JP3140317B2 - パイロット信号伝送方式 - Google Patents

パイロット信号伝送方式

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JP3140317B2 JP07050336A JP5033695A JP3140317B2 JP 3140317 B2 JP3140317 B2 JP 3140317B2 JP 07050336 A JP07050336 A JP 07050336A JP 5033695 A JP5033695 A JP 5033695A JP 3140317 B2 JP3140317 B2 JP 3140317B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はディジタル無線通信に関
するもので、特に、伝送路の特性変動を補償するための
パイロット信号を送信シンボルに挿入するパイロット信
号伝送方式に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図1は、従来のパイロット信号伝送方式
のフレーム構成例図である。例えば、16QAM等の多
値変調伝送方式では、パイロット信号(パイロットシン
ボル11)は、図1に示すようにNシンボルのデータ毎
に1シンボルずつ分散して挿入され、同期加算方式等の
手段によりパイロット同期に用いられている。なお、各
パイロットシンボルの振幅は多値レベルのうちの最大値
を割り付けるものとし、伝送上の信頼度向上と他の送信
情報シンボルとの分離を可能にするよう構成されてい
る。
【0003】例えば、文献〔「陸上移動通信用16QA
M変復調装置の特性」須永,三瓶、電子情報通信学会論
文誌B−II Vol. 73-B-II No.1 pp.1-9 〕を参照して以
下同期加算方式について説明する。図3は従来のパイロ
ット信号を用いた同期加算方式の動作説明図である。受
信ベースバンド信号のI相(同相)成分をUI、Q相
(直交)成分をUQとすると、受信ベースバンド信号は
次式のように表すことができる。
【数1】Un,k =UIn,k +jUQn,k ……(1) 但し、1≦n≦N,k=1,2,3,4,…とし、nは
サンプル系列、Nはパイロットシンボルの挿入周期、k
はパイロットシンボルの系列番号を示す。
【0004】図3(A)に示すように、同期加算方式で
は、1挿入周期(Nシンボル)のメモリMEM(1〜
N)33を用い、そこに受信ベースバンド信号の包絡線
の2乗31を順次加算してゆく。しかし、加算値のオー
バーフローを防止するため、忘却係数λ(0≦λ≦1)
32を導入する必要がある。加算値(MEM(N)の内
容)は次式で表すことができる。
【数2】 MEMk (n) =λ×MEMk-1 (n) +Un,k ×U* n,k ……(2) ここで、*は複素共役を示す。
【0005】たとえば、変調方式に16QAMを用いた
場合、各シンボルが{±1,±3}のレベルをとるなら
ば、パイロット信号シンボルは常に振幅値のレベルが最
大の3+j3の複素値をとる。このとき、雑音やフェー
ジング変動の影響を無視すると、パイロット信号時の加
算値MEM(np )36は次の(3)式で示される。
【数3】
【0006】また、データ信号は16QAMの16シン
ボルを等確率でとるので、データ信号の加算値MEM
(nd )37は次の(4)式で示される。
【数4】 (3),(4)式より次式が成り立つ。
【数5】 MEM(np )>MEM(nd ) ………(5) よって、受信側において、任意のパイロットシンボル挿
入周期の区間でNサンプルの加算値MEM(n)の分布
は、例えば図3(B)のようになる。図示したようにパ
イロットシンボルの位置(図の左から3番目のサンプ
ル)で加算値が最大となる。これはパイロットシンボル
の振幅値に多値レベルの最大値を割り当てたことによる
効果である。このことから同期加算方式によりパイロッ
トシンボルを送信情報シンボルから分離することが可能
となり、パイロット信号タイミング34が検出できる。
このタイミングにより得られるパイロット信号は、位相
が既知であるから、Nシンボル離れて隣接するパイロッ
トシンボルの振幅、位相情報からこの区間の伝送路の変
動(例えばフェージング)を線形推定することができ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来方式で
は、パイロット信号からフェージング変動と周波数オフ
セットのそれぞれの位相変動成分が分離できないので、
AFCを動作させるために必要な周波数オフセットの情
報は得られない。また、多相PSK信号等のように、変
調シンボルの振幅が一定で多値でない場合、上記の同期
加算方式ではパイロットシンボルを送信情報シンボルか
ら分離することが不可能となるため適用できない等の欠
点がある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のパイロット信号
伝送方式は、多相PSKおよび多値QAM変調方式の
ィジタル無線伝送システムにおいて、送信側では隣り合
う2つの特定の変調シンボル(以下、パイロットシンボ
ルペア)の位相差にフレーム同期情報を配分する方法に
より一連のパイロットシンボルペアの系列でフレーム同
期符号語を形成し、送信側の変調シンボル系列のNシン
ボル毎に上記同期符号語の1個のパイロットシンボルペ
アを挿入する形態で上記同期符号語を埋め込むととも
に、受信側では復調信号から前記パイロットシンボルペ
アの位相差の系列をもとにフレーム同期タイミングを抽
出するように構成したことを特徴とするものである。
らに、上記同期符号語を構成するパイロットシンボルペ
アの系列によって得られる所定の位相系列の期待値から
の誤差により周波数オフセット量を検出し自動周波数制
御機能に供することを特徴とするものである。さらに、
前記パイロットシンボルペアの系列のうち相互にNシン
ボル離れて隣接するパイロットシンボルペア同士の位相
差及びそれぞれの振幅からフェージングによる位相,振
幅変動を検出し補正を加えることを特徴とするものであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のパイロット信号
伝送方式は、ディジタル無線伝送システムにおいて、送
信側では隣り合う2つの特定の変調シンボル(以下、パ
イロットシンボルペア)の位相差にフレーム同期情報を
配分する方法により一連のパイロットシンボルペアの系
列でフレーム同期符号語を形成し、送信側の変調シンボ
ル系列のNシンボル毎に上記同期符号語の1個のパイロ
ットシンボルペアを挿入する形態で上記同期符号語を埋
め込むとともに、受信側では復調信号から前記パイロッ
トシンボルペアの位相差の系列をもとにフレーム同期タ
イミングを抽出するように構成したことを特徴とし、さ
らに、上記同期符号語を構成するパイロットシンボルペ
アの系列によって得られる所定の位相系列の期待値から
の誤差により周波数オフセット量を検出し自動周波数制
御機能に供することを特徴とし、さらに、前記パイロッ
トシンボルペアの系列のうち相互にNシンボル離れて隣
接するパイロットシンボルペア同士の位相差及びそれぞ
れの振幅からフェージングによる位相,振幅変動を検出
し補正を加えることを特徴とするものである。
【0010】
【実施例】以下、本発明を詳細に説明する。図2は本発
明のフレーム構成例図である。また、図4は本発明に基
づく送受信機の一構成例図であり、図5,図6はそれぞ
れ部分詳細ブロック図である。
【0011】
【作用】先ずパイロットシンボルペア挿入回路41にお
いて、図2に示すフレーム構成に従ってシンボルペア
(図2のab,cd,…yz)によるパイロット信号2
1がデータ系列に挿入される。このとき、各シンボルペ
アのペアとなるシンボル間には所定の位相差(以下、差
分参照系列)が設定されているものとする。その後、変
調器42で任意の変調方式(多値QAMや多相PSK
等)で変調し、その出力は送信機43で電力増幅後送信
アンテナ44から伝搬路45に輻射される。
【0012】伝搬路45を経由して受信アンテナ46で
受信された信号は、受信機47で適当なレベルまで増幅
され、復調器410で復調信号に変換される。その復調
信号をもとに、フレーム同期回路49では、前述の同期
加算方式によるフレーム同期処理および、2シンボルの
パイロットシンボルペアに与えられた2シンボル間の位
相差検出によるパイロット同期処理を行い、パイロット
タイミングを発生すると同時に、必要があればフレーム
同期処理やフレームタイミング出力も行う。その後、位
相誤差はAFC回路48へ出力される。シンボル判定部
411では前記フレームタイミングと復調信号をもと
に、データ信号に対してシンボル判定を行い受信データ
として出力する。AFC回路48では位相誤差の平均化
を行い、そのデータを用いて受信機の局部発振器周波数
を制御する。
【0013】次に、フレーム同期回路49の作用につい
て図5を用いて説明する。図5は図4のフレーム同期回
路49の詳細構成例図である。多値の振幅レベルを用い
る変調方式の場合は、前述した従来の同期加算方式を実
現する同期加算回路51の結果のみを用いてフレーム同
期をとることが可能である。図7は図3(B)に対応す
る本発明の動作例説明図である。図示したように、加算
値はパイロットシンボルペアの位置(図の左から3番
目,4番目のサンプル)で最大となる。しかし本発明で
はパイロット信号はシンボルペアで構成されているの
で、パイロットシンボルペア間の位相差と差分参照系列
との誤差が最小になることも同期条件に入れることがで
きる。この時動作するのは位相誤差検出回路52と位相
誤差同期加算回路53である。
【0014】送信時のパイロット信号である参照パイロ
ット信号の1シンボル目をRP1、2シンボル目をRP
2、受信パイロット信号の1シンボル目をP1、2シン
ボル目をP2とし、それぞれの複素差分値( *は複素共
役、・は複素乗算)をP1・P2* =Pi+jPq,R
P1・RP2* =RPi+jRPqでおのおの表現する
と、パイロット信号内の位相誤差ΔΦ(n)は次式であ
らわすことができる。
【数6】 但し、各信号の添字のi,qはそれぞれI相,Q相成分
をあらわす。
【0015】(6)式において、 tan-1((RPq)/
(RPi))は差分参照系列に他ならない。位相誤差Δ
Φ(n)は、受信側のパイロットシンボルペアのなす角
が差分参照系列(送信側のパイロットシンボルペアのな
す角)との誤差を示しているので、この位相誤差ΔΦ
(n)を、位相誤差同期加算回路53にて挿入周期Nシ
ンボルの深さをもつメモリあるいはシフトレジスタ(N
サンプル差分誤差)に蓄積し、そのなかの最小値をとる
ポイントがパイロット信号であると判定することができ
る。パイロット同期判定回路54では、前記2方式のパ
イロットシンボルペア検出結果から同期検出と同期保護
を行うので、同期の信頼度を向上することができる。ま
た、多値PSKのように振幅値一定の変調方式でも位相
誤差を用いて同期検出できるので有効に動作することは
明らかである。
【0016】さらに、図2において、L個の挿入周期を
1個のフレームとして構成し、フレームの最先頭のパイ
ロットシンボルペア(図2中ではa,bで構成されるペ
ア)にだけ、他のパイロットシンボルペアとは違った位
相差系列を用いたり、あるいは、全てのパイロットシン
ボルペアに異なる位相差系列を与えるなどの方法でフレ
ーム周期の周期性を確認できるようにすれば、上記パイ
ロット周期と受信シンボルペアのなす角 arg(Ut-1
1 * )の監視をすることにより容易にフレーム同期が
実現可能である。
【0017】次に、AFC回路の作用について図6を用
いて説明する。図6は図4のAFC回路48の詳細構成
例図である。AFC回路では、位相誤差ΔΦ(n)を用
いて、適用するシステムに適合した補正量を生成する
が、伝送路が劣化した場合のAFC誤制御を防止するた
めに、例えば、次の(7)式に従ったリカーシブな平均
化を施した平均位相誤差ΔΦave (n)を用いて制御量
を決定するのが望ましい。
【数7】 ΔΦave (n)=λ×ΔΦave (n−1)+(1−λ)×ΔΦ(n) ……(7)
【0018】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明を実
施することにより、多相PSK信号など振幅値が一定の
変調方式におけるパイロット同期も可能となるととも
に、多値レベル変調の場合における同期信頼度の向上,
フレーム同期の実現及びPFC制御が可能になるなど、
実用上の利点が多い。
【0019】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明を実
施することにより、多値PSK信号など振幅値が一定の
変調方式におけるパイロット同期も可能となるととも
に、多値レベル変調の場合における同期信頼度の向上,
フレーム同期の実現及びAFC制御が可能になるなど、
実用上の利点が多い。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のパイロット信号伝送方式のフレーム構成
例図である。
【図2】本発明のパイロット信号伝送方式のフレーム構
成例図である。
【図3】従来の同期方式の動作説明図である。
【図4】本発明を用いた送受信機の一実施例を示すブロ
ック図である。
【図5】図4のフレーム同期回路の詳細ブロック図であ
る。
【図6】図4のAFC回路の詳細ブロック図である。
【図7】本発明による同期加算回路の動作例説明図であ
る。
【符号の説明】
11 従来方式のパイロット信号 21 本方式のパイロット信号 41 パイロット信号挿入回路 42 変調器 43 送信機 44 送信アンテナ 45 伝搬路 46 受信アンテナ 47 受信機 48 AFC回路 49 フレーム同期回路 410 復調器 411 シンボル判定部 51 同期加算回路 52 位相誤差検出回路 53 位相誤差同期加算回路 54 パイロット同期判定回路 55 フレーム同期判定回路 61 平均化回路 62 D/A変換回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04L 27/34 H04B 1/76

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多相PSKおよび多値QAM変調方式の
    ディジタル無線伝送システムにおいて、 送信側では隣り合う2つの特定の変調シンボル(以下、
    パイロットシンボルペア)の位相差にフレーム同期情報
    を配分する方法により一連のパイロットシンボルペアの
    系列でフレーム同期符号語を形成し、送信側の変調シン
    ボル系列のNシンボル毎に上記同期符号語の1個のパイ
    ロットシンボルペアを挿入する形態で上記同期符号語を
    埋め込むとともに、 受信側では復調信号から前記パイロットシンボルペアの
    位相差の系列をもとにフレーム同期タイミングを抽出す
    るように構成したことを特徴とするパイロット信号伝送
    方式。
  2. 【請求項2】 上記同期符号語を構成するパイロットシ
    ンボルペアの系列によって得られる所定の位相系列の期
    待値からの誤差により周波数オフセット量を検出し自動
    周波数制御機能に供することを特徴とする請求項1記載
    のパイロット信号伝送方式。
  3. 【請求項3】 前記パイロットシンボルペアの系列のう
    ち相互にNシンボル離れて隣接するパイロットシンボル
    ペア同士の位相差及びそれぞれの振幅からフェージング
    による位相,振幅変動を検出し補正を加えることを特徴
    とする請求項1記載のパイロット信号伝送方式。
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