JP3691357B2

JP3691357B2 - Carrier arrangement method, transmission apparatus, and reception apparatus in orthogonal frequency division multiplexing transmission system

Info

Publication number: JP3691357B2
Application number: JP2000183502A
Authority: JP
Inventors: 哲臣池田; 政幸高田; 岡部　　聡; 一彦澁谷
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2000-06-19
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2020-06-19
Also published as: JP2002009724A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル信号の伝送方式に係わり、特に直交周波数分割多重伝送方式（ＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)伝送方式）におけるキャリアの配置方法、及び送信装置並びに受信装置に関する。
【０００２】
［発明の概要］
この発明は、直交周波数分割多重伝送方式（ＯＦＤＭ伝送方式）において、各キャリアの変調方式にＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなどの同期変調方式を用いる場合の伝送フレーム構成に関するもので、
復調基準となるパイロットキャリアを周波数方向には一定間隔で、かつ時間方向には連続で配置する伝送フォーマットを用いることにより、
１シンボルを単位として復調することが可能となり、時間方向の伝送路応答の変化に対する追随性を高め、移動受信のときに問題となるレイリーフェージングへの耐性を向上させたものである。
【０００３】
【従来の技術】
現在、地上デジタル放送の伝送方式として、ＩＳＤＢ−Ｔ(Integrated Services Digital Broadcasting - Terrestrial)と呼ばれるＯＦＤＭ伝送方式が規格化され、実用化に向けて検討が進められている。この伝送方式は、マルチパスやゴーストに対する耐性に優れ、移動受信も可能な方式として注目されている。
【０００４】
ＯＦＤＭ伝送方式は、図６に示すように、周波数方向で互いに直交する多数の搬送波（キャリア）を用いてデータを変調する伝送方式であり、各キャリアの変調方式には、ＤＱＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなどが用いられる。
【０００５】
時間方向には、図７に示す有効シンボルとガードインターバルにより構成される伝送シンボルを単位として伝送される。有効シンボルは、実際にデータを伝送する期間であり、ガードインターバルはマルチパスによる影響を軽減するための期間である。ガードインターバルは、有効シンボルの信号波形の一部を巡回的に繰り返したものである。
【０００６】
ＯＦＤＭ伝送方式では、図７に示す伝送シンボルを数十個から数百個程度集めて１つの伝送フレームを構成する。図８にＩＳＤＢ−Ｔ方式で用いられている伝送フレームの構成例を示す。この伝送フレームは、各キャリアの変調方式にＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなどの同期変調方式を用いる場合に適用されるもので、復調の際の基準となるパイロットキャリアとデータキャリアから構成される。なお、実際のＩＳＤＢ−Ｔ方式で用いられている伝送フレームには、伝送制御情報のＴＭＣＣ（Transmission and Multiplexing Configuration Control）キャリアや付加情報のＡＣ（Auxiliary Channel）キャリアが挿入されているが、復調処理には関係がないので図８では省略している。欧州の地上デジタルテレビ放送規格であるＤＶＢ−Ｔ（Digital Video Broadcasting- Terrestrial）方式においても、パイロットキャリアとデータキャリアの配置は図８と同様である。
【０００７】
図８の伝送フレームは、周波数方向および時間方向の２次元で表現されている。周波数方向にはキャリアが配置され、キャリア番号は0，1，2，…，K-1と表記されている。時間方向には伝送シンボルが配置され、伝送シンボル番号は0，1，2，…，L-1と表記されている。従って、この伝送フレームはキャリアがK本、伝送シンボルがL個から構成されている。
【０００８】
ここで、伝送シンボル番号を表すインデックスをl、ｐを非負整数とすると、パイロットキャリアが伝送される位置（図８の●の位置）のインデックスkは（１）式により決定される。
【０００９】
【数１】
k＝３×（l ｍｏｄ４）＋１２ｐ・・・（１）
【００１０】
従って、パイロットキャリアの配置は周波数方向には１２キャリアおきに、シンボルごとに３キャリアずつ右にシフトする構造となる。このように周波数方向と時間方向に分散して配置されるため、このパイロットキャリアはＳＰ（Scattered Pilot）と呼ばれている。
【００１１】
図９は、従来の直交周波数分割多重伝送方式に用いる受信装置の構成を示すブロック図である。次に、図９を用いて復調処理の手順を示す。ＦＦＴから出力された信号は、データ抽出部５１でデータ信号Drが取り出される。一方、パイロット抽出部５２ではパイロット信号Prが取り出される。パイロット信号Prは、その振幅および位相が既知の信号であり、第１複素除算回路５３により送信した元のパイロット信号（すなわち、既知パイロット発生部５４の出力Pt）で除算することによりパイロットキャリア位置の伝送路応答が求まる。この後、シンボル内挿回路５５およびキャリア内挿回路５６で構成される２次元フィルタにより内挿を行い、すべてのデータ位置（図８の◯の位置）の伝送路応答を求める。
【００１２】
２次元フィルタの信号処理をさらに詳しく説明する。ここでは、伝送路応答が時間的に緩やかに変化しているものと仮定する。この仮定は、固定受信をする場合やＵＨＦ帯以下の周波数において低速で移動受信する場合には妥当な条件である。この場合の２次元内挿処理としては以下のような方法が考えられる。
【００１３】
まず、シンボル内挿回路５５により時間方向に４シンボル離れている信号を内挿する。内挿手段としては、回路規模が小さくて済む０次内挿（時間方向にホールドして内挿する方法）がよく用いられる。０次内挿を用いても、伝送路応答の時間変化が緩やかな場合には、内挿による歪みが小さいため劣化はほとんど生じない。図１０にシンボル内挿した後のキャリア配置を示す。パイロットキャリア信号は、シンボル内挿する前は１２キャリアおきに配置されていたが、内挿処理によって３シンボルおきの配置となる。
【００１４】
次に、キャリア内挿回路５６によりデータ位置（図１０の◯の位置）の伝送路応答を求める。この内挿には、ＦＩＲフィルタで構成されるローパスフィルタ（ＬＰＦ）を用いることが多い。内挿処理にはホールド（データキャリア位置の伝送路応答を近接するパイロットキャリア位置の伝送路応答で置き換える内挿方法）や直線内挿も考えられるが、ＬＰＦを用いるのはゴーストが加わったときの信号劣化が小さいためである。この処理によって、すべてのキャリア位置の伝送路応答Hxを求めたことになる。
【００１５】
最後に、復調データDtは第２複素除算回路５７により受信したデータ信号Drをその位置の伝送路応答Hxで除算することにより得られる。
【００１６】
ここで、パイロットキャリアの配置とガードインターバル比の関係について考察する。上記キャリア内挿回路５６のＬＰＦの遮断特性を理想的なフィルタ特性と仮定し、遮断周波数をナイキスト周波数に設定すれば、キャリア内挿前のパイロットキャリア信号の配置は３シンボルおきになっているので、有効シンボル長をTeとするとTe/3までのゴースト遅延波に対する伝送路応答の内挿が可能である。ただし、ＯＦＤＭ伝送方式ではゴーストの遅延時間がガードインターバル長Tgを越える場合には、シンボル間干渉が発生して急激に特性が劣化する。従って、Te/3までのゴースト遅延波に対応するためにはガードインターバル長TgをTe/3に設定する必要がある。このときのガードインターバル比R（R=Tg/Te）は1/3となる。
【００１７】
パイロットキャリアを周波数方向と時間方向に分散して配置する方法は、シンボル内挿を行うことによりパイロットキャリアの挿入間隔を見かけ上小さくすることができ、遅延時間の大きいゴーストに対しても対応できるという特徴を有する。しかし、伝送路応答が時間的に緩やかに変化しているという前提のもとで復調するため、移動受信に関しては良い性能を期待できるものではない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の直交周波数分割多重伝送方式を用いる場合の伝送フレームにおいては、復調基準となるパイロットキャリアが時間方向には４シンボルおきに配置される構造となっている。このため、４シンボルの間で伝送路応答が変化しないか、あるいは変化の度合いが緩やかであることが前提条件となる。従って、受信形態としては固定受信もしくは低速の移動受信に限定されるという問題があった。
【００１９】
伝送路応答の変化に追随させる方法として、シンボル内挿に直線内挿を用いる方法が考えられるが、この方法では、内挿する期間分の受信データを保持するメモリ回路が必要となり回路規模が大きくなるという欠点がある。また、変化の度合いが大きい場合には内挿が不完全となり歪みが生じてしまうという問題がある。
【００２０】
本発明は上記の事情に鑑み、高速に移動する場合においても伝送路応答の変化に追随することが可能な伝送フレームを提供することを目的とし、しかも受信装置の内挿回路の規模が小さくて済む直交周波数分割多重伝送方式を実現することができるキャリアの配置方法、及び送信装置並びに受信装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために請求項１の発明は、互いに直交する複数の搬送波を用い、当該搬送波（キャリア）が復調基準となるパイロットキャリアとデータキャリアで構成されるキャリア構造を有してデータ伝送を行う直交周波数分割多重伝送方式において、伝送するキャリア数をK、伝送シンボルの有効シンボル長をTe、ガードインターバル長をTg、ガードインターバル長と有効シンボル長の比（以下、ガードインターバル比と呼ぶ）をR （ここで、R=Tg/Te）とし、ガードインターバル比の逆数(1/R)以下の最大整数をM

M以下の整数を Q として、 (K-1) が Q で割り切れ、 (K-1)/2 が Q で割り切れないように K と Q の値を決定し、復調の際の基準となるパイロットキャリアを端のキャリアからQ本ごとに一定間隔で配置し、かつ時間方向には連続で配置することを特徴としている。
【００２２】
請求項２の発明は、互いに直交する複数の搬送波を用い、当該搬送波（キャリア）が復調基準となるパイロットキャリアとデータキャリアで構成されるキャリア構造を有してデータ伝送を行う直交周波数分割多重伝送方式において、伝送するキャリア数を K 、伝送シンボルの有効シンボル長を Te 、ガードインターバル長を Tg 、ガードインターバル長と有効シンボル長の比（以下、ガードインターバル比と呼ぶ）を R （ここで、 R=Tg/Te ）とし、ガードインターバル比の逆数 (1/R) 以下の最大整数を M

M 以下の整数を Q として、 (K-1) が Q で割り切れ、 (K-1)/2 が Q で割り切れないように K と Q の値を決定し、復調の際の基準となるパイロットキャリアを端のキャリアから Q 本ごとに一定間隔で配置し、かつ時間方向には連続で配置するとともに、前記キャリア数 K のキャリア番号を 0 ， 1 ， 2 ，…， K-1 としたとき、全キャリアの中央のキャリア（すなわち、キャリア番号 (K-1)/2 ）を空きのキャリア（一切の情報を伝送しないキャリア）とすることを特徴としている。
【００２３】
請求項３の発明は、互いに直交する複数の搬送波を用い、当該搬送波（キャリア）が復調基準となるパイロットキャリアとデータキャリアで構成されるキャリア構造を有してデータ伝送を行う直交周波数分割多重伝送方式に使用される送信装置であって、データキャリア、パイロットキャリア、ＴＭＣＣキャリア、ＡＣキャリアの配置をフレーム構成パターンとして予め記憶する記憶手段と、記憶されたフレーム構成パターンに従って、データ、パイロット信号、ＴＭＣＣ信号、ＡＣ信号などの入力信号を切り替えるための制御信号を発生する制御信号発生手段と、前記制御信号に従って、前記入力信号を切り替え、データ、パイロット信号、ＴＭＣＣ信号、ＡＣ信号を予め決められたキャリア位置に挿入して伝送フレームを構成する伝送フレーム構成手段とを有し、前記フレーム構成パターンにおけるパイロットキャリアの配置は、伝送するキャリア数を K 、伝送シンボルの有効シンボル長を Te 、ガードインターバル長を Tg 、ガードインターバル長と有効シンボル長の比（以下、ガードインターバル比と呼ぶ）を R （ここで、 R=Tg/Te ）とし、ガードインターバル比の逆数 (1/R) 以下の最大整数を M

M 以下の整数を Q として、 (K-1) が Q で割り切れ、 (K-1)/2 が Q で割り切れないように K と Q の値を決定し、復調の際の基準となるパイロットキャリアを端のキャリアから Q 本ごとに一定間隔で配置し、かつ時間方向には連続で配置することを特徴としている。
【００２４】
請求項４の発明は、互いに直交する複数の搬送波を用い、当該搬送波（キャリア）が復調基準となるパイロットキャリアとデータキャリアで構成されるキャリア構造を有してデータ伝送を行う直交周波数分割多重伝送方式に使用される送信装置であって、データキャリア、パイロットキャリア、ＴＭＣＣキャリア、ＡＣキャリアの配置をフレーム構成パターンとして予め記憶する記憶手段と、記憶されたフレーム構成パターンに従って、データ、パイロット信号、ＴＭＣＣ信号、ＡＣ信号などの入力信号を切り替えるための制御信号を発生する制御信号発生手段と、前記制御信号に従って、前記入力信号を切り替え、データ、パイロット信号、ＴＭＣＣ信号、ＡＣ信号を予め決められたキャリア位置に挿入して伝送フレームを構成する伝送フレーム構成手段とを有し、前記フレーム構成パターンにおけるパイロットキャリアの配置は、伝送するキャリア数をK、伝送シンボルの有効シンボル長をTe、ガードインターバル長をTg、ガードインターバル長と有効シンボル長の比（以下、ガードインターバル比と呼ぶ）をR （ここで、R=Tg/Te）とし、ガードインターバル比の逆数(1/R)以下の最大整数をM

M以下の整数を Q として、 (K-1) が Q で割り切れ、 (K-1)/2 が Q で割り切れないように K と Q の値を決定し、復調の際の基準となるパイロットキャリアを端のキャリアからQ本ごとに一定間隔で配置し、かつ時間方向には連続で配置するとともに、前記キャリア数 K のキャリア番号を 0 ， 1 ， 2 ，…， K-1 としたとき、全キャリアの中央のキャリア（すなわち、キャリア番号 (K-1)/2 ）を空きのキャリア（一切の情報を伝送しないキャリア）とすることを特徴としている。
【００２５】
請求項５の発明は、互いに直交する複数の搬送波を用い、当該搬送波（キャリア）が復調基準となるパイロットキャリアとデータキャリアで構成されるキャリア構造を有し、かつ前記キャリア構造におけるパイロットキャリアの配置は、伝送するキャリア数をK、伝送シンボルの有効シンボル長をTe、ガードインターバル長をTg、ガードインターバル長と有効シンボル長の比（以下、ガードインターバル比と呼ぶ）をR （ここで、R=Tg/Te）とし、ガードインターバル比の逆数(1/R)以下の最大整数をM

M以下の整数を Q として、 (K-1) が Q で割り切れ、 (K-1)/2 が Q で割り切れないように K と Q の値を決定し、復調の際の基準となるパイロットキャリアが端のキャリアからQ本ごとに一定間隔で配置され、かつ時間方向には連続で配置されてデータの伝送を行う直交周波数分割多重伝送方式に使用される受信装置であって、１個の伝送シンボルを復調する際の処理単位とし、受信したパイロットキャリア信号を送信した既知のパイロットキャリア信号で除算してパイロットキャリア位置の伝送路応答を求める伝送路応答推定手段と、前記伝送路応答推定手段により求めたQ本ごとの伝送路応答を内挿することによってすべてのキャリア位置の応答を求める伝送路応答内挿手段と、受信したデータキャリア信号をその位置の伝送路応答で除算して復調する復調手段とを具備し、復調処理が１個の伝送シンボルで完結するようにしたことを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明は、従来方式の伝送フレームにおいて復調基準となるパイロットキャリアが時間方向には間欠的（４シンボルおき）に伝送されることが伝送路応答の変化に追随できない原因であることに着目し、パイロットキャリアを時間方向に連続的に配置することによって伝送路応答の変化に追随させるようにしたものである。
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の直交周波数分割多重伝送方式、送信装置、受信装置の実施形態について説明する。
【００２８】
図１は、本発明の直交周波数分割多重伝送方式におけるキャリアの配置方法が適用された伝送フレームの構成例を示すものである。この伝送フレームは、各キャリアの変調方式にＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなどの同期変調方式を用いる場合に適用されるもので、復調の際の基準となるパイロットキャリアとデータキャリアから構成される。なお、図１の伝送フレームにおいては、復調処理に関係しない伝送制御情報のＴＭＣＣ（Transmission and Multiplexing Configuration Control）キャリアや付加情報のＡＣ（Auxiliary Channel）キャリアは省略している。
【００２９】
図１の伝送フレームは、周波数方向および時間方向の２次元で表現されている。周波数方向にはキャリアが配置され、キャリア番号は0，1，2，…，K-1と表記されている。時間方向には伝送シンボルが配置され、伝送シンボル番号は0，1，2，…，L-1と表記されている。従って、この伝送フレームはキャリアがK本、伝送シンボルがL個から構成されている。
【００３０】
伝送シンボルの有効シンボル長をTe、ガードインターバル長をTg、ガードインターバル長と有効シンボル長の比（以下、ガードインターバル比と呼ぶ）をR （ここで、R=Tg/Te）とする。さらにガードインターバル比の逆数(1/R)以下の最大整数をM
【外３】

M以下の任意の整数をQとする。
【００３１】
キャリア数Kの値が（Qの倍数＋１）となっていれば、復調の際の基準となるパイロットキャリアを両端のキャリアからQ本ごとに一定間隔で配置することが可能となる。ここで、ｐを非負整数とすると、パイロットキャリアが伝送される位置（図１の●の位置）のインデックスkは（２）式により決定される。
【００３２】
【数２】
k＝Q×ｐ・・・（２）
なお、図１においてはQの値を８として作図している。従って、左端のキャリア（キャリア番号0）から８本おきにパイロットキャリアが配置されている。また、キャリア数Kが（８の倍数＋１）となっているので、右端のキャリア番号K-1は８の倍数である。よって、右端のキャリアもパイロットキャリアが配置されることになる。以上のように、キャリア数Kの値を（Qの倍数＋１）とすることで、パイロットキャリアはキャリアの両端とその間をQ本おきに配置される構造となる。
【００３３】
ここで、パイロットキャリアの間隔とガードインターバル比の関係について説明する。一例として、ガードインターバル比Rが1/8の場合を取り上げる。ガードインターバル比の逆数(1/R)以下の最大整数をMとしているので、
【外４】

従って、パイロットキャリアの配置の間隔は最大で８となる。本発明では、M以下の任意の整数Qを導入し、Qをパイロットキャリアの間隔とすることができる。従って、パイロットキャリアの間隔を８以下の任意の整数することができる。ただし、Qの値をあまりに小さくすると全キャリアに対するパイロットキャリアの比率が大きくなるので伝送効率が低下する。
【００３４】
以下にガードインターバル比が1/8のときに、パイロットキャリアを８キャリアおきに挿入することの妥当性について述べる。ＯＦＤＭ伝送方式ではゴーストの遅延時間がガードインターバル長Tg（ここでは、Tg=Te/8）を越える場合には、シンボル間干渉が発生して急激に特性が劣化する。従って、Te/8までのゴースト遅延波に対する伝送路応答の内挿が可能な程度にパイロットキャリアを配置すればよい。
【００３５】
ところで、ゴーストが入ったときの伝送路応答の変化とゴースト遅延時間には一定の関係があり、ゴースト遅延時間をτとすれば伝送路応答の変化の周期Fはその逆数である1/τとなる。従って、Te/8のゴースト遅延波が入ったときに周期は最小となり、その値Fminは8＊(1/Te)となる。ここで、(1/Te)は有効シンボル長の逆数であるからＯＦＤＭ信号のキャリア間隔を表している。よって、伝送路応答の最小の周期Fminは８キャリア間隔となる。この伝送路応答を内挿によって正確に求めるには、パイロットキャリアを周期Fminに対して１本の割合で挿入すればよい。すなわち、パイロットキャリアを８キャリアおきに挿入すればよいことになる。ここでは、信号を複素数で取り扱っているので、通常の実数で扱うサンプリング定理と異なり、サンプリング点が半分で済むことに注意して欲しい。また、パイロットキャリアの挿入間隔を８以下の任意の整数としても、サンプリング定理を満足することは明らかである。
【００３６】
以上の議論を一般的な表現に拡張する。ガードインターバル比をRとすれば、パイロットキャリアはその逆数である(1/R)おきに挿入すればよい。ただし、有効シンボル長Teとガードインターバル長Tgの値の取り方によっては、(1/R)が整数とならないことがある。従って本発明においては、挿入間隔Mの値は(1/R)以下の最大整数としている。
【外５】

また、M以下の任意の整数をQとすれば、パイロットキャリアの挿入間隔をQとしてもサンプリング定理を満足することは明らかである。ただし、前述したようにQの値をあまりに小さくすると伝送効率が低下するので、Qの値はできるだけ大きいほうがよい。
【００３７】
次に、本発明の伝送フレームを用いることにより、移動受信特性が改善されることを示す。図８で示したように従来方式の伝送フレームでは、復調基準となるパイロットキャリアが時間方向には間欠的（４シンボルおき）に伝送されている。この間隔を小さくすれば、伝送路応答の変化に対する追随性が向上すると考えられる。本発明では、この間隔が最小となるようにしている。従って、図１に示すように、パイロットキャリアは時間方向に毎シンボル挿入され、あるキャリアを時間的に連続で占有する構造となる。
【００３８】
図２にパイロットキャリアを時間方向で見たときの伝送路応答の変化とパイロットキャリアの配置の関係を模式的に示す。（ａ）に従来方式、（ｂ）に本発明の方式を示す。本発明の方式では、パイロットキャリアが４倍の頻度で挿入されているので、伝送路応答の変化に対する追随性は従来方式の４倍となる。つまり、サンプリングレートが４倍になっているので、４倍の周波数まで対応できるわけである。
【００３９】
ここで、従来、移動伝送用に用いられてきたＤＱＰＳＫなどの差動変調方式と比較してみる。差動変調方式は、前後２シンボルの位相の相対変化によってデータを伝送する方式であるが、復調回路規模が小さく、移動受信特性も良好なため欧州のＤＡＢ（Digital Audio Broadcasting）方式やＩＳＤＢ−Ｔ方式の一部でも採用されている。同期変調方式の復調処理については後述するが、本発明ではパイロットキャリアが時間方向に毎シンボル挿入されているため、１シンボルを単位とした復調が可能である。このため、２シンボルで復調を行う差動変調方式と比べて伝送路応答の変化に対する追随性は２倍となる。従って、本発明の方式は差動変調方式よりも優れた移動受信特性を示す。
【００４０】
以上の説明では、復調処理に関係しない伝送制御情報のＴＭＣＣキャリアや付加情報のＡＣキャリアについては言及しなかったが、これらのキャリアが挿入されている場合の伝送フレームを図３に示す。図３において、ＴＭＣＣキャリアやＡＣキャリアが伝送される位置は□で示されている。これらのキャリアは、図１のデータキャリア位置に挿入される。パイロットキャリア位置に挿入されれば、データを復調することができなくなるからである。ＴＭＣＣキャリアやＡＣキャリアは、パイロットキャリア位置を避ければ任意の位置に配置すること可能であるが、ゴーストが加わったときの周期的な周波数特性の落ち込みと一致しないように、出来るだけランダムに配置したほうがよい。なお、ＴＭＣＣキャリアやＡＣキャリアの変調方式は、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなどの同期変調方式の他に、差動変調方式のＤＢＰＳＫ、ＤＱＰＳＫなども用いることができる。当然ながら、差動変調方式を用いる場合には移動伝送特性が劣化するが、復調処理は容易となる。
【００４１】
ところで、ベースバンドのＯＦＤＭ信号を中間周波数や無線周波数にアップコンバートする、あるいは逆にダウンコンバートする際に局発信号がＯＦＤＭ信号の帯域の中心（すなわち中心のキャリア）に混入することがある。また、増幅回路やＡ／Ｄコンバータで発生するＤＣオフセットも中心キャリアに混入する雑音成分となる。これら、中心キャリアに混入する雑音成分は、高周波回路に用いるシールドを厳重にしたり、ＤＣオフセットを厳密に管理することで、その値を小さくすることが可能である。しかし、復調の基準となるパイロットキャリアには雑音成分ができるだけ少ないことが望ましく、パイロットキャリアを中心キャリアに割り当てないほうがビット誤り率特性（ＢＥＲ特性）は良好となる。
【００４２】
伝送するキャリア数をKとし、キャリア番号を0，1，2，…，K-1としたとき、全キャリアの中央のキャリア（すなわち、キャリア番号(K-1)/2）にパイロットキャリアを配置しないためには、パイロットキャリアの挿入間隔をQとすると、(K-1)/2がQで割り切れないことが条件となる。従って、ＯＦＤＭの伝送フレームを設計する際には、キャリア数K、パイロットキャリアの挿入間隔Qを調整して上記の条件を満たすようにする。
【００４３】
さらに、中心キャリアをデータにも割り当てない方法が考えられる。この場合、キャリア１本分の伝送効率は低下するが、ＢＥＲ特性はさらに改善できる。また、ＴＭＣＣキャリアやＡＣキャリアも中心キャリアを避けて配置すれば、これらの信号のＢＥＲ特性は改善される。以上のように、全キャリアの中央のキャリア（すなわち、キャリア番号(K-1)/2）を空きのキャリア（一切の情報を伝送しないキャリア）とすることによって、ＢＥＲ特性をさらに改善することが可能となる。また、受信機の高周波回路、増幅回路、Ａ／Ｄコンバータなどに要求される性能を低くでき、受信機の回路設計が容易となる。
【００４４】
図４に送信装置に用いられる伝送フレーム構成の構成例を示す。伝送フレーム構成４は、フレーム構成パターンメモリ１と、スイッチ制御部２と、スイッチ３とを備えている。フレーム構成パターンメモリ１には、データキャリア、パイロットキャリア、ＴＭＣＣキャリア、ＡＣキャリアの配置が予め記憶され格納されている。スイッチ制御部２は、フレーム構成パターンメモリ１の内容に従って、データ、パイロット信号、ＴＭＣＣ信号、ＡＣ信号などの入力信号を切り替えるための制御信号を発生する回路である。この制御信号に従って、入力信号をスイッチ３で切り替えて信号を導出すれば、データ、パイロット信号、ＴＭＣＣ信号、ＡＣ信号を予め決められたキャリア位置に挿入することができ、所望の伝送フレームを構成することができる。
【００４５】
次に、図５を用いて復調処理の手順を示す。受信装置は、データ抽出部１１と、パイロット抽出部１２と、第１複素除算回路１３と、既知パイロット発生部１４と、キャリア内挿回路１５と、第２複素除算回路１６とを備えている。
【００４６】
ＦＦＴから出力された信号は、データ抽出部１１でデータ信号Drが取り出される。一方、パイロット抽出部１２ではパイロット信号Prが取り出される。パイロット信号Prは、その振幅および位相が既知の信号であり、第１複素除算回路１３により送信した元のパイロット信号（すなわち、既知パイロット発生部１４の出力Pt）で除算することによりパイロットキャリア位置の伝送路応答が求まる。この後、キャリア内挿回路１５でデータ位置（図１の◯の位置）の伝送路応答を求める。この内挿には、ＦＩＲフィルタで構成されるローパスフィルタ（ＬＰＦ）などを用いる。その他の方法として、ホールド（データキャリア位置の伝送路応答を近接するパイロットキャリア位置の伝送路応答で置き換える内挿方法）や直線内挿も考えられる。これらのうち、ＬＰＦによる内挿は、ゴーストが加わったときの信号劣化が一番小さくなる。この内挿処理によって、すべてのキャリア位置の伝送路応答Hxを求めたことになる。
【００４７】
最後に、復調データDtは第２複素除算回路１６により受信したデータ信号Drをその位置の伝送路応答Hxで除算することにより得られる。
【００４８】
本発明の受信装置においては、従来方式の受信装置にあったシンボル内挿回路（図９参照）を必要としない。従って、受信装置の回路規模を小さくでき、低廉な受信装置を提供することが可能となる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の直交周波数分割多重伝送方式の伝送フレームを用いれば、復調基準となるパイロットキャリアが時間方向に連続で配置されるため、従来のパイロットキャリアが周波数方向と時間方向に分散して配置される方法（すなわち時間方向には間欠的に伝送される方法）と比べて移動受信性能を大幅に向上させることができる。特に、分散配置を用いているＩＳＤＢ−Ｔ方式やＤＶＢ−Ｔ方式の伝送フレームと比較すると、時間方向にはパイロットキャリアが４倍の頻度で挿入されているので、伝送路応答の変化に対する追随性を４倍まで高めることができる。
【００５０】
従って、本発明の直交周波数分割多重伝送方式、送信装置、受信装置を用いることにより、移動受信のときに問題となるレイリーフェージングに対して、対応可能なドップラー周波数を４倍まで高めることができる。これは、伝送に用いる周波数を同じとした場合には、４倍の移動速度まで対応できることを意味する。見方を変えて、移動速度を同じとした場合には、伝送に利用できる周波数が４倍となる。
【００５１】
これにより、移動受信においてはＵＨＦ帯までにしか適用できなかった直交周波数分割多重伝送方式をマイクロ波帯まで適用することが可能となる。さらに、有効シンボル長を小さくするなどして、変動への追随性を高めればマイクロ波帯のみならずミリ波帯まで応用可能である。また、本発明の受信装置は従来装置にあったシンボル内挿回路（図９参照）を必要としないため、受信装置の回路規模を小さくできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の直交周波数分割多重伝送方式に用いる伝送フレームの構成例を示す説明図である。
【図２】パイロットキャリアを時間方向で見たときの伝送路応答の変化とパイロットキャリアの配置の関係を模式的に示した説明図である。
【図３】ＴＭＣＣキャリアやＡＣキャリアが挿入されている場合の伝送フレームの構成例を示す説明図である。
【図４】本発明の直交周波数分割多重伝送方式に用いる送信装置の伝送フレーム構成の構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の直交周波数分割多重伝送方式に用いる受信装置の構成を示すブロック図である。
【図６】ＯＦＤＭ伝送方式の搬送波の配置を示す説明図である。
【図７】ＯＦＤＭ伝送方式の伝送シンボルの構成を示す説明図である。
【図８】従来の直交周波数分割多重伝送方式に用いる伝送フレームの構成例を示す説明図である。
【図９】従来の直交周波数分割多重伝送方式に用いる受信装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】シンボル内挿した後のキャリア配置を示す説明図である。
【符号の説明】
１…フレーム構成パターンメモリ
２…スイッチ制御部
３…スイッチ
４…伝送フレーム構成
１１…データ抽出部
１２…パイロット抽出部
１３…第１複素除算回路
１４…既知パイロット発生部
１５…キャリア内挿回路
１６…第２複素除算回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a digital signal transmission method, and more particularly, to a carrier arrangement method, a transmission device, and a reception device in an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) transmission method.
[0002]
[Summary of Invention]
The present invention relates to a transmission frame configuration in the case of using a synchronous modulation scheme such as QPSK, 16QAM, 64QAM as a modulation scheme for each carrier in an orthogonal frequency division multiplex transmission scheme (OFDM transmission scheme).
By using a transmission format in which pilot carriers to be demodulated are arranged at regular intervals in the frequency direction and continuously in the time direction,
Demodulation can be performed in units of one symbol, the followability to changes in the transmission path response in the time direction is improved, and resistance to Rayleigh fading, which is a problem during mobile reception, is improved.
[0003]
[Prior art]
Currently, an OFDM transmission system called ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial) has been standardized as a transmission system for terrestrial digital broadcasting, and studies are underway for practical application. This transmission system has been attracting attention as a system that is excellent in resistance to multipath and ghost and can also perform mobile reception.
[0004]
As shown in FIG. 6, the OFDM transmission scheme is a transmission scheme that modulates data using a large number of carriers orthogonal to each other in the frequency direction. The modulation scheme for each carrier includes DQPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM or the like is used.
[0005]
In the time direction, transmission is performed in units of transmission symbols configured by effective symbols and guard intervals shown in FIG. The effective symbol is a period for actually transmitting data, and the guard interval is a period for reducing the influence of multipath. The guard interval is a cyclic repetition of a part of the signal waveform of the effective symbol.
[0006]
In the OFDM transmission system, a transmission frame is formed by collecting several tens to several hundreds of transmission symbols shown in FIG. FIG. 8 shows a configuration example of a transmission frame used in the ISDB-T system. This transmission frame is applied when a synchronous modulation method such as QPSK, 16QAM, or 64QAM is used as a modulation method for each carrier, and is composed of a pilot carrier and a data carrier that are used as a reference for demodulation. Note that a transmission frame used in an actual ISDB-T system includes a TMCC (Transmission and Multiplexing Configuration Control) carrier for transmission control information and an AC (Auxiliary Channel) carrier for additional information. Is not shown in FIG. Also in the DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial) system, which is a European terrestrial digital television broadcasting standard, the arrangement of pilot carriers and data carriers is the same as in FIG.
[0007]
The transmission frame in FIG. 8 is expressed in two dimensions in the frequency direction and the time direction. Carriers are arranged in the frequency direction, and carrier numbers are written as 0, 1, 2,..., K-1. Transmission symbols are arranged in the time direction, and transmission symbol numbers are written as 0, 1, 2,..., L-1. Therefore, this transmission frame is composed of K carriers and L transmission symbols.
[0008]
Here, assuming that the index representing the transmission symbol number is l and p is a non-negative integer, the index k at the position where the pilot carrier is transmitted (the position marked with ● in FIG. 8) is determined by equation (1).
[0009]
[Expression 1]
k = 3 × (l mod 4) + 12p (1)
[0010]
Therefore, the arrangement of pilot carriers is shifted to the right by 3 carriers for every symbol every 12 carriers in the frequency direction. Since the pilot carrier is distributed in the frequency direction and the time direction in this way, this pilot carrier is called SP (Scattered Pilot).
[0011]
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a receiving apparatus used in a conventional orthogonal frequency division multiplexing transmission system. Next, a demodulation process procedure will be described with reference to FIG. A data extraction unit 51 extracts a data signal Dr from the signal output from the FFT. On the other hand, the pilot extraction unit 52 extracts the pilot signal Pr. The pilot signal Pr is a signal whose amplitude and phase are known, and is divided by the original pilot signal transmitted by the first complex division circuit 53 (that is, the output Pt of the known pilot generation unit 54) to thereby change the pilot carrier position. The transmission line response is obtained. Thereafter, interpolation is performed by a two-dimensional filter constituted by the symbol interpolation circuit 55 and the carrier interpolation circuit 56, and transmission path responses are obtained at all data positions (positions in the circles in FIG. 8).
[0012]
The signal processing of the two-dimensional filter will be described in more detail. Here, it is assumed that the transmission line response changes gradually over time. This assumption is a reasonable condition for fixed reception or when mobile reception is performed at a low speed in a frequency lower than the UHF band. The following method can be considered as the two-dimensional interpolation processing in this case.
[0013]
First, the symbol interpolation circuit 55 interpolates signals that are 4 symbols apart in the time direction. As the interpolation means, zero-order interpolation (a method of performing interpolation by holding in the time direction) that requires a small circuit scale is often used. Even when the zero-order interpolation is used, when the time variation of the transmission line response is gentle, the distortion due to the interpolation is small, so that the degradation hardly occurs. FIG. 10 shows the carrier arrangement after symbol interpolation. Although pilot carrier signals are arranged every 12 carriers before symbol interpolation, they are arranged every 3 symbols by interpolation processing.
[0014]
Next, the transmission line response at the data position (position ◯ in FIG. 10) is obtained by the carrier interpolation circuit 56. In this interpolation, a low-pass filter (LPF) composed of an FIR filter is often used. For interpolation processing, hold (interpolation method that replaces the transmission line response at the data carrier position with the transmission line response at the adjacent pilot carrier position) and linear interpolation can be considered, but LPF is used when a ghost is added. This is because signal degradation is small. By this processing, the transmission path responses Hx of all carrier positions are obtained.
[0015]
Finally, the demodulated data Dt is obtained by dividing the data signal Dr received by the second complex division circuit 57 by the transmission path response Hx at that position.
[0016]
Here, the relationship between the arrangement of pilot carriers and the guard interval ratio will be considered. If the LPF cutoff characteristic of the carrier interpolation circuit 56 is assumed to be an ideal filter characteristic, and the cutoff frequency is set to the Nyquist frequency, the arrangement of pilot carrier signals before carrier interpolation is every three symbols. If the effective symbol length is Te, it is possible to interpolate the transmission line response to ghost delay waves up to Te / 3. However, in the OFDM transmission system, when the ghost delay time exceeds the guard interval length Tg, intersymbol interference occurs and the characteristics deteriorate rapidly. Therefore, in order to cope with ghost delay waves up to Te / 3, it is necessary to set the guard interval length Tg to Te / 3. At this time, the guard interval ratio R (R = Tg / Te) is 1/3.
[0017]
The method of arranging pilot carriers dispersed in the frequency direction and the time direction can make the insertion interval of pilot carriers apparently small by performing symbol interpolation, and can cope with a ghost with a large delay time. Has characteristics. However, since demodulation is performed on the premise that the transmission path response changes gradually with time, good performance cannot be expected for mobile reception.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
A transmission frame in the case of using a conventional orthogonal frequency division multiplexing transmission scheme has a structure in which pilot carriers serving as demodulation references are arranged every four symbols in the time direction. For this reason, it is a precondition that the transmission line response does not change between the four symbols or that the degree of change is moderate. Therefore, there is a problem that the reception mode is limited to fixed reception or low-speed mobile reception.
[0019]
As a method for following changes in the transmission line response, a method using linear interpolation for symbol interpolation is conceivable. However, this method requires a memory circuit that holds received data for the period to be interpolated, and the circuit scale is large. There is a drawback of becoming. Further, when the degree of change is large, there is a problem that interpolation is incomplete and distortion occurs.
[0020]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a transmission frame that can follow a change in transmission path response even when moving at high speed, and the size of the interpolation circuit of the receiving apparatus is small. It is an object of the present invention to provide a carrier arrangement method, a transmission apparatus, and a reception apparatus that can realize an orthogonal frequency division multiplexing transmission system that can be completed.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 uses a plurality of carriers orthogonal to each other, and the carrier has a carrier structure composed of a pilot carrier and a data carrier as a demodulation reference. In an orthogonal frequency division multiplex transmission system that performs transmission, the number of carriers to be transmitted is K, the effective symbol length of transmission symbols is Te, the guard interval length is Tg, and the ratio between the guard interval length and the effective symbol length (hereinafter referred to as the guard interval ratio). ) Is R (where R = Tg / Te), and the maximum integer less than or equal to the reciprocal of the guard interval ratio (1 / R) is M

An integer less than or equal to MThe Q As (K-1) But Q Divisible by, (K-1) / 2 But Q Not to be divisible by K When Q Determine the value ofIt is characterized in that pilot carriers serving as a reference for demodulation are arranged at regular intervals for every Q carriers from the end carrier and are continuously arranged in the time direction.
[0022]
The invention of claim 2Number of carriers to be transmitted in an orthogonal frequency division multiplex transmission system that uses a plurality of carriers orthogonal to each other and has a carrier structure composed of a pilot carrier and a data carrier as a demodulation reference, and performs data transmission The K , The effective symbol length of the transmission symbol Te , Guard interval length Tg The ratio of guard interval length to effective symbol length (hereinafter referred to as guard interval ratio) R (here, R = Tg / Te ) And the inverse of the guard interval ratio (1 / R) The maximum integer below M

M The following integer Q As (K-1) But Q Divisible by, (K-1) / 2 But Q Not to be divisible by K When Q And determine the reference pilot carrier from the end carrier for demodulation. Q Arranged at regular intervals for each book and continuously arranged in the time direction, and the number of carriers

K

Carrier number

0 , 1 , 2 , ..., K-1 Is the center carrier of all carriers (ie carrier number) (K-1) / 2 ) Is an empty carrier (a carrier that does not transmit any information)It is characterized by that.
[0023]
The invention of claim 3A transmitter used in an orthogonal frequency division multiplex transmission system that uses a plurality of carrier waves orthogonal to each other and has a carrier structure in which the carrier wave is a demodulation reference and a data carrier. The storage means for storing the arrangement of the data carrier, pilot carrier, TMCC carrier, AC carrier in advance as a frame configuration pattern, and input of data, pilot signal, TMCC signal, AC signal, etc. according to the stored frame configuration pattern A control signal generating means for generating a control signal for switching signals, and switching the input signal according to the control signal, and inserting a data, a pilot signal, a TMCC signal, and an AC signal into a predetermined carrier position to transmit a transmission frame Transmission frame constituting means constituting And, the arrangement of the pilot carriers in the frame configuration pattern, the number of carriers to be transmitted K , The effective symbol length of the transmission symbol Te , Guard interval length Tg The ratio of guard interval length to effective symbol length (hereinafter referred to as guard interval ratio) R (here, R = Tg / Te ) And the inverse of the guard interval ratio (1 / R) The maximum integer below M

M The following integer Q As (K-1) But Q Divisible by, (K-1) / 2 But Q Not to be divisible by K When Q And determine the reference pilot carrier from the end carrier for demodulation. Q Arrange every book at regular intervals and continuously in the time directionIt is characterized by that.
[0024]
The invention of claim 4 uses orthogonal frequency division multiplex transmission in which a plurality of carrier waves orthogonal to each other are used, and the carrier wave (carrier) has a carrier structure composed of a pilot carrier and a data carrier as a demodulation reference, and performs data transmission. A transmission apparatus used in the system, which stores in advance the arrangement of data carrier, pilot carrier, TMCC carrier, and AC carrier as a frame configuration pattern, and data, pilot signal, TMCC according to the stored frame configuration pattern Control signal generating means for generating a control signal for switching an input signal such as a signal or an AC signal, and the input signal is switched in accordance with the control signal, and data, pilot signal, TMCC signal, and AC signal are determined in advance. A transmission frame that is inserted at a position to form a transmission frame. The pilot carrier arrangement in the frame configuration pattern includes the number of carriers to be transmitted, the transmission symbol effective symbol length Te, the guard interval length Tg, the guard interval length and the effective symbol length. The ratio (hereinafter referred to as the guard interval ratio) is R (where R = Tg / Te), and the maximum integer less than or equal to the reciprocal (1 / R) of the guard interval ratio is M

An integer less than or equal to MThe Q As (K-1) But Q Divisible by, (K-1) / 2 But Q Not to be divisible by K When Q Determine the value ofThe pilot carriers that are the reference for demodulation are arranged at regular intervals for every Q carriers from the end carrier, and are arranged continuously in the time direction.And the number of carriers

K

Carrier number

0 , 1 , 2 , ..., K-1 Is the center carrier of all carriers (ie carrier number) (K-1) / 2 ) Is an empty carrier (a carrier that does not transmit any information)It is characterized by that.
[0025]
The invention of claim 5 uses a plurality of carrier waves orthogonal to each other, the carrier wave (carrier) has a carrier structure composed of a pilot carrier and a data carrier serving as a demodulation reference, and arrangement of pilot carriers in the carrier structure Is the number of carriers to be transmitted, K is the effective symbol length of the transmission symbol, Te is the guard interval length, Tg, and the ratio of guard interval length to effective symbol length (hereinafter referred to as guard interval ratio) is R (where R = Tg / Te), and the maximum integer less than or equal to the reciprocal of the guard interval ratio (1 / R) is M

An integer less than or equal to MThe Q As (K-1) But Q Divisible by, (K-1) / 2 But Q Not to be divisible by K When Q Determine the value ofReception used in orthogonal frequency division multiplex transmission systems in which pilot carriers serving as a reference for demodulation are arranged at regular intervals every Q from the end carrier and are continuously arranged in the time direction to transmit data. Transmission path response estimation means for determining a transmission path response at a pilot carrier position by dividing a received pilot carrier signal by a known pilot carrier signal as a processing unit when demodulating one transmission symbol And transmission path response interpolation means for obtaining responses of all carrier positions by interpolating transmission path responses for every Q channels obtained by the transmission path response estimation means, and transmission of received data carrier signals at the positions. Demodulating means for demodulating by dividing by the path response, and the demodulating process is completed with one transmission symbol.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention pays attention to the fact that the pilot carrier serving as a demodulation reference in the transmission frame of the conventional method is intermittently transmitted (every 4 symbols) in the time direction is a cause that cannot follow the change in the transmission line response, The pilot carriers are continuously arranged in the time direction so as to follow the change of the transmission line response.
[0027]
Hereinafter, embodiments of an orthogonal frequency division multiplex transmission system, a transmission apparatus, and a reception apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0028]
FIG. 1 shows a configuration example of a transmission frame to which a carrier arrangement method in the orthogonal frequency division multiplexing transmission system of the present invention is applied. This transmission frame is applied when a synchronous modulation method such as QPSK, 16QAM, or 64QAM is used as a modulation method for each carrier, and is composed of a pilot carrier and a data carrier that are used as a reference for demodulation. In the transmission frame in FIG. 1, transmission and multiplexing configuration control (TMCC) carriers for transmission control information and AC (Auxiliary Channel) carriers for additional information that are not related to demodulation processing are omitted.
[0029]
The transmission frame in FIG. 1 is expressed in two dimensions in the frequency direction and the time direction. Carriers are arranged in the frequency direction, and carrier numbers are written as 0, 1, 2,..., K-1. Transmission symbols are arranged in the time direction, and transmission symbol numbers are written as 0, 1, 2,..., L-1. Therefore, this transmission frame is composed of K carriers and L transmission symbols.
[0030]
The effective symbol length of the transmission symbol is Te, the guard interval length is Tg, and the ratio of the guard interval length to the effective symbol length (hereinafter referred to as the guard interval ratio) is R (where R = Tg / Te). Furthermore, the maximum integer less than the reciprocal of the guard interval ratio (1 / R) is set to M
[Outside 3]

Let Q be any integer less than or equal to M.
[0031]
If the value of the number of carriers K is (multiple of Q + 1), it becomes possible to arrange pilot carriers serving as a reference for demodulation at every fixed number of Q carriers from both ends. Here, if p is a non-negative integer, the index k at the position where the pilot carrier is transmitted (the position marked with ● in FIG. 1) is determined by the equation (2).
[0032]
[Expression 2]
k = Q × p (2)
In FIG. 1, plotting is performed with a Q value of 8. Accordingly, every eight carriers from the leftmost carrier (carrier number 0) are arranged. Further, since the number of carriers K is (multiple of 8 + 1), the carrier number K-1 at the right end is a multiple of 8. Therefore, the pilot carrier is also arranged in the rightmost carrier. As described above, by setting the value of the number of carriers K to (multiple of Q + 1), the pilot carrier has a structure in which both ends of the carrier and between them are arranged every Q.
[0033]
Here, the relationship between the pilot carrier interval and the guard interval ratio will be described. As an example, a case where the guard interval ratio R is 1/8 is taken up. Since the maximum integer less than the reciprocal of the guard interval ratio (1 / R) is M,
[Outside 4]

Accordingly, the pilot carrier arrangement interval is 8 at maximum. In the present invention, an arbitrary integer Q equal to or less than M can be introduced, and Q can be set as a pilot carrier interval. Therefore, the pilot carrier interval can be any integer of 8 or less. However, if the value of Q is too small, the ratio of pilot carriers to all carriers increases, so that transmission efficiency decreases.
[0034]
The validity of inserting pilot carriers every 8 carriers when the guard interval ratio is 1/8 is described below. In the OFDM transmission method, when the ghost delay time exceeds the guard interval length Tg (here, Tg = Te / 8), intersymbol interference occurs and the characteristics deteriorate rapidly. Therefore, it is only necessary to arrange the pilot carriers to such an extent that the transmission line response to the ghost delay wave up to Te / 8 can be interpolated.
[0035]
By the way, there is a certain relationship between the change in the transmission line response when the ghost enters and the ghost delay time. If the ghost delay time is τ, the period F of the change in the transmission line response is 1 / τ which is the reciprocal thereof. Become. Therefore, when a Te / 8 ghost delay wave enters, the period is minimized, and its value Fmin is 8 * (1 / Te). Here, since (1 / Te) is the reciprocal of the effective symbol length, it represents the carrier interval of the OFDM signal. Therefore, the minimum cycle Fmin of the transmission path response is 8 carrier intervals. In order to accurately obtain this transmission line response by interpolation, it is only necessary to insert one pilot carrier with respect to the period Fmin. That is, it is only necessary to insert pilot carriers every 8 carriers. Since the signal is handled as a complex number here, it should be noted that, unlike the normal sampling theorem, which uses a real number, half the sampling points are required. It is clear that the sampling theorem is satisfied even if the pilot carrier insertion interval is an arbitrary integer of 8 or less.
[0036]
We extend the above discussion to general expressions. If the guard interval ratio is R, pilot carriers may be inserted every (1 / R) which is the reciprocal thereof. However, (1 / R) may not be an integer depending on the values of the effective symbol length Te and the guard interval length Tg. Therefore, in the present invention, the value of the insertion interval M is a maximum integer of (1 / R) or less.
[Outside 5]

Also, if Q is an arbitrary integer less than or equal to M, it is clear that the sampling theorem is satisfied even if the pilot carrier insertion interval is Q. However, as described above, if the Q value is too small, the transmission efficiency is lowered. Therefore, the Q value should be as large as possible.
[0037]
Next, it is shown that the mobile reception characteristics are improved by using the transmission frame of the present invention. As shown in FIG. 8, in the conventional transmission frame, a pilot carrier serving as a demodulation reference is transmitted intermittently (every four symbols) in the time direction. If this interval is reduced, it is considered that the followability to changes in the transmission path response is improved. In the present invention, this interval is minimized. Therefore, as shown in FIG. 1, the pilot carrier is inserted every symbol in the time direction, and has a structure that occupies a certain carrier continuously in time.
[0038]
FIG. 2 schematically shows the relationship between the change in channel response and the arrangement of pilot carriers when the pilot carriers are viewed in the time direction. (A) shows the conventional method, and (b) shows the method of the present invention. In the method of the present invention, since pilot carriers are inserted four times as often, the followability to changes in the transmission path response is four times that in the conventional method. That is, since the sampling rate is quadrupled, it is possible to handle up to fourfold frequencies.
[0039]
Here, a comparison will be made with a differential modulation method such as DQPSK that has been conventionally used for mobile transmission. The differential modulation method is a method of transmitting data by the relative change of the phase of the front and rear two symbols. However, since the demodulation circuit scale is small and the mobile reception characteristics are good, the European DAB (Digital Audio Broadcasting) method or ISDB-T Some of the methods are also adopted. Although the demodulation processing of the synchronous modulation system will be described later, in the present invention, since the pilot carrier is inserted every symbol in the time direction, demodulation can be performed in units of one symbol. For this reason, the followability with respect to the change in the transmission line response is doubled as compared with the differential modulation method in which demodulation is performed with two symbols. Therefore, the system of the present invention exhibits better mobile reception characteristics than the differential modulation system.
[0040]
In the above description, the TMCC carrier of transmission control information and the AC carrier of additional information not related to demodulation processing are not mentioned, but a transmission frame when these carriers are inserted is shown in FIG. In FIG. 3, the positions where TMCC carriers and AC carriers are transmitted are indicated by squares. These carriers are inserted at the data carrier positions in FIG. This is because if it is inserted at the pilot carrier position, data cannot be demodulated. The TMCC carrier and the AC carrier can be arranged at any position as long as the pilot carrier position is avoided. However, the TMCC carrier and the AC carrier are arranged as randomly as possible so as not to coincide with a periodic frequency characteristic drop when a ghost is added. Better. In addition, as a modulation scheme of the TMCC carrier and the AC carrier, a differential modulation scheme such as DBPSK and DQPSK can be used in addition to a synchronous modulation scheme such as QPSK, 16QAM, and 64QAM. Of course, when the differential modulation method is used, the mobile transmission characteristics deteriorate, but the demodulation process becomes easy.
[0041]
By the way, when up-converting a baseband OFDM signal to an intermediate frequency or a radio frequency, or conversely down-converting, a local oscillation signal may be mixed into the center of the OFDM signal band (ie, the center carrier). Further, the DC offset generated in the amplifier circuit and the A / D converter also becomes a noise component mixed in the center carrier. These noise components mixed in the center carrier can be reduced by making the shield used in the high-frequency circuit strict or by strictly managing the DC offset. However, it is desirable that the pilot carrier serving as a demodulation reference has as little noise as possible, and the bit error rate characteristic (BER characteristic) is better when the pilot carrier is not assigned to the center carrier.
[0042]
When the number of carriers to be transmitted is K and the carrier numbers are 0, 1, 2, ..., K-1, the center carrier of all carriers (ie, carrier number)(K-1)/ 2) In order not to place pilot carriers in Q, if the pilot carrier insertion interval is Q,(K-1)The condition is that / 2 is not divisible by Q. Therefore, when designing an OFDM transmission frame, the number of carriers K and the pilot carrier insertion interval Q are adjusted to satisfy the above conditions.
[0043]
Furthermore, a method in which the central carrier is not assigned to data can be considered. In this case, the transmission efficiency for one carrier is lowered, but the BER characteristics can be further improved. Further, if the TMCC carrier and the AC carrier are arranged away from the central carrier, the BER characteristics of these signals are improved. As described above, the center carrier of all carriers (that is, the carrier number)(K-1)/ 2) is a vacant carrier (a carrier that does not transmit any information), and the BER characteristics can be further improved. In addition, the performance required for the high-frequency circuit, amplifier circuit, A / D converter, etc. of the receiver can be lowered, and the circuit design of the receiver becomes easy.
[0044]
FIG. 4 shows a configuration example of a transmission frame configuration used in the transmission apparatus. The transmission frame configuration 4 includes a frame configuration pattern memory 1, a switch control unit 2, and a switch 3. The frame configuration pattern memory 1 stores and stores data carrier, pilot carrier, TMCC carrier, and AC carrier arrangement in advance. The switch control unit 2 is a circuit that generates a control signal for switching input signals such as data, pilot signals, TMCC signals, and AC signals in accordance with the contents of the frame configuration pattern memory 1. If the input signal is switched by switch 3 in accordance with this control signal and the signal is derived, data, pilot signal, TMCC signal, and AC signal can be inserted at a predetermined carrier position, and a desired transmission frame is formed. be able to.
[0045]
Next, the procedure of the demodulation process is shown using FIG. The receiving apparatus includes a data extraction unit 11, a pilot extraction unit 12, a first complex division circuit 13, a known pilot generation unit 14, a carrier interpolation circuit 15, and a second complex division circuit 16.
[0046]
From the signal output from the FFT, the data extraction unit 11 extracts the data signal Dr. On the other hand, the pilot extraction unit 12 extracts the pilot signal Pr. The pilot signal Pr is a signal whose amplitude and phase are known, and is divided by the original pilot signal transmitted by the first complex division circuit 13 (that is, the output Pt of the known pilot generation unit 14) to thereby change the pilot carrier position. The transmission line response is obtained. Thereafter, the carrier interpolating circuit 15 obtains the transmission path response at the data position (indicated by a circle in FIG. 1). For this interpolation, a low-pass filter (LPF) constituted by an FIR filter is used. As other methods, hold (interpolation method in which the transmission line response at the data carrier position is replaced with the transmission line response at the adjacent pilot carrier position) and linear interpolation are also conceivable. Among these, the interpolation by LPF has the smallest signal degradation when a ghost is added. By this interpolation processing, the transmission path responses Hx of all carrier positions are obtained.
[0047]
Finally, the demodulated data Dt is obtained by dividing the data signal Dr received by the second complex division circuit 16 by the transmission path response Hx at that position.
[0048]
The receiving apparatus according to the present invention does not require the symbol interpolation circuit (see FIG. 9) that is used in the conventional receiving apparatus. Therefore, the circuit scale of the receiving device can be reduced, and an inexpensive receiving device can be provided.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, when the orthogonal frequency division multiplex transmission system transmission frame of the present invention is used, pilot carriers serving as demodulation references are continuously arranged in the time direction, so that the conventional pilot carriers are dispersed in the frequency direction and the time direction. Thus, mobile reception performance can be greatly improved as compared with a method arranged in this manner (that is, a method intermittently transmitted in the time direction). In particular, when compared with ISDB-T and DVB-T transmission frames using distributed arrangement, pilot carriers are inserted four times more frequently in the time direction, so that the response to changes in the transmission path response can be achieved. Can be increased up to 4 times.
[0050]
Therefore, by using the orthogonal frequency division multiplex transmission system, transmitting apparatus, and receiving apparatus of the present invention, the Doppler frequency that can cope with Rayleigh fading, which is a problem during mobile reception, can be increased up to four times. This means that up to four times the moving speed can be handled when the frequency used for transmission is the same. If the view is changed and the moving speed is the same, the frequency available for transmission is quadrupled.
[0051]
This makes it possible to apply the orthogonal frequency division multiplex transmission system, which was applicable only to the UHF band in mobile reception, to the microwave band. Furthermore, if the effective symbol length is reduced to increase the followability to fluctuations, it can be applied not only to the microwave band but also to the millimeter wave band. In addition, since the receiving apparatus of the present invention does not require the symbol interpolation circuit (see FIG. 9) that is in the conventional apparatus, the circuit scale of the receiving apparatus can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration example of a transmission frame used in the orthogonal frequency division multiplexing transmission system of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a relationship between a change in transmission path response when a pilot carrier is viewed in the time direction and the arrangement of pilot carriers.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration example of a transmission frame when a TMCC carrier or an AC carrier is inserted.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of a transmission frame configuration of a transmission device used in the orthogonal frequency division multiplexing transmission system of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a receiving apparatus used in the orthogonal frequency division multiplex transmission system of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an arrangement of carrier waves in the OFDM transmission method.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a configuration of a transmission symbol of an OFDM transmission scheme.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration example of a transmission frame used in a conventional orthogonal frequency division multiplex transmission system.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a receiving apparatus used in a conventional orthogonal frequency division multiplexing transmission system.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a carrier arrangement after symbol interpolation.
[Explanation of symbols]
1 ... Frame configuration pattern memory
2 ... Switch control unit
3 ... Switch
4. Transmission frame configuration
11: Data extraction unit
12 ... Pilot extraction part
13: First complex division circuit
14: Known pilot generator
15 ... Carrier interpolation circuit
16: Second complex division circuit

Claims

In an orthogonal frequency division multiplex transmission system that uses a plurality of carrier waves orthogonal to each other and performs data transmission with a carrier structure in which the carrier wave (carrier) is composed of a pilot carrier and a data carrier serving as a demodulation reference,
The number of carriers to be transmitted is K, the effective symbol length of the transmission symbol is Te, the guard interval length is Tg, and the ratio of the guard interval length to the effective symbol length (hereinafter referred to as the guard interval ratio) is R (where R = Tg / Te)
Maximum integer less than or equal to reciprocal of guard interval ratio (1 / R) is M

The following integer M as Q, (K-1) is divisible by Q, (K-1) / 2 determines the values of K and Q as not divisible by Q, pilot carrier as a reference for demodulation Is arranged at regular intervals for every Q from the end carrier, and is arranged continuously in the time direction.

In an orthogonal frequency division multiplex transmission system that uses a plurality of carrier waves orthogonal to each other and performs data transmission with a carrier structure in which the carrier wave (carrier) is composed of a pilot carrier and a data carrier serving as a demodulation reference,
The number of carriers to be transmitted is K , the effective symbol length of transmission symbols is Te , the guard interval length is Tg , and the ratio of guard interval length to effective symbol length (hereinafter referred to as guard interval ratio) is R (where R = Tg / Te )
Maximum integer less than or equal to reciprocal of guard interval ratio (1 / R) is M

The following integer M as Q, (K-1) is divisible by Q, (K-1) / 2 determines the values of K and Q as not divisible by Q, pilot carrier as a reference for demodulation Are arranged at regular intervals every Q from the end carrier , and continuously arranged in the time direction,
When the carrier number of the number of carriers K is 0 , 1 , 2 ,..., K-1 , the center carrier of all carriers (ie, carrier number (K-1) / 2 ) is designated as an empty carrier (all information The carrier arrangement method in the orthogonal frequency division multiplex transmission system, characterized in that

A transmitter used in an orthogonal frequency division multiplex transmission system that uses a plurality of carrier waves orthogonal to each other and has a carrier structure in which the carrier wave is a demodulation reference and a data carrier. Because
Storage means for preliminarily storing the arrangement of the data carrier, pilot carrier, TMCC carrier, AC carrier as a frame configuration pattern;
Control signal generating means for generating a control signal for switching input signals such as data, pilot signal, TMCC signal, AC signal in accordance with the stored frame configuration pattern;
Transmission frame configuration means for switching the input signal according to the control signal and inserting a data, pilot signal, TMCC signal, AC signal into a predetermined carrier position to configure a transmission frame;
The arrangement of pilot carriers in the frame configuration pattern is as follows. The number of carriers to be transmitted is K , the effective symbol length of transmission symbols is Te , the guard interval length is Tg , and the ratio between the guard interval length and the effective symbol length (hereinafter referred to as the guard interval ratio). ) Is R (where R = Tg / Te )
Maximum integer less than or equal to reciprocal of guard interval ratio (1 / R) is M

The following integer M as Q, (K-1) is divisible by Q, (K-1) / 2 determines the values of K and Q as not divisible by Q, pilot carrier as a reference for demodulation Is arranged at regular intervals for every Q pieces from the end carrier , and is continuously arranged in the time direction .

A transmitter used in an orthogonal frequency division multiplex transmission system that uses a plurality of carrier waves orthogonal to each other and has a carrier structure in which the carrier wave is a demodulation reference and a data carrier. Because
Storage means for preliminarily storing the arrangement of the data carrier, pilot carrier, TMCC carrier, AC carrier as a frame configuration pattern;
Control signal generating means for generating a control signal for switching input signals such as data, pilot signal, TMCC signal, AC signal in accordance with the stored frame configuration pattern;
Transmission frame configuration means for switching the input signal according to the control signal and inserting a data, pilot signal, TMCC signal, AC signal into a predetermined carrier position to configure a transmission frame;
The arrangement of pilot carriers in the frame configuration pattern is such that the number of carriers to be transmitted is K, the effective symbol length of transmission symbols is Te, the guard interval length is Tg, and the ratio between the guard interval length and the effective symbol length (hereinafter referred to as the guard interval ratio). ) To R (where R = Tg / Te)
Maximum integer less than or equal to reciprocal of guard interval ratio (1 / R) is M

The following integer M as Q, (K-1) is divisible by Q, (K-1) / 2 determines the values of K and Q as not divisible by Q, pilot carrier as a reference for demodulation Are arranged at regular intervals every Q from the end carrier, and continuously arranged in the time direction ,
When the carrier number of the number of carriers K is 0 , 1 , 2 ,..., K-1 , the center carrier of all carriers (ie, carrier number (K-1) / 2 ) is designated as an empty carrier (all information Is a carrier that does not transmit) .

A plurality of carrier waves orthogonal to each other are used, and the carrier wave (carrier) has a carrier structure composed of a pilot carrier and a data carrier serving as a demodulation reference, and the arrangement of pilot carriers in the carrier structure is the number of carriers to be transmitted. K, the effective symbol length of the transmission symbol is Te, the guard interval length is Tg, the ratio of the guard interval length to the effective symbol length (hereinafter referred to as the guard interval ratio) is R (where R = Tg / Te), and the guard Maximum integer less than or equal to reciprocal of interval ratio (1 / R) is M

The following integer M as Q, (K-1) is divisible by Q, (K-1) / 2 determines the values of K and Q as not divisible by Q, pilot carrier as a reference for demodulation Is a receiver used in an orthogonal frequency division multiplex transmission system in which data is transmitted by being arranged at regular intervals for every Q from the end carrier and continuously arranged in the time direction,
Transmission path response estimation means for determining a transmission path response at a pilot carrier position by dividing a received pilot carrier signal by a known pilot carrier signal as a processing unit for demodulating one transmission symbol;
Transmission path response interpolation means for obtaining responses of all carrier positions by interpolating transmission path responses for every Q lines obtained by the transmission path response estimation means,
Demodulating means for demodulating the received data carrier signal by dividing it by the transmission line response at that position;
A receiving apparatus characterized in that demodulation processing is completed with one transmission symbol.