JP3839292B2 - OFDM signal receiver - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信システムのおけるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)信号受信機に関するもので、特にそのシンボル同期に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
まず、従来のOFDM信号受信機を説明するに際して、OFDM信号の生成方法を説明する。
図9は、OFDM信号を生成するOFDM信号送信機の構成ブロック図である。
図9において、91は変調部、92はIFFT部、93はガードインターバル付加部、94はプリアンブル付加部、95はデジタル信号をアナログ信号に変換するデジタルアナログコンバータ(以下、D/A変換器と称す)、96はOFDM信号を送信するためのアナログ部である。
【0003】
情報データは、OFDM信号の伝送フォーマットに合うように、変調部91で、サブキャリア毎の情報データにQSPK等の符号化変調が施され、IFFT部92に出力される。IFFT部92では、変調部91の出力がIFFT(Inverse Fast Fourier Transform:逆高速フーリエ変換)されて周波数領域の信号から時間領域の信号に変換され、時間軸波形を有するデジタル変調波が生成される。
【0004】
この生成されたデジタル変調波は、ガードインターバル付加部93で、シンボル間の干渉を受けにくくするために、サブキャリア毎のデジタル変調波(すなわち、後述するOFDMシンボルに対応)の先頭にガードインターバルが付加され、ガードインターバルが付加されたOFDMシンボルが生成される。
【0005】
このガードインターバルが付加されたOFDMシンボルのパケット送信に際しては、プリアンブル付加部94によってパケットの先頭に付加されたプリアンブルが、まずD/A変換器95によりアナログ信号に変換され、アナログ部96から電波出力され、続いてガードインターバルが付加されたOFDMシンボルが、同様にD/A変換器95によりアナログ信号に変換され、アナログ部96から電波出力される。
なお、この場合において、プリアンブル部の信号は、送受信間で既知であるならば、形状はいかなるものでも問題はなく、通常はOFDM信号で形成される信号を用いることが多い。
【0006】
図10は、OFDM信号受信機で受信するOFDM信号のパケット構造例を示す図である。
OFDM信号のパケットは、例えば図10に示すように、前述のガードインターバルが付加されたOFDMシンボルのパケットDataの先頭に、2つのプリアンブルP1,P2からなるプリアンブル部Pが付加されて構成されている。OFDM信号受信機では、最初のプリアンブルP1は、AGC(Auto Gain Contro1:自動利得制御)又は粗い周波数オフセットの推定のために、次のプリアンブルP2は、OFDMシンボルの同期、又は精度の高い周波数オフセット推定のために使用されるものである。
【0007】
図11は、従来のOFDM信号受信機の構成ブロック図である。
図11において、111はOFDM信号を受信するためのアナログ部、112はAGCアンプ、113はアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタルコンバータ(以下、A/D変換器と称す)、114は直交復調部、115は相関部、116はガードインターバル除去部、117はFFT部、118は復調部、119は相関値検出部、120はシンボルタイミング同期部である。
OFDM信号は、一般的にこれらに代表される回路構成を用いて復調される。
すなわち、アナログ部111により、OFDM信号は受信され、A/D変換器113に適切な電力で入力されるようにAGCアンプ112によってゲインが制御され、A/D変換器113でデジタル信号に変換される。
【0008】
この例では、IF(Intermediate Frequency:中間周波数)領域でデジタル信号に変換される場合を示したので、そのデジタル信号は、直交復調部114によってベースバンド帯域の信号に変換される。この変換されたベースバンド帯域の信号は、OFDMシンボルの同期を取るために、相関部115により、送受信間で予め既知である信号との相関がとられる。相関値検出部119は、予め設定されている閾値を超えるレベルの相関出力が相関部115から出力されるタイミングを検出する。
【0009】
ここで、相関部115は、離散的な受信波形と、それと時間的に同じ分解能で、図10中のプリアンブルP2と同じ振幅を持つ関数とを、サンプル毎に乗じ、加算することにより構成されている。これはスペクトル拡散信号受信機等で用いられる相関器と同様の構成であり、一般的なものである。
したがって、OFDM信号受信機の相関値検出部119において、ノイズや伝播路の影響がない場合、相関値の検出は、プリアンブルP2の最後のサンプルが相関部115に入力されるタイミングで検出される。
【0010】
図12は、図10中に示したプリアンブルP2を受信する前後での相関部115からの相関出力の波形図である。
相関部115からの相関出力の大きさ(相関レベル)は、実際にはノイズ又は伝播路の影響を受け、図12に示すようになっている。
本従来技術では、相関値検出部119において、相関部115から出力される相関出力に対して閾値を設け、この相関閾値を超える相関出力が検出されるタイミングのうち、最も早く検出されるタイミングをシンボルタイミングとし、以下、このシンボルタイミングを基準として情報データを復調するものとしている。
【0011】
図12においては、t=aのタイミングで、相関部115から出力される相関出力は相関閾値を超えており、この時点をOFDM信号のプリアンブルP2の最後のサンプルを受信したタイミングとして採用することになる。以後、相関値検出部119により得られたプリアンブルP2の最後を示すタイミングから、シンボルタイミング同期部120は、以後に続くOFDMシンボルと同期をとることになる。
【0012】
このシンボルタイミング同期部120の構成は、OFDMシンボルが予め既知の周期で受信されることから、例えば単純なカウンタ等で実現可能である。このようなシンボルタイミング同期部120で生成されるタイミングをもとに、ガードインターバル除去部116では、各OFDMシンボルに付加されたガードインターバルを除去してFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)に必要となるポイントを抜き出し、FFT部117にデータを受け渡す。FFT部117では、それらガードインターバルが除去されたOFDMシンボル(すなわち、サブキャリア毎のデジタル変調波)をFFTして、時間領域の信号から周波数領域の信号に復調し、そのデータを復調部118に受け渡す。復調部118では、QSPK等の符号化変調されたデータに対し、一般的な復調が施される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したような従来技術のOFDM信号受信機におけるシンボル同期方法では、ノイズが多い環境では、相関部115の相関出力が希望信号のないタイミングで所定の相関閾値を超えることにより、相関値検出部119が相関値を誤検出してしまい、この誤検出した相関値に基づきシンボルタイミング同期部120から出力されるタイミングで、OFDMシンボル復調部としてのガードインターバル除去部116,FFT部117,及び復調部118が復調動作に入ってしまうといった、誤動作の確率が非常に高いという問題点があった。
【0014】
さらに、誤動作に入ってしまうことにより、本来復調したいパケットをロスし、その復調タイミングを逸してしまう確率が高くなるという問題点もあった。
また、他システムが場所的に近い所で同一周波数を利用して通信している場合や、自身が利用している周波数の隣接、その又隣(隣隣接)に強い電波がある場合、希望波ではない電波と相関が偶然にとれることにより、上記問題点と同様の現象が起こるといった問題点もあった。
本発明は、上述した問題点に鑑み、シンボル同期の性能向上をはかったOFDM信号受信機を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明によるOFDM信号受信機は、パケット中の位置とパターンとが既知の同期用信号を含むOFDM信号の相関をとる相関部と、該相関部の相関出力に基づき前記同期用信号の相関値検出を行う相関値検出部と、該相関値検出部による相関値検出に基づき、OFDM信号の復調を行うためのタイミング信号を生成するシンボルタイミング同期部とを備えているOFDM信号受信機において、OFDM信号の受信を検出する受信判定部と、該受信判定部の受信判定時を原点とする時間軸上の下限時刻及び上限時刻を備えた所定の時間範囲で前記相関値検出部を検出作動させる相関検出制御部とを備え、前記相関検出制御部は、前記所定の時間範囲内に、前記受信判定部の受信判定時を時刻として含まず、前記同期用信号の受信開始より当該同期用信号の相関値検出が行われるまでの時間“T”を時刻として含むことを特徴とする。
【0016】
これにより、本発明によるOFDM信号受信機は、信号電波の到来が検出されてから特定のタイミングだけ、相関器から出力される相関出力に基づき同期用信号の相関値を観測することができる。
また、本発明によるOFDM信号受信機は、その受信判定部が、信号電波の受信電力を測定する受信電力測定部と、受信電力の測定値が予め設定されている閾値を超えるのを検出して信号受信を判定する受信電力判定部とを備えていることを特徴とする。
【0017】
また、本発明によるOFDM信号受信機は、その受信判定部が、信号電波の受信電力の変動を測定する受信電力測定部と、受信電力の変動値が予め設定されている閾値を超えるのを検出して信号受信を判定する受信電力判定部とを備えていることを特徴とする。
これらにより、本発明によるOFDM信号受信機は、受信状態の劣悪な環境でも、信号電波の到来を確実に判断することができる。
【0018】
また、本発明によるOFDM信号受信機は、シンボルタイミング同期部は、所定の時間範囲内の時刻“T”以降に前記相関値検出部により相関値検出が行われた場合は、前記所定の時間範囲内における時刻“T”に前記相関値検出部により相関値検出された場合と同じ内容のタイミング信号を生成することを特徴とする。
【0019】
また、本発明によるOFDM信号受信機は、前記受信判定部には、特定の時間間隔で定期的に送信されるパケットに同期して閾値を段階的に変化させる閾値制御部が付設されていることを特徴とする。
これらにより、マルチパスの影響等でタイミングがずれた場合でもシンボル間干渉なく復調できる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態によるOFDM信号受信機の復調ブロック図である。
なお、図1において、既に図11で説明した従来技術のOFDM信号受信機と同様な構成部分については、その構成部分に付した番号と下2桁について同じ番号を付し、その説明は省略する。
【0021】
図1において、本実施の形態のOFDM信号受信機は、受信信号の電波の強さを測定する受信電力測定部31、受信電力測定部31により測定される電力の大きさをデジタル値に変換するA/D変換器32、A/D変換された受信信号の受信電力の大きさを判定する受信電力判定部33、この受信電力判定部33の判定結果に基づき相関値検出部19の検出作動を制御する相関検出制御部34を、新たに備える。
【0022】
受信電力測定部31では、AGCアンプ12に入力される前の、アナログ部11から出力されるOFDM受信信号を用いて、OFDM受信信号の電力、すなわち受信電波の強さが測定される。この受信電力測定部31では、正確な受信電力が測定できるように平均化回路が含まれることが一般的である。
受信電力測定部31で測定されたOFDM受信信号の電力は、A/D変換器32でデジタル値に変換された後、受信電力測定部31とともに受信判定部を構成する受信電力判定部33に出力される。
【0023】
受信電力判定部33では、この受信信号の受信電力のレベル(大きさ)と予め定められた所定の閾値とを比較し、受信電力のレベルが予め定められている所定の閾値を超えたか否かを判定する。
そして、受信電力のレベルがこの閾値を超えた場合には、受信電力判定部33は、本来受信しようと希望しているOFDM信号電波が到来したものと判定して、相関検出制御部34にOFDM信号電波の受信を知らせるための受信検出信号を出力する。
【0024】
相関検出制御部34では、受信電力判定部33からの受信検出信号の入力によってOFDM信号の受信が検出されてから、この受信検出時を原点とする時間軸上の、予め設定されている“T−d1T”(下限時刻)〜“T+d2T”(上限時刻)の間のタイミングからなる所定の時間範囲だけ、アクティブになる信号を生成し、この生成した信号の出力期間だけ、相関値検出部19に相関値すなわちシンボルタイミングの検出動作を行わせるように制御する。したがって、このアクティブになる信号が相関値検出部19の作動信号に相当する。
【0025】
したがって、相関値検出部19は、この相関検出制御部34から作動信号が入力されている間、予め設定されている相関閾値を超える相関出力が相関部15から出力されたか否かを判定し、この相関閾値を超える相関出力が検出された場合には、この検出タイミングをして相関検出信号(シンボルタイミング検出信号)をシンボルタイミング同期部20に出力する。
シンボルタイミング同期部20では、このシンボルタイミング検出信号の入力に基づき、シンボルタイミング同期信号を生成してガードインターバル除去部16に出力して、受信したOFDM信号についての復調動作を継続して行わせる。
【0026】
これに対して、相関値検出部19で相関閾値を超える相関値が検出されなかった場合は、前述した受信信号の電力レベルの大きさに基づくOFDM信号の受信検出ルーチンから開始することになる。
ここで、“T”は、OFDM信号の受信検出から相関閾値を超える相関出力が検出されるまでの時間を示し、パケット中の同期用プリアンブルの位置と回路構成から定まる特定の値である。すなわち、信号電波の到来を理想的に受信電力判定部33で検出できると仮定した場合、“T”は、その信号電波の到来検出(受信検出)から、相関部15において同期用プリアンブルの相関値が出力されるまでの時間である。
また、“d1T”は、受信電力測定部の時間分解能により、“d2T”は伝播路により、それぞれ値を後述のように定められるものである。
【0027】
図2は、上記説明したOFDM信号受信機の復調ブロックの簡単なタイミングダイアグラムを示したものである。
図2において、“POW”は、受信電力測定部31で測定される受信信号すなわち受信電波の電力の変化を示している。ただし、一般的に受信電力を測定する回路は、ノイズによる影響を軽減するために時間的に平均するので、POWの立ち上がりは滑らかになっている。
【0028】
“PDET”は、受信電力判定部33で生成される電波の到来検出信号で、受信電力が所定の判定の閾値を超えた時にアクティブになる信号である。図2においては、“t=a”のタイミングで電波の到来(電波の受信)が検出されたことを意味している。
また、“MAXEN”は、相関検出制御部34で生成される相関検出部19の作動信号で、PDETがアクティブになった後、“T−d1T”〜“T+d2T”の期間だけ、アクティブになる信号である。すなわち、相関値検出部19は、“T−d1T”〜“T+d2T”の期間だけ、同期用プリアンブルの相関値の検出動作を行うことになる。
【0029】
図3は、相関部15の相関出力波形とMAXENとのタイミングダイアグラムを示したものである。
図3(a)は、目的とする信号電波を正常に受信した場合の相関部15の相関出力波形とMAXENとのタイミング関係を示したものである。
これにより、相関値検出部19は、“T−d1T”〜“T+d2T”の期間内における“t=b”のタイミングで、相関部15の相関出力が相関閾値を超え同期用プリアンブルの相関値が検出されたものとみなし、以下、シンボルタイミング同期部20にタイミングを渡すことにより、通常の復調が可能になる。
さらに、期間“T−d1T”〜“T+d2T”を規定することの効果を明白にするために、図3(b)及び図3(c)を用いて説明する。
【0030】
図3(b)は、受信電力判定部33において、ノイズを電波と間違って検出した場合の相関部15の相関出力波形とMAXENとのタイミング関係を示したものである。
図3(b)によると、“T−d1T”〜“T+d2T”の期間内には、相関閾値をこえる相関出力は相関部15から出力されず、相関値検出部19によって相関値は検出されてはいないが、“T−d1T”以前のタイミング(同図中の“t=c”)に相関閾値を超える相関出力が偶然出力されたことによって相関値が検出されているため、“T−d1T”〜“T+d2T”を規定しない場合は誤同期となり、以降、この誤ったタイミングに基づいて回路が復調動作してしまい、他の手段、例えば、情報データのCRC(Cyclic Redundancy Check character)チェックで誤同期を認識するまで、回路は誤同期のまま動作し続けなくてはならず、無駄な時間を費やすことになる。
【0031】
図3(c)は、目的とするOFDMパケット以外の信号を受信した場合の相関部15の出力波形MAXENとのタイミング関係を示したものである。
図3(c)によると、“T+d2T”以降のタイミング(同図中の“t=d”)に偶然に、相関閾値を超える相関出力が検出されているため(OFDM信号はランダムな波形であるため、他システムのOFDM信号があった場合、偶然相関値が検出されることがある)、図3(b)の場合と同様、誤同期が起こり、同様の問題が生じる。
これにより、信号電波の到来検出時を基準とした同期用プリアンブルの相関値の検出タイミングの期間“T−d1T”〜“T+d2T”を規定することにより、誤同期による無駄な復調動作が起こる確率を非常に低くすることができる。
【0032】
次に、本実施の形態のOFDM受信機の受信電力判定部33についての変形例を説明する。
本例では、信号電波の到来検出手段としての受信電力判定部33は、電力の変化の割合を用いて判定している。
これは、前述の実施の形態では、受信電力判定部33は、受信電力のレベル(大きさ)と所定の閾値とを比較し、受信電力のレベルが所定の閾値を超えたときに信号電波の到来(すなわち受信)を検出したと判断する構成であったのに対し、本変形例では、受信電力判定部33は、受信電力の変化の割合が所定の閾値を超えた場合に、信号電波の到来を検出したと判断する構成となっている。
【0033】
本変形例では、受信電力の変化の割合を求める手段として、連続する測定時間での電力レベルの差より求める方法を採用しているが、受信電力の変化の割合を求める具体的な構成は、この構成に限定されるものではない。
本変形例は、測定される受信電力が希望とする電波ではないにも関わらず、固定的に高くなるときに有効である。
【0034】
このようなケースが生じる原因としてはいくつか考えられるが、回路の精度を上げるだけでは回避できない場合があり、例えば、送受信に使用される周波数が複数の通信システムで使用されており、自分の通信エリア以外で、多くの時間、信号電波が送信されるケース等がこれに当たる。
この場合、遠くで定常的に信号電波が送信されているため、電力レベルだけの判断では、この信号電波を定常的にとらえてしまい、希望とする信号電波が受信できるレベルで送信されているにも関わらず、とらえることができなくなり、通信ができないということになる。
【0035】
また、使用している周波数の近傍で、同じような通信が行われているときにもこのような問題が生じる。
一般的には、隣接あるいは隣隣接で送信される信号電波については、受信機内のフィルタ等で除去できるが、隣接等を使用して送信している送信機が自端末の近傍(場所的に)ある場合は、問題ないレベルにまで除去することが困難で、自端末の電波に信号同期できないといった問題が同様に生じる。
【0036】
図4は、これらのような干渉波が存在するときの相関値検出のタイミングダイアグラムを示した図である。
図4(a)は、受信電力判定部33として、電力レベルの大きさによる判定手段を用いた場合、図4(b)は、受信電力判定部33として、電力レベルの変化の割合による判定手段に用いた場合である。
【0037】
“POW”が受信レベル、“DIFFPOW”が受信電力の変化の割合、“PDET”が図1における受信電力判定部33で生成される電波を受信したことを示す信号、“MAXEN”及び“相関出力”は前述した図3における“MAXEN”及び“相関出力”と同じものであり、“SYNCMISS”はMAXENがアクティブの間、すなわちPDETがアクティブになってから期間“T−d1T”〜“T+d2T”に閾値を超える相関値が検出されない場合、電波判定からやりなおすための制御信号である。
【0038】
図4(a)に示した、電波の到来の判定に電力値を用いた場合では、干渉波により、“PDET”が繰り返し検出されるため、実際希望波を受信開始したタイミング“t=a”では、“PDET”がアクティブにならず、“t=b”のタイミングで発生する相関値を正常に検出できないといった問題がある。これは、図4(a)において、“t=b”で示す希望波の同期用プリアンブルの相関値を検出するタイミングで、“MAXEN”がアクティブになっていないことを意味する。
【0039】
しかしながら、図4(b)に示したように、電波の到来の判定に電力変化の割合を用いた場合、干渉波の受信開始時には、誤って“MAXEN”がアクティブになるものの、その期間で閾値を超える相関値は検出されず、SYNCMISS”を検出した後は、“PDET”が誤ってアクティブになることはなく、希望波の受信開始タイミング“t=a”で正常に受信動作に入ることが可能になり、“t=b”で出力される希望波の同期用プリアンブルの相関値を検出することができる。
これは、図4(b)示したように、“t=b”において、“MAXEN”がアクティブになっていることによる。
次に、上記説明したこれら受信電力判定部33の構成について説明する。
【0040】
図5は、受信電力による判定を行う受信電力判定部33の構成回路図である。
図5(a)では、受信電力測定部31から得られた電力をA/D変換後入力し、所定の閾値と比較器51で比較し、閾値より電力値が大きければ、比較器51はHighを出力するように構成されている。
比較器51の出力は、検出パルス波形を生成するための2段構成のD型フリップフロップ(DFF)52、53に入力される。
【0041】
DFF52、53は、入力端子、出力端子(Q)、反転出力端子(上線つきのQ)、イネーブル(En)、リセット端子(RS)、クロック端子(CLK)を備えて構成されている。
DFF52の出力信号と、DFF53の反転出力信号を論理積回路54で論理積をとり、PDET信号を生成する。
【0042】
一旦、比較器51による電波検出を行った後、本受信電力判定部33は動作してはいけないので、DFF52の出力の反転出力信号でDFF52のEnを制御し、RSにリセットがかかるまでは、動作しないように制御する必要がある。
このリセット信号に、図4で説明した“SYNCMISS”を入力すれば、相関値が検出されない場合、すみやかに初期状態に戻り、信号電波検出のルーチンを開始することができる。
【0043】
図5(b)は受信電力の変化の割合による判定を行う受信電力判定部33のブロック図である。
回路の基本構成は、図5(a)の場合と同じであるので、違いのみを説明する。
入力された電力値は,遅延器55で1サンプル分遅延される。この遅延器55の前後の電力値を減算器56により差分をとる。この差分を比較器51に入力し、所定の閾値を比較することにより希望電波の到来を検出するものである。すなわち、前サンプルの電力値から現在のサンプルの電力値を引いた値が閾値を超えれば、比較器51の出力がアクティブになるように制御される。
【0044】
次に“d1T”の最適な値を設定する方法について説明する。
観測時間“T−d1T”〜“T+d2T”は、短ければ短いほど誤同期による無駄な動作を行う確率が下がることを上記に示した。
“d1T”については、受信電力測定部31の精度に依存する。
簡単のために、伝播路が静的な状態(マルチパスがない状態)を考えると、受信電力測定部31が時間的に完全に働けば、相関値検出部19から得られる相関値は時間“T”で得られることになる。
【0045】
しかしながら、ノイズに対する特性を強くすることを考えると、時間軸で電力の平均をとらないと、誤ってノイズに反応することが多くなる。そして、先に示したように観測時間“T−dT”〜“T+d2T”は短い方が、誤検出の確率は少なくなる。
以上のことから、受信電力測定部31の時間分解能を例えば“N”とした場合、“d1T=N”とすることが、OFDMシンボルのパケットの同期に関し、最適な値となる。
【0046】
次に“d2T”の最適な値を設定する方法を示す。
“d2T”も当然短い方がよいが、実際にはマルチパスの影響で、閾値を超える相関出力が実際の予想より、後ろにずれる場合がある。
それに対応して“d2T”も長くする必要がある。
したがって、“d2T”の最適値は使用される伝播路環境により異なり、予想される最も到達が遅い遅延波に合わせるのが最適である。通常、システムがOFDMを使っている場合、遅延波によるシンボル間干渉の影響を軽減するためにガードインターバルが設けられている。このことから、“d2T”はガードインターバル長“L”と時間を同じにすれば、そのシステムで考慮される最も到達が遅い遅延波を考慮することになる。
一方、復調するに際し、遅延波が相関閾値を超える相関出力をもたらした場合、それにあわせてシンボル同期をとると、次のような問題がある。
【0047】
図6は、遅延波の影響で相関が後ろにずれた場合の、シンボル同期の様子を示した図である。
図6において、Effective Symbolは有効OFDMシンボルを、GIはこの有効OFDMシンボルのレプリカであるガードインターバルそれぞれ示す。
その上で、図6において、Effective Symbol#nは受信されたn番目のOFDMシンボル、GI#nは受信されたn番目のOFDMシンボルEffective Symbol#nに付されたガードインターバル、GI#(n+1)は同じく“n+1”番目のOFDMシンボル[Effective Symbol#(n+1)]に付されたガードインターバルを示す。
【0048】
図6では、遅延波3で、相関部15の相関出力が相関閾値を超える相関値を相関検出部19で検出したと想定しているので、そのタイミングでシンボル同期をとると、“n”番目のOFDMシンボルを復調しようとする際、“n+1”番目の直達波、遅延波1,2が現在復調しようとしている“n”番目のOFDMシンボルに影響を及ぼしていることが分かる。
これは、シンボル間干渉が起こることを意味し、OFDM信号の特徴を損うことになる。従って、時間T以降に相関検出部19で相関値を検出した場合は、時間Tにて窓同期(FFT Window)をとり、復調する方が、シンボル間干渉の影響が少なくなる確率が高いことが分かる。
【0049】
次に一定周期で送信されるフレームに同期する場合について示す。
一定周期で送信されるフレームに同期する場合は、単にランダムに発生するパケットに同期する場合と異なり、複数のフレームを用いて同期してもシステム上の問題はなく、確実にフレーム同期を行う必要がある。
【0050】
しかしながら、あまりに時間がかかり過ぎることも、利便性にかけることになるので、迅速かつ確実にフレームに同期することが重要となる。フレームを構成しないパケット通信の場合は、システム上考えられる最低の受信電力でも受信できるように、図1における受信電力判定部33の閾値を設定する必要があり、このことに伴い、ノイズを受信電力として判断し、誤同期を度々引き起こすことになる。
【0051】
先の実施例に示したように、相関値検出部19の動作を時間で制限することにより、確率を低くすることも可能であるが、それでも、誤同期の確率が残ってしまう。
そこで、一定周期で送信されるフレームに同期を行う時は、受信電力判定部33の閾値を受信感度より高くすることで、ノイズによる誤検出が皆無になり、受信電力レベルが十分である場合、高速にフレーム同期することが可能になる。
一方で、受信電力レベルが低い場合、検出できず、フレーム同期をとることができないが、ある程度の時間電力が検出できない場合は閾値を低くし、同じことを行えば、電力検出が可能になる。
【0052】
図7は、本発明の別の実施の形態のOFDM受信機の復調ブロック図である。
図7の基本構成は、図1のOFDM受信機の復調ブロックと同じであるので、異なるブロックの動作についてのみ説明し、同じブロックの動作についてはその説明を省略する。
図7において、41が閾値制御部で、閾値制御部41はタイマを持ち、一定時間閾値を超える電力が検出されない場合は、閾値が低くなるように制御する回路である。
【0053】
図8は、閾値制御部41により閾値を変化させた場合の信号電波検出の様子を示す図である。
図8においては、“POW”は受信電力測定部31による測定された電力値を示し、“t=a”が電波のサーチを開始するポイント、“t=b”が繰り返し送信されるフレームの先頭を受信するタイミングを示すものとする。
また、それぞれの閾値の大きさの関係は、閾値0>閾値1>閾値2となっており、これら複数の閾値の中で、閾値2がシステムに要求される最低の受信感度である。
【0054】
これまで説明してきた実施の形態のOFDM信号受信機の構成であると、受信電力判定部33の閾値をこの例における閾値2のみとしているため、図3に示した“t=c,d”のタイミングで誤って信号電波を検出してしまい、タイミングdとタイミングbが時間的に近い、すなわち電波のサーチを開始するポイントと繰り返し送信されるフレームの先頭を受信するタイミングとが時間的に近い場合は、本来の受信タイミングbでの電波の検出を見逃す可能性がある。
閾値をシステムの最小受信感度にすると、このようなケースが多発する恐れがあり、同期に時間がかかりすぎるという問題が発生する。
【0055】
ここで、2段階に閾値を変更させる例として、閾値1と閾値2を使用すると、最初に閾値を閾値1に設定することになるので、このような誤検出は一切なくなり、高速に同期することが可能になる。また、受信電力と閾値の関係で、閾値0と閾値2を使用するような関係になった時は、閾値0では電波が検出されないため、タイマの働きにより、閾値2に閾値が変更される。
また、この説明では電力判定部33として電力値を使用する場合について示したが、これに限らず、電力値の変化の割合を使用しても同等の効果があることは明白である。
【0056】
変化の割合を使用する場合においても、ランダムに発生するパケット通信では、システムノイズ等から非常に低い電力変化でも検出しなくてはならない。
しかしながら、これは同時にノイズによる誤動作の原因となり、一定周期で送信されるフレームに同期する手段としては適していない。
従って上記に示したのと同様に、変化の割合を判定する閾値を高い方から、低い方に切り替えることにより、同等の効果が得られる。
なお、本発明は、以上説明した実施の形態に限定されるものではない。
【0057】
【発明の効果】
本発明によれば、受信機内にノイズが多い場合でも、誤動作の確率が少なくなり、同時に誤動作により受信すべきパケットを見逃す確率も少なくなる。
また、近隣で他のシステムが同じ周波数で通信を行っている場合、あるいは、周波数における隣接、隣隣接に強い干渉波が合った場合も、同様の効果を得ることができる。
また、マルチパスの影響があっても、シンボル間干渉なく復調できることが可能になる。
さらには、パケットが一定間隔で送信されている場合は、効率よく同期できることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態によるOFDM信号受信機の復調ブロック図である。
【図2】OFDM信号受信機の復調ブロックの簡単なタイミングダイアグラムを示したものである。
【図3】相関部15の相関出力波形とMAXENとのタイミングダイアグラムを示したものである。
【図4】干渉波が存在するときの相関値検出のタイミングダイアグラムを示した図である。
【図5】受信電力による判定を行う受信電力判定部33の構成回路図である。
【図6】遅延波の影響で相関が後ろにずれた場合の、シンボル同期の様子を示した図である。
【図7】本発明の別の実施の形態のOFDM信号受信機の復調ブロック図である。
【図8】閾値制御部41により閾値を変化させた場合の信号電波検出の様子を示す図である。
【図9】OFDM信号を生成するOFDM信号送信機の構成ブロック図である。
【図10】OFDM信号受信機で受信するOFDM信号のパケット構造例を示す図である。
【図11】従来のOFDM信号を復調するOFDM信号受信機の構成ブロック図である。
【図12】プリアンブルP2を受信する前後での相関部115の出力波形図である。
【符号の説明】
11 アナログ部
12 AGC
13 A/D変換器
14 直交復調部
15 相関部
16 ガードインターバル除去部
17 FFT部
18 復調部
19 相関値検出部
20 シンボルタイミング同期部
31 受信電力測定部
32 A/D変換器
33 受信電力判定部
34 相関検出制御部
41 閾値制御部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) signal receiver in a wireless communication system, and more particularly to symbol synchronization thereof.
[0002]
[Prior art]
First, in describing a conventional OFDM signal receiver, a method for generating an OFDM signal will be described.
FIG. 9 is a configuration block diagram of an OFDM signal transmitter that generates an OFDM signal.
In FIG. 9, 91 is a modulation unit, 92 is an IFFT unit, 93 is a guard interval adding unit, 94 is a preamble adding unit, and 95 is a digital-analog converter (hereinafter referred to as a D / A converter) that converts a digital signal into an analog signal. 96 is an analog part for transmitting an OFDM signal.
[0003]
The information data is subjected to coding modulation such as QSPK on the information data for each subcarrier in the modulation unit 91 so as to match the transmission format of the OFDM signal, and is output to the IFFT unit 92. In IFFT section 92, the output of modulation section 91 is subjected to IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) and converted from a frequency domain signal to a time domain signal, and a digital modulated wave having a time axis waveform is generated. .
[0004]
The generated digital modulation wave has a guard interval at the head of the digital modulation wave for each subcarrier (that is, corresponding to an OFDM symbol described later) in order to make it difficult for the guard interval adding unit 93 to receive interference between symbols. An OFDM symbol to which a guard interval is added is generated.
[0005]
When transmitting a packet of the OFDM symbol to which this guard interval is added, the preamble added to the head of the packet by the preamble adding unit 94 is first converted into an analog signal by the D / A converter 95, and a radio wave output from the analog unit 96 Subsequently, the OFDM symbol to which the guard interval is added is similarly converted into an analog signal by the D / A converter 95 and is output from the analog unit 96 as a radio wave.
In this case, as long as the signal of the preamble part is known between transmission and reception, there is no problem with any shape, and usually a signal formed by an OFDM signal is often used.
[0006]
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a packet structure of an OFDM signal received by the OFDM signal receiver.
For example, as shown in FIG. 10, an OFDM signal packet is configured by adding a preamble part P composed of two preambles P1 and P2 to the head of an OFDM symbol packet Data to which the above-described guard interval is added. . In the OFDM signal receiver, the first preamble P1 is used for estimation of AGC (Auto Gain Control 1) or coarse frequency offset, and the next preamble P2 is used for OFDM symbol synchronization or high-accuracy frequency offset estimation. Is used for.
[0007]
FIG. 11 is a configuration block diagram of a conventional OFDM signal receiver.
11, 111 is an analog unit for receiving an OFDM signal, 112 is an AGC amplifier, 113 is an analog-to-digital converter (hereinafter referred to as an A / D converter) that converts an analog signal into a digital signal, and 114 is a quadrature demodulation. , 115 is a correlation unit, 116 is a guard interval removal unit, 117 is an FFT unit, 118 is a demodulation unit, 119 is a correlation value detection unit, and 120 is a symbol timing synchronization unit.
The OFDM signal is generally demodulated using a circuit configuration represented by these.
That is, the OFDM signal is received by the analog unit 111, the gain is controlled by the AGC amplifier 112 so that it is input to the A / D converter 113 with appropriate power, and is converted into a digital signal by the A / D converter 113. The
[0008]
In this example, the case where the signal is converted into a digital signal in the IF (Intermediate Frequency) region is shown, and the digital signal is converted into a baseband signal by the orthogonal demodulation unit 114. The converted baseband signal is correlated with a signal known in advance between transmission and reception by the correlator 115 in order to synchronize the OFDM symbols. The correlation value detection unit 119 detects the timing at which a correlation output having a level exceeding a preset threshold is output from the correlation unit 115.
[0009]
Here, the correlator 115 is configured by multiplying each sample by a discrete reception waveform and a function having the same resolution as that of the preamble P2 in FIG. Yes. This is the same configuration as a correlator used in a spread spectrum signal receiver or the like, and is a general one.
Therefore, in the correlation value detection unit 119 of the OFDM signal receiver, when there is no influence of noise or propagation path, the correlation value is detected at the timing when the last sample of the preamble P2 is input to the correlation unit 115.
[0010]
FIG. 12 is a waveform diagram of the correlation output from the correlation unit 115 before and after receiving the preamble P2 shown in FIG.
The magnitude of the correlation output from the correlator 115 (correlation level) is actually affected by noise or a propagation path, and is as shown in FIG.
In this prior art, the correlation value detection unit 119 sets a threshold for the correlation output output from the correlation unit 115, and the timing at which the correlation output exceeding the correlation threshold is detected is the earliest detection timing. Hereinafter, it is assumed that the symbol data is used, and hereinafter, the information data is demodulated based on the symbol timing.
[0011]
In FIG. 12, the correlation output output from the correlation unit 115 exceeds the correlation threshold at the timing of t = a, and this time is adopted as the timing at which the last sample of the preamble P2 of the OFDM signal is received. Become. Thereafter, from the timing indicating the end of the preamble P2 obtained by the correlation value detection unit 119, the symbol timing synchronization unit 120 synchronizes with the subsequent OFDM symbol.
[0012]
The configuration of the symbol timing synchronization unit 120 can be realized by, for example, a simple counter because OFDM symbols are received in a known cycle in advance. Based on the timing generated by the symbol timing synchronization unit 120, the guard interval removal unit 116 removes the guard interval added to each OFDM symbol and is necessary for FFT (Fast Fourier Transform). Are extracted, and the data is transferred to the FFT unit 117. The FFT unit 117 performs FFT on the OFDM symbol (that is, digital modulation wave for each subcarrier) from which the guard interval is removed, demodulates the signal from the time domain to the signal in the frequency domain, and sends the data to the demodulation unit 118. Deliver. In the demodulator 118, general demodulation is performed on data that has been coded and modulated, such as QSPK.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the symbol synchronization method in the conventional OFDM signal receiver as described above, in a noisy environment, the correlation output of the correlation unit 115 exceeds a predetermined correlation threshold at a timing when there is no desired signal, thereby detecting a correlation value. Unit 119 erroneously detects a correlation value, and at a timing output from symbol timing synchronization unit 120 based on the erroneously detected correlation value, guard interval removal unit 116, FFT unit 117, and demodulation as an OFDM symbol demodulation unit There is a problem that the probability of malfunction is extremely high, such that the unit 118 enters the demodulation operation.
[0014]
Furthermore, there is a problem that the probability of losing a packet that is originally desired to be demodulated and losing the demodulation timing becomes high due to malfunction.
In addition, when other systems are communicating using the same frequency in a place close to the location, or when there is a strong radio wave adjacent to or adjacent to the frequency used by itself (neighboring adjacent), the desired signal There is also a problem that a phenomenon similar to the above problem occurs due to accidental correlation with a non-radio wave.
In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide an OFDM signal receiver with improved symbol synchronization performance.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an OFDM signal receiver according to the present invention includes a correlation unit that correlates an OFDM signal including a synchronization signal whose position and pattern in a packet are known, and a correlation output of the correlation unit. And a symbol timing synchronization unit for generating a timing signal for demodulating the OFDM signal based on the correlation value detection by the correlation value detection unit. A reception determination unit that detects reception of the OFDM signal, and the correlation in a predetermined time range having a lower limit time and an upper limit time on the time axis with the reception determination time of the reception determination unit as an origin A correlation detection control unit for detecting and operating the value detection unit, The correlation detection control unit does not include the reception determination time of the reception determination unit as a time within the predetermined time range, and until the correlation value detection of the synchronization signal is performed from the start of reception of the synchronization signal. Includes time “T” as time It is characterized by that.
[0016]
Thus, the OFDM signal receiver according to the present invention can observe the correlation value of the synchronization signal based on the correlation output output from the correlator only at a specific timing after the arrival of the signal radio wave is detected.
In the OFDM signal receiver according to the present invention, the reception determination unit detects a reception power measurement unit that measures the reception power of the signal radio wave, and a measurement value of the reception power exceeds a preset threshold value. A reception power determination unit that determines signal reception.
[0017]
In the OFDM signal receiver according to the present invention, the reception determination unit detects a reception power measurement unit that measures the fluctuation of the reception power of the signal radio wave, and detects that the fluctuation value of the reception power exceeds a preset threshold value. And a reception power determination unit for determining signal reception.
Thus, the OFDM signal receiver according to the present invention can reliably determine the arrival of a signal radio wave even in an environment with a poor reception state.
[0018]
In addition, in the OFDM signal receiver according to the present invention, the symbol timing synchronization unit is configured such that the correlation value detection unit detects the correlation value after the time “T” within the predetermined time range, and the predetermined time range. A timing signal having the same contents as when the correlation value is detected by the correlation value detection unit at time “T” is generated.
[0019]
In the OFDM signal receiver according to the present invention, the reception determination unit is provided with a threshold control unit that changes the threshold stepwise in synchronization with a packet periodically transmitted at a specific time interval. It is characterized by.
As a result, even when the timing is shifted due to the influence of multipath, demodulation can be performed without intersymbol interference.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a demodulation block diagram of an OFDM signal receiver according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the same components as those of the prior art OFDM signal receiver already described in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals as the numbers assigned to the components, and the description thereof is omitted. .
[0021]
In FIG. 1, the OFDM signal receiver according to the present embodiment converts a received power measuring unit 31 that measures the intensity of a radio wave of a received signal, and the power measured by the received power measuring unit 31 into a digital value. The A / D converter 32, the received power determination unit 33 that determines the magnitude of the received power of the A / D converted received signal, and the detection operation of the correlation value detection unit 19 based on the determination result of the received power determination unit 33. The correlation detection control part 34 to control is newly provided.
[0022]
The received power measuring unit 31 measures the power of the OFDM received signal, that is, the strength of the received radio wave, using the OFDM received signal output from the analog unit 11 before being input to the AGC amplifier 12. In general, the reception power measurement unit 31 includes an averaging circuit so that accurate reception power can be measured.
The power of the OFDM reception signal measured by the reception power measurement unit 31 is converted into a digital value by the A / D converter 32 and then output to the reception power determination unit 33 that constitutes the reception determination unit together with the reception power measurement unit 31. Is done.
[0023]
The received power determination unit 33 compares the received power level (magnitude) of the received signal with a predetermined threshold value to determine whether or not the received power level exceeds a predetermined threshold value. Determine.
When the received power level exceeds this threshold, the received power determination unit 33 determines that the OFDM signal radio wave originally intended to be received has arrived, and sends the OFDM signal to the correlation detection control unit 34. A reception detection signal for informing the reception of the signal radio wave is output.
[0024]
The correlation detection control unit 34 detects the reception of the OFDM signal by the input of the reception detection signal from the reception power determination unit 33 and then sets a preset “T” on the time axis with the reception detection time as the origin. −d1T ”(lower limit time) to“ T + d2T ”(upper limit time), a signal that becomes active is generated only in a predetermined time range, and the correlation value detection unit 19 outputs only the output period of the generated signal. Control is performed to detect the correlation value, that is, the symbol timing. Therefore, the signal that becomes active corresponds to the operation signal of the correlation value detection unit 19.
[0025]
Therefore, the correlation value detection unit 19 determines whether a correlation output exceeding a preset correlation threshold is output from the correlation unit 15 while the operation signal is input from the correlation detection control unit 34, When a correlation output exceeding the correlation threshold is detected, this correlation is detected and a correlation detection signal (symbol timing detection signal) is output to the symbol timing synchronization unit 20.
Based on the input of the symbol timing detection signal, the symbol timing synchronization unit 20 generates a symbol timing synchronization signal and outputs the symbol timing synchronization signal to the guard interval removal unit 16 to continuously perform the demodulation operation on the received OFDM signal.
[0026]
In contrast, if the correlation value detection unit 19 does not detect a correlation value that exceeds the correlation threshold, the process starts from the OFDM signal reception detection routine based on the magnitude of the power level of the reception signal described above.
Here, “T” indicates the time from the reception detection of the OFDM signal until the correlation output exceeding the correlation threshold is detected, and is a specific value determined from the position of the synchronization preamble in the packet and the circuit configuration. That is, when it is assumed that the arrival of the signal radio wave can be detected ideally by the reception power determination unit 33, “T” is the correlation value of the synchronization preamble in the correlation unit 15 from the detection (reception detection) of the signal radio wave. Is the time until is output.
Further, “d1T” is determined by the time resolution of the received power measuring unit, and “d2T” is determined by the propagation path, as described later.
[0027]
FIG. 2 shows a simple timing diagram of the demodulation block of the OFDM signal receiver described above.
In FIG. 2, “POW” indicates a change in the power of the received signal measured by the received power measuring unit 31, that is, the received radio wave. However, a circuit that measures received power generally averages over time in order to reduce the influence of noise, so the rise of POW is smooth.
[0028]
“PDET” is a radio wave arrival detection signal generated by the reception power determination unit 33 and is activated when the reception power exceeds a predetermined determination threshold. In FIG. 2, it means that the arrival of radio waves (reception of radio waves) is detected at the timing of “t = a”.
“MAXEN” is an operation signal of the correlation detection unit 19 generated by the correlation detection control unit 34, and is a signal that becomes active only during the period “T−d1T” to “T + d2T” after PDET becomes active. It is. That is, the correlation value detection unit 19 performs the operation of detecting the correlation value of the synchronization preamble only during the period “T−d1T” to “T + d2T”.
[0029]
FIG. 3 shows a timing diagram of the correlation output waveform of the correlator 15 and MAXEN.
FIG. 3A shows the timing relationship between the correlation output waveform of the correlator 15 and MAXEN when the target signal radio wave is normally received.
Accordingly, the correlation value detection unit 19 exceeds the correlation threshold value at the timing “t = b” within the period “T−d1T” to “T + d2T”, and the correlation value of the synchronization preamble is Assuming that it has been detected, the normal demodulation can be performed by passing the timing to the symbol timing synchronization unit 20 hereinafter.
Further, in order to clarify the effect of defining the periods “T−d1T” to “T + d2T”, a description will be given with reference to FIGS. 3B and 3C.
[0030]
FIG. 3B shows the timing relationship between the correlation output waveform of the correlator 15 and MAXEN when noise is erroneously detected as a radio wave in the received power determination unit 33.
According to FIG. 3B, during the period from “T−d1T” to “T + d2T”, the correlation output exceeding the correlation threshold is not output from the correlation unit 15, and the correlation value is detected by the correlation value detection unit 19. However, since a correlation output exceeding the correlation threshold is accidentally output at a timing before “T-d1T” (“t = c” in the figure), the correlation value is detected. If "" to "T + d2T" is not specified, erroneous synchronization occurs. Thereafter, the circuit demodulates based on this incorrect timing, and error is detected by other means, for example, CRC (Cyclic Redundancy Check character) check of information data. Until the synchronization is recognized, the circuit must continue to operate in a false synchronization, which wastes time.
[0031]
FIG. 3C shows the timing relationship with the output waveform MAXEN of the correlator 15 when a signal other than the target OFDM packet is received.
According to FIG. 3C, a correlation output exceeding the correlation threshold is detected by chance at the timing after “T + d2T” (“t = d” in the figure) (the OFDM signal has a random waveform). Therefore, when there is an OFDM signal of another system, a correlation value may be detected by chance), and as in the case of FIG. 3B, a false synchronization occurs and the same problem occurs.
As a result, by defining the period “T−d1T” to “T + d2T” of the detection timing of the correlation value of the synchronization preamble with reference to the time of detection of the arrival of the signal radio wave, the probability that a wasteful demodulation operation due to erroneous synchronization occurs will occur. Can be very low.
[0032]
Next, a modified example of the reception power determination unit 33 of the OFDM receiver according to the present embodiment will be described.
In this example, the received power determination unit 33 as signal radio wave arrival detection means determines using the rate of change in power.
In the embodiment described above, the received power determination unit 33 compares the received power level (magnitude) with a predetermined threshold, and when the received power level exceeds the predetermined threshold, In contrast to the configuration in which it is determined that arrival (that is, reception) has been detected, in the present modification, the reception power determination unit 33 is configured to detect the signal radio wave when the rate of change in reception power exceeds a predetermined threshold. It is configured to determine that arrival has been detected.
[0033]
In this modification, as a means for obtaining the rate of change in received power, a method of obtaining from the difference in power level at successive measurement times is adopted, but the specific configuration for obtaining the rate of change in received power is as follows: It is not limited to this configuration.
This modification is effective when the received power to be measured is fixedly high although it is not the desired radio wave.
[0034]
There are several possible causes for such a case, but there are cases where it cannot be avoided simply by increasing the accuracy of the circuit.For example, the frequency used for transmission / reception is used in multiple communication systems, and your communication This is the case where signal radio waves are transmitted for many hours outside the area.
In this case, since the signal radio wave is constantly transmitted at a distance, the determination of only the power level causes the signal radio wave to be captured constantly, and the desired signal radio wave is transmitted at a level that can be received. Nevertheless, it cannot be captured and communication is impossible.
[0035]
Such a problem also occurs when similar communication is performed near the frequency being used.
In general, signal radio waves transmitted adjacent or adjacent to each other can be removed by a filter or the like in the receiver, but the transmitter transmitting using the adjacent etc. is in the vicinity (locally) of the terminal. In some cases, it is difficult to remove the signal to a problem-free level, and the problem that the signal cannot be synchronized with the radio wave of the terminal itself is caused.
[0036]
FIG. 4 is a diagram showing a timing diagram of correlation value detection when such interference waves are present.
4A shows a case where a determination unit based on the level of the power level is used as the reception power determination unit 33. FIG. 4B shows a determination unit based on the rate of change in the power level as the reception power determination unit 33. It is a case where it is used for.
[0037]
“POW” is a reception level, “DIFFPOW” is a rate of change in received power, “PDET” is a signal indicating that a radio wave generated by the received power determination unit 33 in FIG. 1 has been received, “MAXEN” and “correlation output” 3 is the same as “MAXEN” and “correlation output” in FIG. 3 described above, and “SYNCMISS” is during the period “T−d1T” to “T + d2T” while MAXEN is active, that is, after PDET becomes active. When a correlation value exceeding the threshold is not detected, this is a control signal for redoing the radio wave determination.
[0038]
In the case where the power value is used for the determination of the arrival of the radio wave shown in FIG. 4A, “PDET” is repeatedly detected by the interference wave, and therefore the timing “t = a” at which reception of the actual desired wave is started. However, there is a problem that “PDET” does not become active and the correlation value generated at the timing “t = b” cannot be detected normally. This means that “MAXEN” is not active at the timing of detecting the correlation value of the synchronization preamble of the desired wave indicated by “t = b” in FIG. 4A.
[0039]
However, as shown in FIG. 4B, when the rate of change in power is used to determine the arrival of radio waves, “MAXEN” is erroneously activated at the start of interference wave reception. After detecting SYNCMISS, “PDET” does not become erroneously activated, and the reception operation can be normally started at the desired wave reception start timing “t = a”. The correlation value of the synchronization preamble of the desired wave output at “t = b” can be detected.
This is because “MAXEN” is active at “t = b” as shown in FIG.
Next, the configuration of the reception power determination unit 33 described above will be described.
[0040]
FIG. 5 is a configuration circuit diagram of the reception power determination unit 33 that performs determination based on reception power.
In FIG. 5A, the power obtained from the received power measuring unit 31 is input after A / D conversion, compared with a predetermined threshold value by the comparator 51, and if the power value is larger than the threshold value, the comparator 51 is High. Is configured to output.
The output of the comparator 51 is input to two-stage D-type flip-flops (DFF) 52 and 53 for generating a detection pulse waveform.
[0041]
The DFFs 52 and 53 include an input terminal, an output terminal (Q), an inverted output terminal (Q with an overline), an enable (En), a reset terminal (RS), and a clock terminal (CLK).
A logical product of the output signal of the DFF 52 and the inverted output signal of the DFF 53 is obtained by a logical product circuit 54 to generate a PDET signal.
[0042]
Once the radio wave is detected by the comparator 51, the received power determination unit 33 must not operate. Therefore, until the En of the DFF 52 is controlled by the inverted output signal of the output of the DFF 52 and the RS is reset, It is necessary to control so that it does not operate.
If “SYNCMISS” described with reference to FIG. 4 is input to this reset signal, if no correlation value is detected, the initial state can be quickly returned to and a signal radio wave detection routine can be started.
[0043]
FIG. 5B is a block diagram of the reception power determination unit 33 that performs determination based on the rate of change in reception power.
Since the basic configuration of the circuit is the same as in FIG. 5A, only the differences will be described.
The input power value is delayed by one sample by the delay unit 55. The subtractor 56 takes a difference between the power values before and after the delay unit 55. This difference is input to the comparator 51 and the arrival of the desired radio wave is detected by comparing a predetermined threshold value. That is, if the value obtained by subtracting the power value of the current sample from the power value of the previous sample exceeds the threshold value, the output of the comparator 51 is controlled to be active.
[0044]
Next, a method for setting an optimum value of “d1T” will be described.
It has been shown above that the shorter the observation times “T−d1T” to “T + d2T”, the lower the probability of performing a wasteful operation due to false synchronization.
“D1T” depends on the accuracy of the received power measurement unit 31.
For the sake of simplicity, considering the state where the propagation path is static (the state where there is no multipath), if the received power measurement unit 31 works completely in time, the correlation value obtained from the correlation value detection unit 19 is time “ It will be obtained at T ″.
[0045]
However, considering that noise characteristics are strengthened, there are many cases of erroneously responding to noise unless the power is averaged on the time axis. As described above, the shorter the observation times “T−dT” to “T + d2T”, the lower the probability of erroneous detection.
From the above, assuming that the time resolution of the received power measuring unit 31 is “N”, for example, “d1T = N” is the optimum value for the synchronization of the OFDM symbol packet.
[0046]
Next, a method for setting an optimum value of “d2T” will be described.
Naturally, “d2T” is preferably shorter, but in reality, the correlation output exceeding the threshold may be shifted behind the actual prediction due to the influence of multipath.
Correspondingly, “d2T” needs to be lengthened.
Therefore, the optimum value of “d2T” varies depending on the propagation path environment to be used, and it is optimal to match the expected delayed wave with the slowest arrival. Normally, when the system uses OFDM, a guard interval is provided in order to reduce the influence of intersymbol interference caused by delayed waves. Therefore, if “d2T” has the same time as the guard interval length “L”, it takes into account the delayed wave that arrives the slowest in the system.
On the other hand, when demodulating, when a delayed wave gives a correlation output exceeding the correlation threshold, there is the following problem if symbol synchronization is taken accordingly.
[0047]
FIG. 6 is a diagram illustrating the state of symbol synchronization when the correlation is shifted backward due to the delay wave.
In FIG. 6, Effective Symbol indicates an effective OFDM symbol, and GI indicates a guard interval that is a replica of the effective OFDM symbol.
Then, in FIG. 6, Effective Symbol # n is the received nth OFDM symbol, GI # n is the guard interval attached to the received nth OFDM symbol Effective Symbol # n, GI # (n + 1). Denotes a guard interval attached to the “n + 1” th OFDM symbol [Effective Symbol # (n + 1)].
[0048]
In FIG. 6, since it is assumed that the correlation value of the delayed wave 3 in which the correlation output of the correlation unit 15 exceeds the correlation threshold is detected by the correlation detection unit 19, the symbol synchronization is performed at that timing, so that the “n” th It can be seen that the “n + 1” th direct wave and the delayed waves 1 and 2 have an influence on the “n” th OFDM symbol that is currently demodulated.
This means that intersymbol interference occurs and the characteristics of the OFDM signal are impaired. Therefore, when the correlation value is detected by the correlation detection unit 19 after time T, it is more likely that the effect of intersymbol interference is reduced if the window synchronization (FFT Window) is taken and demodulated at time T. I understand.
[0049]
Next, a case of synchronizing with a frame transmitted at a constant period will be described.
When synchronizing with frames transmitted at a fixed period, unlike when synchronizing with randomly generated packets, there is no system problem even if synchronization is performed using multiple frames, and it is necessary to ensure frame synchronization. There is.
[0050]
However, too much time is also convenient, and it is important to synchronize with the frame quickly and reliably. In the case of packet communication that does not constitute a frame, it is necessary to set the threshold value of the reception power determination unit 33 in FIG. 1 so that it can be received even with the lowest reception power conceivable in the system. As a result, erroneous synchronization is often caused.
[0051]
As shown in the previous embodiment, it is possible to reduce the probability by limiting the operation of the correlation value detection unit 19 by time, but the probability of false synchronization still remains.
Therefore, when synchronizing with a frame transmitted at a fixed period, by making the threshold of the reception power determination unit 33 higher than the reception sensitivity, there is no false detection due to noise, and the reception power level is sufficient, It becomes possible to perform frame synchronization at high speed.
On the other hand, if the received power level is low, it cannot be detected and frame synchronization cannot be established, but if a certain amount of time power cannot be detected, the threshold is lowered, and if the same thing is done, power detection becomes possible.
[0052]
FIG. 7 is a demodulation block diagram of an OFDM receiver according to another embodiment of the present invention.
Since the basic configuration of FIG. 7 is the same as the demodulation block of the OFDM receiver of FIG. 1, only the operation of different blocks will be described, and the description of the operation of the same block will be omitted.
In FIG. 7, reference numeral 41 denotes a threshold control unit. The threshold control unit 41 has a timer, and is a circuit that controls the threshold to be low when power exceeding the threshold for a certain time is not detected.
[0053]
FIG. 8 is a diagram illustrating how signal radio waves are detected when the threshold value is changed by the threshold value control unit 41.
In FIG. 8, “POW” indicates the power value measured by the received power measuring unit 31, “t = a” is a point where radio wave search is started, and “t = b” is the head of a frame that is repeatedly transmitted. It is assumed that the timing of receiving is indicated.
The relationship between the threshold values is threshold 0> threshold 1> threshold 2. Among these thresholds, threshold 2 is the lowest reception sensitivity required for the system.
[0054]
In the configuration of the OFDM signal receiver according to the embodiment described so far, the threshold value of the reception power determination unit 33 is set to only the threshold value 2 in this example. Therefore, “t = c, d” illustrated in FIG. When a signal radio wave is erroneously detected at the timing, and the timing d and the timing b are close in time, that is, the timing at which the search for the radio wave is started and the timing at which the beginning of the frame that is repeatedly transmitted is close May miss the detection of radio waves at the original reception timing b.
If the threshold is set to the minimum receiving sensitivity of the system, such a case may occur frequently, and there is a problem that synchronization takes too much time.
[0055]
Here, as an example of changing the threshold value in two stages, if threshold value 1 and threshold value 2 are used, the threshold value is set to threshold value 1 at the beginning, so that such false detection is completely eliminated and synchronization is performed at high speed. Is possible. Further, when the relationship between the received power and the threshold value is such that the threshold value 0 and the threshold value 2 are used, since the radio wave is not detected at the threshold value 0, the threshold value is changed to the threshold value 2 by the action of the timer.
In this description, the case where the power value is used as the power determination unit 33 has been described. However, the present invention is not limited to this, and it is obvious that the same effect can be obtained even if the rate of change in the power value is used.
[0056]
Even when the rate of change is used, even in a packet communication that occurs randomly, it is necessary to detect even a very low power change due to system noise or the like.
However, this simultaneously causes a malfunction due to noise, and is not suitable as a means for synchronizing with a frame transmitted at a constant period.
Therefore, in the same manner as described above, the same effect can be obtained by switching the threshold value for determining the rate of change from higher to lower.
The present invention is not limited to the embodiment described above.
[0057]
【The invention's effect】
According to the present invention, even when there is a lot of noise in the receiver, the probability of malfunction is reduced, and at the same time, the probability of missing a packet to be received due to malfunction is also reduced.
The same effect can be obtained also when other systems are communicating at the same frequency in the vicinity, or when strong interference waves are adjacent to adjacent and adjacent neighbors in the frequency.
Further, even if there is an influence of multipath, it is possible to demodulate without intersymbol interference.
Furthermore, when packets are transmitted at regular intervals, synchronization can be performed efficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a demodulation block diagram of an OFDM signal receiver according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a simple timing diagram of a demodulation block of an OFDM signal receiver.
FIG. 3 is a timing diagram of the correlation output waveform of the correlator 15 and MAXEN.
FIG. 4 is a diagram showing a timing diagram of correlation value detection when an interference wave exists.
FIG. 5 is a configuration circuit diagram of a reception power determination unit 33 that performs determination based on reception power.
FIG. 6 is a diagram showing a state of symbol synchronization when the correlation is shifted backward due to the influence of a delayed wave.
FIG. 7 is a demodulation block diagram of an OFDM signal receiver according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing how signal radio waves are detected when the threshold value is changed by the threshold value control unit 41;
FIG. 9 is a configuration block diagram of an OFDM signal transmitter that generates an OFDM signal.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a packet structure of an OFDM signal received by an OFDM signal receiver.
FIG. 11 is a configuration block diagram of an OFDM signal receiver that demodulates a conventional OFDM signal.
FIG. 12 is an output waveform diagram of the correlation unit 115 before and after receiving the preamble P2.
[Explanation of symbols]
11 Analog part
12 AGC
13 A / D converter
14 Quadrature demodulator
15 Correlator
16 Guard interval remover
17 FFT section
18 Demodulator
19 Correlation value detector
20 Symbol timing synchronization unit
31 Received power measurement unit
32 A / D converter
33 Received power judgment unit
34 Correlation detection control unit
41 Threshold control unit

Claims (9)

パケット中の位置とパターンとが既知の同期用信号を含むOFDM信号の相関をとる相関部と、該相関部の相関出力に基づき前記同期用信号の相関値検出を行う相関値検出部と、該相関値検出部による相関値検出に基づき、OFDM信号の復調を行うためのタイミング信号を生成するシンボルタイミング同期部とを備えているOFDM信号受信機において、
OFDM信号の受信を検出する受信判定部と、
該受信判定部の受信判定時を原点とする時間軸上の下限時刻及び上限時刻を備えた所定の時間範囲で前記相関値検出部を検出作動させる相関検出制御部とを備え、
前記相関検出制御部は、前記所定の時間範囲内に、前記受信判定部の受信判定時を時刻として含まず、前記同期用信号の受信開始より当該同期用信号の相関値検出が行われるまでの時間“T”を時刻として含むことを特徴とするOFDM信号受信機。
A correlation unit that correlates an OFDM signal including a synchronization signal whose position and pattern in the packet are known; a correlation value detection unit that detects a correlation value of the synchronization signal based on a correlation output of the correlation unit; In an OFDM signal receiver comprising a symbol timing synchronization unit that generates a timing signal for demodulating an OFDM signal based on correlation value detection by a correlation value detection unit,
A reception determination unit that detects reception of an OFDM signal;
A correlation detection control unit that detects and operates the correlation value detection unit in a predetermined time range having a lower limit time and an upper limit time on the time axis with the reception determination time of the reception determination unit as an origin,
The correlation detection control unit does not include the reception determination time of the reception determination unit as a time within the predetermined time range, and until the correlation value detection of the synchronization signal is performed from the start of reception of the synchronization signal. An OFDM signal receiver comprising time “T” as time .
前記同期用信号は、OFDM信号のパケット先頭に位置するプリアンブルであることを特徴とする請求項1記載のOFDM信号受信機。  2. The OFDM signal receiver according to claim 1, wherein the synchronization signal is a preamble located at a packet head of the OFDM signal. 前記相関値検出は、前記相関部の相関出力が予め設定されている閾値を超えるタイミングを検出することにより行われることを特徴とする請求項1又は2記載のOFDM信号受信機。  3. The OFDM signal receiver according to claim 1, wherein the correlation value detection is performed by detecting a timing at which a correlation output of the correlation unit exceeds a preset threshold value. 前記受信判定部は、信号電波の受信電力を測定する受信電力測定部と、受信電力の測定値が予め設定されている閾値を超えるのを検出して信号受信を判定する受信電力判定部とを備えていることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載のOFDM信号受信機。  The reception determination unit includes a reception power measurement unit that measures the reception power of a signal radio wave, and a reception power determination unit that detects signal reception by detecting that the measurement value of the reception power exceeds a preset threshold value. The OFDM signal receiver according to claim 1, further comprising: an OFDM signal receiver according to claim 1. 前記受信判定部は、信号電波の受信電力の変動を測定する受信電力測定部と、受信電力の変動値が予め設定されている閾値を超えるのを検出して信号受信を判定する受信電力判定部とを備えていることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載のOFDM信号受信機。  The reception determination unit includes a reception power measurement unit that measures fluctuations in received power of signal radio waves, and a reception power determination unit that detects signal reception by detecting that a fluctuation value of reception power exceeds a preset threshold value. The OFDM signal receiver according to any one of claims 1 to 3, further comprising: 前記所定の時間範囲の下限時刻を“T−d1”とすると、“d1”は前記受信判定部の時間分解能“N”であることを特徴とする請求項記載のOFDM信号受信機。When "T-d1" the lower limit time of the predetermined time range, "d1" the OFDM signal receiver according to claim 1, characterized in that the time resolution "N" of the reception determination unit. 前記所定の時間範囲の上限時刻を“T+d2”とすると、“d2”は前記OFDM信号中に含まれるガードインターバル長“L”であることを特徴とする請求項記載のOFDM信号受信機。When "T + d2" the upper limit time of the predetermined time range, "d2" the OFDM signal receiver according to claim 1, characterized in that said guard interval length contained in the OFDM signal "L". 前記シンボルタイミング同期部は、前記所定の時間範囲内の時刻“T”以降に前記相関値検出部により相関値検出が行われた場合は、前記所定の時間範囲内における時刻“T”に前記相関値検出部により相関値検出された場合と同じ内容のタイミング信号を生成することを特徴とする請求項記載のOFDM信号受信機。When the correlation value detection is performed by the correlation value detection unit after the time “T” within the predetermined time range, the symbol timing synchronization unit performs the correlation at the time “T” within the predetermined time range. OFDM signal receiver according to claim 1, wherein the generating a timing signal having the same contents as when it is detected correlation value by the value detection unit. 前記受信判定部には、特定の時間間隔で定期的に送信されるパケットに同期して閾値を段階的に変化させる閾値制御部が付設されていることを特徴とする請求項4又は5記載のOFDM信号受信機。  The threshold value control part which changes a threshold value stepwise in synchronization with the packet transmitted regularly at a specific time interval is attached to the reception determination part. OFDM signal receiver.
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