the multipliers of the circuit sections of the multistage configuration;
An arc tangent calculator for obtaining a frequency deviation based on the output of the average value calculating means;
A wireless receiver comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11271784B2 (en) 2018-02-19 2022-03-08 Hitachi Kokusai Electric Inc. Wireless communication device and frequency offset compensation method for wireless communication device

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