JP3686546B2 - 受信装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受信装置に関し、特にOFDM方式の移動体通信に用いられる受信装置及びその同期獲得方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
OFDM方式は、将来、ATMで利用されると考えられている。ATMにおいては、同一局からの信号が1フレーム内に定期的に挿入されることが期待できないため、受信信号と受信信号を1シンボル遅延させた信号との最大相関値を検出する同期獲得方法に代わり、既知のパイロットシンボル又は専用の同期用シンボルとの最大相関値を検出する方法が提案されている。
【0003】
以下、図4から図7を用いて、従来提案されている受信装置及びその既知パターンを用いた同期獲得方法について説明する。図4(a)及び図4(b)は、それぞれOFDM方式の移動体通信におけるフレームフォーマットの一例を示す模式図であり、図5は、従来提案されている受信装置の概略構成を示す要部ブロック図であり、図6は、従来提案されている受信装置の相関器の概略構成を示す要部ブロック図であり、図7は、従来提案されている受信装置における相関値算出結果を示す模式図である。
【0004】
図4において、(a)、(b)はそれぞれフレームフォーマットの一例であり、図4(a)に示すフレームフォーマットは、AGC用シンボル401と、位相基準シンボル402と、ガード区間403と、有効シンボル404と、から構成される。ここで、位相基準シンボル402は、例えば、パイロットシンボルである。
【0005】
図4(b)に示すフレームフォーマットは、AGC用シンボル401と、同期用シンボル405と、位相基準シンボル402と、ガード区間403と、有効シンボル404と、から構成される。ここで、AGC用シンボル401の前半部分は同期用シンボル405の前半部分と同じ信号であり、AGC用シンボル401の後半部分は同期用シンボル405の後半部分を極性反転させた信号である。
【0006】
図5において、アンテナ501は、無線信号を受信し、A/D変換器502は、受信信号に対してA/D変換処理を行う。
【0007】
相関器503は、受信信号中の既知シンボルと予め保持する既知シンボルとの相関値を算出し、最大値検出部504は、算出された相関値の積算値が最大となるタイミングを検出し、後述するFFT回路505に出力する。相関器503については、後に詳述する。
【0008】
FFT回路505は、A/D変換処理後の受信信号に対して、FFT(高速フーリエ変換)処理を行い、復調部506が復調処理を行い、判定部507が判定を行って、復調信号を得る。
【0009】
次いで、図6を用いて、相関器503について詳述する。図6において、IFFT(逆高速フーリエ変換)回路601は、予め保持する既知シンボルに対してIFFT処理を行い、硬判定部602は、IFFT処理後の各信号に対して硬判定を行い、1ビットから成る判定結果を後述する乗算器604にそれぞれ出力する。
【0010】
遅延回路603は、複数個設けられ、これらはカスケード接続され、入力されたA/D変換処理後の受信信号を一定時間遅延して次の段の遅延回路603に出力すると共に、遅延回路603に対応して設けられる乗算器604に出力する。
【0011】
乗算器604は、それぞれ、受信信号中の既知シンボル部分の信号のうち、遅延回路603における遅延時間分の信号が入力され、硬判定部602の出力ビットを乗ずる。
【0012】
加算器605は、遅延回路603及び乗算器604に対応して設けられ、各乗算器604の出力である相関結果の総和を演算し、最大値検出部504(図示せず)に出力する。
【0013】
図7に相関結果の一例を示す。図示するように、受信信号中の既知シンボルと予め保持する既知シンボルとの相関値の積算結果は、ガード区間の先頭において最大値を採り、同期を獲得することができる。
【0014】
このように、従来の受信装置は、受信信号中の既知シンボルと予め保持する既知シンボルとの相関を取ることによって、FFT処理開始タイミングとする同期タイミングを獲得する。
【0015】
又、予め保持する既知シンボルをIFFT処理後に硬判定してから乗算器に出力することにより、複数ビットから成るIFFT処理後の既知シンボルの代わりに、硬判定結果を表わす1ビットのみを乗算器における乗算処理に用いるため、演算量を減らすことができる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回路規模及び処理速度は乗算器における処理が支配的となるため、従来の受信装置においても回路規模が大きく、処理速度が遅いという問題が残る。
【0017】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、回路規模低減及び処理速度向上を図る受信装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明の骨子は、予め保持する既知シンボルをIFFT処理し硬判定した結果は「1」又は「−1」であることに鑑み、硬判定結果に基づいて、受信信号中の既知シンボルをそのまま又は極性反転させてから相関結果として出力することによって、乗算器を用いずに既知シンボルを用いた同期獲得を行うことである。
【0019】
ここで、従来の受信装置の乗算器においては、乗算器への入力信号をRX[mT]、既知シンボルをIFFT処理し硬判定した信号をrefk、とすると、相関値R(mT)は、
【数1】
Figure 0003686546
と表わすことができる。但し、ここで、nは相関器の積算サンプル数であり、mは整数、kは0からnまでの整数、である。
【0020】
ここで、refkは、「1」又は「−1」しか存在しないため、k=nにおける相関値は、refk=1の場合、
R(mT)=RX[mT]×refk=RX[mT] −▲1▼
となり、refk=−1の場合、
R(mT)=RX[mT]×refk=−RX[mT] −▲2▼
となる。
【0021】
したがって、相関値R(mT)は、入力信号RX[mT]そのままの値(式▲1▼)、又は、入力信号RX[mT]を極性反転させた値(式▲2▼)となるため、乗算器を用いなくても実現できる処理であることが判る。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の態様に係る受信装置は、既知信号を含むOFDM信号から前記既知信号を任意単位時間毎に抽出し、抽出された信号又はこの抽出された信号を極性反転させた信号のいずれかを選択的に出力する受信手段と、予め保持する前記既知信号と同一の信号に対して逆フーリエ変換処理を行い、この処理後の出力信号に対して硬判定を行い、この極性を有する硬判定結果に基づいて前記受信手段の出力を切り替える制御手段と、前記受信手段の出力を積算した結果が最大値を採るタイミングに基づいて受信信号に対するフーリエ変換処理を開始するフーリエ変換手段と、を具備し、前記制御手段は、硬判定結果の前記極性を判定し、前記極性が正であるときは前記抽出された信号を出力するように、前記極性が負であるときは前記抽出された信号を極性反転させた信号を出力するように、前記受信手段に切替を指示する構成を採る。
【0023】
この構成によれば、予め保持する既知シンボルをIFFT処理し硬判定した結果は「1」又は「−1」であることに鑑み、硬判定結果に基づいて、受信信号中の既知シンボルをそのまま又は極性反転させてから相関結果として出力するため、乗算器を用いずに既知シンボルを用いた同期獲得を行うことができ、回路規模低減及び処理速度向上を図ることができる。
【0024】
本発明の第2の態様に係る受信装置は、第1の態様において、前記受信手段及び前記制御手段は、前記既知信号及び前記硬判定結果をそれぞれ実像成分及び虚像成分に分けて処理を行い、前記受信手段の出力信号は、実像成分及び虚像成分の二信号から成る構成を採る。
【0025】
この構成によれば、複素演算を用いて相関値を算出するため、受信信号に位相回転が生じても正確に同期獲得することができる。
【0026】
本発明の第3の態様に係る受信装置は、第2の態様において、前記受信手段は、前記硬判定結果に基づいて、前記抽出された信号、前記抽出された信号を極性反転させた信号、又は、0信号、のいずれかを選択的に出力する構成を採る。
【0027】
この構成によれば、各相関値算出部が入力信号又は入力信号を極性反転させた信号以外に0信号も出力することができるため、相関値算出精度を向上させることができる。
【0028】
本発明の第4の態様に係る通信端末装置は、第1の態様から第3の態様のいずれかにおける受信装置を具備する構成を採る。
【0029】
この構成によれば、乗算器を用いずに既知シンボルを用いた同期獲得を行うことができるため、回路規模低減及び処理速度向上を図ることができる。
【0030】
本発明の第5の態様に係る基地局装置は、第4の態様における通信端末装置と無線通信を行う構成を採る。
【0031】
この構成によれば、乗算器を用いずに既知シンボルを用いた同期獲得を行うことができるため、回路規模低減及び処理速度向上を図ることができる。
【0032】
本発明の第6の態様に係る基地局装置は、第1の態様から第3の態様のいずれかにおける受信装置を具備する構成を採る。
【0033】
この構成によれば、乗算器を用いずに既知シンボルを用いた同期獲得を行うことができるため、回路規模低減及び処理速度向上を図ることができる。
【0034】
本発明の第7の態様に係る通信端末装置は、第6の態様における基地局装置と無線通信を行う構成を採る。
【0035】
この構成によれば、乗算器を用いずに既知シンボルを用いた同期獲得を行うことができるため、回路規模低減及び処理速度向上を図ることができる。
【0036】
本発明の第8の態様に係る同期獲得方法は、既知信号を含むOFDM信号から前記既知信号を任意単位時間毎に抽出し、抽出された信号又はこの抽出された信号を極性反転させた信号のいずれかを選択的に出力する受信工程と、予め保持する前記既知信号と同一の信号に対して逆フーリエ変換処理を行い、この処理後の出力信号に対して硬判定を行い、この極性を有する硬判定結果に基づいて前記受信工程の出力を切り替える制御工程と、前記受信工程の出力を積算した結果が最大値を採るタイミングに基づいて受信信号に対するフーリエ変換処理を開始するフーリエ変換工程と、を具備し、前記制御工程は、硬判定結果の前記極性を判定し、前記極性が正であるときは前記抽出された信号を出力するように、前記極性が負であるときは前記抽出された信号を極性反転させた信号を出力するように、前記受信工程に切替を指示するようにした。
【0037】
この方法によれば、予め保持する既知シンボルをIFFT処理し硬判定した結果は「1」又は「−1」であることに鑑み、硬判定結果に基づいて、受信信号中の既知シンボルをそのまま又は極性反転させてから相関結果として出力するため、乗算器を用いずに既知シンボルを用いた同期獲得を行うことができ、回路規模低減及び処理速度向上を図ることができる。
【0038】
本発明の第9の態様に係る同期獲得方法は、第8の態様において、前記受信工程及び前記制御工程は、前記既知信号及び前記硬判定結果をそれぞれ実像成分及び虚像成分に分けて処理を行い、前記受信工程の出力信号は、実像成分及び虚像成分の二信号から成るようにした。
【0039】
この方法によれば、複素演算を用いて相関値を算出するため、受信信号に位相回転が生じても正確に同期獲得することができる。
【0040】
本発明の第10の態様に係る同期獲得方法は、第9の態様において、前記受信工程は、前記硬判定結果に基づいて、前記抽出された信号、前記抽出された信号を極性反転させた信号、又は、0信号、のいずれかを選択的に出力するようにした。
【0041】
この方法によれば、各相関値算出部が入力信号又は入力信号を極性反転させた信号以外に0信号も出力することができるため、相関値算出精度を向上させることができる。
【0042】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0043】
(実施の形態1)
本実施の形態に係る受信装置は、乗算器を省いた構成で、既知シンボルを用いた相関値算出を実現するものである。
【0044】
以下、図1を用いて、本実施の形態に係る受信装置について説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る受信装置の相関器の概略構成を示す要部ブロック図である。なお、本実施の形態に係る受信装置全体の概略構成は、図5に示す要部ブロック図と同様であるため、省略する。
【0045】
図1において、IFFT回路101は、予め保持する既知シンボルに対してIFFT処理を行い、硬判定部102は、IFFT処理後の信号に対して硬判定を行い、1ビットから成る判定結果を後述する相関値算出部104それえぞれに出力する。
【0046】
遅延回路103は、複数個設けられ、これらはカスケード接続され、入力されたA/D変換処理後の受信信号を一定時間遅延して次の段の遅延回路103に出力すると共に、遅延回路103に対応して設けられる相関値算出部104に出力する。
【0047】
相関値算出部104は、極性反転器105と、硬判定部102の出力を切替制御信号とするセレクタ106と、から成る。相関値算出部104は、それぞれ、受信信号中の既知シンボル部分の信号のうち、遅延回路103における遅延時間分の信号が入力され、硬判定部102の出力ビットを乗じて相関値を算出した場合と同等の値を出力する。
【0048】
すなわち、セレクタ106は、硬判定部102の出力である硬判定結果に基づき、硬判定結果が「1」の時は、相関値算出部104への入力信号をそのまま相関値として出力し、硬判定結果が「−1」の時は、極性反転器105の出力である相関値算出部104への入力信号を極性反転させた信号を相関値として出力する。
【0049】
加算器107は、遅延回路103及び相関値算出部104に対応して設けられ、各相関値算出部104の出力である相関結果の総和を演算し、最大値検出部504に出力する。
【0050】
次いで、上記構成を有する装置の動作について説明する。
【0051】
予め保持された既知シンボルは、IFFT回路101によってIFFT処理され、硬判定部102によって硬判定され、各相関値算出部104のセレクタ106に出力される。
【0052】
A/D変換処理された受信信号は、各遅延回路103によって一定時間ずつ遅延され、この一定時間分の信号毎に相関値算出部104に出力される。
【0053】
相関値算出部104に入力した信号は、極性反転器105及びセレクタ106に入力される。極性反転器105の出力は、セレクタ106に入力される。セレクタ106への入力信号のうち、セレクタ106によって選択された方の信号は、加算器107に出力される。
【0054】
相関値算出部104の出力は、加算器107によって積算され、相関出力として最大値検出部504(図示せず)に出力される。
【0055】
このように、本実施の形態によれば、硬判定結果は常に「1」又は「−1」であることに鑑み、既知シンボルを用いた相関値算出を乗算器を用いない構成で実現するため、回路規模の低減と処理速度の向上を図ることができる。
【0056】
なお、遅延回路103、相関値算出部104及び加算器107の数は、任意であり、システム設計上自由に定めることができる。
【0057】
又、既知シンボルのパターンがシステム設計上固定されている場合、常に一定のパターンであるためセレクタ106によって切り替える必要がなくなり、各相関値算出部104は、不要、若しくは極性反転器105のみから成る構成とすることができる。更に、上記システム設計上固定パターンが用いられる場合、既知シンボルを予め保持する必要もなく、IFFT回路101及び硬判定部102も不要となる。
【0058】
(実施の形態2)
本実施の形態に係る受信装置は、実施の形態1と同様の構成を有し、但し相関値算出に複素演算を用いるものである。
【0059】
実施の形態1に示す同期獲得方法では、受信信号に位相回転が生じると、シンボル同期引き込み特性(同期獲得精度)が劣化する。そこで、本実施の形態では、複素演算を用いて、受信信号の位相回転による影響を受けないようにする。
【0060】
複素演算を用いる場合、相関結果の実像成分RI(mT)は、
I(mT)=RXI(mT)×refI,n+RXQ(mT)×refQ,n
と表わすことができ、相関結果の虚像成分RQ(mT)は、
Q(mT)=RXI(mT)×refQ,n−RXQ(mT)×refI,n
と表わすことができる。但し、ここで、RXI(mT)は相関算出部104への入力信号の実像成分を表わし、RXQ(mT)は、相関算出部104への入力信号の虚像成分を表わし、refI,nは、硬判定結果の実像成分を表わし、refQ,nは、硬判定結果の実像成分を表わす。
【0061】
以下、図2を用いて、本実施の形態に係る受信装置について説明する。図2は、本発明の実施の形態2に係る受信装置の相関器の相関値算出部の概略構成を示す要部ブロック図である。なお、実施の形態1と同様の構成には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
【0062】
図2に示す本実施の形態に係る相関値算出部104において、入力信号の実像成分(図中では(R)で示す)は、2つのセレクタによって、硬判定結果の実像成分(図中では(R)で示す)に基づき、そのまま又は極性反転されて、加算器201及び減算器202に出力される。
【0063】
同様に、入力信号の虚像成分(図中では(I)で示す)は、2つのセレクタによって、硬判定結果の虚像成分(図中では(I)で示す)に基づき、そのまま又は極性反転されて、加算器201及び減算器202に出力される。
【0064】
加算器201の出力は、算出された相関値の実像成分として加算器107(図示せず)に出力され、減算器202の出力は、算出された相関値の虚像成分として加算器107(図示せず)に出力される。加算器107(図示せず)は、相関値の実像成分及び虚像成分を個別に積算する。
【0065】
このように、本実施の形態によれば、複素演算を用いて相関値を算出するため、受信信号に位相回転が生じても正確に同期獲得することができる。
【0066】
(実施の形態3)
本実施の形態に係る受信装置は、実施の形態2と同様の構成を有し、但しセレクタの出力する信号に0信号を含めるものである。
【0067】
以下、図3を用いて、本実施の形態に係る受信装置について説明する。図3は、本発明の実施の形態3に係る受信装置の相関器の相関値算出部の概略構成を示す要部ブロック図である。なお、実施の形態2と同様の構成には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
【0068】
例えばQPSKにおいて、受信信号が位相回転を受け、受信シンボルが実軸上又は虚軸上に来た場合、硬判定結果に基づいて「1」又は「−1」に合わせると誤差が大きくなるという問題が生じる。
【0069】
そこで、本実施の形態においては、各相関値算出部104のセレクタは、0信号も出力できるようにする。
【0070】
図3において、セレクタ301は、硬判定結果に基づいて、0信号を出力することができるものとする。実際の回路では、0信号の出力は、切替出力を停止することによって実現される。0信号の出力は、既に述べたように、例えばQPSKにおいて、受信信号が位相回転を受け、受信シンボルが実軸上又は虚軸上に来た場合に行われる。
【0071】
このように、本実施の形態によれば、各相関値算出部が入力信号又は入力信号を極性反転させた信号以外に0信号も出力することができるため、相関値算出精度を向上させることができる。
【0072】
なお、QPSK以外の変調方式においても、セレクタの出力が3種類(入力信号、入力信号を極性反転させた信号、0信号)になったことで、2種類(入力信号、入力信号を極性反転させた信号)であった場合よりも相関値算出精度が向上する。
【0073】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、予め保持する既知シンボルをIFFT処理し硬判定した結果は「1」又は「−1」であることに鑑み、硬判定結果に基づいて、受信信号中の既知シンボルをそのまま又は極性反転させてから相関結果として出力することによって、乗算器を用いずに既知シンボルを用いた同期獲得を行うことができるため、回路規模低減及び処理速度向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る受信装置の相関器の概略構成を示す要部ブロック図
【図2】本発明の実施の形態2に係る受信装置の相関器の相関値算出部の概略構成を示す要部ブロック図
【図3】本発明の実施の形態3に係る受信装置の相関器の相関値算出部の概略構成を示す要部ブロック図
【図4】(a)OFDM方式の移動体通信におけるフレームフォーマットの一例を示す模式図
(b)OFDM方式の移動体通信におけるフレームフォーマットの一例を示す模式図
【図5】従来提案されている受信装置の概略構成を示す要部ブロック図
【図6】従来提案されている受信装置の相関器の概略構成を示す要部ブロック図
【図7】従来提案されている受信装置における相関値算出結果を示す模式図
【符号の説明】
101 IFFT回路
102 硬判定部
103 遅延回路
104 相関値算出部
105 極性反転器
106 セレクタ

Claims (8)

  1. 受信信号に含まれる既知信号又はこの既知信号を極性反転させた信号のいずれかを選択的に出力する選択手段と、
    予め保持する前記既知信号と同一の信号に対して逆フーリエ変換処理を行う逆フーリエ変換手段と、
    逆フーリエ変換処理後の信号に対して硬判定を行い、硬判定結果の極性を判定する判定手段と、
    前記選択手段の出力を積算した結果が最大値を採るタイミングに基づいて前記受信信号に対するフーリエ変換処理を開始するフーリエ変換手段と、を具備し、
    前記選択手段は、前記極性が正であるときは前記既知信号を出力し、前記極性が負であるときは前記既知信号を極性反転させた信号を出力する、
    ことを特徴とする受信装置。
  2. 前記選択手段及び前記判定手段は、前記既知信号及び前記硬判定結果をそれぞれ実像成分及び虚像成分に分けて処理を行い、前記選択手段の出力信号は、実像成分及び虚像成分の二信号から成る、
    ことを特徴とする請求項1記載の受信装置。
  3. 前記選択手段は、前記既知信号が実軸上又は虚軸上にある場合に0信号を出力する、
    ことを特徴とする請求項2記載の受信装置。
  4. 請求項1から請求項3のいずれかに記載の受信装置を具備することを特徴とする通信端末装置。
  5. 請求項1から請求項3のいずれかに記載の受信装置を具備することを特徴とする基地局装置。
  6. 受信信号に含まれる既知信号又はこの既知信号を極性反転させた信号のいずれかを選択的に出力する選択工程と、
    予め保持する前記既知信号と同一の信号に対して逆フーリエ変換処理を行う逆フーリエ変換工程と、
    逆フーリエ変換処理後の信号に対して硬判定を行い、硬判定結果の極性を判定する判定工程と、
    前記選択工程の出力を積算した結果が最大値を採るタイミングに基づいて前記受信信号に対するフーリエ変換処理を開始するフーリエ変換工程と、を具備し、
    前記選択工程において、前記極性が正であるときは前記既知信号を出力し、前記極性が負であるときは前記既知信号を極性反転させた信号を出力する、
    ことを特徴とする同期獲得方法。
  7. 前記選択工程及び前記判定工程において、前記既知信号及び前記硬判定結果をそれぞれ実像成分及び虚像成分に分けて処理を行い、前記選択工程の出力信号は、実像成分及び虚像成分の二信号から成る、
    ことを特徴とする請求項記載の同期獲得方法。
  8. 前記選択工程において、前記既知信号が実軸上又は虚軸上にある場合に0信号を出力する、
    ことを特徴とする請求項記載の同期獲得方法。
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