JP3678134B2 - Ofdm復調装置およびプログラム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、OFDM伝送方式を用いた通信システムにおけるOFDM復調装置およびプログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、地上波ディジタル放送やマルチメディア移動アクセス通信(MMAC:Multimedia Mobi1e Access Communication)システム等の研究が盛んに行われており、伝送方式として、直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)伝送方式が採用されている.このOFDM伝送方式は、送るべき情報を複数の搬送波(サブキャリア)に分割して送信するマルチキャリア伝送方式の一種である。サブキャリアの間隔は、各サブキャリアが干渉しない最小の間隔である直交周波数間隔であり、高い周波数利用効率を実現できる。
【0003】
このOFDM伝送方式の送受信機構成において、送信側では、送信ビット列をQPSKや16QAM等のサブキャリア変調によりシンボル化する。変調されたシンボルをサブキャリア数分に並列にし周波数軸上に配置する。この時、ある間隔で既知であるパイロット信号を挿入する。このパイロット信号により、送受信間の位相ずれである位相誤差を受信側で算出することが可能となる。その後、周波数軸上に配置されたシンボルを逆高速フーリエ変換し並直列変換して、時間領域の信号であるOFDM波形とし、波形のある部分をコピーして遅延波対策であるガードインターバルを付け加え、IF/RF処理をして送信する。
【0004】
受信側では、IF/RF処理した後、ガードインターバルを外し、直並列変換を行い、高速フーリエ変換を経て周波数領域の信号にする。この周波数領域の信号を用いて、伝搬路推定を行う等化処理をする。等化処理後に、位相ずれである位相誤差を補償する位相誤差補償処理を行う。この処理において、受信側に送信されたパイロット信号と同じパイロット信号が保持されているので、送信側で挿入されたパイロット信号と受信側に保持してあるパイロット信号を比較することで送受信間の位相誤差を算出し、この位相誤差より位相誤差補償値を算出する。この位相誤差補償値を用いてデータの位相誤差を補償する。
【0005】
このようなOFDM伝送の送受信機構成が、特開平2000−49747号公報に記載されている。この公報に記載された復調装置では、送受信間の位相誤差を算出する際に、送信された複素数のパイロット信号と受信側に保持してある複素数のパイロット信号の複素共役数とを乗算し、得られた複素数C=(i,q)から逆正接arctan(q/i)により、実数である位相誤差を算出し、この位相誤差から位相誤差補償値を算出して、データキャリアの位相誤差を補償している。そして、位相補償されたデータをサブキャリア復調して、受信ビット列を得ている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術では、送信された複素数のパイロット信号と受信側に保持してある複素数のパイロット信号の複素共役数との乗算によって得られた複素数C=(i,q)から、逆正接arctan(q/i)を用いて、実数である位相誤差を算出し、この位相誤差から位相誤差補償値を算出するようにしている。このように逆正接arctan(q/i)を用いると、分母のiが0となる特別な場合における処理方法や、ハードウェア化の際に逆正接arctan関数の実現方法等を考慮する必要があり、手間がかかる。
【0007】
本発明は、逆正接arctan関数を用いることなく、複素演算のみにより位相誤差補償値を得て、データキャリアの位相を補償することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、受信したOFDM信号について高速フーリエ変換処理した後の信号からデータキャリアを抽出する手段と、
前記信号からパイロットキャリアを抽出する手段と、
前記抽出されたパイロットキャリアを、記憶手段に予め記憶されたパイロットキャリアで複素除算して、各々のパイロットキャリアに対する位相誤差を算出する手段と、
前記各々のパイロットキャリアに対する位相誤差に基づいて複素数である位相誤差補償値を算出する手段と、
この位相誤差補償値により前記抽出されたデータキャリアを複素除算して、データキャリアの位相を補償する手段とを有するOFDM復調装置を特徴としている。
【0009】
この発明によれば、逆正接arctan関数を用いることなく、複素演算のみによって位相誤差補償値を得、これによってデータキャリアの位相を補償することができる。
【0010】
上記した位相誤差補償値を算出する手段としては、前記各々のパイロットキャリアに対する位相誤差を複素加算する手段と、前記複素加算された位相誤差を正規化する手段とを有して構成することができる。
【0011】
この場合、請求項2に記載の発明のように、前記各々のパイロットキャリアに対する位相誤差をそれぞれ正規化する手段を有し、この正規化されたそれぞれの位相誤差を加算するようにすれば、各々のパイロットキャリアに対する位相誤差の振幅成分が異なる通信環境下においても、精度よくデータキャリアの位相誤差を補償することができる。
【0012】
また、請求項3、4に記載の発明は、請求項1、2に記載の発明をコンピュータで実現するためのプログラムを特徴としている。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1に、本発明の一実施形態に係るOFDM復調装置の構成を示す。このOFDM復調装置は、アンテナ1、受信部2、A/D変換部3、ガードインターバル除去部4、FFT(高速フーリエ変換)部5、等化処理部6、位相誤差補償処理部7、およびサブキャリア復調部8などで構成されている。
【0014】
このOFDM復調装置において、アンテナ1では、伝搬路を通ってきたOFDM信号を受信する。受信部2では、アンテナ1が受信したOFDM信号についてRF/IF処理、タイミング再生処理等を行い、ベースバンドのOFDM信号を得る。A/D変換部3では、アナログ信号をディジタル信号に変換する。ガードインターバル除去部4では、マルチパス対策のために付加されている冗長の区間を除去する。FFT部5では、時間領域の信号を周波数領域の信号に変換する。等化処理部6では、伝搬路推定を行う等化処理をする。位相誤差補償処理部7では、位相雑音等による位相誤差を算出し、この位相誤差から位相誤差補償値を算出し、シンボルの位相誤差を補償する。サブキャリア復調部8では、位相誤差補償処理部7で補償されたシンボルを復調し、ディジタルデータ列を得る。
【0015】
図2に、上記した位相誤差補償処理部7の構成を示す。この位相誤差補償処理部7は、データ抽出部71、パイロット抽出部72、メモリ73、位相誤差算出部74、位相誤差補償値算出部75、および位相誤差補償部76から構成されている。
【0016】
FFT部5で周波数領域の信号に変換されたFFT処理後の信号(図1の場合にはFFT部5から等化処理部6を介した信号)が、データ抽出部71とパイロット抽出部72に入力される。この入力信号は、図3に示すように、複数本の周波数領域の信号からなり、そのうちP1〜PNのN本がパイロットキャリアになっている。
【0017】
データ抽出部71では、入力信号からデータキャリアを抽出し、パイロット抽出部72では、入力信号からN本のパイロットキャリアを抽出する。記憶手段をなすメモリ73には、送信されたパイロットキャリアと同じパイロットキャリアが予め記憶されている。位相誤差算出部74では、パイロット抽出部72で抽出されたパイロットキャリアと、メモリ73に予め記憶されているパイロットキャリアとを比較し、N本のパイロットキャリアのそれぞれについて送受信間の位相誤差E1〜ENを算出する。この算出は、パイロット抽出部72で抽出されたパイロットキャリアを、メモリ73に予め記憶されているパイロットキャリアで複素除算することにより行われる。位相誤差補償値算出部75では、位相誤差算出部74で算出された位相誤差E1〜ENを複素数の形で受け、位相誤差補償値を算出し、複素数の形で位相誤差補償部76へ渡す。位相誤差補償部76では、位相誤差補償値算出部75で算出された位相誤差補償値によりデータキャリアを複素除算して、データキャリアの位相を補償する。
【0018】
図4に、上記した位相誤差補償値算出部75の構成を示す。位相誤差算出部74から複素数である位相誤差E1〜ENを受け取り、それぞれの振幅値を正規化処理部751−1〜751−Nで正規化する。正規化された位相誤差を複素加算部752で複素加算する。複素加算部752で加算された位相誤差を正規化処理部753で正規化する。正規化処理部753からの出力が位相誤差補償値となる。なお、上記した正規化処理部751−1〜751−Nと正規化処理部753は、それぞれ図5に示すように構成されている。
【0019】
この位相誤差補償値算出部75の処理を図6を用いて説明する。▲1▼に位相誤差算出部74からの位相誤差E1〜ENを複素平面上で示す。図に示すように、位相誤差E1〜ENは、それぞれ振幅成分(大きさ)と位相成分(角度)を持っている。この状態で複素加算をすると、振幅成分が含まれているので、位相成分のみを扱うことができない。このため、正規化処理部751−1〜751−Nで正規化処理を行い、振幅成分を1にして位相成分のみにする。▲2▼に正規化処理後の位相誤差E1〜ENを複素平面上で示す。そして、正規化処理した位相誤差E1〜ENを複素加算部752で複素加算する。N個の位相成分である位相誤差を複素加算することで、N個の位相誤差の平均値が算出される。▲3▼に複素加算後の状態を複素平面上で示す。複素加算部752で複素加算を行うと、振幅成分が発生する(大きさが1ではなくなる)。このため、正規化処理部753で正規化処理を行い、振幅成分を1にして位相成分(平均した位相誤差)のみにする。▲4▼に正規化処理後の複素平面上の状態を示す。正規化処理することで、位相成分(平均した位相誤差)のみとなる(振幅成分が1)。この複素数が位相誤差補償値であり、この補償値でデータキャリアの位相誤差を補償する。このように、正規化処理部753で正規化処理することによって、振幅成分が1になり、データキャリアの位相誤差のみを補償することができる。
【0020】
なお、上記した実施形態では、正規化処理部751−1〜751−Nで位相誤差E1〜ENをそれぞれ正規化するものを示したが、位相誤差E1〜ENの振幅値の変動が小さい場合は、位相誤差E1〜ENの正規化正を行わないようにしてもよい。この場合、例えば、正規化スイッチ754を設け、正規化処理部751−1〜751−Nで正規化を行うかどうかを選択できるようにしてもよい。
【0021】
また、上記した実施形態では、復調装置をハードウェアによって構成するものを示したが、コンピュータを用いて構成するようにしてもよい。この場合、上記した位相誤差補償処理部7の処理を図7のフローチャートで示すプログラムに従ってコンピュータに実行させることができる。このプログラムは、予め記録媒体(例えば、ROM)に記憶されたものとすることの他、プログラムの配信によって記録媒体に記憶されたものとすることができる。
【0022】
この図7に示すプログラムによりコンピュータが実行する処理について説明する。まず、FFT処理後の信号を入力し(ステップ101)、入力したデータからデータキャリアを抽出し(ステップ102)、また入力したデータからパイロットキャリアを抽出する(ステップ103)。そして、抽出したパイロットキャリアを、記憶手段をなすメモリに予め記憶したパイロットキャリアで複素除算して送受信間の位相誤差E1〜ENを算出する(ステップ104)。さらに、位相誤差E1〜ENを図4に示すのと同様の処理にて平均して位相誤差補償値を算出し(ステップ105)、この位相誤差補償値により先にステップ102で抽出したデータキャリアを複素除算して、データキャリアの位相を補償する(ステップ106)。
【0023】
なお、上記した実施形態において、複素除算は、結果的に複素除算されていればよく、例えば分子となる複素数と分母となる複素数の複素共役数とを乗算するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るOFDM復調装置の構成を示す図である。
【図2】図1中の位相誤差補償処理部7の構成を示す図である。
【図3】FFT部5で周波数領域の信号に変換されたFFT処理後の信号を示す図である。
【図4】図2中の位相誤差補償値算出部75の構成を示す図である。
【図5】図4中の正規化処理部751−1〜751−N、753の構成を示す図である。
【図6】図4に示す位相誤差補償値算出部75の処理を説明するための図である。
【図7】位相誤差補償処理部7をコンピュータで実現した場合のそのの処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1…アンテナ、2…受信部、3…A/D変換部、
4…ガードインターバル除去部、5…FFT(高速フーリエ変換)部、
6…等化処理部、7…位相誤差補償処理部、8…サブキャリア復調部、
71…データ抽出部、72…パイロット抽出部、73…メモリ、
74…位相誤差算出部、75…位相誤差補償値算出部、
76…位相誤差補償部、751−1〜751−N…正規化処理部、
752…複素加算部、753…正規化処理部、754…正規化スイッチ。
Claims (4)
- 受信したOFDM信号について高速フーリエ変換処理した後の信号からデータキャリアを抽出する手段と、
前記信号からパイロットキャリアを抽出する手段と、
前記抽出されたパイロットキャリアを、記憶手段に予め記憶されたパイロットキャリアで複素除算して、各々のパイロットキャリアに対する位相誤差を算出する手段と、
前記各々のパイロットキャリアに対する位相誤差に基づいて複素数である位相誤差補償値を算出する手段と、
この位相誤差補償値により前記抽出されたデータキャリアを複素除算して、データキャリアの位相を補償する手段とを有し、
前記位相誤差補償値を算出する手段は、前記各々のパイロットキャリアに対する位相誤差を複素加算する手段と、前記複素加算された位相誤差を正規化する手段とを有することを特徴とするOFDM復調装置。 - 前記位相誤差補償値を算出する手段は、前記各々のパイロットキャリアに対する位相誤差をそれぞれ正規化する手段を有し、前記複素加算する手段は、前記正規化されたそれぞれの位相誤差を加算することを特徴とする請求項1に記載のOFDM復調装置。
- 受信したOFDM信号について高速フーリエ変換処理した後の信号からデータキャリアを抽出する手段と、
前記信号からパイロットキャリアを抽出する手段と、
前記抽出されたパイロットキャリアを、記憶手段に予め記憶されたパイロットキャリアで複素除算して、各々のパイロットキャリアに対する位相誤差を算出する手段と、
前記各々のパイロットキャリアに対する位相誤差に基づいて複素数である位相誤差補償値を算出する手段と、
この位相誤差補償値により前記抽出されたデータキャリアを複素除算して、データキャリアの位相を補償する手段、としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
前記位相誤差補償値を算出する手段は、前記各々のパイロットキャリアに対する位相誤差を複素加算する手段と、前記複素加算された位相誤差を正規化する手段とを有することを特徴とするプログラム。 - 前記位相誤差補償値を算出する手段は、前記各々のパイロットキャリアに対する位相誤差をそれぞれ正規化する手段を有し、前記複素加算する手段は、前記正規化されたそれぞれの位相誤差を加算することを特徴とする請求項3に記載のプログラム。
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