JP3592783B2 - 伝送路等化器 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
この発明は、例えば周波数間隔が伝送信号のシンボルレートの逆数に設定された直交周波数分割多重通信システムに用いられ、伝送路歪みを補正するための伝送路等化器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の伝送路等化器としては、インダクタンス及びキャパシタンスにより格子型回路を形成する方式が良く知られており、アナログ型等化器として各種通信方式に使用されている。
【0003】
近年では、ディジタル信号処理技術の発達により、係数乗算器と加算器で構成されるディジタルフィルタを用いて、対象とする信号のインパルス応答波形を補正することにより、所望の伝送特性を実現するディジタル型等化器が実用化されてきている。
【0004】
しかしながら、上記のいずれの方式も、周波数間隔が伝送信号のシンボルレートの逆数に設定された直交周波数分割多重通信システムに用いるような、補償すべき伝送路における歪みが大きい場合、回路が複雑かつ大規模になる。また、場合によっては等化を十分成し得ないという問題点を有している。
【0005】
具体的に、図3に上記伝送路等化器が利用される直交周波数分割多重(Orthaganal Frequency Division Multiplex 、以下OFDMと称する)通信システムの概念図を示して説明する。
【0006】
図3において、送信機T側の送信データ信号は端子1を介して直交並列変換器2に加えられる。この直交並列変換器2は送信データ信号を周波数領域の並列データ信号に変換するもので、変換された並列データ信号はOFDM変調器3に供給される。
【0007】
このOFDM変調器3は逆FFT(逆ファーストフーリエ変換)回路で構成され、直並列変換器2からの周波数領域の並列データ信号を逆フーリエ変換することで、時間領域の信号を生成し、OFDM変調信号として出力する。このOFDM変調信号は時間領域(マルチキャリア)の形式で受信機R側のOFDM復調器4に送られる。
【0008】
このOFDM復調器4は、送信機T側のOFDM変調器3とは逆の処理を行うFFT(ファーストフーリエ変換)回路で構成され、OFDM変調信号をフーリエ変換して周波数領域上の並列データ信号とする。この並列データ信号は、正常に伝送された場合には、当然のことながらOFDM変調器3の入力の並列データ信号と一致している。この並列データ信号は並列直列変換器5で元のデータ信号として再生され、受信データ信号として出力される。
【0009】
図4に時間領域に変換されたOFDM変調信号の概念と周波数スペクトルとの関係を示す。図中の有効シンボル長tsとは、周波数領域に変換された並列データ信号のシンボル長さを表している。
【0010】
前記OFDM変調器3において、個々の周波数の間隔を有効シンボル長tsの逆数(=1/ts:キャリア周波数間隔)となるように逆フーリエ変換を行えば、図4に示すように、隣接する周波数スロットのスペクトルはちょうど隣接周波数のところでゼロとなる。すなわち、周波数チャンネル間干渉がゼロとなる通信システムを形成することができる。
【0011】
図4中のガードインターバル(Δ)とは、有効シンボル期間の間に設けたガード期間で、マルチパス信号が次に送られるシンボルにオーバーラップしないようにするためのものである。マルチパスの遅延時間がガードインターバル期間Δより短い場合、マルチパスによる伝送特性の劣化を大幅に軽減することができる。このため、伝搬条件が悪い地上ディジタル放送の伝送方式として有望視されている。
【0012】
ところで、図3はOFDM通信方式の一般的な概念を説明するための図であり、実際の送受信機の回路構成は若干異なっている。図5(a)、(b)にそれぞれ一般的なOFDM変復調方式による送信機T、受信機Rの構成を示す。
【0013】
まず、送信機Tにおいて、端子11より加えられた送信データ信号は、データ/シンボル変換器12に入力され、各搬送周波数信号を変調する直交2軸、すなわち同相信号(I軸信号)及び直交信号(Q軸信号)を表すPCM信号に変換される。
【0014】
これらのPCM信号は、シンボルマッピンク部13に入力され、それぞれ該当する周波数スロットに配置される。伝送路で生じるバースト誤りを分散させるためのインターリーブや、受信機Rの同期のための同期信号付加もシンボルマッピング部13で行われる。
【0015】
シンボルマッピング部13で所定の周波数スロット、時間スロットに配置されたPCM信号は、逆FFT回路14にて処理される順序に従って、シンボルマッピング部13から逆FFT回路14に供給される。
【0016】
図3においては、直交並列変換器2とOFDM変調器(逆FFT)3の間は複数の並列データ信号の信号線で接続される形で示されているが、実際の回路では、図5(a)に示すように、同相及び直交の2種類の信号が逆FFTされる順序に従って直列に逆FFT回路14に供給されるようになっている。
【0017】
逆FFT回路14のI,Q出力は、それぞれ図4に示した直交周波数分割多重信号を時間領域に変換した形式となっており、D/A変換器15a,15bでアナログ信号に変換された後、直交変調器16に供給される。
【0018】
この直交変調器16はキャリア発生器161で発生される中心周波数f0のキャリア信号を分配器162で0°と90°の信号に分配し、それぞれ乗算器163,164でI信号、Q信号と乗算処理した後、加算器165で加算処理することで、中心周波数f0のOFDM変調信号を生成する。このOFDM変調信号は送信出力として受信機Rに送出される。
【0019】
一方、受信機Rにおいて、送信機TからのOFDM変調信号は直交復調器17に供給される。この直交復調器17は、OFDM変調信号を分配器171で2系統に分配し、後述の同期再生信号を分配器172で2系統に分配し、各分配出力同士を乗算器173,174で乗算処理することで、同相信号(I)及び直交信号(Q)の2種類の時間領域複素ベースバンド信号に変換する。
【0020】
これらのI,Q信号は、ディジタル信号処理を行うため、A/D変換器18a,18bでI,Q成分別のPCM信号に変換された後、FFT処理部19に供給される。
【0021】
このFFT処理部19は時間領域の複素ベースバンド信号を周波数領域の信号に変換するもので、ここで処理されたI,Q信号はシンボルデマッピング部20に供給される。
【0022】
このシンボルデマッピング部20は、シンボルマッピング部13とちょうど逆の動作を行う回路で、マッピングされた周波数領域の信号より、送信側のシンボル列に対応するI,Qシンボル列を復号する。復号されたI,Qシンボル列は、シンボル/データ変換器21で受信データ信号として復調され、端子22から出力される。
【0023】
尚、同期再生回路23は、FFT処理部19の入出力及びシンボルデマッピング部20で抽出される同期用の基準シンボルを用いて、受信信号の中心周波数に位相同期した搬送波を再生する回路である。
【0024】
以上、一般的なOFDM変復調方式の構成を説明したが、伝送路に挿入されるフィルタや周波数特性を有する機器の影響を等化器を用いて補償する従来の方法としては、(1)ディジタル処理によりベースバンドで補償する方式、(2)アナログ処理によりOFDM変調信号の段階で補償する方式が考えられている。
【0025】
(1)の方式では、図6(a)に示すように、逆FFT回路14の出力側に伝送路等化器としてディジタルフィルタ24を挿入して行う。(2)の方式では、図6(b)に示すように、直交変調器16の出力側にアナログ処理による伝送路等化器25を挿入して行う。
このように、従来方式の伝送路等化器では、いずれも時間領域で補償を行うため、等化性能に限界があり、かつ回路規模が大きくなるという問題がある。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、例えば直交周波数分割多重信号の伝送路歪みの等化を行う従来方式の伝送路等化器では、アナログ方式、ディジタル方式のいずれの方式であっても、回路が大規模かつ高価になる、歪みが大きい場合は十分な等化が成し得ない等の問題が生じている。
【0027】
そこで本発明は上記の課題を解決すべくなされたもので、補償すべき伝送路における歪みが大きい場合でも、簡易な回路構成で、確実に等化補償を実現可能な伝送路等化器を提供することを目的とする。
【0028】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために本発明は、被伝送信号を周波数間隔がシンボルレートの逆数となるように互いに直交する周波数成分の第1、第2の信号に分割する信号分割手段と、この手段で分割された第1、第2の信号を時間軸領域の信号に変換して第3、第4の信号として出力する周波数−時間軸領域変換手段と、この手段で変換された第3、第4の信号で互いに直交する周波数の搬送波を変調して多重化する直交多重手段とを備える直交周波数分割多重通信用変調装置に用いられ、予め前記被伝送信号の伝送路に内在する周波数特性に応じた補正係数が格納される補正係数記憶部と、前記被伝送信号の伝送時に前記補正係数記憶部から順次補正係数を読出し制御する読出し制御部と、前記信号分割手段から出力される第1、第2の信号を入力して前記補正係数記憶部から導出される補正係数を乗算し、その乗算結果を前記周波数−時間軸領域変換手段に導出する乗算部とを具備するように構成したものである。
【0029】
または、被伝送信号を周波数間隔がシンボルレートの逆数となるように互いに直交する周波数成分の第1、第2の信号に分割する信号分割手段と、この手段で分割された第1、第2の信号を時間軸領域の信号に変換して第3、第4の信号として出力する周波数−時間軸領域変換手段と、この手段で変換された第3、第4の信号で搬送波を振幅・位相変調して多重化する振幅・位相変調多重手段とを備える周波数分割多重通信用変調装置に用いられ、予め前記被伝送信号の伝送路に内在する周波数特性に応じた補正係数が格納される補正係数記憶部と、前記被伝送信号の伝送時に前記補正係数記憶部から順次補正係数を読出し制御する読出し制御部と、前記信号分割手段から出力される第1、第2の信号を入力して前記補正係数記憶部から導出される補正係数を乗算し、その乗算結果を前記周波数−時間軸領域変換手段に導出する乗算部とを具備するように構成したものである。
【0030】
【作用】
上記構成による伝送路等化器では、直交変調方式あるいは振幅・位相変調方式による周波数分割多重通信用変調装置に用いる場合に、予め被伝送信号の伝送路に内在する周波数特性を測定して、その補正係数を補正係数記憶部に格納しておき、被伝送信号の伝送時に補正係数記憶部から順次補正係数を読出して信号分割手段から出力される第1、第2の信号に掛けることで伝送路周波数特性を補正し、その補正結果を周波数−時間軸領域変換手段に導出することで、周波数領域の段階で伝送路周波数特性に起因する歪み成分の補正を行う。
【0031】
【実施例】
以下、図1及び図2を参照して本発明の一実施例を詳細に説明する。尚、図2において、図5(a)と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分を中心に述べる。
【0032】
図1は本発明に係る伝送路等化器の構成を示すもので、図2は本発明に係る伝送路等化器を使用したOFDM送信機の構成を示すものである。
図2において、31は本発明の伝送路等化器31である。この伝送路等化器31は周波数領域上での補正を行うため、図2に示すようにシンボルマッピング部13と逆FFT回路14の間に挿入される。
【0033】
シンボルマッピング部13は、前述したように時間スロットと周波数スロットのマトリックスで表現される一対のPCM信号をシリアルに出力する。したがって、これらのPCM信号はそれぞれI(m,n)、Q(m,n)と表現することができる。但し、mは周波数スロット番号を、nは時間スロット番号を指定する整数である。
逆FFT回路14は、各時間スロット毎に(1)式で与えられる逆フーリエ変換された信号を出力する。
【0034】
【数1】
【0035】
上式中、Δfは周波数スロットの間隔を示し、有効シンボル長tsの逆数1/tsとして与えられる。
ここで、伝送路の周波数特性が平坦ではなく、振幅及び位相の周波数特性がそれぞれA(f)、θ(f)と与えられた場合、m番目の周波数スロットにおける同相及び直交成分の歪みは次のように与えられる。
【0036】
【数2】
【0037】
したがって、上記歪み成分が既知の場合、本発明の伝送路等化器31によって(3)式に示すような変換を行うことにより、伝送路歪みA(f)及びθ(f)を補償することができる。
【0038】
【数3】
【0039】
(3)式からわかるように、逆FFT回路14の入力をI(m,n)、Q(m,n)からそれぞれI(m,n)/ΔI(m)、Q(m,n)/ΔQ(m)に置き換えれば、伝送路歪みの等化を行うことができる。
【0040】
伝送路歪みは、ネットワークアナライザやスペクトラムアナライザ等を用いて容易に測定することが可能である。
上記伝送路等化器31は、具体的には図1に示すように構成される。図1において、シンボルマッピング部13からのPCM信号I(m,n)、Q(m,n)は乗算器311に入力される。
【0041】
また、この等化器31はROM312を備えている。このROM312は前述の測定機を用いて測定した周波数スロット番号mに対応する伝送路歪み((2)式)の補正係数を予め格納しておくもので、アドレス制御カウンタ313からのアドレス信号に従って順次補正係数を読出し出力する。
【0042】
このROM312から読み出された補正係数は乗算器311に送られ、入力PCM信号と乗算される。すなわち、乗算器311は、入力PCM信号I(m,n)、Q(m,n)とROM312から読み出された補正係数1/ΔI(m),1/ΔQ(m)との乗算を行い、補正された周波数領域の信号I(m,n)/ΔI(m),Q(m,n)/ΔQ(m)を逆FFT回路14に出力する。
【0043】
以上説明したように、本発明の伝送路等化器31は、乗算器311と補正係数格納用のROM312とアドレス制御用カウンタ313のみで構成可能であり、安価でかつ簡易な構成の等化器を提供することができる。
【0044】
また、(3)式から容易にわかるように、原理的には任意の歪みの補正が可能であり、極めて高性能な伝送路等化器を提供することができる。
尚、上記実施例では直交変調方式による送信機に適用した場合について説明したが、振幅・位相変調方式でも、周波数領域上での補正に同様に適用可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形しても同様に実施可能である。
【0045】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、補償すべき伝送路における歪みが大きい場合でも、簡易な回路構成で、確実に等化補償を実現可能な伝送路等化器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る伝送路等化器の一実施例の構成を示すブロック回路図である。
【図2】本発明に係る伝送路等化器を用いたOFDM送信機の構成を示すブロック回路図である。
【図3】従来より伝送路等化器が利用される直交周波数分割多重通信システムの概念を示すブロック回路図である。
【図4】時間領域に変換されたOFDM変調信号の概念と周波数スペクトルとの関係を示すタイミング波形図である。
【図5】一般的なOFDM変復調方式による送信機及び受信機の構成を示すブロック回路図である。
【図6】OFDM変調方式による送信機に伝送路等化器を利用した従来の構成を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
1…入力端子
2…直交並列変換器
3…OFDM変調器(逆FFT回路)
4…OFDM復調器(FFT回路)
5…並列直列変換器
11…入力端子
12…データ/シンボル変換器
13…シンボルマッピンク部
14…逆FFT回路
15a,15b…D/A変換器
16…直交変調器
161…キャリア発生器
162…分配器
163,164…乗算器
165…加算器
17…直交復調器
171,172…分配器
173,174…乗算器
18a,18b…A/D変換器
19…FFT処理部
20…シンボルデマッピング部
21…シンボル/データ変換器
22…出力端子
23…同期再生回路
24…ディジタルフィルタ
25…伝送路等化器
31…伝送路等化器
311…乗算器
312…補正係数格納用ROM
313…アドレス制御用カウンタ
Claims (4)
- 被伝送信号を周波数間隔がシンボルレートの逆数となるように互いに直交する周波数成分の第1、第2の信号に分割する信号分割手段と、この手段で分割された第1、第2の信号を時間軸領域の信号に変換して第3、第4の信号として出力する周波数−時間軸領域変換手段と、この手段で変換された第3、第4の信号で互いに直交する周波数の搬送波を変調して多重化する直交多重手段とを備える直交周波数分割多重通信用変調装置に用いられ、
予め前記被伝送信号の伝送路に内在する周波数特性に応じた補正係数が格納される補正係数記憶部と、
前記被伝送信号の伝送時に前記補正係数記憶部から順次補正係数を読出し制御する読出し制御部と、
前記信号分割手段から出力される第1、第2の信号を入力して前記補正係数記憶部から導出される補正係数を乗算し、その乗算結果を前記周波数−時間軸領域変換手段に導出する乗算部とを具備する伝送路等化器。 - 被伝送信号を周波数間隔がシンボルレートの逆数となるように互いに直交する周波数成分の第1、第2の信号に分割する信号分割手段と、この手段で分割された第1、第2の信号を時間軸領域の信号に変換して第3、第4の信号として出力する周波数−時間軸領域変換手段と、この手段で変換された第3、第4の信号で搬送波を振幅・位相変調して多重化する振幅・位相変調多重手段とを備える周波数分割多重通信用変調装置に用いられ、
予め前記被伝送信号の伝送路に内在する周波数特性に応じた補正係数が格納される補正係数記憶部と、
前記被伝送信号の伝送時に前記補正係数記憶部から順次補正係数を読出し制御する読出し制御部と、
前記信号分割手段から出力される第1、第2の信号を入力して前記補正係数記憶部から導出される補正係数を乗算し、その乗算結果を前記周波数−時間軸領域変換手段に導出する乗算部とを具備する伝送路等化器。 - 前記信号分割手段は、前記被伝送信号の同相成分と直交成分に分割することを特徴とする請求項1、2いずれか記載の伝送路等化器。
- 前記周波数−時間軸領域変換手段は、逆ファーストフーリエ変換回路で構成されることを特徴とする請求項1、2いずれか記載の伝送路等化器。
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