JP3770944B2 - 周波数同調回路からなる直交周波数分割多重信号用の送信機及び受信機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は第一の周波数領域信号を第二の時間領域信号に変換する手段を含む送信機からなり、第二の送信信号は第一のデータと該第一のデータを複製した第二のデータにより形成され、送信機は時間領域から周波数領域へ再変換する手段からなる受信機に接続され、第二の信号は送信機から入来し、該受信機は局所搬送波を発生する発振器を有する同期回路を更に含み、一方で同期回路は局所搬送波を同期する補正信号を決定するデータ送信装置(システム)に関する。同様に本発明はそのような装置内で用いられる受信機にも関する。
【0002】
そのような装置及び受信機は例えば直交周波数分割多重(マルチプレックス)モード内で、より詳細には例えばデジタルテレビジョン用の無線チャンネル、ケーブル、衛星により送信された信号を受信する応用を有する。
【0003】
【従来の技術】
直交周波数分割多重モードで送信された信号は以下にOFDM(直交周波数分割多重)として識別される。OFDM技術は多数の基本的に低い速度のチャンネル上に分布することにより送信されるべき情報信号を副分割(subdivide)することからなる。斯くして一つのかなり選択的な広帯域チャンネルは多数の基本的な非選択的基本チャンネル内で変換される。集合は広帯域チャンネルからなるのでそれは送信中に消滅することは同時に全体のチャンネルに影響することはしばしば生ずることではない。この技術はそれのシンボル間の干渉を減少することがまた可能である。
【0004】
斯くして各基本チャンネルに対して周波数が対応し、全ての周波数は中心の搬送波周波数の周囲に対称に分布しする。受信端で選択フィルターの使用を受け入れることは困難である故にスペクトルの重複に耐えることが好ましいが、一方でサンプリング時点でのシンボル間干渉を除去するために周波数の間で直交する状態を付与する。斯くしてOFDMの全体のスペクトルは方形(rectangular)スペクトルに向かう傾向にある。
【0005】
受信でのスペクトルの重複の問題を回避するために受信された信号のサンプリングにより周波数スペクトル内の一番左及び右に位置する側搬送波は送信されない。更にまた受信でのフィルタリングはより鋭くない縁を有するよう実現されうる。
受信においては受信された信号は復調され、それから元の情報を復元するためにデコードされる。この復調はその周波数が同期補正信号を介して周波数を送信するためにスレーブにされる局所発振器により実施される。搬送波の同期はOFDM送信装置の基本的な機能である。実際に受信端での周波数誤差はOFDM信号を形成する種々の副搬送波間の直交性の損失を導き、装置全体の性能の劣化を引き起こす。
【0006】
EP580216は直交周波数分割多重信号用のシステム及び受信機を記載していることが知られている。この文献は各副搬送波に関する復調器のデータ即ち周波数領域での出力からタッピングにより受信機内に発生された局所搬送波の同期をどのように効果的にするかを教示している。故に各副搬送波に対応する信号のエネルギーは計算される。関係する信号に関して中心搬送波、更にまた信号従ってエネルギーを通常搬送する必要がないある副搬送波に関して副搬送波の対称な分布がある。この文献はそれから補正信号を演繹するためにある最も遠い副搬送波でのこの対称な分布とこのエネルギーの不在を用いる。この解決策は多くのハードウエアを必要としないが、移動無線応用に対してしばしば見られる多重路の伝搬の場合に不充分な結果をもたらす。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は多重路を有するような妨害されたチャンネルと搬送波との同期の能力を広げることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この目的は同期回路は補正信号を形成するために少なくとも一つの第一のデータを第二の対応するデータに時間領域で2つ一組に組み合わせるような上記の型の受信及び送信装置により達成される。
好ましくは本発明はOFDMフォーマットを有する信号に関し、それに対してデータの冗長性はあるデータを複製する保護期間の挿入により確かにされる。
【0009】
組み合わせは第一のデータと第二のデータの複素共役との乗算又は第一のデータの複素共役と対応する第二のデータとの積のどちらかから得られた信号の虚数成分により形成された補正信号を形成することからなる。虚数成分は単独なデータ対から計算され、又は種々のデータの対から計算された平均値により形成される。
【0010】
【発明の実施の形態】
これらの及び他の特徴は以下に説明される実施例を参照して明らかになろう。図1はチャンネルCHAN15により通信する送信機5と受信機105により形成されるデジタル送信装置のブロック図である。送信機5は以下の直列の結合からなる:
−ソースエンコーダーENC1 11(省略可能)
−チャンネルエンコーダーENC2 12、
−OFDM変調器MOD 13、
−送信フィルター14、
−搬送波fe を発生する発振器OSC16、
−送信フィルターの出力信号と搬送波fe とを混合する混合器17
PAL規格で得られるものより良い品質を有するデジタルテレビジョン信号送信に対する応用に対してソースエンコーダー11は8Mbit/sのオーダーのビット速度を発生する。これらのサンプルはそれらをチャンネル不完全性に対して影響されないようにするためにチャンネルエンコーダー12によりエンコードされる。変調器13は例えば接地に基づく送信チャンネル(例:8MHz帯域での放送)のような送信チャンネル上でデジタルサンプルを変調する。
【0011】
受信端で受信機105は送信端でなされたことに対して逆の操作をなされる。故にそれは(チャンネル15の出力上で)以下からなる:
− 再発生された局所搬送波fr により受信された信号を多重化する混合器117
− 受信フィルター114
ー OFDM復調器DEMOD 113
− チャンネルデコーダDEC2 112
− ソースデコーダDEC1 111(省略可能)
ー 発生された搬送波fr を発生する搬送波同期回路SYNC 116
説明を明確にするために送信端で用いられる知られている機構をまず説明する。
【0012】
送信端で送信された搬送波は知られた原理により送信されたデジタル信号により変調される。図2は変調器13のブロック図を示し、これはデータをフィルター14、それから発振器16に接続される混合器17に印加する。入力130上に現れるデジタル化された入力データは2進マッピンング要素MAPP131に入力され、これはコンスタレーションのコード化されたシンボルとして入力データを拡張する。要素131の出力上に直列に現れるコード化されたシンボルがシリアル/パラレル変換S/P133を実行し、それによりN複素シンボルCkが現れる(0≦k≦N−1)。複素シンボルCk はfk =k/Tである周波数搬送波fk を変調するために用いられ、ここでTはOFDMシンボルの間隔であり、kは搬送波の添字である。集合OFDM信号を発生するよう変調された搬送波fk 全ての組み合わせは回路135内で逆フーリエ変換をなすために限定される。Nが2の累乗を有する特別な場合には逆フーリエ変換は図2に示されるように逆高速フーリエ変換(FFT-1)を用いることによりなされうる。これは回路の複雑さを減少することを可能にする。回路135から入来するN信号はパラレル/シリアル変換136をなされる。14でフィルターされた後にフィルター14からの信号は発振器16の搬送波周波数feと混合される。これらの変調技術は当業者には良く知られている。
【0013】
図3は受信端で送信端でなされたことの逆の操作を実行する復調器113を示す。故にそれはN/Tの速度で動作するサンプラー151からなり、ここでNはOFDMチャンネルの搬送波の総数であり、1/Tはシンボル速度である。斯くして得られたサンプルはシリアル/パラレル変換154をなされ、続いて装置155内でパラレル/シリアル変換をされるパラレルqk サンプル(0≦k≦N−1)を得るために離散フーリエ変換(好ましくは高速フーリエ変換FFT)をなす装置153へ入力される。入力150上で受信されたサンプルは混合器117に到来し、これは図1に示されたように周波数同期装置116から入来する再発生された搬送波fr と混合される。
【0014】
図3は更にまた知られた同期装置116のブロック図を示す。変調器113に対して補正信号εを生成する周波数検出器210を接続される。フィルター212によりフィルターされた後に後者は電圧制御発振器である局所発振器214を補正し、混合器117に入力する再発生された局所搬送波fr を発生する。斯くして局所発振器214と送信機の発振器16の周波数との間のどのような周波数オフセットもこのオフセットの値に依存して顕著な又はそうでない補正信号εを発生する。用いられた変調に依存して位相同期を周波数同期に加算する必要がある。
【0015】
フーリエ変換の出力からのデータを分岐する図3に示した同期回路は斯くの如く周波数領域内にあり、上記文献EP580216に記載されているものである。
この文献と同様に本発明は本質的に受信端で搬送波同期に関し、その中で受信機は送信機により用いられるそれと等しい搬送波周波数で動作する。
【0016】
本発明によれば(図4)周波数同期回路116は復調前、即ち時間領域で分岐されたサンプルの同期を供する。サンプルはフィルター212によりフィルターされた後に局所発振器214を補正する補正信号εを形成する周波数検出器FD2 213に直列に到来する。
周波数検出器FD2は知られたOFDM信号内に現れるフォーマットとしてデータのフォーマットから利益を受ける。OFDMフレームは一般にフレームを同期し、又はチャンネルをテストする一連の特別なブロック(例えば5ブロック)により形成され、一連のデータブロック(例えば100ブロック)はデータを専ら含む。1データブロックは多重路伝搬の減少を除去するために保護期間による情報の冗長性を含む。送信端で冗長性はブロックの端のデータの一部のブロックの始めに再コピーすることからなる。斯くして1ブロック内で同じデータが2度生じる。これは図5に示され、ここでデータブロックの有用な部分は期間Tに対してプロットされ、一方で有用な部分がTg だけ継続する保護期間中に有用な部分からコピーされたデータにより先行される。
【0017】
図5に有用な部分のサンプルrN-1 が保護期間内のサンプルrー1としてコピーされ、そのようにして一歩ずつのやり方で行われる。
受信端でこのようにサンプルrN-1 と同じサンプルr−1を再び見いだす。補正信号εは受信された2つのサンプル間の差を測定することにより決定される。周波数検出器は補正信号を計算し、それにより
【0018】
【数1】
【0019】
ここで:
Imは「虚数部分」を示す
【0020】
【数2】
【0021】
はサンプルr-iの複素共役サンプル
なされた操作は2つのサンプルの積である。
補正信号は単独の対
【0022】
【数3】
【0023】
で決定され、即ちL=1、又は種々の対
【0024】
【数4】
【0025】
の計算された平均値を形成する。
これは1又は種々の対
【0026】
【数5】
【0027】
に関する。
斯くして周波数検出器FD2は例えば乗算器のような乗算手段からなり、これは該サンプルを2つ一組で、即ちサンプルの一つと他のサンプルの共役複素数とを乗算する。それは所望ならば種々の対の平均値を計算する。出力は得られた結果の虚数部分を形成する。
【0028】
搬送波同期はこの例では例えば100回フレーム内で継続された各データブロックと共に実現されえ、同期が各フレームが含む空間同期ブロックを介して影響するときにフレーム当たり一回ではない。
この周波数検出器の利点は:
−非常に簡単であること:単独の対の場合においてすら得られた性能は従来技術の解決策より良い。
−非常に高速に同期が得られること:収集時間はLの関数として減少する。
−非常に良好な周波数推定性能:多重路チャンネルの場合に周波数推定はバイアスせずに完了する。
【0029】
本発明はOFDMフォーマットの例示的な信号により記載してきたが冗長なデータを含む信号をもまた印加されうる。
【0030】
【発明の効果】
以下の利点は本発明より得られる:
− 処理及び必要なハードウエア手段は
単純かつ複雑さはほとんどない。
− 同期は非常に迅速に得られる。
− 周波数推定は非常に良好である。多重路の場合には周波数推定は好ましくはバイアスされていない。
− サンプリングクロック位相誤差に対して不感応である。
− サンプリングクロック周波数誤差に対してロバストである。
【図面の簡単な説明】
【図1】デジタル信号に対する送信装置のブロック図を示す。
【図2】OFDM信号変調器のブロック図を示す。
【図3】知られている同期回路を有する受信機の部分のブロック図を示す。
【図4】本発明の同期回路を有する受信機の部分のブロック図を示す。
【図5】OFDM信号のフレームの部分を形成するサンプルシーケンスである。
【符号の説明】
5 送信機
11 ソースエンコーダー
12 チャンネルエンコーダー
13 OFDM変調器
14 送信フィルター
15 チャンネル
16 発振器
17、117 混合器
105 受信機
111 ソースデコーダ
112 チャンネルデコーダ
113 OFDM復調器
114 受信フィルター
116 同期回路
130 入力
131 要素
133 シリアル/パラレル変換
135 回路
136 パラレル/シリアル変換
151 サンプラー
153 装置
154 シリアル/パラレル変換
155 装置
150 入力
210 周波数検出器
212 フィルター
213 周波数検出器
214 局所発振器
Ck 複素シンボル
MA 2進マッピンング要素
fr 局所搬送波
ε 補正信号
Claims (4)
- 第一の周波数領域信号を第二の時間領域信号に変換する手段を含む送信機を有するデータ送信装置であって、該第二の送信信号は、第一のデータと該第一のデータを複製した第二のデータにより形成され、該送信機は、該送信機から到来する該第二の送信信号を時間領域から周波数領域に再変換する手段を含む受信機に接続され、該受信機は、局所搬送波を発生する発振器を有する同期回路を更に含み、該同期回路は、該局所搬送波を同期する補正信号を決定し、該同期回路は、該補正信号を形成するために少なくとも1つの第一のデータを第二の対応するデータに時間領域で2つ1組に組み合わせ、
該補正信号は、該第一のデータと該第二のデータの複素共役との積又は該第一のデータの複素共役と対応する第二のデータとの積のいずれかから得られた信号の虚数成分により形成されるか、若しくは、該第一のデータと該第二のデータの複素共役との積又は該第一のデータの複素共役と対応する第二のデータとの積のいずれかからなる少なくとも2つの積のそれぞれに対応する虚数成分から計算される平均値により形成される、
ことを特徴とするデータ送信装置。 - 該送信機は、直交周波数分割多重信号を形成し、受信機は、該送信機から到来する該信号を処理する、
ことを特徴とする請求項1記載のデータ送信装置。 - 第一のデータと該第一のデータを複製した第二のデータとを含む送信信号を受信する受信機であって、該受信機は、時間領域から周波数領域へ該送信信号を変換する手段を含み、該受信機は、局所搬送波を発生する発振器を有する同期回路を更に含み、該同期回路は、該局所搬送波を同期する補正信号を決定し、該同期回路は、該補正信号を形成するために少なくとも1つの第一のデータを第二の対応するデータに時間領域で2つ1組に組み合わせ、
該補正信号は、該第一のデータと該第二のデータの複素共役との積又は該第一のデータの複素共役と対応する第二のデータとの積のいずれかから得られた信号の虚数成分により形成されるか、若しくは、該第一のデータと該第二のデータの複素共役との積又は該第一のデータの複素共役と対応する第二のデータとの積のいずれかからなる少なくとも2つの積のそれぞれに対応する虚数成分から計算される平均値により形成される、
ことを特徴とする受信機。 - 受信された送信信号は、直交周波数分割多重信号を有する、
ことを特徴とする請求項3記載の受信機。
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