JP3449281B2 - マルチキャリア受信装置用同期回路及びマルチキャリア受信装置 - Google Patents
マルチキャリア受信装置用同期回路及びマルチキャリア受信装置Info
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Description
信装置の同期回路に関する。本発明は特にディジタルデ
ータを直交周波数分割多重変調して伝送するディジタル
伝送システムの受信装置における同期回路として特に有
効である。
した、多重通信方式が盛んに開発されている。中でも、
直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division
Multiplexing)方式は、高速且つ高密度信号のディジタ
ル伝送方式として注目されている。このOFDM方式
は、高品質且つ干渉に強い点で特に自動車等に於ける移
動受信に適したオーディオ信号、映像信号の伝送手段と
して有望視されている。
は数千の搬送波を用いることで、各搬送波のデータレー
トを数百分の1或いは数千分の1に落とすことができ
る。これにより、いわゆるマルチパスによる干渉を軽減
させることができる。更に、実質的な信号(有効シンボ
ル)と、受信サイドで除去される前提で送信される信号
(ガードインターバル、GI)を反復的に送信すること
で、マルチパスによる干渉をより低減することが行われ
ている。
を送信する方式では、受信装置において、復調時にこの
ガードインターバル(GI)を判別除去することが必要
である。その同期をとる(ガードインターバルのタイミ
ングを正確に測る)手段として、例えば図6に示す特開
平7−99486号公報記載のOFDM受信同期回路9
00が知られている。受信信号は直交復調されることに
より、位相が互いにπ/2異なる同相成分(Inphase、
I成分)と直交成分(Quadrature、Q成分)の2系列に
それぞれ復調される。OFDM受信同期回路900は、
それら同相成分(I成分)と直交成分(Q成分)のいず
れか一方について、遅延回路91により遅延された遅延
信号と、遅延されていないもとの信号とを乗算回路92
にて相関値をとることで、同期信号を得るものである。
の通りである。図2に、受信信号を直交復調した信号の
概念図を示す。尚、受信信号を直交復調した信号はアナ
ログ/ディジタル変換(A/D変換)を経てOFDM受
信同期回路900に入力されるものであるが、簡単の
為、図2にはアナログ状態の信号を示す。OFDM受信
同期回路900に入力される信号はあくまでディジタル
信号である。
ガードインターバル(GI)を示したものである。ガー
ドインターバル(GI)は、対応する(後続の)有効シ
ンボルの末尾の一定期間を複写することで形成されてい
る。図6に示すOFDM受信同期回路900に受信信号
を直交復調した信号Saが入力されると、その信号は遅
延回路91と乗算回路92に入力される。遅延回路91
からは、有効シンボル期間だけ遅延された信号Sbが乗
算回路92に出力される。
信号Sbと、遅延されていない元の信号Saとの相関を
とり、相関値Rを出力する。この際、Saに示す遅延さ
れていない信号の「…、有効シンボルk−1の末尾の一
定期間、有効シンボルkの末尾の一定期間、有効シンボ
ルk+1の末尾の一定期間、…」と、Sbに示す遅延さ
れた信号の「…、GIk-1、GIk、GIk+1、…」とは
同一であるので、相関値RはSaに示す遅延されていな
い信号の各有効シンボルの末尾(Sbに示す遅延された
信号の各GIの末尾)にてピークを示す。このようにし
てガードインターバル(GI)除去のための同期信号、
即ち、高速フーリエ変換(FFT)する期間を決定する
ための同期信号を得るとするものである。
同期回路900の相関値は、図7のRに示すような、ピ
ークが一定の波形には一般にならない。一般に、遅延さ
れていない信号の有効シンボルkの末尾の一定期間と、
遅延された信号のGIk以外の相関値は、確率的には平
均値として0をとると期待できる。しかし、相関値は、
カードインターバルに於ける波形に依存し、この区間の
波形は有効シンボルに応じて変化する。従って相関値
は、伝送された有効シンボルに応じて変化し、有効シン
ボルは時間によって大きく変化する結果、相関値は時間
の経過に伴って大きく変化することになる。よって、元
の信号の有効シンボルの末尾毎に、所定(しきい値以
上)の大きさのピーク信号が常時得られるとは限らな
い。即ち、シンボル毎に確実に同期信号が得られないと
いう問題があった。
れたものであり、その目的は、簡易な回路でガードイン
ターバル(GI)除去のための、鮮明且つ確実な同期信
号を得るマルチキャリア受信装置用同期回路を提供する
ことである。また他の目的は、その同期回路を有したマ
ルチキャリア受信装置を提供することである。
め、請求項1に記載の手段によれば、有効シンボルとそ
の一部を複写したガードインターバルとからなる信号か
ら有効シンボルを取り出すための同期信号を発生させる
マルチキャリア受信装置用同期回路において、受信信号
から直交復調された同相成分及び直交成分の少なくとも
一方の信号について、信号を有効シンボル期間だけ遅延
させる遅延手段と、遅延手段により遅延された信号と遅
延されていない信号との差を求める信号差演算手段と、
前記信号差演算手段の出力する瞬時の差の絶対値を求
め、それを所定時間積分又は所定時間加算する絶対差演
算手段とから構成され、前記絶対差演算手段の出力が0
或いは極小となるところを同期信号として検出すること
を特徴とする。
効シンボルとその一部を複写したガードインターバルと
からなる信号から有効シンボルを取り出すための同期信
号を発生させるマルチキャリア受信装置用同期回路にお
いて、受信信号から直交復調された同相成分及び直交成
分の両方の信号について、同相成分及び直交成分の信号
を有効シンボル期間だけそれぞれ遅延させる2つの遅延
手段と、2つの遅延手段により遅延された信号と遅延さ
れていない信号との差をそれぞれ求める2つの信号差演
算手段と、前記2つの信号差演算手段の出力する瞬時の
差の絶対値を各々求め、それを所定時間積分又は所定時
間加算する絶対差演算手段と、2つの絶対差演算手段の
出力を加算する加算手段とから構成され、前記加算手段
の出力が0或いは極小となるところを同期信号として検
出することを特徴とする。
求項1又は2に記載のマルチキャリア受信装置用同期回
路において、所定時間が、ガードインターバルの長さに
略等しい長さ以下であることを特徴とする。
求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のマルチキャ
リア受信装置用同期回路を備えたマルチキャリア受信装
置とすることを特徴とする。
(I成分)と直交成分(Q成分)は、マルチキャリア送
信方式では全く独立の信号である。マルチキャリア受信
装置用同期回路において、直交復調された同相成分(I
成分)又は直交成分(Q成分)のいずれも、有効シンボ
ル期間だけ遅延された信号との差は、遅延された信号の
ガードインターバルに当たる期間(遅延されていない信
号の、有効シンボル末尾のガードインターバルに複写さ
れている部分にあたる期間)は0のままである。そこ
で、直交復調された同相成分(I成分)又は直交成分
(Q成分)のいずれか一方を有効シンボル期間だけ遅延
された信号との差をとり、その差の絶対値、或いはその
差の絶対値に関連した別の量を算出し、0或いは極小と
なるところを検出することでガードインターバルを除去
するための同期信号を生成する事が可能となる。
(Q成分)のそれぞれについて差の絶対値に関連した量
を算出した後それらの和をとることで、更に精度を上げ
ることができる。
調された同相成分(I成分)及び直交成分(Q成分)が
アナログ信号の場合は所定時間の積分値を、ディジタル
信号の時は所定時間の和をとることが効果的であり、い
ずれも同期信号たるべきタイミングでは0又は極小とな
りピークとして検出でき、それ以外のタイミングではよ
り大きな正の値をとる。この際、所定時間としてはガー
ドインターバルの長さに略等しい長さ以下とすること
で、同期信号たるべきタイミングでの検出値を確実に0
とすることができる。尚、所定時間としてはガードイン
ターバルの長さが最も好ましく、この時同期信号たるべ
きタイミングで検出値が0となるピークが検出できる。
しかしこれよりも長ければ検出値が0よりも大きいピー
クとなり、短ければ検出値が0となる時間が長くなって
ピークが潰れた形となるが、0となる時刻又はピークの
時刻を用いることで、ガードインターバルを除去するた
めの同期信号を生成することはどちらの場合も可能であ
る。
ア受信装置は従来のマルチキャリア受信装置に比し、ガ
ードインターバルを除去し有効シンボルを取り出すタイ
ミングの精度が向上し、復号誤差を減少させることがで
きる。これら同期回路及び受信装置は、OFDM方式に
限定されないが、OFDM方式において特に有効であ
る。
て、図を用いて説明する。尚、本発明は以下の実施例に
限定されるものではない。
体的な一実施例に係るOFDM受信装置用同期回路10
0の構成を示したブロック図である。OFDM受信装置
用同期回路100は、2組の差分演算回路と加算回路1
3から成る。2組の差分演算回路は、それぞれ、遅延回
路(111又は112)、差分回路(121又は12
2)から成る。
調されて同相成分(以下単に信号I)と直交成分(以下
単に信号Q)の2系列としてOFDM受信装置用同期回
路100に送られる。信号Iは遅延回路111と差分回
路112に、信号Qは遅延回路112と差分回路122
に入力される。
延された信号I’を差分回路121に出力する。また、
遅延回路112は有効シンボル期間だけ遅延された信号
Q’を差分回路122に出力する。このように、信号
I’と信号Q’は、信号Iと信号Qから等しい遅延量
(有効シンボル期間)遅延されている。
Iと有効シンボル期間だけ遅延された信号I’との「差
分」をとる。ここで「差分」とは差の絶対値の積分演算
の出力を言うものとする。積分時間はガードインターバ
ルの長さ(Tg)である。これにより差分信号DIが加
算回路13に出力される。
いない信号Qと有効シンボル期間だけ遅延された信号
Q’との差分をとり、差分信号DQを加算回路13に出
力する。加算回路13は差分信号DI及びDQの和をと
り、出力する。
00の作用を図3に示す。図中、小文字のi及びqは、
受信信号が直交復調された同相成分と直交成分のそれぞ
れの系列であることを示す。
路121により、差分信号DIが生成される様子を示し
た概念図である。受信信号を直交復調した信号Iは図2
の概念図に示したものと同様である。尚、前述の通り図
2はアナログ信号のように記載しているが、本来は、図
2の波形は、1有効シンボル期間当りで数百乃至数千の
搬送波(キャリア)の数だけサンプリングしたデータか
ら成るディジタル信号である。
00に(a)に示す信号Iが入力されると、その信号は
遅延回路111と差分回路121に入力される。遅延回
路111からは、有効シンボル期間だけ遅延された信号
I’が差分回路121に出力される。差分回路121
は、遅延回路111からの信号I’と、遅延されていな
い元の信号Iとの差分(積分期間Tg)をとり、差分信
号DIを出力する。
1の末尾の一定期間、有効シンボルkの末尾の一定期
間、有効シンボルk+1の末尾の一定期間、…」と、遅
延された信号I’の「…、GIk-1、GIk、GIk+1、
…」とは同一であるので、この期間は瞬時の差の絶対値
は0である。よってTgだけ積分すれば、差分DIは信
号Iの「…、有効シンボルk−1の末尾、有効シンボル
kの末尾、有効シンボルk+1の末尾、…」(信号I’
の「…、GIk-1の末尾、GIkの末尾、GIk+1の末
尾、…」)においてのみ確実に0である。
有効シンボルk−1の末尾の一定期間、有効シンボルk
の末尾の一定期間、有効シンボルk+1の末尾の一定期
間、…」を部分的に積分期間に含む場合は、差の絶対値
が確実に0となる部分と、0でない可能性の有る部分を
含むことになるので、差分信号は「…、有効シンボルk
−1の末尾、有効シンボルkの末尾、有効シンボルk+
1の末尾、…」(信号I’の「…、GIk-1の末尾、G
Ikの末尾、GIk+1の末尾、…」)を中心とするピーク
を示すこととなる。信号Iの「…、有効シンボルk−1
の末尾の一定期間、有効シンボルkの末尾の一定期間、
有効シンボルk+1の末尾の一定期間、…」を全く積分
期間に含まない場合は、差の絶対値が確実に0となる部
分は無く、0でない可能性の有る部分ばかりを含むこと
になるので、差分信号は大きな正の値をとる。
差分DQは信号Qの「…、有効シンボルk−1の末尾、
有効シンボルkの末尾、有効シンボルk+1の末尾、
…」(信号Q’の「…、GIk-1の末尾、GIkの末尾、
GIk+1の末尾、…」)にてピークを示す。図3の
(a)に示すDIのピークと、図3の(b)に示すDQ
のピークは当然同一時刻である。
に示すDQを加算した信号は図3の(c)に示すものと
なることが理解できる。図3の(a)に示すDI、又は
図3の(b)に示すDQの同期信号たるべきピークの一
部に弱いものがあったとしても、図3の(c)のDI+
DQにおいては十分大きなピークが形成されることが期
待できる。よって、あるしきい値を設定して、そのしき
い値より差分が大きくなった時刻を同期時刻とすること
ができる。このように、時間的にシンボルが変化しても
確実に同期信号を出力できる。
られた結果を図4に示す。有効シンボル長256に対し
てガードインターバルを32とし、キャリア数を25
6、キャリアの変調方式を差動4相位相変調(DQPS
K)とし、S/N比は無限大とした。
的な一実施例に係るOFDM受信装置用同期回路100
の、差分回路121及び加算回路13の、2つの出力信
号を示したものである。差分回路121の出力信号DI
から、同期信号が鮮明に読み取れることが判る。また、
加算回路14の出力信号DI+DQからは、同期信号が
より鮮明に読み取れることが判り、同期回路として確実
性が増したと理解できる。
よるシミュレーション結果であり、従来の同期回路であ
る、図6のOFDM受信同期回路900の出力信号(遅
延回路による相関値)Rを示したものである。相関値R
は、同期タイミング以外のところでもピークが現れ、同
期が混乱することが予想される。即ち、図4のシミュレ
ーションにおいて、本発明に係るOFDM受信装置用同
期回路100は、従来の同期回路よりもより鮮明且つ確
実な同期信号が得られることが理解される。
係るOFDM受信装置用同期回路100は、従来の同期
回路の出力において同期タイミング以外のタイミングで
同程度の振幅のピークが現れて同期が混乱する場合で
も、鮮明且つ確実な同期信号を得ることができる。
同期回路100の遅延回路111及び112が2つの遅
延遮断を構成し、差分回路121及び122が2つの信
号差演算手段及び2つの絶対差演算手段を構成し、加算
回路13が加算手段を構成する。
分回路121及び122、加算回路13はすべてディジ
タル演算回路であり、OFDM受信装置用同期回路10
0を単一のDSP(ディジタルシグナルプロセッサ)、
又はCPUで構成しても良い。
体的な一実施例である、OFDM受信装置200の構成
を示す。OFDM受信装置200は、その内部構造に、
上述のOFDM受信装置用同期回路100を組み込んだ
他は既知の回路構成となっている。
帯域濾波回路(BPF)202により所定帯域の信号が
抽出される。発振回路203により受信した搬送波と位
相同期した発振信号が生成され、直交検波回路205に
は直接、直交検波回路206にはπ/2移相回路204
を通して移相された後入力され、帯域濾波回路(BP
F)202を通過した受信信号と混合検波される。直交
検波回路205及び206の出力(復調信号)は低域濾
波回路(LPF)207、208にてそれぞれ濾波さ
れ、アナログ/ディジタル変換回路210、211にて
発振回路209によるクロック周波数でディジタル信号
に変換される。アナログ/ディジタル変換回路210及
び211の出力信号をそれぞれ信号Q、信号Iとする。
期回路100に送られる。OFDM受信装置用同期回路
100の作用は上述の通りである。出力信号(同期信
号)はタイミング回路217及びクロック制御回路21
8に出力される。
信装置用同期回路100の同期信号と同期した2値信号
がガードインターバル(GI)除去回路212に出力さ
れる。この2値信号は、ガードインターバル(GI)
と、有効シンボルに対応したもので、例えばガードイン
ターバル(GI)の期間は0、有効シンボルの期間は1
を出力するようになっている。ガードインターバル(G
I)除去回路212はこの2値信号に対応して信号I及
び信号Qから各々ガードインターバルを除去し、有効シ
ンボルを取り出す。
2の出力は直並列変換回路(Serial/Parallel変換回
路)213に出力され、高速フーリエ変換回路(Fast F
ourierTransform回路)214に出力される。高速フー
リエ変換回路(FFT)214は発振回路209による
クロック周波数で高速フーリエ変換を行い、その出力を
並直列変換回路(Parallel/Serial変換回路)215に
て周波数軸上のサンプリングデータ列(復調信号列)と
し、シンボル識別回路216で伝送された情報が再生さ
れる。
装置用同期回路100の出力から、クロック制御回路2
18を通して発振回路209によるクロックを制御す
る。その際、クロック制御回路218の出力は低域濾波
回路(LPF)219、ディジタル/アナログ変換回路
220を通して発振回路209に入力される。
上述のOFDM受信装置用同期回路100の作用に関す
るシミュレーションから理解される通り、従来のOFD
M受信装置に比し、ガードインターバル除去のための同
期信号がより鮮明且つ確実なものであるので、有効シン
ボルを取り出す精度が向上したOFDM受信装置であ
る。
FDM受信装置用同期回路100として直交復調された
同相成分(I成分)及び直交成分(Q成分)のそれぞれ
の差分信号の和をとる構成としたが、同相成分(I成
分)及び直交成分(Q成分)のいずれか一方の差分信号
のみから同期信号を得る同期回路の構成としても良い。
即ち、図1で、遅延回路112、差分回路122、及び
加算回路13を省略した遅延回路111及び差分回路1
21から成る構成とし、同相成分(I成分)の差分のみ
を検出する構成としても同期回路として作用することは
図4の(a)のシミュレーション結果から明らかであ
る。当然、図1で、遅延回路111、差分回路121、
及び加算回路13を省略した遅延回路112及び差分回
路122から成る構成とし、直交成分(Q成分)の差分
のみを検出する構成としても同期回路として作用する。
ドインターバルの長さ(Tg)に設定したが、略Tg以
下の長さであれば任意で良い。
演算手段として、直交復調された信号とその遅延信号と
の差分(差の絶対値の積分)をとったが、積分は差の絶
対値に限定されない。直交復調された信号とその遅延信
号との差の平方、その他差の絶対値に関連する量であれ
ば良い。
たか、符号を多数の搬送波で変調するマルチキャリア方
式に適用できる。更に、上記実施例では回路構成は全て
ディジタル回路で構成したが、アナログ回路で構成して
も、またアナログ回路及びディジタル回路の混在する構
成としても良い。
信装置用同期回路100の構成を示したブロック図。
信装置が受信するOFDM信号の、有効シンボルとガー
ドインターバル(GI)を示した概念図。
信装置用同期回路100の作用を示す、(a)は同相成
分(I成分)の信号、その遅延信号、及びそれらの差分
を示した概念図、(b)は直交成分(Q成分)の信号、
その遅延信号、及びそれらの差分を示した概念図、
(c)は(a)及び(b)の2つの差分の和を示した概
念図。
信装置用同期回路100の作用をシミュレーションし
た、(a)は同相成分(I成分)の差分、(b)は同相
成分(I成分)の差分と直交成分(Q成分)の差分の
和、をそれぞれ示したグラフ図、(c)は従来のOFD
M受信同期回路900の出力である相関値を示したグラ
フ図。
信装置200の構成を示したブロック図。
ブロック図。
示す、同相成分(I成分)の信号、その遅延信号、及び
それらの相関値を示した概念図。
Claims (4)
- 【請求項1】 有効シンボルと、有効シンボルの一部を
複写したガードインターバルとからなる信号から、有効
シンボルを取り出すための同期信号を発生させるマルチ
キャリア受信装置用同期回路において、 受信信号から直交復調された同相成分及び直交成分の少
なくとも一方の信号について、 前記信号を有効シンボル期間だけ遅延させる遅延手段
と、 前記遅延手段により遅延された信号と、遅延されていな
い前記信号との差を求める信号差演算手段と、前記信号差演算手段の出力する瞬時の差の絶対値を求
め、それを所定時間積分又は所定時間加算する 絶対差演
算手段と、 から構成され、前記絶対差演算手段の出力が0或いは極
小となるところを同期信号として検出することを特徴と
するマルチキャリア受信装置用同期回路。 - 【請求項2】 有効シンボルと、有効シンボルの一部を
複写したガードインターバルとからなる信号から、有効
シンボルを取り出すための同期信号を発生させるマルチ
キャリア受信装置用同期回路において、 受信信号から直交復調された同相成分及び直交成分の両
方の信号について、 前記同相成分及び直交成分の信号を有効シンボル期間だ
けそれぞれ遅延させる2つの遅延手段と、 前記2つの遅延手段により遅延された信号と、遅延され
ていない前記信号との差をそれぞれ求める2つの信号差
演算手段と、前記2つの信号差演算手段の出力する瞬時の差の絶対値
を各々求め、それを所定時間積分又は所定時間加算する
2つの絶対差演算手段と、前記2つの絶対差演算手段の出力 を加算する加算手段
と、 から構成され、前記加算手段の出力が0或いは極小とな
るところを同期信号として検出することを特徴とするマ
ルチキャリア受信装置用同期回路。 - 【請求項3】 前記所定時間が、前記ガードインターバ
ルの長さに略等しい長さ以下であることを特徴とする請
求項1又は2に記載のマルチキャリア受信装置用同期回
路。 - 【請求項4】 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に
記載のマルチキャリア受信装置用同期回路を備えたこと
を特徴とするマルチキャリア受信装置。
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