JP4403877B2 - Method and apparatus for compensating time variation of amplitude in diversity reception, and method and apparatus for compensating intra-symbol time variation in multicarrier diversity reception - Google Patents

Method and apparatus for compensating time variation of amplitude in diversity reception, and method and apparatus for compensating intra-symbol time variation in multicarrier diversity reception Download PDF

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Description

本発明は変調信号を受信した際、伝搬路特性の変動等に起因する振幅方向の時間変動を補償する方法及び装置に関する。本発明はダイバーシチ受信に好適であり、また、マルチキャリアダイバーシチ受信において位相変動の補償と併用することが可能である。   The present invention relates to a method and apparatus for compensating for temporal fluctuations in the amplitude direction caused by fluctuations in propagation path characteristics and the like when a modulated signal is received. The present invention is suitable for diversity reception, and can be used in combination with phase fluctuation compensation in multicarrier diversity reception.

例えば直交周波数分割多重(OFDM)方式の受信装置においては、伝搬路特性の推定及び補償を、高速フーリエ変換(FFT)ののち、パイロットシンボルを抽出して行っている。この実行方法については次の特許文献1及び2に記載がある。また、高速フーリエ変換(FFT)前に振幅及び位相のシンボル内変動を、ガード区間を利用して補償する実行方法については次の特許文献3及び非特許文献1に記載がある。
特開2001−44963号公報 特開2002−261729号公報 特開2000−286817号公報 橋爪厚盛、岡田実、小牧省三「直交マルチキャリア変調のガード区間を用いた高速フェージング補償方法」、電子情報通信学会技術報告CS97−20,RCS97−8(1997−05)第9−14頁
For example, in an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) receiver, propagation path characteristics are estimated and compensated by extracting pilot symbols after fast Fourier transform (FFT). This execution method is described in the following Patent Documents 1 and 2. Further, the following Patent Document 3 and Non-Patent Document 1 describe an execution method for compensating for fluctuations in the symbols of amplitude and phase before fast Fourier transform (FFT) using a guard interval.
JP 2001-44963 A JP 2002-261729 A JP 2000-286817 A Atsumori Hashizume, Minoru Okada, Shozo Komaki “High-speed fading compensation method using quadrature multicarrier modulation guard section”, IEICE Technical Report CS97-20, RCS97-8 (1997-05), pages 9-14

これに対し、本発明者らは、高速フーリエ変換(FFT)前に振幅及び位相のシンボル内変動を補償する際に、シンボル同期信号を不要とした簡便な構成を見出し、出願した(特願2003−404366)。この方法は、ダイバーシチ受信と組み合わせる場合、次のような構成となる。   On the other hand, the present inventors have found and applied for a simple configuration that eliminates the need for a symbol synchronization signal when compensating for intra-symbol variations in amplitude and phase before fast Fourier transform (FFT) (Japanese Patent Application 2003). -404366). This method has the following configuration when combined with diversity reception.

図6は特願2003−404366に記載した、ダイバーシチ受信における振幅及び位相のシンボル内変動を補償する構成を有するマルチキャリアダイバーシチ受信装置9000の構成を示すブロック図である。マルチキャリアダイバーシチ受信装置9000は2つのアンテナに対応して直交復調部1a及び1b、複素乗算器22a及び22bを有し、重み係数演算部21と加算器23、シンボル内時間変動推定器31と複素乗算器32とから成るシンボル内時間変動補償装置30、同期回路4、ガードインターバル(GI)除去器5、直並列変換器(S/P)6、N点高速フーリエ変換器(FFT)7、パイロットシンボル抽出器81、チャネル特性推定器82、チャネル特性周波数補間器83、周波数領域等化器8、並直列変換器(P/S)9とから成る。重み係数演算部21、複素乗算器22a及び22b並びに加算器23がダイバーシチ合成を行う部分である。このダイバーシチ合成は例えば最大比合成による。   FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a multicarrier diversity receiver 9000 described in Japanese Patent Application No. 2003-404366, which has a configuration for compensating for variations in amplitude and phase in symbols in diversity reception. The multicarrier diversity receiver 9000 includes orthogonal demodulation units 1a and 1b and complex multipliers 22a and 22b corresponding to two antennas, a weight coefficient calculation unit 21 and an adder 23, an intra-symbol time variation estimator 31 and a complex number. An intra-symbol time variation compensator 30 comprising a multiplier 32, a synchronization circuit 4, a guard interval (GI) remover 5, a serial-parallel converter (S / P) 6, an N-point fast Fourier transformer (FFT) 7, a pilot It comprises a symbol extractor 81, a channel characteristic estimator 82, a channel characteristic frequency interpolator 83, a frequency domain equalizer 8, and a parallel / serial converter (P / S) 9. The weighting factor calculation unit 21, the complex multipliers 22a and 22b, and the adder 23 are portions that perform diversity combining. This diversity synthesis is, for example, by maximum ratio synthesis.

特願2003−404366の特徴部分は図6のマルチキャリアダイバーシチ受信装置9000のシンボル内時間変動補償装置30であり、ここで振幅の補償係数(実数)と位相の補償係数(複素数)とを算出して加算器23の合成信号に乗じて出力するものである。   The characteristic part of Japanese Patent Application No. 2003-404366 is the intra-symbol time variation compensator 30 of the multicarrier diversity receiver 9000 shown in FIG. 6, where the amplitude compensation coefficient (real number) and the phase compensation coefficient (complex number) are calculated. The output signal is multiplied by the combined signal of the adder 23 and output.

さて、ダイバーシチ受信においては、合成信号の平均電力が必ずしも一定になるように重み係数を決定してはいない。即ち、図6のマルチキャリアダイバーシチ受信装置9000は、加算器23の出力である合成信号の平均電力が、必ずしも一定となるよう重み係数演算部21で重み係数を決定してはいないため、シンボル内の振幅の時間変動が無くなるようにシンボル内時間変動推定器31でも振幅の補償係数を算出していることとなる。尤も、良く知られているようにダイバーシチ合成の出力の振幅の変動を全く無くすことは容易ではない。   In diversity reception, the weighting factor is not determined so that the average power of the combined signal is always constant. That is, the multicarrier diversity receiver 9000 in FIG. 6 does not determine the weighting factor by the weighting factor calculation unit 21 so that the average power of the combined signal output from the adder 23 is not necessarily constant. In other words, the intra-symbol time variation estimator 31 also calculates the amplitude compensation coefficient so that the amplitude variation in time is eliminated. However, as is well known, it is not easy to completely eliminate fluctuations in the amplitude of the diversity combining output.

そこで発明者らは、これらを組み合わせ、振幅のシンボル内時間変動が補償された合成信号(加算器23の出力)を出力できるダイバーシチ方法を開発すべく鋭意検討し、新規な振幅の時間変動の補償方法を完成した。   Therefore, the inventors have intensively studied to develop a diversity method capable of outputting a combined signal (output of the adder 23) in which the amplitude variation in the symbol is compensated by combining these, and compensating for the novel amplitude variation in time. Completed the method.

請求項1に記載の発明は、複数のアンテナにより受信した受信波を合成して、合成信号の振幅方向の変動を補償し、合成信号の平均電力を一定にするためのダイバーシチ受信における振幅の時間変動の補償方法において、各アンテナの受信信号と、各受信信号ごとに複素数である重み係数を乗じた後加算した合成信号との複素相互相関を各アンテナに対応させて求め、各アンテナに対応した各複素相互相関について各々平滑化を行って平滑化相関値を求め、全平滑化相関値の自乗和で各平滑化相関値を除したものを新たな前記各重み係数の更新値とすることを特徴とするダイバーシチ受信における振幅の時間変動補償方法である。 The invention according to claim 1 combines the received waves received by a plurality of antennas, compensates for fluctuations in the amplitude direction of the combined signal, and makes amplitude time in diversity reception to keep the average power of the combined signal constant. In the variation compensation method, a complex cross-correlation between a received signal of each antenna and a combined signal obtained by multiplying each received signal by a complex weighting factor is added corresponding to each antenna, and Smoothing each complex cross-correlation to obtain a smoothed correlation value, and dividing each smoothed correlation value by the sum of squares of all smoothed correlation values is used as a new updated value of each weighting factor. This is a characteristic time variation compensation method for diversity reception.

請求項2に記載の発明は、有効シンボル長Tfの信号に、その末尾の時間長TGIの部分の波形をコピーして先頭に付加した、1シンボルの時間長TSがTS=TGI+Tfであるマルチキャリア変調信号を受信するマルチキャリアダイバーシチ受信におけるシンボル内時間変動補償方法において、請求項1に記載の振幅の時間変動補償方法を用いて振幅方向のシンボル内時間変動を補償し、時間長TSを積分区間とし、振幅の補償された合成信号と、振幅の補償された合成信号を遅延時間としてTfだけ遅延させた遅延信号との複素相関により、時間Tfにおける位相変動を推定し、有効シンボル長Tfよりも短い時間Taごとの位相変動を算出して、それを基に当該時間Taにおける位相の補正係数を求めて位相のシンボル内時間変動を補償することを特徴とするマルチキャリアダイバーシチ受信におけるシンボル内時間変動補償方法である。 According to the second aspect of the present invention, the time length T S of one symbol obtained by copying the waveform of the portion of the time length T GI at the end of the signal and adding it to the head of the signal of the effective symbol length T f is T S = T The intra-symbol time variation compensation method in multi-carrier diversity reception for receiving a multi-carrier modulation signal of GI + T f compensates for intra-symbol time variation in the amplitude direction using the amplitude time variation compensation method according to claim 1. The phase variation at time T f is obtained by a complex correlation between the combined signal whose amplitude is compensated for the time length T S and the delayed signal obtained by delaying the combined signal whose amplitude is compensated by T f as the delay time. to estimate, by calculating the phase variation of each short time T a than the effective symbol length T f, the compensation child symbol within the time variation of the phase seeking correction coefficient of the phase at that time based on its T a And an intra-symbol time variation compensation method in multicarrier diversity reception.

請求項3及び4に記載の発明は、請求項1及び2に記載の方法発明に対応する装置発明である The invention described in claims 3 and 4 is an apparatus invention corresponding to the method invention described in claims 1 and 2 .

請求項3に記載の発明は、複数のアンテナにより受信した受信波を合成して、合成信号の振幅方向の変動を補償し、合成信号の平均電力を一定にするためのダイバーシチ受信装置における振幅の時間変動の補償装置において、各アンテナの受信信号と、各受信信号ごとに算出される複素数である重み係数を乗ずるための複数個の複素乗算器と、当該複数個の複素乗算器の出力を加算する複素加算器と、各アンテナの受信信号と、前記複素加算器の出力である合成信号との複素相互相関を各々算出する複数個の複素相互相関演算器と、当該複数個の相互相関演算器の出力を平滑化する複数個の平滑器と、当該複数個の平滑器の出力である各平滑化相関値について、全平滑化相関値の自乗和で除したものを新たに前記各重み係数とする複数個の重み係数更新器とを有することを特徴とするダイバーシチ受信における振幅の時間変動補償装置である。 The invention according to claim 3 synthesizes the received waves received by the plurality of antennas, compensates for fluctuations in the amplitude direction of the synthesized signal, and maintains the average power of the synthesized signal in the diversity receiver. In a time variation compensation device, a plurality of complex multipliers for multiplying a reception signal of each antenna by a weighting factor that is a complex number calculated for each reception signal, and outputs of the plurality of complex multipliers are added. A complex adder, a plurality of complex cross-correlation calculators each for calculating a complex cross-correlation between a reception signal of each antenna and a composite signal that is an output of the complex adder, and the plurality of cross-correlation calculators A plurality of smoothers for smoothing the output of the plurality of smoothing correlation values obtained by dividing the smoothed correlation values, which are the outputs of the plurality of smoothers, by the sum of squares of all smoothed correlation values; Multiple weights to Is a time-varying compensation device of amplitude in diversity reception, characterized in that it comprises a coefficient updater.

請求項4に記載の発明は、有効シンボル長Tfの信号に、その末尾の時間長TGIの部分の波形をコピーして先頭に付加した、1シンボルの時間長TSがTS=TGI+Tfであるマルチキャリア変調信号を受信するマルチキャリアダイバーシチ受信におけるシンボル内時間変動補償装置において、請求項3に記載の振幅の時間変動補償装置と、時間長TSを積分区間とし、振幅の補償された合成信号と、振幅の補償された合成信号を遅延時間としてTfだけ遅延させた遅延信号との複素相関により、時間Tfにおける位相変動を推定し、有効シンボル長Tfよりも短い時間Taごとの位相変動を算出して、それを基に当該時間Taにおける位相の補正係数を求めて位相のシンボル内時間変動を補償する位相の時間変動補償装置とを有すること特徴とするマルチキャリアダイバーシチ受信におけるシンボル内時間変動補償装置である。 According to the fourth aspect of the present invention, the time length T S of one symbol obtained by copying the waveform of the portion of the time length T GI at the end of the signal and adding it to the head of the signal of the effective symbol length T f is T S = T 4. An intra-symbol time variation compensator for multi-carrier diversity reception for receiving a multi-carrier modulation signal of GI + T f , the time variation compensator for amplitude according to claim 3 , and a time length T S as an integration interval. Phase variation at time Tf is estimated by a complex correlation between the compensated synthesized signal and a delayed signal obtained by delaying the compensated synthesized signal of amplitude by Tf as a delay time, and is shorter than the effective symbol length Tf. And a phase time variation compensator for calculating a phase variation coefficient at each time T a , obtaining a phase correction coefficient at the time T a based on the phase variation, and compensating for the phase intra-symbol time variation. This is an intra-symbol time variation compensator for multi-carrier diversity reception.

数式を用いて本発明を説明する。本発明の主たる特徴は平滑化にある。まず、この平滑化が無い場合を想定する。入力信号が1本の場合、複素数である当該入力信号rに対し、一定時間、例えばシンボル長の数分の1の時間での入力信号の平均電力を

Figure 0004403877
と置く。今、補償係数を実数としてwと置くと、補償後の信号wrの平均電力は
Figure 0004403877
となる。入力信号rと補償後の信号wrとの相互相関は
Figure 0004403877
である。相互相関を求める九端では補償係数を更新しないため一定値とする。本発明ではこの逆数
Figure 0004403877
を新たな補償係数の値として更新値とするものである。 The present invention will be described using mathematical expressions. The main feature of the present invention is smoothing. First, a case where there is no smoothing is assumed. In the case of one input signal, the average power of the input signal over a certain period of time, for example, a fraction of the symbol length, is calculated with respect to the complex input signal r.
Figure 0004403877
Put it. Now, assuming that the compensation coefficient is w as a real number, the average power of the compensated signal wr is
Figure 0004403877
It becomes. The cross-correlation between the input signal r and the compensated signal wr is
Figure 0004403877
It is. At the nine ends where cross-correlation is obtained, the compensation coefficient is not updated, so a constant value is set. In the present invention, this reciprocal is
Figure 0004403877
Are updated values as new compensation coefficient values.

すると入力信号rの平均電力

Figure 0004403877
が、補償係数の更新後も同じ場合に、新たな補償後の信号
Figure 0004403877
の平均電力は、
Figure 0004403877
となる。入力信号rと新たな補償後の信号
Figure 0004403877
の相互相関は1/wとなり、この逆数wが補償係数の次の更新値となる。 Then the average power of the input signal r
Figure 0004403877
Is the same after the update of the compensation factor, the new compensated signal
Figure 0004403877
The average power of
Figure 0004403877
It becomes. Input signal r and new compensated signal
Figure 0004403877
Is 1 / w, and this reciprocal w becomes the next updated value of the compensation coefficient.

このような場合、

Figure 0004403877
の場合に補償後の信号の平均電力が1となる。一方、補償係数wが他の値の場合は補償係数を更新する度ごとに補償後の信号の平均電力が
Figure 0004403877
とを交互に繰り返すことがわかる。そこで平滑化のステップを設けることで、繰り返しの振動を抑え、補償係数wについて、
Figure 0004403877
の場合の補償係数wの値に収束させるとするものである。 In such cases,
Figure 0004403877
In this case, the average power of the compensated signal is 1. On the other hand, when the compensation coefficient w is another value, the average power of the signal after compensation is updated every time the compensation coefficient is updated.
Figure 0004403877
It turns out that and are repeated alternately. Therefore, by providing a smoothing step, repetitive vibration is suppressed, and the compensation coefficient w is
Figure 0004403877
In this case, the value is converged to the value of the compensation coefficient w.

次に、最大比合成ダイバーシチ受信の場合について説明する。まず、元となる送信信号をsとし、平均信号電力を

Figure 0004403877
と置く。簡単のため、アンテナを2個とし、各アンテナにおける伝搬路応答を複素係数で表されるとしてc1とc2とすると、複素数である受信信号r1とr2は次の式で表される。
Figure 0004403877
Next, the case of maximum ratio combining diversity reception will be described. First, s is the original transmission signal, and the average signal power is
Figure 0004403877
Put it. For simplicity, assuming that there are two antennas and the channel response at each antenna is represented by complex coefficients and c 1 and c 2 , the complex received signals r 1 and r 2 are represented by the following equations. .
Figure 0004403877

ここでは、振幅変動補償の過程を説明するため、最大比合成が実現できているが、振幅変動がまだ補償されていない場合を考える。最大比合成が実現できている場合の複素数である重み係数w1とw2は、伝搬路応答と次の関係が成り立つ。

Figure 0004403877
ここで、*は複素共役を表す。この関係が成り立つ場合、各アンテナにおける受信信号は位相を揃えて合成される。振幅変動がまだ補償されていない場合、合成信号yの平均電力は1となっていない。そこで、合成信号yは、元の送信信号に対して振幅方向の大きさが変動していることを表すある実数係数kを用いることにより、次式で表すことができる。
Figure 0004403877
Here, in order to explain the process of compensating for the amplitude fluctuation, the maximum ratio synthesis can be realized, but the case where the amplitude fluctuation is not yet compensated is considered. The weighting factors w 1 and w 2 , which are complex numbers when the maximum ratio combining is realized, have the following relationship with the propagation path response.
Figure 0004403877
Here, * represents a complex conjugate. When this relationship holds, the received signals at the respective antennas are combined with their phases aligned. If the amplitude variation is not yet compensated, the average power of the combined signal y is not 1. Therefore, the synthesized signal y can be expressed by the following equation by using a certain real number coefficient k indicating that the magnitude in the amplitude direction varies with respect to the original transmission signal.
Figure 0004403877

この合成信号yと受信信号ri(i=1,2)との複素相互相関xi(i=1,2)は次式となる。

Figure 0004403877
ここで、元の送信信号電力を1とおいているため、次のようになる。
Figure 0004403877
The complex cross-correlation x i (i = 1, 2) between the synthesized signal y and the received signal r i (i = 1, 2) is expressed by the following equation.
Figure 0004403877
Here, since the original transmission signal power is set to 1, it is as follows.
Figure 0004403877

次に、この複素相互相関値を全相互相関値の自乗和で割ることにより、新たな重み係数の更新値wi'を求めると、次のようになる。

Figure 0004403877
Next, when a new update value w i ′ of the weighting coefficient is obtained by dividing this complex cross-correlation value by the sum of squares of all cross-correlation values, the following is obtained.
Figure 0004403877

この新たな重み係数に更新された後の合成信号y'は、次式となる。

Figure 0004403877
The composite signal y ′ after being updated to this new weighting coefficient is expressed by the following equation.
Figure 0004403877

ここで、重み係数を更新する前の合成信号yと更新後の合成信号y'とを比較すると、元の送信信号に対する振幅比を表す係数kの値が逆数に変化していることがわかる。即ち、平滑化を行わない場合は、重み係数を更新する度ごとに、合成信号がksとs/kとを交互に繰り返すことになる。この繰り返しは、重み係数の更新により生じるものであり、重み係数の更新値を求める際の複素相互相関値が連動して振動している。そこで、複素相互相関値の振動を抑えるように平滑化のステップを設けることにより、この振動を抑圧し、k=1の場合に収束させる。その結果、重み係数は、次式を充たす値に収束するものである。

Figure 0004403877
Here, when the synthesized signal y before updating the weighting coefficient is compared with the synthesized signal y ′ after updating, it can be seen that the value of the coefficient k representing the amplitude ratio with respect to the original transmission signal changes to an inverse number. That is, when smoothing is not performed, the composite signal alternately repeats ks and s / k every time the weighting factor is updated. This repetition occurs due to the update of the weighting coefficient, and the complex cross-correlation value when obtaining the updated value of the weighting coefficient is oscillating in conjunction. Therefore, by providing a smoothing step so as to suppress the vibration of the complex cross-correlation value, this vibration is suppressed and converged when k = 1. As a result, the weighting factor converges to a value that satisfies the following equation.
Figure 0004403877

以下、シミュレーションを行った構成を中心にして説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   In the following, description will be made centering on the configuration where the simulation was performed. In addition, this invention is not limited to a following example.

図1は、本発明の具体的な1実施例に係るマルチキャリアダイバーシチ受信装置1000の構成を示すブロック図である。マルチキャリアダイバーシチ受信装置1000は2つのアンテナに対応して直交復調部1a及び1b、複素乗算器202a及び202bを有し、重み係数演算部201と加算器203、シンボル内位相変動推定器301と複素乗算器302とから成るシンボル内位相変動補償装置300、同期回路4、ガードインターバル(GI)除去器5、直並列変換器(S/P)6、N点高速フーリエ変換器(FFT)7、パイロットシンボル抽出器81、チャネル特性推定器82、チャネル特性周波数補間器83、周波数領域等化器8、並直列変換器(P/S)9とから成る。重み係数演算部201、複素乗算器202a及び202b並びに加算器203がダイバーシチ合成及び振幅の時間変動の補償を行う振幅時間変動補償装置200を構成する。振幅時間変動補償装置200では、直交復調部1a、1bの出力である受信信号と、加算器203の出力である合成信号とから2つの重みを算出して複素乗算器202aと202bに出力する。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a multicarrier diversity receiver 1000 according to a specific embodiment of the present invention. The multicarrier diversity receiver 1000 includes quadrature demodulation units 1a and 1b and complex multipliers 202a and 202b corresponding to two antennas, a weight coefficient calculation unit 201, an adder 203, an intra-symbol phase fluctuation estimator 301, and a complex number. In-symbol phase fluctuation compensation device 300 including a multiplier 302, a synchronization circuit 4, a guard interval (GI) remover 5, a serial-parallel converter (S / P) 6, an N-point fast Fourier transformer (FFT) 7, a pilot It comprises a symbol extractor 81, a channel characteristic estimator 82, a channel characteristic frequency interpolator 83, a frequency domain equalizer 8, and a parallel / serial converter (P / S) 9. The weighting factor calculation unit 201, complex multipliers 202a and 202b, and adder 203 constitute an amplitude time variation compensating apparatus 200 that performs diversity combining and amplitude time variation compensation. In the amplitude time variation compensator 200, two weights are calculated from the received signals that are the outputs of the orthogonal demodulation units 1a and 1b and the combined signal that is the output of the adder 203, and are output to the complex multipliers 202a and 202b.

2つのアンテナから受信された高周波信号は、直交復調部1a及び1bで各々中間周波数帯域に変換されたのち、直交復調及びアナログデジタル変換されて、同相成分Iと直交成分Qとして出力され、振幅時間変動補償装置200に入力される。ここでダイバーシチ合成及び振幅の時間変動の補償がされてシンボル内位相変動補償装置300に入力される。シンボル内位相変動補償装置300にて位相が補償された同相成分Iと直交成分Qは同期回路4とGI除去器5に入力される。同期回路4で高速フーリエ変換(FFT)のウィンドウ区間(時間長Tf)のタイミングが算出されて、シンボル内位相変動補償装置300とGI除去器5に当該タイミング信号が入力される。GI除去器5ではガードインターバルが除去されて、有効シンボルが出力され、S/P6に入力される。 The high-frequency signals received from the two antennas are converted into intermediate frequency bands by the quadrature demodulation units 1a and 1b, respectively, quadrature demodulated and analog-to-digital converted, and output as the in-phase component I and the quadrature component Q. Input to the fluctuation compensation device 200. Here, diversity combining and amplitude fluctuation variation are compensated and input to the intra-symbol phase fluctuation compensator 300. The in-phase component I and the quadrature component Q whose phases have been compensated by the intra-symbol phase fluctuation compensation device 300 are input to the synchronization circuit 4 and the GI remover 5. The timing of the fast Fourier transform (FFT) window period (time length T f ) is calculated by the synchronization circuit 4, and the timing signal is input to the intra-symbol phase fluctuation compensator 300 and the GI remover 5. The GI remover 5 removes the guard interval, outputs a valid symbol, and inputs it to the S / P 6.

S/P6に入力されたシリアル信号はパラレル信号として出力され、N点高速フーリエ変換器(FFT)7に入力される。N点FFT7に入力されたパラレル信号は高速フーリエ変換されて各キャリアに対応する信号として出力され、周波数領域等化器8とパイロットシンボル抽出器81に入力される。パイロットシンボル抽出器81に入力された信号の内、パイロットシンボルについてのみチャネル特性推定器82に出力される。チャネル特性推定器82においては、パイロットシンボルを有するキャリアのチャネル特性が推定され、チャネル特性周波数補間器83に出力される。チャネル特性周波数補間器83においては、パイロットシンボルを有しないキャリアのチャネル特性が補間され、全てのキャリアのチャネル特性が周波数領域等化器8に出力される。周波数領域等化器8においては全てのキャリアのチャネル特性を補償し、P/S9に出力される。P/S9においてはパラレル信号がシリアル信号として出力され、以降の信号処理が行われる。   The serial signal input to S / P 6 is output as a parallel signal and input to an N-point fast Fourier transformer (FFT) 7. The parallel signal input to the N-point FFT 7 is fast Fourier transformed and output as a signal corresponding to each carrier, and is input to the frequency domain equalizer 8 and the pilot symbol extractor 81. Of the signals input to the pilot symbol extractor 81, only the pilot symbols are output to the channel characteristic estimator 82. Channel characteristic estimator 82 estimates the channel characteristic of the carrier having the pilot symbol and outputs it to channel characteristic frequency interpolator 83. Channel characteristic frequency interpolator 83 interpolates the channel characteristics of carriers that do not have pilot symbols, and outputs the channel characteristics of all carriers to frequency domain equalizer 8. The frequency domain equalizer 8 compensates the channel characteristics of all the carriers and outputs them to the P / S 9. In P / S9, a parallel signal is output as a serial signal, and subsequent signal processing is performed.

重み係数演算部201の演算内容を図2に示す。ここでは例えば1のCPU等により演算を行う構成を示すが、各演算工程を個別の演算装置にて行う構成としても良い。   The calculation contents of the weighting factor calculation unit 201 are shown in FIG. Here, for example, a configuration in which calculation is performed by one CPU or the like is shown, but each calculation process may be performed by an individual calculation device.

図2のように、2つのアンテナに対応して、演算工程SD1a、SD2a及びSD4aの演算工程列と、演算工程SD1b、SD2b及びSD4bの演算工程列とがあり、途中、SD3の共通の演算工程が配置される。   As shown in FIG. 2, there are calculation process sequences of calculation processes SD1a, SD2a and SD4a and calculation process sequences of calculation processes SD1b, SD2b and SD4b corresponding to the two antennas. Is placed.

まず、演算工程SD1aにおいて、直交復調部1aの出力である受信信号と、加算器203の出力である合成信号の複素相互相関が求められる。次に演算工程SD2aにおいて、忘却係数を0.9として、平滑化処理される。平滑化された相関値は、演算工程SD3と演算工程SD4aにて用いられる。全く同様に、演算工程SD1bにおいて、直交復調部1bの出力である受信信号と、加算器203の出力である合成信号の複素相互相関が求められ、演算工程SD2aにおいて、忘却係数を0.9として、平滑化処理される。尚、忘却係数とは、次の意味で用いた。即ち、忘却係数をγ(但し0≦γ≦1)とし、平滑化回路への入力信号をp(n)、出力q(n)とすると、q(n)=γq(n-1)+(1-γ)p(n)の関係がある。従って、忘却係数γが大きいほど平滑化が大きい。また、忘却係数γが0の場合は、平滑化を全く行わずに入力信号がそのまま出力信号となる。   First, in the calculation step SD1a, a complex cross-correlation between the received signal that is the output of the orthogonal demodulator 1a and the combined signal that is the output of the adder 203 is obtained. Next, in the calculation step SD2a, the forgetting factor is set to 0.9 and smoothing processing is performed. The smoothed correlation value is used in the calculation step SD3 and the calculation step SD4a. Exactly in the same way, in the calculation step SD1b, the complex cross-correlation between the received signal that is the output of the quadrature demodulator 1b and the combined signal that is the output of the adder 203 is obtained. Is processed. The forgetting factor was used in the following meaning. That is, when the forgetting factor is γ (where 0 ≦ γ ≦ 1), the input signal to the smoothing circuit is p (n), and the output q (n), q (n) = γq (n−1) + ( 1-γ) p (n). Accordingly, the greater the forgetting factor γ, the greater the smoothing. When the forgetting factor γ is 0, the input signal is directly used as the output signal without any smoothing.

演算工程SD3においては、平滑化された2つの複素相互相関値から、自乗和(実数)が算出される。演算工程SD4aにおいて、演算工程SD2aの出力である平滑化された複素相互相関値を、演算工程SD3で求めた自乗和で除する。こうして、振幅変動補償された重み係数が更新され、複素乗算器202aに出力される。全く同様に、演算工程SD4bにおいて、演算工程SD2bの出力である平滑化された複素相互相関値を、演算工程SD3で求めた自乗和で除し、振幅変動補正された重み係数が更新され、複素乗算器202bに出力される。   In the calculation step SD3, the sum of squares (real number) is calculated from the two smoothed complex cross-correlation values. In the calculation step SD4a, the smoothed complex cross-correlation value that is the output of the calculation step SD2a is divided by the square sum obtained in the calculation step SD3. In this way, the weight coefficient compensated for amplitude fluctuation is updated and output to the complex multiplier 202a. Exactly in the same manner, in the calculation step SD4b, the smoothed complex cross-correlation value that is the output of the calculation step SD2b is divided by the sum of squares obtained in the calculation step SD3, and the weight coefficient corrected for amplitude fluctuation is updated. It is output to the multiplier 202b.

図3に、図2に示す振幅時間変動補償装置200を用いたダイバーシチ合成信号電力(加算器203の出力の平均電力)のシミュレーション(図3.C)を比較例(図3.A、図3.B、図3.D)と共に示す。シミュレーション条件は、フラットフェージング、ドップラー周波数10Hz、Eb/Noを30dBとし、有効シンボル長Tfが1.008msecで8192点の地上波デジタルTV(モード3)のOFDM信号に対し、複素相互相関の積分時間を126μsec、1024サンプルとした。比較例である図3.Aは、図2の構成に変えて、複素相互相関の値を、当該複素相互相関の値の2乗和の平方根で除したものを重み係数とした場合のシミュレーションである。この場合、全重み係数の2乗和が1となる。比較例である図3.Bは、図2の構成に変えて、複素相互相関の値を、当該複素相互相関の値の絶対値の和で除したものを重み係数とした場合のシミュレーションである。この場合、全重み係数の絶対値の和が1となる。図3.Dは、図2の構成の演算工程SD2aとSD2bを省略し、平滑化しないまま複素相互相関の値をそのまま演算工程SD3、SD4a、SD4bで用いたものである。 FIG. 3 shows a comparative example (FIG. 3.A, FIG. 3) of a simulation (FIG. 3.C) of diversity combined signal power (average power of the output of the adder 203) using the amplitude time variation compensator 200 shown in FIG. .B, FIG. 3.D). The simulation conditions are flat fading, Doppler frequency 10 Hz, Eb / No 30 dB, effective symbol length T f of 1.008 msec, and 8192 terrestrial digital TV (mode 3) OFDM signal. The sample was 126 μsec and 1024 samples. FIG. 3 is a comparative example. A is a simulation in the case where the weighting coefficient is obtained by dividing the value of the complex cross-correlation by the square root of the square sum of the value of the complex cross-correlation instead of the configuration of FIG. In this case, the sum of squares of all weighting factors is 1. FIG. 3 is a comparative example. B is a simulation in the case where the weighting coefficient is obtained by dividing the value of the complex cross-correlation by the sum of the absolute values of the values of the complex cross-correlation instead of the configuration of FIG. In this case, the sum of absolute values of all weighting factors is 1. FIG. 2 omits the calculation steps SD2a and SD2b in the configuration of FIG. 2, and uses the values of the complex cross-correlation as they are in the calculation steps SD3, SD4a, and SD4b without being smoothed.

全重み係数の2乗和が1となる構成では、図3.Aに示す通り、合成信号(加算器203の出力の振幅)の値の変動がきわめて大きく、振幅の変動が補償されているとは言えない。全重み係数の絶対値の和が1となる構成では、図3.Bに示す通り、合成信号(加算器203の出力の振幅)の値の変動が図3.A程ではないにしろやはり大きく、振幅の変動が補償されているとは言えない。平滑化を用いない構成では、図3.Dに示す通り変動が一定幅に納まるものの、その変動は極めて激しく、却って新たな振幅の変動が加わったかのようである。これらに対し、平滑化を用いる図2の構成を有する本発明では、図3.Cに示す通り、振幅が1近辺に安定しており、極めて満足のいく結果となった。   In a configuration in which the sum of squares of all weighting factors is 1, FIG. As shown in A, the fluctuation of the value of the synthesized signal (the amplitude of the output of the adder 203) is extremely large, and it cannot be said that the fluctuation of the amplitude is compensated. In a configuration in which the sum of absolute values of all weighting factors is 1, FIG. As shown in FIG. 3B, the fluctuation of the value of the composite signal (the amplitude of the output of the adder 203) is changed as shown in FIG. If it is not as large as A, it cannot be said that fluctuations in amplitude are compensated. In a configuration that does not use smoothing, FIG. Although the fluctuations are within a certain range as shown in D, the fluctuations are extremely severe, and it seems that a new fluctuation in amplitude is added. On the other hand, in the present invention having the configuration of FIG. As shown in C, the amplitude is stable around 1, which is a very satisfactory result.

図3.Cと他のシミュレーション結果を比較すると明らかなように、本発明の構成は、通常、振幅変動の補償が困難なダイバーシチ合成を行いながら、振幅変動を十分に抑制できる。   FIG. As is apparent from a comparison between C and other simulation results, the configuration of the present invention can sufficiently suppress amplitude fluctuations while performing diversity combining, in which it is difficult to compensate for amplitude fluctuations.

次に図4を用いて、シンボル内位相変動補償装置300にて行う、位相変動の補償について説明する。受信信号r(t)と、有効シンボル長Tfだけ遅延された遅延信号r(t−Tf)との関係は図4の上半分の様である。受信信号r(t)の有効シンボルの末尾の区間は、有効シンボル長Tfだけ遅延された遅延信号r(t−Tf)とのガードインターバルと一致する。仮に、時間Tfの間に伝搬路特性の位相変動が無ければ、遅延信号r(t−Tf)におけるガードインターバル(GI)と、その複写元である受信信号r(t)の有効シンボルの末尾は波形が完全に一致する。 Next, the phase fluctuation compensation performed by the intra-symbol phase fluctuation compensating apparatus 300 will be described with reference to FIG. The relationship between the received signal r (t) and the delayed signal r (t−T f ) delayed by the effective symbol length T f is as shown in the upper half of FIG. The last interval of the effective symbol of the received signal r (t) coincides with the guard interval with the delayed signal r (t−T f ) delayed by the effective symbol length T f . If there is no phase fluctuation of the propagation path characteristic during the time T f , the guard interval (GI) in the delayed signal r (t−T f ) and the effective symbol of the received signal r (t) as the copy source The waveform at the end is exactly the same.

そこで、開始位置任意の積分区間長TSで、ガードインターバルに対応した有効シンボルの末尾を含む受信信号r(t)と、当該ガードインターバルを含む遅延信号r(t−Tf)の複素相関を演算する。積分区間長Tsのうち、受信信号r(t)のガードインターバルに対応した有効シンボルの末尾と遅延信号r(t−Tf)の当該ガードインターバルとの複素相関以外の積分区間においては、キャリア数が数千と大きいことも有り、統計論的に複素相関は極めて小さいものと考えることができる。即ち、受信信号r(t)のガードインターバルに対応した有効シンボルの末尾と遅延信号r(t−Tf)の当該ガードインターバルとの複素相関が、積分区間長TSで大きな値を占める。遅延信号r(t−Tf)におけるガードインターバル(GI)と、その複写元である有効シンボルの末尾は波形が完全に一致する場合、複素相関が実数となり、複素相関の偏角が0となる。また、遅延信号r(t−Tf)におけるガードインターバル(GI)と、その複写元である有効シンボルの末尾は波形が完全には一致しない場合、複素相関は虚部を有し、複素相関の偏角は0とならない。そこでこの偏角を位相変動とする。この位相変動は、ガードインターバル(GI)の開始の時刻からその複写元の開始の時刻までの時間Tf間の位相変動である。 Therefore, the complex correlation between the received signal r (t) including the end of the effective symbol corresponding to the guard interval and the delayed signal r (t−T f ) including the guard interval with an integral interval length T S at the start position. Calculate. Of the integration interval length T s , in the integration interval other than the complex correlation between the end of the effective symbol corresponding to the guard interval of the received signal r (t) and the guard interval of the delayed signal r (t−T f ), the carrier Since the number may be as large as several thousand, it can be considered that the complex correlation is extremely small statistically. That is, the complex correlation between the end of the effective symbol corresponding to the guard interval of the received signal r (t) and the guard interval of the delayed signal r (t−T f ) occupies a large value in the integration interval length T S. If the waveform of the guard interval (GI) in the delayed signal r (t−T f ) and the end of the effective symbol that is the copy source coincide completely, the complex correlation becomes a real number, and the argument of the complex correlation becomes zero. . If the waveform of the guard interval (GI) in the delayed signal r (t−T f ) and the end of the effective symbol that is the copy source do not completely match, the complex correlation has an imaginary part, and the complex correlation The declination is not zero. Therefore, this declination is defined as phase fluctuation. This phase fluctuation is a phase fluctuation during a time T f from the start time of the guard interval (GI) to the start time of the copy source.

本発明においては、位相変動を推定するための積分区間は1シンボルの時間長TSであり、必ず遅延信号r(t−Tf)におけるガードインターバル(GI)と、その複写元である受信信号r(t)の有効シンボルの末尾を含むこととなる。また、位相変動を推定するための積分区間はその開始のタイミングは、各シンボルと同期する必要がない。本発明において各積分区間が遅延信号r(t−Tf)におけるガードインターバル(GI)と、その複写元である受信信号r(t)の有効シンボルの末尾を含めば良く、且つ1のガードインターバル(GI)全体を1の積分区間内に有している必要はない。即ち相関演算のための積分区間が、その開始において遅延信号r(t−Tf)におけるあるシンボルのガードインターバル(GI)の途中から始まり、積分区間が、その終了において遅延信号r(t−Tf)におけるあるシンボルのガードインターバル(GI)の途中で終了しても、位相変動は算出可能である。なぜならば、1シンボルにおけるガードインターバルの一部とその一部に対応する有効シンボルの末尾の部分と、次のシンボルにおけるガードインターバルの一部とその一部に対応する有効シンボルの末尾の部分とが積分区間に常に存在することになるからである。 In the present invention, the integration interval for estimating the phase change is a time length T S of one symbol, the received signal is always a guard interval (GI) in the delay signal r (t-T f), the copy source The end of the effective symbol of r (t) is included. Also, the start timing of the integration interval for estimating the phase variation does not need to be synchronized with each symbol. In the present invention, each integration interval may include the guard interval (GI) in the delayed signal r (t−T f ) and the end of the effective symbol of the received signal r (t) as the copy source, and one guard interval. (GI) It is not necessary to have the whole in one integration section. That is, the integration interval for the correlation calculation starts from the middle of a guard interval (GI) of a certain symbol in the delay signal r (t−T f ) at the start, and the integration interval ends at the end of the delay signal r (t−T f ). Even if it ends in the middle of the guard interval (GI) of a symbol in f ), the phase fluctuation can be calculated. This is because a part of the guard interval in one symbol and the last part of the effective symbol corresponding to that part, and a part of the guard interval in the next symbol and the last part of the effective symbol corresponding to that part are: This is because it always exists in the integration interval.

これを数式を用いて説明する。まず、受信信号r(t)の、時間区間Tf内での位相変動(時間差Tfの2時刻での位相差)φは、積分区間長TSの複素相関関数により次の式(1)で求められる。尚、r*(t)はr(t)の複素共役を、argは複素数の偏角(argument)を示す。

Figure 0004403877
This will be described using mathematical expressions. First, the phase fluctuation (phase difference at two times of the time difference T f ) φ within the time interval T f of the received signal r (t) is expressed by the following equation (1) by the complex correlation function of the integration interval length T S. Is required. Note that r * (t) represents the complex conjugate of r (t), and arg represents the complex argument.
Figure 0004403877

これを簡単に説明する。まず、図4のように、区間長Tsにおいて、遅延信号r(t−Tf)は、第mキャリアのOFDMシンボルがamから、OFDMシンボルがbmのガードインターバルとOFDMシンボルがbmへと、信号r(t)は、第mキャリアのOFDMシンボルがbmから、OFDMシンボルがcmのガードインターバルとOFDMシンボルがcmへと、移行していく。そこで、信号r(t)のOFDMシンボルがbmである先頭をn=0として、シンボル長TfをN等分してサンプリング間隔をτとし、式(2−1)、式(2−2)のように表現する。尚、Gはガードインターバル長TGIをサンプリング間隔τで除したものである。また、ωはサブキャリアの周波数間隔でω=2π/Tfである。即ち、Tf=nτ、TGI=Gτで、Nτω=2πである。また、jは虚数単位、θm,n等は各第mキャリア第nサンプリングでの伝搬路特性により生じた位相である。また、信号r(t)のOFDMシンボルがbmと遅延信号r(t−Tf)のOFDMシンボルがbmのガードインターバルとが重なる部分をnτ∈Tgと表し、区間長Tsのうち、Tgより前の部分をTpre、後の部分をTpostと示した。

Figure 0004403877
This will be briefly described. First, as shown in FIG. 4, the interval length T s, delay signal r (t-T f) from OFDM symbol a m of the m carriers, the guard interval and the OFDM symbol of the OFDM symbol b m is b m to, signal r (t) is the OFDM symbol b m of the m carriers, the guard interval and the OFDM symbol of the OFDM symbol c m is the c m, will shift. Therefore, the head where the OFDM symbol of the signal r (t) is b m is set to n = 0, the symbol length T f is equally divided into N, and the sampling interval is set to τ, and Expressions (2-1) and (2-2) ). G is a value obtained by dividing the guard interval length T GI by the sampling interval τ. Further, ω is ω = 2π / Tf in terms of the frequency interval of the subcarriers. That is, T f = nτ, T GI = Gτ, and Nτω = 2π. Further, j is an imaginary unit, and θ m, n and the like are phases generated by propagation path characteristics in each m-th carrier n-th sampling. Further, a guard interval and overlap portions of the OFDM symbol b m of OFDM symbols b m and the delayed signal r (t-T f) of the signal r (t) represents a Enutau∈T g, of the interval length T s The part before T g is indicated as T pre , and the part after T g is indicated as T post .
Figure 0004403877

式(2−1)と式(2−2)から、まず信号r(t)のOFDMシンボルがbmと遅延信号r(t−Tf)のOFDMシンボルがbmのガードインターバルとが重なる部分(nτ∈Tg)について、式(1)の複素積分の部分を展開すると式(3)のようになる。ここにおいて、第2項は、キャリア数(m及びlの値域)が数千であることを考慮すると、x=(l−m)n(modN)が区間0≦x<Nで一様分布し、複素数bm *及びblが独立且つランダムで、θm,nがnに対して直線的に変化していると近似できる、即ちθl,n-N−θm,nがnに対してほぼ定数と考えれば、統計論的に0であると考えることができる。

Figure 0004403877
From Equations (2-1) and (2-2), first, a portion where the OFDM symbol of the signal r (t) overlaps the guard interval of b m and the OFDM symbol of the delayed signal r (t−T f ) is b m When (nτ∈T g ) is expanded, the complex integral part of Expression (1) is expanded as shown in Expression (3). Here, considering that the number of carriers (value range of m and l) is several thousand, the second term is uniformly distributed in the section 0 ≦ x <N, where x = (1−m) n (modN). It can be approximated that the complex numbers b m * and b l are independent and random and θ m, n varies linearly with respect to n, that is, θ l, nN −θ m, n is approximately n with respect to n. If considered to be a constant, it can be considered to be statistically zero.
Figure 0004403877

次に、信号r(t)のOFDMシンボルがbmで遅延信号r(t−Tf)のOFDMシンボルがamであるnτ∈Tpreの部分について、式(1)の複素積分の部分を展開すると式(4)のようになる。ここにおいて、第1項は複素数bm *及びamが独立且つランダムであるので、キャリア数mが数千であることを考慮すると、統計論的に0であると考えることができる。また、第2項も、bm *及びalが独立且つランダムであり、2つの指数部分のうち、θl,n-N+G−θm,nがnに対して定数、y=(l−m)n+lG(modN)が区間0≦x<Nで一様分布するので、キャリア数(m及びlの値域)が数千であることを考慮すると、統計論的に0であると考えることができる。

Figure 0004403877
Next, for the part of nτ∈T pre where the OFDM symbol of the signal r (t) is b m and the OFDM symbol of the delayed signal r (t−T f ) is a m , the complex integral part of Equation (1) is When expanded, equation (4) is obtained. Here, since the complex numbers b m * and a m are independent and random, the first term can be considered to be statistically zero considering that the number of carriers m is thousands. Also, in the second term, b m * and a l are independent and random, and θ l, n−N + G −θ m, n is a constant with respect to n, and y = ( l−m) n + lG (modN) is uniformly distributed in the interval 0 ≦ x <N, and therefore, considering that the number of carriers (range of m and l) is several thousand, it is considered to be statistically zero. be able to.
Figure 0004403877

式(4)が統計論的に0であると考えることができるのと同様、信号r(t)のOFDMシンボルがcmで遅延信号r(t−Tf)のOFDMシンボルがbmであるnτ∈Tpostの部分についても、統計論的に0であると考えることができる。結局、式(1)の複素積分の部分は、式(3)の第1項で近似できる。更に、式(3)で、θm,n-N−θm,nが、各m毎に一定でθm,n-N−θm,n=Δθmとおけるならば、結局式(3)の偏角は、更に次の(5)のように表すことができる。即ち、式(1)は、各キャリアの位相差Δθmを、キャリアの振幅の平方で加重平均したものを示す。尚、θm,n-N−θm,n=Δθmとおいたことは、時間軸方向に対して位相の変化が線形であることを示す。

Figure 0004403877
Just as it can be considered that the formula (4) is statistically kinetically 0, OFDM symbol of the signal r delay signal OFDM symbol in c m of (t) r (t-T f) is a b m The portion of nτεT post can be considered to be statistically zero. Eventually, the complex integral part of equation (1) can be approximated by the first term of equation (3). Further, in equation (3), if θ m, nN −θ m, n is constant for each m and θ m, nN −θ m, n = Δθ m , the declination of equation (3) can be obtained. Can be further expressed as the following (5). That is, Equation (1) represents a weighted average of the phase difference Δθ m of each carrier by the square of the carrier amplitude. Note that setting θ m, nN −θ m, n = Δθ m indicates that the phase change is linear with respect to the time axis direction.
Figure 0004403877

ノイズによる大きな変動をさせないよう、位相変動を平滑化する。これを式(6)で表す。

Figure 0004403877
The phase fluctuation is smoothed so as not to cause a large fluctuation due to noise. This is expressed by equation (6).
Figure 0004403877

式(6)の位相変動は時間区間Tf間における位相変動であるので、これを上述の振幅変動の補償係数を求めた時間区間Taあたりの位相変動に換算する。即ち式(7)である。

Figure 0004403877
Since the phase variation of the formula (6) is the phase variation between the time interval T f, which is converted into a phase variation per time interval T a determined compensation coefficient amplitude fluctuation described above. That is, Equation (7).
Figure 0004403877

各時間区間Taでの位相変動の補償係数は、その前の位相変動の累積値(φの上に〜の記号を付けて示す)に、位相変動式(7)を加えたものである。よって、位相変動の補償係数は絶対値が1の複素数として、式(8)で示される。

Figure 0004403877
Compensation coefficient of the phase change at each time interval T a is the cumulative value of the previous phase variation (shown with a symbol - on the phi), is obtained by adding phase change equation (7). Therefore, the compensation coefficient for the phase variation is expressed by Expression (8) as a complex number having an absolute value of 1.
Figure 0004403877

このように、式(8)で、位相の時間変動を補償する係数が求められるので、これを当該時間区間Taの信号に乗ずることで、位相の時間変動を補償することができる。 Thus, in equation (8), the coefficients for compensating the time variation of the phase is obtained, which by multiplying the signal of the time interval T a, it is possible to compensate for the time variation of the phase.

シンボル内位相変動推定器301の内部での演算を図5に示す。図5は位相変動補正係数を演算する手順をブロック図的に示したものである。上記のシミュレーションとの対応のため、有効シンボル長Tfを1.008ms、ガードインターバル長TGI=Tf/8=126μs、1シンボルの時間長TS=TGI+Tf=1.134ms、Ta=Tf/8=126μsとする。また、FFTを8192点FFTとして、有効シンボル長Tfを8192サンプルとする。ガードインターバル長TGIとTaは1024サンプル、1シンボルの時間長TSは9216サンプルとなる。 FIG. 5 shows the calculation inside the intra-symbol phase fluctuation estimator 301. FIG. 5 is a block diagram showing the procedure for calculating the phase fluctuation correction coefficient. In order to correspond to the above simulation, the effective symbol length T f is 1.008 ms, the guard interval length T GI = T f / 8 = 126 μs, the time length of one symbol T S = T GI + T f = 1.134 ms, T a = T f / 8 = 126 μs. Also, the FFT is 8192 point FFT and the effective symbol length Tf is 8192 samples. Guard interval length T GI and T a is 1024 samples, the time length T S of one symbol becomes 9216 samples.

図5のように、位相変動補正係数を演算する手順は、区間長を1シンボル長Ts=1.134msとして、デジタル複素信号と、その信号を有効シンボル長Tf=1.008msだけ遅延された遅延信号との複素相関を求める(SD、SP1、SP2)。この複素相関においては、積分区間(長さ1シンボル長Ts)が、本来の1シンボルであるガードインターバルの開始からと有効シンボルの終了までと一致する必要はなく、有効シンボル長Tfの遅延により必然的に遅延信号のガードインターバルと、デジタル複素信号の対応すべき有効シンボルの末尾は重なる。更に遅延信号の1個のガードインターバルの全体が積分区間(長さ1シンボル長Ts)に含まれる必要もなく、積分区間(長さ1シンボル長Ts)の初めが遅延信号の1個のガードインターバルの途中から開始し、積分区間の終わりが遅延信号の次のガードインターバルの途中までとなっていても良い。 As shown in FIG. 5, the procedure for calculating the phase fluctuation correction coefficient is as follows. The interval length is 1 symbol length T s = 1.134 ms, and the digital complex signal and the signal are delayed by an effective symbol length T f = 1.008 ms. A complex correlation with the signal is obtained (SD, SP1, SP2). In this complex correlation, the integration interval (length 1 symbol length T s ) does not have to coincide from the start of the guard interval, which is the original 1 symbol, to the end of the effective symbol, but the delay of the effective symbol length T f . Accordingly, the guard interval of the delayed signal inevitably overlaps with the end of the effective symbol that should correspond to the digital complex signal. Furthermore it is not necessary to the whole of one guard interval of the delayed signal is included in the integration interval (length 1 symbol length T s), the integration interval beginning of one of the delay signals (length 1 symbol length T s) It may start from the middle of the guard interval and the end of the integration interval may be up to the middle of the next guard interval of the delay signal.

この複素相関においては、遅延信号と受信信号の位相差が無い、即ちある時刻tに受信を開始した、1シンボルの先頭のガードインターバル(区間長TGI)と、時刻t+Tfに受信を開始した対応する1シンボルの末尾の区間長TGIが完全に一致する場合には、複素相関は実数となり、偏角即ち位相差は0である。一方、遅延信号と受信信号の位相差が有る場合、複素相関は虚部を有し、その偏角が位相差となる。各キャリアの位相差が十分小さい場合(有効シンボル長Tfは小さいので通常成立する)は、偏角は各キャリアの位相差の、電力加重平均となる。これを利用して位相変動を推定する(SP3)。これは遅延時間である、有効シンボル長Tf=1.008msにおける位相変動である。 In this complex correlation, there is no phase difference between the delayed signal and the received signal, that is, reception is started at a time t + T f and a guard interval (section length T GI ) at the beginning of one symbol at which reception started at a certain time t. If the end of the interval length T GI of the corresponding one symbol matches completely, the complex correlation becomes real, declination i.e. phase difference is 0. On the other hand, when there is a phase difference between the delayed signal and the received signal, the complex correlation has an imaginary part, and its declination becomes the phase difference. When the phase difference of each carrier is sufficiently small (usually established because the effective symbol length Tf is small), the declination is a power weighted average of the phase differences of each carrier. Using this, the phase fluctuation is estimated (SP3). This is a phase variation in the effective symbol length T f = 1.008 ms, which is a delay time.

次に位相変動を平滑化し(SP4)、振幅変動との補正係数の更新と更新タイミングを合せるため、振幅変動の算出時間Taが有効シンボル長Tfの1/8であるので8で除する(SP5)。これを9回累積して、1シンボル長Ts分の9個の位相変動累積値を順次算出する(SP6)。必要に応じ、算出結果を−πからπの範囲、或いは0から2πの範囲に収める。これを位相変動の補正係数(複素数、絶対値は1)とする(SP7)。 Next, the phase fluctuation is smoothed (SP4) and the amplitude fluctuation calculation time T a is 1/8 of the effective symbol length T f so as to match the update timing and update timing of the amplitude fluctuation. (SP5). This is accumulated nine times, and nine phase fluctuation accumulated values corresponding to one symbol length T s are sequentially calculated (SP6). If necessary, the calculation result falls within the range of −π to π, or within the range of 0 to 2π. This is a phase variation correction coefficient (complex number, absolute value is 1) (SP7).

次に、時間変動補償を加えたダイバーシチ受信における誤り率特性の改善のシミュレーションを図7に示す。図7は、図1の構成を4ブランチ(アンテナ)ダイバーシチとして、Eb/Noを20dBとし、ドップラー周波数を2Hzから300Hzまで変化させた場合の平均ビット誤り率特性である。他のシミュレーション条件は第1実施例の図3のシミュレーション条件と同様とした。図7でドップラー周波数が小さい場合は移動速度が遅い場合に、ドップラー周波数が大きい場合は移動速度が速い場合に対応する。   Next, FIG. 7 shows a simulation for improving the error rate characteristics in diversity reception with time variation compensation. FIG. 7 shows average bit error rate characteristics when the configuration of FIG. 1 is 4-branch (antenna) diversity, Eb / No is 20 dB, and the Doppler frequency is changed from 2 Hz to 300 Hz. Other simulation conditions were the same as the simulation conditions of FIG. 3 of the first embodiment. In FIG. 7, when the Doppler frequency is small, the moving speed is slow, and when the Doppler frequency is large, the moving speed is fast.

図7には、比較のため、時間変動補償を加えない、最大比合成ダイバーシチを行った場合(通常のダイバーシチ)と、ダイバーシチも時間変動補償も行わない通常のOFDM受信方式(ダイバーシチ無し)も記載した。図7に示される通り、ダイバーシチ受信の無い場合に比べ、通常のダイバーシチを行った場合は平均ビット誤り率が小さくなり、特性が改善されている。しかし、ドップラー周波数が10Hzを超えると、平均ビット誤り率が劣化していく。これは移動速度が速くなるにつれて、受信信号の時間変動が速くなるためである。一方、本発明によれば、ドップラー周波数が40Hz以下では、平均ビット誤り率の劣化はほとんど生じない。これは時間変動補償をダイバーシチ受信に付加することにより、移動速度が速い場合の平均ビット誤り率が小さくなり、特性が改善されることを示している。これが本発明により、振幅及び位相の時間変動を抑制することによる改善効果である。   For comparison, FIG. 7 also shows a case where maximum ratio combining diversity is performed without adding time variation compensation (normal diversity) and a normal OFDM reception method without diversity and time variation compensation (without diversity). did. As shown in FIG. 7, the average bit error rate is reduced and the characteristics are improved when normal diversity is performed compared to the case where no diversity reception is performed. However, when the Doppler frequency exceeds 10 Hz, the average bit error rate deteriorates. This is because the time variation of the received signal becomes faster as the moving speed becomes faster. On the other hand, according to the present invention, when the Doppler frequency is 40 Hz or less, the average bit error rate hardly deteriorates. This indicates that by adding time variation compensation to diversity reception, the average bit error rate when the moving speed is high is reduced and the characteristics are improved. This is the improvement effect by suppressing the time fluctuation of the amplitude and phase according to the present invention.

上記各実施例のように、本発明はOFDMの移動受信に適用すると効果が大きいが、その他直交系の通信方式に適用しても効果が大きい。   As in the above embodiments, the present invention is very effective when applied to OFDM mobile reception, but is also effective when applied to other orthogonal communication systems.

本発明の具体的な第1の実施例に係るマルチキャリアダイバーシチ受信装置1000の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the multicarrier diversity receiver 1000 which concerns on the specific 1st Example of this invention. 第1実施例の時間変動補償装置200の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the time fluctuation compensation apparatus 200 of 1st Example. 第1実施例の時間変動補償装置200のシミュレーション結果を比較例と共に示すグラフ図。The graph which shows the simulation result of the time fluctuation compensation apparatus 200 of 1st Example with a comparative example. 第1実施例の位相変動補償装置300の演算内容を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the calculation content of the phase variation compensation apparatus 300 of 1st Example. 第1実施例の位相変動補償装置300の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the phase variation compensation apparatus 300 of 1st Example. 本発明者らによる先行発明の出願書類に記載されたマルチキャリアダイバーシチ受信装置9000の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the multicarrier diversity receiver 9000 described in the application documents of the prior invention by the present inventors. 本発明の具体的な第2の実施例に係るマルチキャリアダイバーシチ受信装置の平均ビット誤り率のシミュレーション結果を示すグラフ図。The graph figure which shows the simulation result of the average bit error rate of the multicarrier diversity receiver which concerns on the specific 2nd Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1000:マルチキャリアダイバーシチ受信装置
200:時間変動補償装置
201:重み係数演算部
202a、202b、302:複素乗算器
203:複素加算器
300:位相変動補償装置
301:シンボル内位相変動推定器
1000: Multi-carrier diversity receiver 200: Time variation compensator 201: Weight coefficient calculation units 202a, 202b, 302: Complex multiplier 203: Complex adder 300: Phase variation compensator 301: Intra-symbol phase variation estimator

Claims (4)

複数のアンテナにより受信した受信波を合成して、合成信号の振幅方向の変動を補償し、合成信号の平均電力を一定にするためのダイバーシチ受信における振幅の時間変動の補償方法において、
各アンテナの受信信号と、各受信信号ごとに複素数である重み係数を乗じた後加算した合成信号との複素相互相関を各アンテナに対応させて求め、
各アンテナに対応した各複素相互相関について各々平滑化を行って平滑化相関値を求め、
全平滑化相関値の自乗和で各平滑化相関値を除したものを新たに前記各重み係数の更新値とすることを特徴とするダイバーシチ受信における振幅の時間変動補償方法。
In the method of compensating for the time variation of amplitude in diversity reception to synthesize received waves received by a plurality of antennas, compensate for variations in the amplitude direction of the combined signal, and make the average power of the combined signal constant,
Obtaining the complex cross-correlation between the received signal of each antenna and the combined signal obtained by multiplying each received signal by a complex weighting factor and adding it, corresponding to each antenna,
Smoothing each complex cross-correlation corresponding to each antenna to obtain a smoothed correlation value,
A method for compensating for time fluctuation of amplitude in diversity reception, wherein a value obtained by dividing each smoothed correlation value by the sum of squares of all smoothed correlation values is newly set as an update value of each weighting coefficient.
有効シンボル長Tfの信号に、その末尾の時間長TGIの部分の波形をコピーして先頭に付加した、1シンボルの時間長TSがTS=TGI+Tfであるマルチキャリア変調信号を受信するマルチキャリアダイバーシチ受信におけるシンボル内時間変動補償方法において、
請求項1に記載の振幅の時間変動補償方法を用いて振幅方向のシンボル内時間変動を補償し、
時間長TSを積分区間とし、振幅の補償された合成信号と、振幅の補償された合成信号を遅延時間としてTfだけ遅延させた遅延信号との複素相関により、時間Tfにおける位相変動を推定し、有効シンボル長Tfよりも短い時間Taごとの位相変動を算出して、それを基に当該時間Taにおける位相の補正係数を求めて位相のシンボル内時間変動を補償することを特徴とするマルチキャリアダイバーシチ受信におけるシンボル内時間変動補償方法。
A multicarrier modulation signal in which the time length T S of one symbol is T S = T GI + T f obtained by copying the waveform of the portion of the time length T GI at the end of the signal to the effective symbol length T f and adding it to the head. In the intra-symbol time variation compensation method in multicarrier diversity reception for receiving
Compensating for intra-symbol time variation in the amplitude direction using the amplitude variation variation method according to claim 1 ,
Phase variation at time T f is obtained by complex correlation between the combined signal with amplitude compensated for time length T S and the delayed signal obtained by delaying the combined signal with compensated amplitude by T f as delay time. It estimated, and calculates the phase variation of each short time T a than the effective symbol length T f, to compensate for the symbol in the time variation of phase seeking correction coefficient of the phase at the time T a based on it Intra-symbol time variation compensation method in multi-carrier diversity reception characterized by the above.
複数のアンテナにより受信した受信波を合成して、合成信号の振幅方向の変動を補償し、合成信号の平均電力を一定にするためのダイバーシチ受信装置における振幅の時間変動の補償装置において、
各アンテナの受信信号と、各受信信号ごとに算出される複素数である重み係数を乗ずるための複数個の複素乗算器と、
当該複数個の複素乗算器の出力を加算する複素加算器と、
各アンテナの受信信号と、前記複素加算器の出力である合成信号との複素相互相関を各々算出する複数個の複素相互相関演算器と、
当該複数個の相互相関演算器の出力を平滑化する複数個の平滑器と、
当該複数個の平滑器の出力である各平滑化相関値について、全平滑化相関値の自乗和で除したものを新たな前記各重み係数とする複数個の重み係数更新器とを有することを特徴とするダイバーシチ受信における振幅の時間変動補償装置。
In a compensation apparatus for amplitude time fluctuations in a diversity receiver for synthesizing received waves received by a plurality of antennas to compensate for fluctuations in the amplitude direction of the synthesized signals and to keep the average power of the synthesized signals constant,
A plurality of complex multipliers for multiplying the received signal of each antenna by a weighting factor that is a complex number calculated for each received signal;
A complex adder for adding the outputs of the plurality of complex multipliers;
A plurality of complex cross-correlation calculators each for calculating a complex cross-correlation between a reception signal of each antenna and a composite signal that is an output of the complex adder;
A plurality of smoothers for smoothing the outputs of the plurality of cross-correlation calculators;
A plurality of weighting coefficient updaters, each of which is obtained by dividing each smoothed correlation value, which is an output of the plurality of smoothers, by the sum of squares of all smoothed correlation values. An apparatus for compensating for time fluctuation of amplitude in diversity reception as a feature.
有効シンボル長Tfの信号に、その末尾の時間長TGIの部分の波形をコピーして先頭に付加した、1シンボルの時間長TSがTS=TGI+Tfであるマルチキャリア変調信号を受信するマルチキャリアダイバーシチ受信におけるシンボル内時間変動補償装置において、
請求項3に記載の振幅の時間変動補償装置と、
時間長TSを積分区間とし、振幅の補償された合成信号と、振幅の補償された合成信号を遅延時間としてTfだけ遅延させた遅延信号との複素相関により、時間Tfにおける位相変動を推定し、有効シンボル長Tfよりも短い時間Taごとの位相変動を算出して、それを基に当該時間Taにおける位相の補正係数を求めて位相のシンボル内時間変動を補償する位相の時間変動補償装置とを有すること特徴とするマルチキャリアダイバーシチ受信におけるシンボル内時間変動補償装置。
A multicarrier modulation signal in which the time length T S of one symbol is T S = T GI + T f obtained by copying the waveform of the portion of the time length T GI at the end of the signal to the effective symbol length T f and adding it to the head. In the intra-symbol time variation compensation apparatus in multicarrier diversity reception for receiving
An amplitude time variation compensating device according to claim 3 ,
Phase variation at time T f is obtained by complex correlation between the combined signal with amplitude compensated for time length T S and the delayed signal obtained by delaying the combined signal with compensated amplitude by T f as delay time. The phase variation for each time T a shorter than the effective symbol length T f is calculated, and the phase correction coefficient of the phase at the time T a is obtained based on the phase variation to compensate for the time variation in the symbol within the phase. An intra-symbol time variation compensating device in multicarrier diversity reception, comprising: a time variation compensating device.
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