JP2016208341A - Communication system - Google Patents

Communication system Download PDF

Info

Publication number
JP2016208341A
JP2016208341A JP2015089183A JP2015089183A JP2016208341A JP 2016208341 A JP2016208341 A JP 2016208341A JP 2015089183 A JP2015089183 A JP 2015089183A JP 2015089183 A JP2015089183 A JP 2015089183A JP 2016208341 A JP2016208341 A JP 2016208341A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
code
symbol
circuit
frequency offset
bit
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.)
Granted
Application number
JP2015089183A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6222705B2 (en
Inventor
丞 花海
Susumu Hanaumi
丞 花海
健志 織田
Kenji Oda
健志 織田
範雄 佐々木
Norio Sasaki
範雄 佐々木
文幸 安達
Fumiyuki Adachi
文幸 安達
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Tohoku Electric Power Co Inc
Tsuken Electric Industrial Co Ltd
Original Assignee
Tohoku University NUC
Tohoku Electric Power Co Inc
Tsuken Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University NUC, Tohoku Electric Power Co Inc, Tsuken Electric Industrial Co Ltd filed Critical Tohoku University NUC
Priority to JP2015089183A priority Critical patent/JP6222705B2/en
Publication of JP2016208341A publication Critical patent/JP2016208341A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6222705B2 publication Critical patent/JP6222705B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a communication system capable of frequency offset compensation by accurately estimating frequency offset even for a cable transmission path with large delay power and noise power.SOLUTION: A transmission side of a digital power line carrier system modulates a code string with 2bits obtained by adding 1 bit to a PN code with 2-1 bits by 4PSK and transmits the resultant code string. A communication device at a reception side of the system demodulates a received symbol pattern by 4PSK with a demodulator 21, and a complex autocorrelation calculation unit 24 calculates a complex autocorrelation value at 2/2-symbol intervals. A phase rotation amount calculation circuit 26 calculates an averaged phase rotation amount from the complex autocorrelation value.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、送電線を用いた通信システムに関し、より具体的には、送電線を用いたデジタル電力線搬送による通信に適用可能な通信システムに関する。   The present invention relates to a communication system using a power transmission line, and more specifically to a communication system applicable to communication by digital power line carrier using a power transmission line.

伝送路としてメタルケーブルを用いたデジタル通信システムにおいては、送信装置および受信装置に実装されている水晶発信器の精度のばらつき等により、送信装置の搬送波と受信装置の復調用搬送波との間に周波数オフセットが生じ、それがビット誤り率等の特性を劣化させる要因となっている。
周波数オフセットは、送信側と受信側の通信装置に実装されている水晶発振器の周波数が、製作精度のばらつき等により生じる誤差であり、送受信で最大約±30ppmほどの誤差が生じる。この誤差により、受信側の通信装置の復調器の出力に位相回転が生じ、適応等化器が正常動作できなくなり、ビット誤り率等の特性を劣化させる。このため、送受信間で生じる周波数オフセットを補正する構成が付与される。
In a digital communication system using a metal cable as a transmission line, the frequency between the carrier wave of the transmission device and the demodulation carrier wave of the reception device due to variations in the accuracy of the crystal oscillators mounted on the transmission device and the reception device. An offset occurs, which is a factor that deteriorates characteristics such as a bit error rate.
The frequency offset is an error that occurs due to variations in the manufacturing accuracy of the frequency of the crystal oscillators mounted on the communication device on the transmission side and the reception side, and an error of about ± 30 ppm at maximum occurs in transmission and reception. This error causes a phase rotation in the output of the demodulator of the communication device on the receiving side, the adaptive equalizer cannot operate normally, and deteriorates characteristics such as bit error rate. For this reason, the structure which correct | amends the frequency offset which arises between transmission / reception is provided.

図5は、従来の周波数オフセットの補正回路の一例を示す図で、復調用搬送波のPLL回路に周波数オフセット量をフィードバック制御して周波数オフセットを補償するための回路が設けられた構成を示すものである。
周波数オフセットの補正回路100では、受信側の通信装置でA/D変換器でデジタル変換された受信信号は、復調器101で復調され、適応等化器102で伝送路歪が補正され、復号化回路103で復号されて、誤り訂正部に出力される。そして適応等化器102の入力シンボル位相と、復号化回路103で判定したシンボル位相との位相差が位相補正量算出回路104で算出され、その算出量に応じてPLL回路105の発信周波数調整用電圧を制御し、復調器101の搬送周波数の位相を調整する。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a conventional frequency offset correction circuit, showing a configuration in which a circuit for compensating the frequency offset by feedback controlling the frequency offset amount is provided in the demodulation carrier PLL circuit. is there.
In the frequency offset correction circuit 100, the received signal digitally converted by the A / D converter in the receiving communication apparatus is demodulated by the demodulator 101, the transmission path distortion is corrected by the adaptive equalizer 102, and decoded. The signal is decoded by the circuit 103 and output to the error correction unit. Then, the phase difference between the input symbol phase of the adaptive equalizer 102 and the symbol phase determined by the decoding circuit 103 is calculated by the phase correction amount calculation circuit 104, and the oscillation frequency of the PLL circuit 105 is adjusted according to the calculated amount. The voltage is controlled and the phase of the carrier frequency of the demodulator 101 is adjusted.

また、例えば特許文献1には、図6に示す構成の周波数オフセット補償回路が開示されている。この周波数オフセット補償回路110は、復調器から入力した受信ベースバンド信号を遅延検波回路111にて遅延検波し、遅延検波信号を相関回路112に出力する。トレーニング信号発生器117は、受信側にて予め既知のトレーニング信号を発生させる。差動符号化回路116は、トレーニング信号に基づき差動符号系列を発生し、トランスバーサルフィルタ115で遅延成分を含む差動符号系列を生成する。トランスバーサルフィルタ115には重み付け回路が設けられ、各遅延素子の出力信号の大きさをそれぞれ調整する。この重み付け回路は、LMSアルゴリズムやRLSアルゴリズムを用いて伝送路の状態に応じて適応的に調節される。   For example, Patent Document 1 discloses a frequency offset compensation circuit having the configuration shown in FIG. The frequency offset compensation circuit 110 delay-detects the received baseband signal input from the demodulator by the delay detection circuit 111 and outputs the delay detection signal to the correlation circuit 112. The training signal generator 117 generates a known training signal in advance on the receiving side. The differential encoding circuit 116 generates a differential code sequence based on the training signal, and the transversal filter 115 generates a differential code sequence including a delay component. The transversal filter 115 is provided with a weighting circuit, and adjusts the magnitude of the output signal of each delay element. This weighting circuit is adaptively adjusted according to the state of the transmission line using an LMS algorithm or an RLS algorithm.

相関回路112では、遅延検波回路111から出力された遅延検波信号と、トランスバーサルフィルタ115から出力された差動符号系列とを用いて相関検出を行う。周波数オフセット推定回路113は、相関回路112からの出力から周波数オフセット推定値を出力する。複素乗算器114は、受信ベースバンド信号と周波数オフセット推定値とを入力して複素乗算を行い、周波数オフセットを補償して適応等化器へ出力する。   Correlation circuit 112 performs correlation detection using the delayed detection signal output from delay detection circuit 111 and the differential code sequence output from transversal filter 115. The frequency offset estimation circuit 113 outputs a frequency offset estimation value from the output from the correlation circuit 112. The complex multiplier 114 receives the received baseband signal and the frequency offset estimation value, performs complex multiplication, compensates the frequency offset, and outputs the result to the adaptive equalizer.

また、特許文献2には、上記のような受信装置側に備えられるトレーニング信号発生器を省略した周波数オフセット補償回路が記載されている。   Patent Document 2 describes a frequency offset compensation circuit in which the training signal generator provided on the receiving apparatus side as described above is omitted.

特開平7−66842号公報JP 7-66842 A 特開2004−200939号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-200939

図5に示す従来の周波数オフセットの補正回路は、受信信号の位相を調整するための回路構成がフィードバック系になっていることから、伝送路が大きな遅延電力を発生させる系統であったり、雑音電力の大きい系統であった場合、位相制御にスリップが生じ、バースト性のビット誤りが発生してしまう。つまり伝送路に送電線を用いるデジタル通信システムにこの補償回路を適用した場合には、送電線で生じる信号強度の強い遅延波の影響により、周波数オフセット補正量の算出に大きな誤差が発生して、正確なオフセット補正量を推定することができない、という課題があった。   In the conventional frequency offset correction circuit shown in FIG. 5, the circuit configuration for adjusting the phase of the received signal is a feedback system. Therefore, the transmission path is a system that generates large delay power, or noise power. If the system is large, slip occurs in the phase control, and a bursty bit error occurs. In other words, when this compensation circuit is applied to a digital communication system that uses a transmission line in the transmission line, a large error occurs in the calculation of the frequency offset correction amount due to the influence of a delayed wave with a strong signal strength generated in the transmission line, There has been a problem that an accurate offset correction amount cannot be estimated.

また、図6に示す周波数オフセット補正回路は、このような課題を解決するものであるが、この方式の周波数オフセット補償回路の場合、既知信号となるトレーニング信号を発生させるトレーニング信号発生器117を必要とする、つまりこの補償回路では、受信装置にトレーニング信号発生器を設けているために、送信装置のトレーニング信号の符号パターンを同期させるのに時間を要するという問題がある。
また、遅延波を活用するためのトランスバーサルフィルタ115が必要とされ、トランスバーサルフィルタ115を動作させるためのLMSなどのアルゴリズムを実装させる必要がある。
また、この方式は非最小位相系(直接波の電力より遅延波の電力が大きい系統)伝送路には有効な回路方式となるが、最小位相系(直接波の電力が遅延波の電力より必ず大きい)の伝送路には回路構成が大きくなり、適応等化器が2系統必要となることと等しくなってしまう。
The frequency offset correction circuit shown in FIG. 6 solves such a problem. In the case of this type of frequency offset compensation circuit, a training signal generator 117 that generates a training signal that becomes a known signal is required. That is, in this compensation circuit, since the receiving device is provided with the training signal generator, there is a problem that it takes time to synchronize the code pattern of the training signal of the transmitting device.
Further, the transversal filter 115 for utilizing the delayed wave is required, and an algorithm such as LMS for operating the transversal filter 115 needs to be implemented.
In addition, this method is an effective circuit method for non-minimum phase systems (systems in which delayed wave power is greater than direct wave power), but minimum phase systems (direct wave power is always greater than delayed wave power). The (large) transmission line has a large circuit configuration, which is equivalent to the need for two adaptive equalizers.

また、特許文献2には、上記のように受信装置のトレーニング信号発生器を省略した周波数オフセット補償回路が記載されている。しかしながら、この補償回路では送電線で生じる信号強度の強い遅延波成分による位相回転補正が考慮されていないため、送電線に適用した場合、オフセット補正量に誤差が生じ、正しい復調信号が生成されないという問題が生じる。   Patent Document 2 describes a frequency offset compensation circuit in which the training signal generator of the receiving apparatus is omitted as described above. However, this compensation circuit does not consider phase rotation correction due to a delayed wave component having a strong signal strength generated in the transmission line. Therefore, when applied to the transmission line, an error occurs in the offset correction amount, and a correct demodulated signal is not generated. Problems arise.

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、オフセット補正を行う受信側の回路でトレーニング信号を発生させる必要なく、遅延電力および雑音電力が大きい有線伝送路においても周波数オフセットを高精度に推定して周波数オフセット補償を可能とする通信システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is not necessary to generate a training signal in a receiving-side circuit that performs offset correction, and the frequency offset can be increased even in a wired transmission line with large delay power and noise power. It is an object of the present invention to provide a communication system that enables frequency offset compensation by estimating the accuracy.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討をおこなったところ、周波数オフセットの推定に用いるトレーニング符号を携帯などの通信方式などで用いている2n−1個のビットのPN符号に1ビット付加して、2nの偶数個のビットにより4PSK変調することを見出した。このことにより、4PSK変調は2n/2の繰返しで同一の4PSKのシンボル点が必ず生成されるため、2n/2間のシンボルの相関は1にすることが可能になり、受信側にトレーニング信号発生器を設ける必要がなくなる。さらに、2n/2間隔の4PSKシンボル点はたえず同一になることから、遅延波の畳込み量も同一となり、2n/2間隔の遅延波の相関も1とすることが可能となる。このことにより、2n/2間隔のシンボルを用いて周波数オフセットを推定することにより、大きな遅延波が存在する伝送路でも高精度に周波数オフセットの推定と補正が可能とことを知見し、本発明に至ったものである。 The present inventor has intensively studied to solve the above-mentioned problem. As a result, the training code used for estimating the frequency offset is 1 in the 2 n −1 bit PN code used in a communication system such as a mobile phone. It was found that 4PSK modulation is performed with 2 n even number of bits added. Thus, for 4PSK modulation symbol point in the same 4PSK in 2 n / 2 of repetition is always generated, the correlation of the symbol between the 2 n / 2 becomes possible to 1, training recipient There is no need to provide a signal generator. Further, since the 4PSK symbol points at intervals of 2 n / 2 are always the same, the amount of convolution of the delayed waves is also the same, and the correlation of the delayed waves at intervals of 2 n / 2 can be set to 1. As a result, it has been found that the frequency offset can be estimated and corrected with high accuracy even on a transmission line in which a large delay wave exists by estimating the frequency offset using symbols of 2 n / 2 intervals. Has been reached.

本発明による通信システムは、通信を開始する際のトレーニング時に通信装置間の周波数オフセットを補償するためのトレーニングパターンを送信する送信側の通信装置と、前記トレーニングパターンを受信して周波数オフセット補償を行う受信側の通信装置とが有線伝送路を介して接続された通信システムであって、前記送信側の通信装置は、2n−1ビットのPN符号に1ビットを付加した2nビットの符号列を生成する2n符号生成部と、前記2nビットの符号列を4PSK変調してシンボルパターンに変換する変調器と、該変調器から出力されたシンボルパターンを前記トレーニングパターンとして送信する送信部を備え、前記受信側の通信装置は、前記送信側の通信装置から送信されたシンボルパターンを4PSKで復調する復調器と、該復調器が復調したシンボルパターンを2n/2シンボル間隔でサンプリングして、2シンボル間の複素自己相関値を計算する複素自己相関計算部と、該複素自己相関計算部の計算結果から、平均化位相回転量を計算する位相回転量計算部と、を備える通信システムである。これにより、オフセット補正を行う受信側の回路でトレーニング信号を発生させる必要なく、遅延電力および雑音電力が大きい有線伝送路においても周波数オフセットを高精度に推定して周波数オフセット補償を可能とする通信システムを提供することができる。 A communication system according to the present invention performs transmission offset communication apparatus for transmitting a training pattern for compensating for frequency offset between communication apparatuses during training for starting communication, and performs frequency offset compensation by receiving the training pattern. a receiving-side communication device is a communication system connected through a wired transmission path, the communication apparatus of the transmitting side, the 2 n bits obtained by adding 1 bit to 2 n -1 bit PN code code sequence A 2 n code generation unit that generates a signal, a modulator that performs 4PSK modulation on the 2 n -bit code string and converts it into a symbol pattern, and a transmission unit that transmits the symbol pattern output from the modulator as the training pattern A demodulator that demodulates a symbol pattern transmitted from the transmission-side communication device using 4PSK. Samples the symbol pattern the demodulator is demodulated by 2 n / 2-symbol interval, a complex autocorrelation calculating unit for calculating a complex autocorrelation value between two symbols, from the calculation results of the complex-autocorrelation calculating unit, A phase rotation amount calculation unit that calculates an averaged phase rotation amount. As a result, a communication system that enables frequency offset compensation by accurately estimating a frequency offset even in a wired transmission line having a large delay power and noise power without generating a training signal in a circuit on the receiving side that performs offset correction Can be provided.

さらに本発明による通信システムは、前記送信側の通信装置が、2m−1ビットのPN符号による符号列を生成する2m−1符号生成部と、前記2nビットの符号列と前記2m−1の符号列を切り替えて出力する切替部とを有し、前記復調器は、該切替部により切り替えられた前記2nビットの符号列または前記2m−1の符号列を4PSK変調してシンボルパターンに変換し、前記受信側の通信装置が、前記複素自己相関計算部から出力された複素自己相関値を入力し、該入力した複素自己相関値が正相関の時に1、逆相関の時に−1、正相関または逆相関以外の値を0に変換する符号変換部とを備えたオフセット推定用PN符号判定部を有し、該符号変換部が変換したnシンボルを入力させるシフトレジスタと、該シフトレジスタのタップ出力値の合計を計算する加算器と、加算器の出力を監視する閾値判定回路とを備え、該閾値判定回路は、複素自己相関値として常に1が入力されるときの前記加算器の出力値nに対して閾値aを設定し、前記加算器からの出力がn−aを下回った場合に、前記送信装置から送信されるシンボルパターンが前記2n符号列によるシンボルパターンから前記2m−1符号列によるシンボルパターンに切り替わったことを判定する判定結果を出力する通信システムである。これにより、受信側でトレーニングパターンを発生させずに、送信側から送信されたトレーニングンパターンに基づいて周波数オフセットを補償する構成であっても、送信されたトレーニングパターンから、そのトレーニングパターンの切り替えを簡単に判定することができるようになる。 Furthermore, in the communication system according to the present invention, the transmission-side communication device generates a 2 m −1 code generation unit that generates a code sequence using a 2 m −1 bit PN code, the 2 n bit code sequence, and the 2 m A switching unit that switches and outputs a code sequence of −1, and the demodulator performs 4PSK modulation on the code sequence of 2 n bits or the code sequence of 2 m −1 switched by the switching unit. The reception side communication apparatus inputs the complex autocorrelation value output from the complex autocorrelation calculation unit, and the input complex autocorrelation value is 1 when the correlation is positive and when the inverse correlation is −1, a shift register that includes an offset estimation PN code determination unit including a code conversion unit that converts a value other than positive correlation or inverse correlation to 0, and inputs n symbols converted by the code conversion unit; Tap of the shift register An adder that calculates the sum of output values; and a threshold determination circuit that monitors the output of the adder, the threshold determination circuit outputting an output value of the adder when 1 is always input as a complex autocorrelation value When the threshold value a is set for n and the output from the adder falls below na, the symbol pattern transmitted from the transmitter is 2 m −1 from the symbol pattern of the 2 n code string. It is a communication system which outputs the determination result which determines having switched to the symbol pattern by a code sequence. As a result, even if the frequency offset is compensated based on the training pattern transmitted from the transmitting side without generating the training pattern on the receiving side, the training pattern is switched from the transmitted training pattern. It will be possible to easily determine.

本発明によれば、オフセット補正を行う受信側の回路でトレーニング信号を発生させる必要なく、遅延電力および雑音電力が大きい有線伝送路においても周波数オフセットを高精度に推定して周波数オフセット補償を可能とする通信システム提供することができる。   According to the present invention, it is not necessary to generate a training signal in a receiving-side circuit that performs offset correction, and it is possible to accurately estimate a frequency offset even in a wired transmission line with a large delay power and noise power and to perform frequency offset compensation. A communication system can be provided.

本発明に係るデジタル電力線搬送システムの送信側回路構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the transmission side circuit structure of the digital power line carrier system which concerns on this invention. 本発明に係るデジタル電力線搬送システムの受信側回路構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the receiving side circuit structure of the digital power line carrier system which concerns on this invention. 4PSK変調におけるシンボル配置を示す複素平面を示す図である。It is a figure which shows the complex plane which shows the symbol arrangement | positioning in 4PSK modulation. 図3に示すオフセット推定用PN符号終了判定回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the PN code completion | finish determination circuit for offset estimation shown in FIG. 従来の周波数オフセットの補正回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the correction circuit of the conventional frequency offset. 従来の周波数オフセットの補正回路の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the correction circuit of the conventional frequency offset.

以下に本発明に係る実施形態を具体的に説明する。
図1は、本発明に係る通信システムにおける通信装置の送信回路構成を説明するためのブロック図である。通信システムでは、通信を開始する際のトレーニング時に通信装置間の周波数オフセットを補償するためのトレーニングパターンを送信する送信側の通信装置と、トレーニングパターンを受信して周波数オフセット補償を行う受信側の通信装置とが有線伝送路を介して接続される。図1では、トレーニング時にトレーニングパターンを送信する送信側の通信装置の回路構成を示している。
Embodiments according to the present invention will be specifically described below.
FIG. 1 is a block diagram for explaining a transmission circuit configuration of a communication apparatus in a communication system according to the present invention. In a communication system, a communication device on the transmission side that transmits a training pattern for compensating for a frequency offset between communication devices during training when starting communication, and a communication on the reception side that receives the training pattern and performs frequency offset compensation The device is connected via a wired transmission path. FIG. 1 shows a circuit configuration of a transmission-side communication apparatus that transmits a training pattern during training.

送信側の通信装置には、周波数オフセット推定用トレーニングパターンである2n−1ビットのPN(Pseudorandom Noise)符号列(2n−1符号列)を発生させる周波数オフセット推定用PN発生器11と、適応等化器用トレーニングパターンである2m−1ビットのPN符号列(2m−1符号列)を発生させる適応等化器トレーニング用PN発生器12とを実装している。 The communication apparatus on the transmission side includes a frequency offset estimation PN generator 11 that generates a 2 n −1 bit PN (Pseudorandom Noise) code sequence (2 n −1 code sequence), which is a frequency offset estimation training pattern; An adaptive equalizer training PN generator 12 that generates a 2 m -1 bit PN code string (2 m -1 code string), which is a training pattern for the adaptive equalizer, is mounted.

周波数オフセット推定用PN発生器11で発生された2n−1符号列には、ビット発生部14で発生された“0”の1ビットがビット付加部15で付加されて、2nビットの符号列(2n符号列)となる。2n符号列は、受信側の通信装置で周波数オフセットを推定するために使用される。周波数オフセット推定用PN発生器11とビット付加部15とが、本発明の2n符号生成部に該当し、適応等化器トレーニング用PN発生器12が本発明の2m−1符号生成部に該当する。
各PN発生器で発生された2n符号列と2m−1符号列は、切替部であるスイッチ16にて切り替えられて変調器13に出力される。この場合、2n符号列のnは6〜8程度、2m−1符号列のmは11〜13程度となる。
One bit of “0” generated by the bit generation unit 14 is added to the 2 n −1 code sequence generated by the frequency offset estimation PN generator 11 by the bit addition unit 15, and a 2 n bit code is generated. It becomes a sequence (2 n code sequence). The 2 n code string is used to estimate the frequency offset in the communication device on the receiving side. The frequency offset estimation PN generator 11 and the bit addition unit 15 correspond to the 2 n code generation unit of the present invention, and the adaptive equalizer training PN generator 12 corresponds to the 2 m −1 code generation unit of the present invention. Applicable.
The 2 n code sequence and 2 m −1 code sequence generated by each PN generator are switched by a switch 16 which is a switching unit and output to the modulator 13. In this case, n of the 2 n code string is about 6 to 8, and m of the 2 m −1 code string is about 11 to 13.

送信側の通信装置にて初期トレーニングが開始されると、周波数オフセット推定用PN発生器11で発生され、1ビットが付加された2n符号列が変調器13に入力される。ここでは変調器13は、4PSK(4Phase-Shift Keying)変調器として動作し、周波数オフセット推定用トレーニングパターンである2n符号列を4PSK変調してRF回路へ出力する。そして初期トレーニングの開始から所定の設定された時間tが経過すると、適応等化器トレーニング用PN発生器12で発生された2m−1符号列に切替えられて、その2m−1符号列が変調器13に入力される。この場合にも変調器13は4PSK変調器として動作し、入力した2m−1符号列を4PSK変調する。 When initial training is started in the transmission side communication device, a 2 n code string generated by the frequency offset estimation PN generator 11 and having 1 bit added thereto is input to the modulator 13. Here, the modulator 13 operates as a 4PSK (4 Phase-Shift Keying) modulator, 4PSK-modulates a 2 n code string, which is a training pattern for frequency offset estimation, and outputs it to the RF circuit. When a predetermined time t has elapsed from the start of the initial training, the 2 m -1 code sequence generated by the adaptive equalizer training PN generator 12 is switched to the 2 m -1 code sequence. Input to the modulator 13. Also in this case, the modulator 13 operates as a 4PSK modulator, and 4PSK modulates the input 2 m -1 code string.

変調器13では、4PSK変調により2ビットの符号が1シンボルに変換され、2n/2シンボルパターンと、2m/2シンボルパターンが、それぞれ設定された時間出力される。
トレーニング終了後は、変調器13は、4PSK変調器から2nQAM(Quadrature Amplitude Modulation)変調器に切替わり、入力されるデータ信号系列が変調される。
変調器13から出力され符号列の信号は、RF回路にて周波数変換されて受信側の通信装置に送信される。RF回路は本発明の送信部を構成する。
The modulator 13 converts a 2-bit code into one symbol by 4PSK modulation, and outputs a 2 n / 2 symbol pattern and a 2 m / 2 symbol pattern for a set time.
After the end of the training, the modulator 13 is switched from the 4PSK modulator to a 2 n QAM (Quadrature Amplitude Modulation) modulator, and the input data signal sequence is modulated.
The code string signal output from the modulator 13 is frequency-converted by the RF circuit and transmitted to the communication device on the receiving side. The RF circuit constitutes the transmission unit of the present invention.

図2は、本発明に係る通信システムにおける通信装置の受信回路構成を説明するためのブロック図である。通信システムにおけるトレーニングパターンを受信する受信側の通信装置では、送信側の通信装置から送信された2n符号列による周波数オフセット推定用トレーニングパターンをRF回路が受信すると、4PSK復調器として動作する復調器21にて2n符号列によるシンボルパターンを復調する。 FIG. 2 is a block diagram for explaining a receiving circuit configuration of a communication apparatus in the communication system according to the present invention. In a communication device on the receiving side that receives a training pattern in a communication system, a demodulator that operates as a 4PSK demodulator when the RF circuit receives a training pattern for frequency offset estimation using a 2 n code string transmitted from the communication device on the transmission side 21 demodulates the symbol pattern of the 2 n code string.

そして複素自己相関計算回路(複素自己相関計算部)24は、現在のシンボル点r(n)と、(2n/2)シンボル遅延回路28により2n/2シンボル遅延されたr(n−2n/2)とをシンボルパターンからサンプリングし、2シンボル間の自己相関を求める。ここでは送信側からは、PN符号により2n/2周期で同一の4PSKシンボル点が発生されているので、r(n)とr(n−2n/2)との自己相関であるr(n)・r*(n−2n/2)は、周波数オフセットがない場合、位相回転が0°であるため必ず1の値を示すことになる。なお上記の*は共役複素数であることを示す。 The complex autocorrelation calculation circuit (complex autocorrelation calculation unit) 24 then r (n−2) delayed by 2 n / 2 symbols by the current symbol point r (n) and the (2 n / 2) symbol delay circuit 28. n / 2) is sampled from the symbol pattern, and the autocorrelation between the two symbols is obtained. Here, since the same 4PSK symbol point is generated from the transmission side in a 2 n / 2 cycle by the PN code, r (n) and r (n−2 n / 2) are autocorrelations r ( n) · r * (n−2 n / 2) always indicates a value of 1 when there is no frequency offset because the phase rotation is 0 °. The above * indicates a conjugate complex number.

ここでは、r(n)とr(n−2n/2)との間の伝送路チャンネル時変特性は変動しないとすると、伝送路の遅延波による畳込み量は同一となり、遅延波の相関も1とすることができる。これにより遅延波の影響を除去することが可能となり、さらにランダムな平均化処理により雑音の影響も除去されて、周波数オフセットの要素のみを示す自己相関値が得られる。この理論については、さらに後述して詳細に説明する。 Here, assuming that the transmission channel time-varying characteristics between r (n) and r (n−2 n / 2) do not change, the convolution amount due to the delay wave in the transmission line is the same, and the correlation of the delay wave Can also be 1. As a result, the influence of the delayed wave can be removed, and the influence of the noise is also removed by a random averaging process, and an autocorrelation value indicating only the frequency offset element is obtained. This theory will be described in detail later.

45°位相回転回路(位相回転部)25は、複素自己相関計算回路24から出力された複素自己相関値を45°位相回転させる。これにより、複素自己相関値の座標は図3に示す複素平面のシンボル配置位置に変換される。ここでは、45°位相を回転させることにより、シンボル点は、実部と虚部からなる複素平面の4つの象限([++]、[+−]、[−−]、[−+])のいずれかに必ず配置されることになる。   The 45 ° phase rotation circuit (phase rotation unit) 25 rotates the complex autocorrelation value output from the complex autocorrelation calculation circuit 24 by 45 °. As a result, the coordinates of the complex autocorrelation values are converted into symbol arrangement positions on the complex plane shown in FIG. Here, by rotating the 45 ° phase, the symbol point is in four quadrants ([++], [+ −], [−−], [− +]) of the complex plane composed of the real part and the imaginary part. It will always be placed in either.

実部・虚部極性検出回路(実部・虚部極性検出部)29では、45°位相回転されたシンボル点が複素平面の4つの象限([++]、[+−]、[−−]、[−+])のいずれにあるかを検出する。
例えば図3の複素平面において、シンボル点がa(0.707+j0.707)にある場合、[++](実部と虚部が[+])が検出される。同様にシンボル点b(−0.707+j0.707)では、[−+](実部が[−]、虚部が[+])が検出される。またシンボル点c(−0.707−j0.707)では、[−−](実部と虚部が[−])が検出される。またシンボル点d(0.707−j0.707)では、[+−](実部が[+]、虚部が[−])が検出される。
In the real part / imaginary part polarity detection circuit (real part / imaginary part polarity detection unit) 29, the symbol point rotated by 45 ° has four quadrants ([++], [+ −], [−−]) of the complex plane. , [− +]).
For example, in the complex plane of FIG. 3, when the symbol point is a (0.707 + j0.707), [++] (the real part and the imaginary part are [+]) is detected. Similarly, at symbol point b (−0.707 + j0.707), [− +] (the real part is [−] and the imaginary part is [+]) is detected. In addition, at the symbol point c (−0.707−j0.707), [−−] (the real part and the imaginary part are [−]) is detected. At the symbol point d (0.707−j0.707), [+ −] (the real part is [+] and the imaginary part is [−]) is detected.

送信シンボル偏移推定回路(送信シンボル偏移推定部)30は、実部・虚部極性検出回路29で検出された実部と虚部の極性(符号)に従って位相偏移(位相回転量)を推定する。ここでは実部・虚部極性検出回路29で検出された実部および虚部が[++]の場合、送信された現在のシンボルs(n)と、2n/2前のシンボルs(n−2n/2)とでは同一シンボルが送信されたことになり、送信シンボル偏移推定回路30は、位相回転量は0°と推定することができる。
同様に、実部および虚部が[−+]の場合には、位相回転量は90°と推定でき、実部および虚部が[−−]の場合には、位相回転量は180°と推定でき、実部および虚部が[+−]の場合には、位相回転量は270°と推定できる。
The transmission symbol deviation estimation circuit (transmission symbol deviation estimation unit) 30 calculates the phase deviation (phase rotation amount) according to the polarities (signs) of the real part and the imaginary part detected by the real part / imaginary part polarity detection circuit 29. presume. Here, when the real part and the imaginary part detected by the real part / imaginary part polarity detection circuit 29 are [++], the transmitted current symbol s (n) and the symbol s (n− 2n / 2) before are transmitted. 2n / 2) means that the same symbol has been transmitted, and the transmission symbol shift estimation circuit 30 can estimate the phase rotation amount to be 0 °.
Similarly, when the real part and the imaginary part are [− +], the phase rotation amount can be estimated to be 90 °, and when the real part and the imaginary part are [−−], the phase rotation amount is 180 °. When the real part and the imaginary part are [+ −], the phase rotation amount can be estimated to be 270 °.

送信シンボル偏移推定回路30は、推定した位相回転量に応じて1、j、−1、−jのいずれかの値を出力する。ここでは実部・虚部極性検出回路29が検出したシンボル点が[++]の象限にあるとき、すなわち位相回転が0°と推定されたときには1を出力する。
また、シンボル点が[−+]の象限にあるとき、すなわち位相回転が90°と推定されたときには−jを出力し、シンボル点が[−−]の象限にあるとき、すなわち位相回転が180°と推定されたときには−1を出力し、シンボル点が[+−]の象限にあるとき、すなわち位相回転が270°と推定されたときには−jを出力する。
The transmission symbol shift estimation circuit 30 outputs one of the values 1, j, −1, and −j according to the estimated amount of phase rotation. Here, when the symbol point detected by the real part / imaginary part polarity detection circuit 29 is in the [++] quadrant, that is, when the phase rotation is estimated to be 0 °, 1 is output.
When the symbol point is in the [− +] quadrant, that is, when the phase rotation is estimated to be 90 °, −j is output, and when the symbol point is in the [−−] quadrant, that is, the phase rotation is 180. When the angle is estimated to be °, −1 is output, and when the symbol point is in the [+ −] quadrant, that is, when the phase rotation is estimated to be 270 °, −j is output.

送信されたシンボルの自己相関はs(n)・s*(n−2n/2)で表わされるので、本方式によって、周波数オフセット推定用トレーニングパターンとして、4PSK変調された2n/2シンボルが送信される場合には、その45°位相回転させた複素自己相関値は必ず[++]となり、複素自己相関値として1の値が得られることになる。この理論について以下にさらに具体的に説明する。 Since the autocorrelation of the transmitted symbol is represented by s (n) · s * (n−2 n / 2), 2 n / 2 symbols that have been subjected to 4PSK modulation are used as a frequency offset estimation training pattern by this method. In the case of transmission, the complex autocorrelation value rotated by 45 ° is always [++], and a value of 1 is obtained as the complex autocorrelation value. This theory will be described more specifically below.

複素自己相関計算回路24で計算された自己相関値は、周波数オフセットが存在した状態で計算されている。周波数オフセットが存在する場合、例えば、64シンボル(2n/2シンボルにおいてn=7)間隔の自己相関値が常に「++」の象限にあると判断されるためには、45°位相回転させた周波数オフセットが±45°の範囲内に入る必要がある。 The autocorrelation value calculated by the complex autocorrelation calculation circuit 24 is calculated in the presence of a frequency offset. When there is a frequency offset, for example, in order to determine that the autocorrelation value at intervals of 64 symbols (n = 7 in 2 n / 2 symbols) is always in the “++” quadrant, the phase is rotated by 45 °. The frequency offset must fall within the range of ± 45 °.

ここで水晶発振器の誤差は±30ppm以下とする仕様となっているため、これ以上の誤差を示すことはない。そして通信システムの通信に使用する最大周波数は425kHzであるため、±30ppmの誤差があるときの周波数オフセット量は約±13Hzとなり、このときの回転量は、64QAMのシンボルレートを32kbps(31.25μs)とすると、以下のようになる。
回転量≒360×freq.offset×Ts
≒360×13Hz×31.25×10−6
≒±0.146°
Here, since the error of the crystal oscillator is specified to be ± 30 ppm or less, no further error is shown. Since the maximum frequency used for communication in the communication system is 425 kHz, the frequency offset amount when there is an error of ± 30 ppm is about ± 13 Hz, and the rotation amount at this time is a symbol rate of 64 QAM of 32 kbps (31.25 μs). ) Then:
Rotation amount ≒ 360 x freq.offset x Ts
≒ 360 × 13Hz × 31.25 × 10-6
≒ ± 0.146 °

これにより64シンボル間では、±0.146×64≒±9.36°となり、±45°を越えることはない。従ってトレーニング時の2n符号列を受信した場合には、自己相関値を45°位相回転させた場合に、常に複素平面の[++]の象限に入ることになり、送信シンボル偏移推定回路30では位相回転が0°と推定されて、必ず1が出力されることになる。つまり、周波数オフセット推定用トレーニングパターンとして4PSK変調された2n/2シンボルが送信される場合には、送信シンボル偏移推定回路30から必ず1を出力させることができる。
なお、位相回転が±45°を越えることが懸念される場合には、サンプリングするシンボル間隔を32シンボル、もしくは16シンボル等のように短い間隔とすることで、送信シンボル偏移推定回路30から確実に1を出力させることができるようになる。
Thus, between 64 symbols, ± 0.146 × 64≈ ± 9.36 °, which does not exceed ± 45 °. Therefore, when the 2 n code string at the time of training is received, when the autocorrelation value is rotated by 45 °, it always enters the [++] quadrant of the complex plane, and the transmission symbol shift estimation circuit 30 Then, the phase rotation is estimated to be 0 °, and 1 is always output. That is, when the 2 n / 2 symbols 4PSK modulated as a training pattern for frequency offset estimation is transmitted, it is possible to always output 1 from the transmission symbol shift estimation circuit 30.
If there is a concern that the phase rotation will exceed ± 45 °, the transmission symbol shift estimation circuit 30 can ensure that the sampling symbol interval is as short as 32 symbols or 16 symbols. 1 can be output.

位相回転量計算回路(位相回転量計算部)26は、次の式(1)により周波数オフセットによる位相の回転量を計算する。   The phase rotation amount calculation circuit (phase rotation amount calculation unit) 26 calculates the phase rotation amount due to the frequency offset by the following equation (1).

Figure 2016208341
Figure 2016208341

上記式(1)では、その分母は、送信側で送られたものとして推定されるシンボル間隔(2n/2)における位相回転量であって、送信シンボル偏移推定回路30から出力された出力値を用いる。また式(1)の分子は、実際に伝送路を経由して受信されたシンボル間の位相回転量となる。
ここで、上記のように周波数オフセット推定用トレーニングパターンとして、2n/2シンボルパターンが送られてきているため、送信シンボル偏移推定回路30からは1が出力されるため、式(1)の分母は必ず1になり、Δrとして、伝送路を介して受信された2n/2シンボル間の位相回転量が算出される。この位相回転量は、遅延波および雑音の要因が除去された周波数オフセットによる平均化位相回転量とされる。
In the above equation (1), the denominator is the amount of phase rotation in the symbol interval (2 n / 2) estimated as transmitted on the transmission side, and the output output from the transmission symbol shift estimation circuit 30 Use the value. In addition, the numerator of formula (1) is the amount of phase rotation between symbols actually received via the transmission path.
Here, since the 2 n / 2 symbol pattern is transmitted as the frequency offset estimation training pattern as described above, 1 is output from the transmission symbol shift estimation circuit 30, so that the equation (1) The denominator is always 1, and the amount of phase rotation between 2 n / 2 symbols received via the transmission path is calculated as Δr. This phase rotation amount is an averaged phase rotation amount due to a frequency offset from which the cause of the delay wave and noise is removed.

忘却係数平均化回路27では、Δr(n)をシンボルごとに平均化するため、次の式(2)を用いる。
R(n)=βR(n−1)+(1−β)ΔR(n) ・・・(2)
ここでβは忘却係数で0.998程度の値を用いる。
The forgetting factor averaging circuit 27 uses the following equation (2) to average Δr (n) for each symbol.
R (n) = βR (n-1) + (1-β) ΔR (n) (2)
Here, β is a forgetting factor having a value of about 0.998.

ATAN計算回路32では、忘却係数平均化回路27で得られたR(n)の実部・虚部によりATAN(Arctangent)の計算を行い、2n/2で割ることにより、1シンボルの回転角Δθ(n)を求める。 In the ATA calculation circuit 32, the Atan (Arctangent) calculation is performed by the real part and the imaginary part of R (n) obtained by the forgetting factor averaging circuit 27, and the rotation angle of one symbol is obtained by dividing by 2 n / 2. Δθ (n) is obtained.

第2複素乗算器33と1シンボル遅延回路34は、1シンボルの平均の位相回転角Δθ(n)から、4PSK復調器として動作する復調器21のk番目のシンボルの位相補正量Δφ(k)を算出するため、次の式(3)に示す処理を行う。   The second complex multiplier 33 and the 1-symbol delay circuit 34 calculate the phase correction amount Δφ (k) of the k-th symbol of the demodulator 21 operating as a 4PSK demodulator from the average phase rotation angle Δθ (n) of 1 symbol. Is calculated, the process shown in the following equation (3) is performed.

-jΔφ(k)=e-j(Δφ(k-1)+Δθ(n)) ・・・(3) e −j Δφ (k) = e −j ( Δφ (k−1) + Δθ (n)) (3)

第1複素乗算器22では、4PSK復調器として動作する復調器21から出力されたベースバンド信号のk番目のシンボルの位相ej(ωt+φ(k))から、推定されたk番目のシンボルの位相補正量Δφ(k)の補正を行うため、次の式(4)に示す処理を行い、最終的に周波数オフセットの補正を実行する。 The first complex multiplier 22 estimates the k th symbol from the phase e j ( ω t + φ (k)) of the k th symbol of the baseband signal output from the demodulator 21 operating as a 4PSK demodulator. In order to correct the phase correction amount Δφ (k) , the processing shown in the following equation (4) is performed, and finally the frequency offset is corrected.

jωt=ej(ωt+φ(k)-Δφ(k)) ・・・(4) e j ω t = e j ( ω t + φ (k) -Δφ (k)) (4)

図4は、図3に示すオフセット推定用PN符号終了判定回路31の構成例を示す図である。オフセット推定用PN符号終了判定回路31では、符号変換回路311により、送信シンボル偏移推定回路30からの出力値(+1、j、−1、−j)が正相関(+1)の時に1に変換し、逆相関(−1)の時に−1に変換し、それ以外の値を0に変換し、nシンボルをシフトレジスタ312に入力する。シフトレジスタ312では、そのタップ出力値を加算器313に入力する。加算器313には、シフトレジスタ312のタップ数T+1に相当する数だけ1、−1、または0の値が入力され、加算器313の出力は、入力された1数が合計されるので、出力値の最大値はT+1個となる。従ってこの場合、周波数オフセット推定用トレーニングパターンが送出されている時間領域では、シフトレジスタに入力されるnシンボルが全て1であるため、加算器313の出力値は、必ずn値を示すことになる。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the offset estimation PN code end determination circuit 31 illustrated in FIG. 3. In the offset estimation PN code end determination circuit 31, the code conversion circuit 311 converts the output value (+1, j, −1, −j) from the transmission symbol shift estimation circuit 30 to 1 when the correlation is +1. When the inverse correlation is (−1), it is converted to −1, the other values are converted to 0, and n symbols are input to the shift register 312. The shift register 312 inputs the tap output value to the adder 313. The adder 313 receives a value of 1, −1, or 0 corresponding to the number of taps T + 1 of the shift register 312, and the output of the adder 313 is the sum of the input ones. The maximum output value is T + 1. Therefore, in this case, since all the n symbols input to the shift register are 1 in the time domain in which the frequency offset estimation training pattern is transmitted, the output value of the adder 313 always indicates the n value. .

しかし、送信側の通信装置で周波数オフセット推定用トレーニングパターンから適応等化器用トレーニングパターンに移行した場合は、2m−1符号列は、2n/2シンボル間隔で相関が常に1にはならず、送信シンボル偏移推定回路30からの出力は、+1、j、−1、−jの値がランダムに出力されることになる。もしくは、PN発生器12のシフトレジスタ(m段)の初期設定値を、PN発生器11で生成される1〜m番目までのビット列と逆符号になる符号を設定することで、送信シンボル偏移推定回路30からの出力は、−1がm/2シンボルが連続で出力される。この場合には、シフトレジスタ312には+1、−1、0がランダムに、もしくは−1が連続で入力され、加算器313からの出力値はn値でなくなる。
閾値判定回路314では、加算器313の出力値に(n−a)の閾値を設定することで、(n−a)以下の値となった場合、適応等化器用トレーニングパターンに切り替えられたことを判定することができる。
これにより、受信側でトレーニングパターンを発生させずに、送信側から送信されたトレーニングンパターンに基づいて周波数オフセットを補償する構成であっても、送信されたトレーニングパターンから、そのトレーニングパターンの切り替えを簡単に判定することができるようになる。
However, when the transmission apparatus on the transmission side shifts from the frequency offset estimation training pattern to the adaptive equalizer training pattern, the 2 m -1 code sequence does not always have a correlation of 1 at 2 n / 2 symbol intervals. As for the output from the transmission symbol deviation estimation circuit 30, the values +1, j, -1, and -j are output at random. Alternatively, the initial value of the shift register (m stage) of the PN generator 12 is set to a code that is opposite in sign to the 1st to m-th bit strings generated by the PN generator 11, thereby transmitting the transmission symbol shift. As for the output from the estimation circuit 30, −1 is m / 2 symbols continuously output. In this case, +1, −1, and 0 are input to the shift register 312 randomly or continuously, and the output value from the adder 313 is not an n value.
In the threshold determination circuit 314, the threshold value of (na) is set to the output value of the adder 313, so that when the value becomes (na) or less, the adaptive equalizer training pattern has been switched. Can be determined.
As a result, even if the frequency offset is compensated based on the training pattern transmitted from the transmitting side without generating the training pattern on the receiving side, the training pattern is switched from the transmitted training pattern. It will be possible to easily determine.

閾値判定回路314の判定結果が、図2に示す信号出力制御回路23に入力されると、信号出力制御回路23は、これまでの適応等化器への信号出力抑制を解除し、適応等化器に信号を出力する。これにより適応等化器に対して適応等化器用トレーニングパターンが出力され、適応等化器におけるトレーニングが開始される。
さらに、オフセット推定用PN符号終了判定回路31における閾値判定回路314の判定結果は、同時にATAN計算回路32へも出力され、時間tシンボル経過後に平均化処理を終了し、1シンボルの回転角をΔθ(t−M+1)に前の値に固定する。なお、Mはシフトレジスタ312のレジスタ数である。
When the determination result of the threshold value determination circuit 314 is input to the signal output control circuit 23 shown in FIG. 2, the signal output control circuit 23 cancels the signal output suppression to the adaptive equalizer so far and performs adaptive equalization. Outputs a signal to the instrument. As a result, an adaptive equalizer training pattern is output to the adaptive equalizer, and training in the adaptive equalizer is started.
Further, the determination result of the threshold value determination circuit 314 in the offset estimation PN code end determination circuit 31 is also output to the ATRAN calculation circuit 32 at the same time, and the averaging process is terminated after elapse of time t symbols, and the rotation angle of one symbol is changed to Δθ. The previous value is fixed at (t−M + 1). M is the number of registers of the shift register 312.

上記のトレーニング終了後は、復調器21は、4PSK復調器から2nQAM復調に切替わり、データ信号系列が復調される。 After the training is completed, the demodulator 21 is switched from the 4PSK demodulator to 2 n QAM demodulation, and the data signal sequence is demodulated.

次に上記の構成により、受信側で遅延波や雑音の影響を取り除いた周波数オフセットによる位相回転量の導出が可能となる理論について説明する。
上記のように、周波数オフセット推定用トレーニングパターンは、2n−1ビットのPN符号列に1ビットが追加された2n符号列が使用される。ここでは、例えばn=7として説明する。
Next, a description will be given of the theory that, with the above configuration, the phase rotation amount can be derived by the frequency offset from which the influence of the delay wave and noise is removed on the receiving side.
As described above, the training pattern for frequency offset estimation uses a 2n code string in which 1 bit is added to a 2 n -1 bit PN code string. Here, for example, it is assumed that n = 7.

この場合、周波数オフセット推定用トレーニングパターンとして、PN7(27−1)に1ビット(0)を付加した128ビットの繰り返しパターンを使用して、4PSK変調を行う。このため、シンボルは以下のように64シンボルの繰り返しとなる。
0、S1、S2・・・・S64、S0、S1、S2・・・
これに対して、周波数オフセットにより1シンボルの回転量Δφが加わるため、初期位相φとするとシンボルは次のように表すことができる。
0jφ,S1j(φ+Δφ),S2j(φ+2Δφ),・・・S64j(φ+64Δφ),・・・
In this case, 4PSK modulation is performed using a 128-bit repetitive pattern in which 1 bit (0) is added to PN7 (2 7 -1) as a training pattern for frequency offset estimation. For this reason, a symbol becomes a repetition of 64 symbols as follows.
S 0 , S 1 , S 2 ... S 64 , S 0 , S 1 , S 2.
On the other hand, since the rotation amount Δφ of one symbol is added due to the frequency offset, the symbol can be expressed as follows when the initial phase is φ.
S 0 e j φ, S 1 e j (φ + Δφ), S 2 e j (φ +2 Δφ), ··· S 64 e j (φ +64 Δφ), ···

受信した信号をr(n)とすると、その64シンボル前の受信信号はr(n-64)となる。よって64シンボル前のシンボルとの自己相関は、雑音をW(n)とすると次式(5)で与えられる。この場合は遅延波の影響は考慮されていない。
(n)* (n-64)=(S(n)mod64・S* (n-64)mod64)×ej64Δφ+w(n) ・・・(5)
If the received signal is r (n), the received signal 64 symbols before is r (n-64) . Therefore, the autocorrelation with the symbol before 64 symbols is given by the following equation (5) where W (n) is the noise. In this case, the influence of the delayed wave is not considered.
r (n) r * (n-64) = (S (n) mod64 · S * (n-64) mod64 ) × e j64 Δφ + w (n) (5)

よって64シンボル間隔のΔr(n)は以下の式(6)で与えられる。   Therefore, Δr (n) at intervals of 64 symbols is given by the following equation (6).

Figure 2016208341
Figure 2016208341

遅延波が存在する場合には、上記の式(6)に遅延波a(n)jφ(n)、a(n-64)jφ(n-64)が加わり、以下の式(7)となる。
(n)* (n-64)=(S(n)mod64・S* (n-64)mod64)×(ej64Δφ・a(n)(n-64)j(φ(n)-φ(n-64))+w(n)* (n-64) ・・・(7)
When the delayed wave is present, the delay wave in the above equation (6) a (n) e j φ (n), joined by a (n-64) e j φ (n-64), the following equation ( 7).
r (n) r * (n-64) = (S (n) mod64 · S * (n-64) mod64 ) × (e j64 Δφ · a (n) a (n-64) e j ( φ (n )(n-64) ) + w (n) w * (n-64) (7)

よって遅延波が存在する場合の64シンボル間隔の位相回転量Δr(n)は以下の式(8)で与えられる。 Accordingly, the phase rotation amount Δr (n) at intervals of 64 symbols in the presence of a delayed wave is given by the following equation (8).

Figure 2016208341
Figure 2016208341

このことから、位相回転量には、周波数オフセットによる回転量と遅延波による位相の回転量が付加されることになる。ここで、   For this reason, the rotation amount due to the frequency offset and the rotation amount of the phase due to the delayed wave are added to the phase rotation amount. here,

Figure 2016208341
Figure 2016208341

である。x[k]はk番目のシンボル信号で、h[n−k]は伝送路のインパルス応答で、M個のインパルス応答である。
そこで式(8)において、遅延波による位相回転の影響を除去するには、φi(a)とφi(n-64)を同一の回転量とすればよいことがわかる。従って、式(9)および式(10)が示しているように、x[k]とx[k−64]においてk=−1〜Mのシンボル信号が同一となるような系列を用いれば、64シンボル間隔での畳み込み量は絶えず同一となり、φi(n)とφi(n-64)は同一振幅、かつ同一回転量に規定することができる。
つまり、前述したようにPN7(27−1)に1ビット(0)を付加した信号系列で4PSK変調を行うことにより、遅延波による位相回転の影響を除去することができる。
よって式(8)は遅延波の回転量の影響が除去され、以下の式(11)となる。
It is. x [k] is the k-th symbol signal, h [n−k] is the impulse response of the transmission line, and M impulse responses.
Therefore, it can be seen that in Equation (8), φi (a) and φi (n−64) may be set to the same rotation amount in order to eliminate the influence of the phase rotation due to the delayed wave. Accordingly, as shown in equations (9) and (10), if a sequence in which the symbol signals of k = −1 to M are the same in x [k] and x [k−64] is used, The amount of convolution at intervals of 64 symbols is always the same, and φi (n) and φi (n-64) can be defined to have the same amplitude and the same amount of rotation.
That is, as described above, by performing 4PSK modulation with a signal sequence in which 1 bit (0) is added to PN7 (27-1), the influence of phase rotation due to a delayed wave can be removed.
Therefore, the expression (8) is removed from the influence of the rotation amount of the delayed wave, and becomes the following expression (11).

Figure 2016208341
Figure 2016208341

さらにオフセット推定用トレーニングパターンは、64シンボル周期であるため、S(n)とS(n-64)では同一シンボル点が発生されることから、式(11)の分母は必ず1の値を示すことになる。つまり、位相回転が0°の場合、S(n)mod64・S* (n-64)mod64は以下のように常に1になる。
(0.707+j0.707)(0.707−j0.707)=1
(0.707−j0.707)(0.707+j0.707)=1
(−0.707+j0.707)(−0.707−j0.707)=1
(−0.707−j0.707)(−0.707+j0.707)=1
よって式(11)の自己相関r(n)* (n-64)を求めることで、周波数オフセットによる位相回転量を算出することができる。さらに式(12)は、平均化処理により、ランダムな雑音の平均値はゼロとなり式(12)で示される。
Furthermore, since the offset estimation training pattern has a period of 64 symbols, the same symbol point is generated in S (n) and S (n-64) , and therefore the denominator of Equation (11) always shows a value of 1. It will be. That is, when the phase rotation is 0 °, S (n) mod64 · S * (n−64) mod64 is always 1 as follows.
(0.707 + j0.707) (0.707-j0.707) = 1
(0.707-j0.707) (0.707 + j0.707) = 1
(−0.707 + j0.707) (− 0.707−j0.707) = 1
(−0.707−j0.707) (− 0.707 + j0.707) = 1
Therefore, by obtaining the autocorrelation r (n) r * (n−64) in Expression (11), the phase rotation amount due to the frequency offset can be calculated. Furthermore, the average value of random noise becomes zero by the averaging process, and the equation (12) is expressed by the equation (12).

Figure 2016208341
Figure 2016208341

ここでA(n)=a(n)(n-64)である。 Here, A (n) = a (n) a (n-64) .

11…周波数オフセット推定用PN発生器、12…適応等化器トレーニング用PN発生器、13…変調器、14…ビット発生部、15…ビット付加部、16…スイッチ、21…復調器、22…第1複素乗算器、23…信号出力制御回路、24…複素自己相関計算回路、25…45°位相回転回路、26…位相回転量計算回路、27…忘却係数平均化回路、28…(2n/2)シンボル遅延回路、29…実部・虚部極性検出回路、30…送信シンボル偏移推定回路、31…オフセット推定用PN符号終了判定回路、32…ATAN計算回路、33…第2複素乗算器、34…1シンボル遅延回路、100…補正回路、101…復調器、102…適応等化器、103…復号化回路、104…位相補正量算出回路、105…PLL回路、110…周波数オフセット補償回路、111…遅延検波回路、112…相関回路、113…周波数オフセット推定回路、114…複素乗算器、115…トランスバーサルフィルタ、116…差動符号化回路、117…トレーニング信号発生器、311…符号変換回路、312…シフトレジスタ、313…加算器、314…閾値判定回路。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... PN generator for frequency offset estimation, 12 ... PN generator for adaptive equalizer training, 13 ... Modulator, 14 ... Bit generation part, 15 ... Bit addition part, 16 ... Switch, 21 ... Demodulator, 22 ... 1st complex multiplier, 23 ... signal output control circuit, 24 ... complex autocorrelation calculation circuit, 25 ... 45 ° phase rotation circuit, 26 ... phase rotation amount calculation circuit, 27 ... forgetting factor averaging circuit, 28 ... (2n / 2) Symbol delay circuit, 29... Real part / imaginary part polarity detection circuit, 30... Transmission symbol shift estimation circuit, 31... PN code end determination circuit for offset estimation, 32. 34 ... 1 symbol delay circuit, 100 ... correction circuit, 101 ... demodulator, 102 ... adaptive equalizer, 103 ... decoding circuit, 104 ... phase correction amount calculation circuit, 105 ... PLL circuit, 110 ... frequency Offset compensation circuit 111... Delay detection circuit 112 112 correlation circuit 113 frequency offset estimation circuit 114 complex multiplier 115 transversal filter 116 differential encoding circuit 117 training signal generator 311 ... Sign conversion circuit, 312... Shift register, 313... Adder, 314.

Claims (2)

通信を開始する際のトレーニング時に通信装置間の周波数オフセットを補償するためのトレーニングパターンを送信する送信側の通信装置と、前記トレーニングパターンを受信して周波数オフセット補償を行う受信側の通信装置とが有線伝送路を介して接続された通信システムであって、
前記送信側の通信装置は、2n−1ビットのPN符号に1ビットを付加した2nビットの符号列を生成する2n符号生成部と、前記2nビットの符号列を4PSK変調してシンボルパターンに変換する変調器と、該変調器から出力されたシンボルパターンを前記トレーニングパターンとして送信する送信部を備え、
前記受信側の通信装置は、前記送信側の通信装置から送信されたシンボルパターンを4PSKで復調する復調器と、該復調器が復調したシンボルパターンを2n/2シンボル間隔でサンプリングして、2シンボル間の複素自己相関値を計算する複素自己相関計算部と、該複素自己相関計算部の計算結果から、平均化位相回転量を計算する位相回転量計算部と、を備えることを特徴とする通信システム。
A transmission-side communication device that transmits a training pattern for compensating a frequency offset between communication devices during training when starting communication, and a reception-side communication device that receives the training pattern and performs frequency offset compensation A communication system connected via a wired transmission path,
The transmission-side communication device includes a 2 n code generation unit that generates a 2 n bit code string obtained by adding 1 bit to a 2 n −1 bit PN code, and 4PSK modulates the 2 n bit code string A modulator for converting into a symbol pattern, and a transmitter for transmitting the symbol pattern output from the modulator as the training pattern,
The receiving communication apparatus demodulates the symbol pattern transmitted from the transmitting communication apparatus with 4PSK, and samples the symbol pattern demodulated by the demodulator at 2 n / 2 symbol intervals. A complex autocorrelation calculation unit that calculates a complex autocorrelation value between symbols, and a phase rotation amount calculation unit that calculates an averaged phase rotation amount from a calculation result of the complex autocorrelation calculation unit. Communications system.
請求項1に記載の通信システムにおいて、
前記送信側の通信装置は、2m−1ビットのPN符号による符号列を生成する2m−1符号生成部と、前記2nビットの符号列と前記2m−1の符号列を切り替えて出力する切替部とを有し、前記復調器は、該切替部により切り替えられた前記2nビットの符号列または前記2m−1の符号列を4PSK変調してシンボルパターンに変換し、
前記受信側の通信装置は、
前記複素自己相関計算部から出力された複素自己相関値を入力し、
該入力した複素自己相関値が正相関の時に1、逆相関の時に−1、正相関または逆相関以外の値を0に変換する符号変換部と、該符号変換部が変換したnシンボルを入力させるシフトレジスタと、該シフトレジスタのタップ出力値の合計を計算する加算器と、加算器の出力を監視する閾値判定回路とを備えたオフセット推定用PN符号判定部を有し、
該閾値判定回路は、複素自己相関値として常に1が入力されるときの前記加算器の出力値nに対して閾値aを設定し、前記加算器からの出力がn−aを下回った場合に、前記送信装置から送信されるシンボルパターンが前記2n符号列によるシンボルパターンから前記2m−1符号列によるシンボルパターンに切り替わったことを判定する判定結果を出力することを特徴とする通信システム。
The communication system according to claim 1,
The transmission-side communication device switches a 2 m -1 code generation unit that generates a code sequence using a 2 m -1 bit PN code, and switches between the 2 n bit code sequence and the 2 m -1 code sequence. A demodulator that outputs a symbol pattern by performing 4PSK modulation on the 2 n -bit code sequence or the 2 m -1 code sequence switched by the switching unit,
The communication device on the receiving side is
Input the complex autocorrelation value output from the complex autocorrelation calculation unit,
1 is input when the input complex autocorrelation value is positive correlation, -1 is input when inverse correlation is performed, and a code conversion unit that converts a value other than positive correlation or non-correlation to 0 and n symbols converted by the code conversion unit are input. A shift register, an adder that calculates the sum of the tap output values of the shift register, and a threshold determination circuit that monitors the output of the adder, and an offset estimation PN code determination unit,
The threshold value determination circuit sets a threshold value a for the output value n of the adder when 1 is always inputted as a complex autocorrelation value, and the output from the adder falls below na. A communication system that outputs a determination result for determining that a symbol pattern transmitted from the transmission device has been switched from a symbol pattern based on the 2 n code sequence to a symbol pattern based on the 2 m −1 code sequence.
JP2015089183A 2015-04-24 2015-04-24 Communications system Active JP6222705B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015089183A JP6222705B2 (en) 2015-04-24 2015-04-24 Communications system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015089183A JP6222705B2 (en) 2015-04-24 2015-04-24 Communications system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016208341A true JP2016208341A (en) 2016-12-08
JP6222705B2 JP6222705B2 (en) 2017-11-01

Family

ID=57490507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015089183A Active JP6222705B2 (en) 2015-04-24 2015-04-24 Communications system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6222705B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107612865A (en) * 2017-10-12 2018-01-19 国网天津市电力公司电力科学研究院 A kind of signal de-noising method applied to low-voltage powerline carrier communication

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020181615A1 (en) * 2001-04-30 2002-12-05 Alexandr Kuzminskiy Frequency estimator for use in a receiver of packetised data, the receiver and a method of reception
WO2006137364A1 (en) * 2005-06-22 2006-12-28 Mitsubishi Electric Corporation Communication device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020181615A1 (en) * 2001-04-30 2002-12-05 Alexandr Kuzminskiy Frequency estimator for use in a receiver of packetised data, the receiver and a method of reception
WO2006137364A1 (en) * 2005-06-22 2006-12-28 Mitsubishi Electric Corporation Communication device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107612865A (en) * 2017-10-12 2018-01-19 国网天津市电力公司电力科学研究院 A kind of signal de-noising method applied to low-voltage powerline carrier communication
CN107612865B (en) * 2017-10-12 2020-06-02 国网天津市电力公司电力科学研究院 Signal noise reduction method applied to low-voltage power line carrier communication

Also Published As

Publication number Publication date
JP6222705B2 (en) 2017-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1278346B1 (en) Phase tracker for linearly modulated signal.
US7940861B2 (en) QAM phase error detector
JP3179267B2 (en) Filter and carrier phase estimating apparatus using the filter
JP6222705B2 (en) Communications system
JP2013046382A (en) Radio signal synchronous processing apparatus
KR100845416B1 (en) Frequency correction with symmetrical phase adjustment in each OFDM symbol
EP3035622B1 (en) Maximum likelihood sequence detection in the phase domain
KR100651526B1 (en) Methdo and apparatus for channel compensating and demapping of coherent demodulation in ofdm system
JP6265506B2 (en) Communications system
JP2007201729A (en) Adaptive equalizer and receiver
JP6600187B2 (en) Communication device
IL234851A (en) Method for determining the imperfections of a transmit pathway and of a receive pathway of an apparatus and associated radio apparatus
US20170180182A1 (en) Joint noncoherent demodulation and carrier frequency offset correction based on non-linear filtering
US8457189B2 (en) Receiving apparatus having equalizer, and receiving method
US20020009162A1 (en) Method and apparatus for correcting a signal
KR101087327B1 (en) Method and system for tracking phase in a receiver for 8vsb
JPH11112591A (en) Automatic frequency control system
JP4317686B2 (en) Automatic equalization circuit
JP2018196000A (en) Receiver and frequency deviation removal method
JP2007235407A (en) Adaptive equalizer and communication apparatus
JPH09261285A (en) Multilevel vsb demodulator
JP2022176484A (en) Log-Likelihood Ratio Calculation Circuit and Radio Receiver
Gunnam et al. New optimizations for carrier synchronization in single carrier systems
JP2006086666A (en) Demodulator and demodulation method
JPH11308157A (en) Frequency deviation compensation circuit for adaptive equalizer

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170713

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20170713

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20170713

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20170816

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170829

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170927

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6222705

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250