JP4417643B2 - Digital radio receiver - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル無線通信に用いられるデジタル無線受信機に係り、特にキャリアオフセットの補償範囲を広げ、復調特性を向上できるデジタル無線受信機に関する。
【0002】
【従来の技術】
16QAM変調方式に代表される多値変調方式を利用した変復調装置においては、送受信装置(変復調装置)の双方で、基本的には同一のローカル周波数で発振する局部発振器からのキャリア信号を用いて変復調を行うものであるが、送受信機間の発振周波数の精度誤差、温度変動、経年変化などによって周波数誤差が生じ、その誤差が受信信号の周波数オフセット(キャリアオフセットとも言う)として現れる。
【0003】
この周波数オフセット(キャリアオフセット)は、次世代加入者系無線アクセスシステム(Fixed Wireless Access:FWA)の分野や、それに限らず無線通信(Radio Frequency:RF)の高周波数化の流れの中で解決すべき大きな問題であり、キャリアオフセット補償の重要度が増している。
【0004】
この周波数オフセットは、受信機において、検波後の受信信号に一定速度の位相回転となって現れ、正しい復調信号を得るためにはこの周波数オフセットを補償する必要がある。
デジタル無線通信の場合には、この周波数オフセットを補償する一般的な技術の一つとして、例えば同期補足用、あるいは等化器のトレーニングのために送受信機双方で既知である信号(ユニークワード:UW)を伝送データに付加して送信し、受信機側でこのユニークワードと受信信号とから位相誤差を検出し、PLL回路などで平均化処理を行い、局部発振器である電圧制御発振器に電圧値として入力することで、受信側の局部発振周波数を制御し、周波数オフセットを補償する技術がある。
【0005】
また、別の従来の周波数オフセットを補償する技術として、等化器を用いる周波数オフセット補償回路がある。
等化器を用いたキャリアオフセット補償回路でキャリアオフセットを補正する場合、周波数対エラー(BER)特性は、図19に示すような形になる。図19は、従来のキャリアオフセット補償回路における周波数対エラー(BER)特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【0006】
尚、周波数オフセット補償に関する従来技術としては、平成10年4月14日公開の特開平10−98500号「自動周波数制御方法及び回路」(出願人:国際電気株式会社、発明者:後藤 裕樹)がある。
この従来技術は、UWとして既知シンボルと可変データシンボルを含んだ受信信号の複数シンボルの位相差を遅延検波器で求め、その出力を元にして可変データシンボルの変調成分を除去した後の残留位相回転成分を判定器で求め、移相器で周波数オフセット推定値を求めてLPFで平均化し、複素乗算器で周波数誤差を補償するように構成した自動周波数補償制御方法及び回路としており、多値変調方式の受信復調回路におけるベースバンド信号処理に用いられるAFCの周波数オフセット補償範囲を伝送効率を落とすことなく広げることができるものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のキャリアオフセット補償回路では、TDD方式の通信システムに用いた場合、送信区間の時に局部発振器の制御ができないため、受信終了時点の制御値を保持する等の対策がとられるが、送信区間分における局部発振器の安定度相当の周波数オフセットは避けられないため、受信区間となった時に、受信信号が回転してしまい正常に復調できなくなるという問題点があった。
【0008】
また、等化器を組み込んだキャリアオフセット補正回路の場合には、周波数対BER特性が図19に示したような形になり、オフセット周波数に対応できる範囲が狭いという問題点があった。
【0009】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、TDD方式の通信でもキャリアオフセット補償を可能とし、対応できるオフセット周波数の範囲を広くして、安定した動作を可能にするキャリアオフセット補償回路を用いたデジタル無線受信機を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、デジタル無線受信機において、受信信号と、受信信号の領域判定結果をもとにタップ係数の更新を行いながら波形等化を行って復号信号を出力する第1の等化器を有するデジタル無線受信機であって、
第1の等化器の入力側に第1の等化器が更新出力するタップ係数を受信信号に乗算して第1の等化器の入力信号とする乗算器を設けたことを特徴とするものなので、キャリアオフセット補償制御可能な周波数の範囲を広げることができる。
【0011】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、請求項1記載のデジタル無線受信機において、第1の等化器の出力側に、第1の等化器の出力信号と、出力信号の領域判定結果をもとにタップ係数の更新を行いながら波形等化を行って復号信号を出力する第2の等化器を設けたことを特徴とするものなので、第1の等化器だけでは追従しきれなかったキャリアオフセットを第2の等化器で補償して、キャリアオフセット補償制御可能な周波数の範囲を広げ、周波数対BER特性も広範囲にわたって水平にできる。
【0012】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、請求項1又は請求項2記載のデジタル無線受信機において、受信信号中に挿入されている既知信号をもとにタップ係数の更新を行いながら波形等化を行う第3の等化器を設け、第3の等化器を乗算部の入力側か、又は乗算部と第1の等化器の間に構成することを特徴とするものなので、キャリアオフセットの補償に加え、信号の干渉成分の除去を行って伝搬路等の劣化をも補償できる。
【0013】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、請求項1乃至請求項3記載のデジタル無線受信機において、受信信号中に挿入されている既知信号から位相ずれを判定して初期位相を補正する初期位相補正部を設け、初期位相が補正された受信信号を乗算部或いは第3の等化器の入力とすることを特徴とするものなので、最初の信号の領域判定ミスを回避して、等化誤差の収束を高速に行うことができる。
【0014】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、請求項3記載のデジタル無線受信機において、受信信号中に挿入されている既知信号から位相ずれを判定して初期位相オフセット値を出力する初期位相判定部を設け、第3の等化器が初期位相オフセット値をタップ係数の初期値として設定する等化器であることを特徴とするものなので、初期位相補正部を設けることなく初期位相の補正が実現でき、キャリアオフセット補償回路の回路規模を縮小しながら、最初の信号の領域判定ミスを回避して等化誤差の収束を高速に行うことができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
尚、以下で説明する機能実現手段は、当該機能を実現できる手段であれば、どのような回路又は装置であっても構わず、また機能の一部又は全部をソフトウェアで実現することも可能である。更に、機能実現手段を複数の回路によって実現してもよく、複数の機能実現手段を単一の回路で実現してもよい。
【0016】
本発明に係るデジタル無線受信機は、初期位相補正部で受信信号中に挿入されている既知信号から位相ずれを判定して初期位相を補正し、第3の等化器で既知信号をもとにタップ係数の更新を行って波形等化を行い、乗算器で第1の等化器が更新出力するタップ係数を受信信号に乗算し、第1の等化器で受信信号とその領域判定結果をもとにタップ係数の更新を行いながら波形等化を行い、第2の等化器で第1の等化器の出力信号とその領域判定結果をもとにタップ係数の更新を行いながら波形等化を行うものなので、最初の信号の領域判定ミスを回避し、復調信号と領域判定結果との誤差を最小にする収束速度を速め、キャリアオフセット補償制御可能な周波数の範囲を広げ、周波数対BER特性も広範囲にわたって水平にでき、信号の干渉成分の除去を行って伝搬路等の劣化をも補償できるものである。
【0017】
尚、本発明の実施の形態における各部と図面の各部との対応を示すと、第1の等化器は、等化器3に相当し、第2の等化器は、等化器4に相当し、第3の等化器は、等化器5に相当している。
【0018】
まず、本発明の第1の実施の形態に係るデジタル無線受信機について、図1を使って説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係るデジタル無線受信機のキャリアオフセット補償回路部分の構成ブロック図である。
【0019】
本発明の第1の実施の形態に係るデジタル無線受信機のキャリアオフセット補償回路部分(第1のキャリアオフセット補償回路)は、図1に示すように、初期位相補正部1と、乗算部2と、等化器3とから構成されている。
尚、図1では、受信信号及び各構成要素間を1本の矢印で繋いでいるが、基本的に受信信号は直交検波されてI相、Q相の各成分信号に分離されて処理される。
【0020】
本発明の第1のキャリアオフセット補償回路の各部について説明する。
初期位相補正部1は、受信信号中の既知のユニークワードからフレーム先頭での位相差を検出して、その位相差を補正するものである。
通常伝送データは、図20に示すように、1フレームが送受信機間で既知であるユニークワード(図では、UW)と送信情報(図では、DATA)で構成されている。図20は、送受信される信号のフレーム構成例図を示している。
【0021】
よって送信側では、図20に示したように、フレーム毎にその先頭に送受信機間で既知のユニークワード(UW)(例えば14シンボル)を送信信号中に組み込んで伝送し、受信側の初期位相補正部1で各シンボル毎にその位相を
θ=arcTan(Qr/Ir)
により求め、UWの各シンボルの本来の位相との差を算術平均した値を、フレーム位相(初期位相)補正値として、フレーム全体に乗算するものである。
【0022】
尚、シンボル位相の求め方は、arcTanによる位相計算に限定されるものではなく、実際のハードウェアにおいてリアルタイム処理する際は、従来から知られているような他の位相検出手段を用いても構わない。
【0023】
尚、初期位相補正の目的は、後続の等化器ではタップ係数の初期値を(1+j0)として素通りするようにしているため、最初の信号の領域判定を誤ってしまうと等化誤差の収束が遅くなるので、最初の信号の位相を希望の位相にするためである。
【0024】
乗算部2は、初期位相補正部1から出力される初期位相を補正された受信信号と、後述する等化器3から出力される1シンボル前のタップ係数を乗算し、乗算結果を出力する一般的な乗算器である。
尚、基本的に受信信号は直交検波されてI相、Q相の各成分信号に分離されて処理されるので、この乗算部2は、複素乗算器で構成される。
【0025】
周波数オフセットは、フェージングと違って一定方向に回転が加わるものであるから、この乗算部2で1シンボル前のタップ係数を現在のシンボルデータに乗算するということは、即ち一定方向に回転が加わる周波数オフセットを予測しながらキャリアオフセット補償を行うことと同様になり、よって対応できる周波数オフセットの範囲を広げることになる。
【0026】
等化器3は、時間変化するキャリアオフセットに追従するように、受信信号とその領域判定結果をもとに適応的にタップ係数の更新を行いながら波形等化を行う、タップ数を1TAPとする等化器である。
具体的に等化器3は、受信信号の領域判定を行い、判定結果と受信信号との誤差に基づいて、誤差を最小にするようにタップ係数の更新を行いながら受信信号にタップ係数を乗算して波形等化を行うものである。
【0027】
尚、本発明の等化器3では、タップ係数更新アルゴリズムの代表的なものである、二乗平均誤差を最急降下法に基づいて最小にする最小平均二乗(LMS)アルゴリズムを用いる。
尚、等化器3は、1タップの等化器であるので、高速処理が可能であり、応答性が良く、通信開始直後から安定した動作が期待できる。
【0028】
ここで、本発明のデジタル無線受信機のキャリアオフセット補償回路における等化器3の内部構成例について、図2を使って説明する。図2は、本発明の等化器の内部構成例を示すブロック図である。
本発明の等化器3の内部構成は、乗算器31と、判定器32と、加算器33と、タップ係数更新器34とから構成されている。
乗算器31は、入力される受信信号に、後述するタップ係数更新器34で更新されたタップ係数を乗算するものである。
判定器32は、タップ係数が乗算されたデータの領域判定を行うものである。
加算器33は、タップ係数が乗算されたデータとその領域判定結果との差分(誤差)を求める加算器(減算器)である。
【0029】
タップ係数更新器34は、入力される誤差に応じて、この誤差を最小にするようなタップ係数を求め、出力するものである。
ここで、タップ更新アルゴリズムとしては、二乗平均誤差を最急降下法に基づいて最小にする最小平均二乗(LMS)アルゴリズムを用い、タップ数を1TAPで構成している。
そして、タップ係数の初期値は(1+j0)とし、フレーム毎にリセットされて初期値が設定されるようになっている。これは、等化器3の等化誤差の収束を速くするためと、乗算部2において最初の信号が入力された時に素通しにするためである。
【0030】
次に、本発明の第1のキャリアオフセット補償回路の動作について、図3を用いて説明する。図3は、本発明の第1のキャリアオフセット補償回路におけるシンボル毎の動作の流れを示すフローチャート図である。
本発明の第1のキャリアオフセット補償回路では、UW区間であるか判定し(100)、UW区間であるなら(Yes)、初期位相補正部1で位相判定を行い(102)、UW区間が終了したか判断し(104)、UW区間が終了していない場合(No)には、処理100に戻って、UWの位相判定を繰り返す。
【0031】
そして、処理104において、UW区間が終了したなら(Yes)、初期位相補正部1でフレーム位相補正値を算出し(106)、等化器3のタップ係数更新器34にタップ係数のリセットをかけて初期値(1+j0)に設定し(108)、処理100に戻る。
【0032】
そして、処理100において、UW区間でなくなった、即ち図17におけるDATA部分に入ったなら(No)、初期位相補正部1でフレーム位相補正値に基づいて、フレーム位相を補正しながら(110)、乗算部2でまずは、タップ係数の初期値(1+j0)を乗算して素通りさせ(112)、等化器3内の乗算器31においてもタップ係数の初期値(1+j0)を乗算して素通りさせて波形等化し(114)、判定器32で領域判定を行い(116)、加算器33で波形等化信号と判定結果との誤差を求め(117)、求めた誤差からタップ係数更新器34でタップ係数を更新し(118)、処理100に戻って、次のシンボルに対する波形等化、タップ係数更新を繰り返すようになっている。
【0033】
次に、図1に示した第1のキャリアオフセット補償回路の動作結果について、図4〜図6の具体例を用いて説明する。図4は、第1のキャリアオフセット補償回路における受信信号例を示す図であり、図5は、第1のキャリアオフセット補償回路における初期位相補正部1出力信号例を示す図であり、図6は、第1のキャリアオフセット補償回路における等化器3出力信号例を示す図である。
【0034】
初期位相補正部1に入力される受信信号を、図4に示すように、変調方式:16QAM、キャリアオフセット量:100Hz、受信信号の回転方向:反時計回り、初期位相のずれ:約−58度とする。
【0035】
まず、初期位相補正部1では受信フレーム中に挿入されたUWデータからフレーム先頭での位相差が検出されて、その位相差が補正された信号が出力される。
図4に示した受信信号では、初期位相のずれが約−58度であったので、+58度回転させて補正することでフレーム先頭の位相を合わせることができるので、初期位相を補正した信号は、図5に示すようになり、図4と比べると初期位相だけが+58度修正され、受信信号の回転は残ったままの信号である。
【0036】
この初期位相が補正された信号が、乗算部2に入力されて等化器3からのタップ係数が乗算されるが、最初はタップ係数の初期値が(1+j0)に設定されているので、乗算結果は入力信号がそのまま素通しとなる。
2回目以降は、等化器3から出力された1シンボル前のタップ係数が乗算されるので、1シンボル前に補正された回転については、次にシンボルでも回転が発生していると予想されるので、乗算部2で事前に補正しておくことになる。
【0037】
乗算部2から出力された信号は、等化器3に入力されて乗算器31で再度初期値(1+j0)のタップ係数が乗算されて素通しされ、判定器32で領域判定され、加算器33で乗算器31の乗算結果から判定器32からの判定結果が減算されて誤差が算出され、タップ係数更新器34で誤差をもとにタップ係数の更新が行われて、信号毎に更新されたタップ係数が乗算部2及び乗算器31に出力される動作を繰り返す。
【0038】
このように回路を動作させた結果は、図6に示すように、一定方向への位相回転はなくなり、ほぼ直交座標上の停留点に近い位置に補正されるので、キャリアオフセット補償ができていることがわかる。
【0039】
次に、図1に示した第1のキャリアオフセット補償回路の構成における誤り率(BER)の周波数特性を求める別のシミュレーション結果に付いて、図7を使って説明する。図7は、第1のキャリアオフセット補償回路構成におけるシミュレーション結果の誤り率(BER)対周波数特性を示すグラフ図である。
【0040】
シミュレーション条件としては、フレーム長:1024ms=1024シンボル、フレーム数:100フレーム、シンボルレート:1Mspsとし、変調方式を16QAM、SNR18dB、キャリア周波数を±2000Hzとしたものである。
そして、具体的なシミュレーション方法は、まず、初期位相補正部1における位相回転量の判定は、前述したように、各シンボル毎にθ=arcTan(Qr/Ir)により求め、その算術平均を、フレーム位相(初期位相)補正値とする。
【0041】
受信信号のI相成分をIr、Q相成分をQrとすると、初期位相補正部1における初期位相補正出力I,Qは、
I=Ir×cos(θ)−Qr×sin(θ)
Q=Ir×sin(θ)+Qr×cos(θ)
である。
【0042】
この初期位相補正出力I,Qを変数Xi,Xqに代入し、タップ係数をWi,Wqとすると、乗算部2出力Yi,Yqは、
Yi=Xi×Wi−Xq×Wq
Yq=Xi×Wq+Xq×Wi
である。
【0043】
そして、判定器32出力をYid,Yqdとすると、加算器33から出力される誤差Ei,Eqは、
Ei=Yi−Yid
Eq=Yq−Yqd
である。
【0044】
この誤差Ei,EqからLMSアルゴリズムに基づいて、タップ係数の変更値dWi,dWqを求めると、
dWi=(Ei×Xi+Eq×Xq)×μ
dWq=(Eq×Xi−Ei×Xq)×μ
である。ここで、μはステップサイズパラメータである。
【0045】
そして、最終的にタップ係数更新器34から出力される更新されたタップ数Wi,Wqは、
Wi=Wi−dWi
Wq=Wq−dWq
とし、タップ係数の更新を繰り返しながら、各部の出力をシミュレーションする。
【0046】
図7は、図1に示した構成でシミュレーションを行った周波数対エラー(BER)特性を横軸を周波数、縦軸をBERで示したものである。
図19に示した従来のキャリアオフセット補償回路における、同様の条件によるシミュレーション結果と比較すると、例えば、BER=5×10−3の値で比較すると、図19の従来の構成では、BER=5×10−3以下にできる周波数は約±500Hzが限度であるのに対し、図7に示した図1の構成では、±1000Hzとなっており、乗算部2を設けることによって、キャリアオフセット補償制御可能な周波数の範囲を広げることができることがわかる。
【0047】
次に、更に誤り率(BER)の周波数特性を向上する本発明の第2の実施の形態に係るデジタル無線受信機について、図8を使って説明する。図8は、本発明の第2の実施の形態に係るデジタル無線受信機のキャリアオフセット補償回路部分の構成ブロック図である。尚、図1と同様の構成をとる部分については同一の符号を付して説明する。
【0048】
本発明の第2の実施の形態に係るデジタル無線受信機のキャリアオフセット補償回路部分(第2のキャリアオフセット補償回路)は、図8に示すように、第1のキャリアオフセット補償回路と同様の構成として、初期位相補正部1と、乗算部2と、等化器3とから構成され、更に第2のキャリアオフセット補償回路の特徴部分である等化器4が設けられている。
【0049】
第1のキャリアオフセット補償回路と同様の初期位相補正部1と、乗算部2と、等化器3の構成及び動作は全く同様なので、説明を省略する。
等化器4は、等化器3で波形等化された出力信号に対して、等化器3で十分に追従しきれなかったキャリアオフセットに対して、入力信号とその入力信号の領域判定結果をもとに適応的にタップ係数の更新を行って波形等化を行う等化器である。
具体的に等化器4は、入力信号の領域判定を行い、判定結果と入力信号との誤差に基づいて、誤差を最小にするようにタップ係数の更新を行いながら入力信号にタップ係数を乗算して波形等化を行うものである。
尚、タップ更新アルゴリズムも、等化器3と同様に、最小平均二乗(LMS)アルゴリズムを用い、タップ数を1TAPで構成し、タップ係数の初期値は(1+j0)とし、フレーム毎にリセットされて初期値が設定されるようになっている。
【0050】
等化器4の内部構成は、図2に示した等化器3と全く同様であるが、等化器4内部のタップ係数更新器34で更新されて出力されるタップ係数は、等化器4内部の乗算器31で使われるだけで、等化器4の外部には出力されない。
【0051】
次に、本発明の第2のキャリアオフセット補償回路の動作について、シミュレーション結果の出力例を用いて、図9〜図11で説明する。図9は、第2のキャリアオフセット補償回路における等化器3出力信号例を示す図であり、図10は、第2のキャリアオフセット補償回路における等化器4出力信号例を示す図であり、図11は、第2のキャリアオフセット補償回路における誤り率(BER)の周波数特性を示すグラフ図である。尚、シミュレーション条件は、第1のキャリアオフセット補償回路の場合と同様である。
【0052】
本発明の第2のキャリアオフセット補償回路の動作は、初期位相補正部1から等化器3までは第1のキャリアオフセット補償回路と全く同様である。
等化器3からの出力波形は、キャリアオフセット周波数に対して、等化器3が十分に追従できなくなると、信号波形が傾いてくるため、図9に示したような信号が出力されることになる。
その結果、復号の際に領域判定を誤ってしまい、周波数対エラー(BER)特性は、図7に示したようにお椀型になってしまっていた。
【0053】
そこで、第2のキャリアオフセット補償回路では、等化器3から出力される信号が等化器4に入力されて、乗算器31で初期値(1+j0)のタップ係数が乗算されて素通しされ、判定器32で領域判定され、加算器33で乗算器31の乗算結果から判定器32からの判定結果が減算されて誤差が算出され、タップ係数更新器34で誤差をもとにタップ係数の更新が行われて、信号毎に更新されたタップ係数が乗算器31に出力される動作を繰り返す。
これにより、等化器3からの出力の傾きを補償するようになっている。
【0054】
このように回路を動作させた結果は、図10に示すように、信号波形のほんの僅かな傾きの補正が為されて補償され、直交座標上の停留点により近い点に補正されるので、キャリアオフセット補償が更に精度良く行われていることがわかる。
図11は、図8に示した構成でシミュレーションを行った周波数対エラー(BER)特性を横軸を周波数、縦軸をBERで示したもので、図7に示した第1のキャリアオフセット補償回路の特性に比べて、キャリアオフセット補償制御可能な周波数の範囲が±1200Hz程度まで広がり、周波数対エラー(BER)特性も広範囲にわたり水平になっていて、補償精度が向上していることがわかる。
【0055】
次に、伝搬路における波形歪み等の信号劣化を補償する本発明の第3の実施の形態に係るデジタル無線受信機について、図12を使って説明する。図12は、本発明の第3の実施の形態に係るデジタル無線受信機のキャリアオフセット補償回路部分の構成ブロック図である。尚、図1と同様の構成をとる部分については同一の符号を付して説明する。
本発明の第3の実施の形態に係るデジタル無線受信機のキャリアオフセット補償回路部分(第3のキャリアオフセット補償回路)は、図12に示すように、第1のキャリアオフセット補償回路と同様の構成として、初期位相補正部1と、乗算部2と、等化器3とから構成され、更に第3のキャリアオフセット補償回路の特徴部分である等化器5が設けられている。
尚、図12では、等化器5を乗算部2と等化器3の間に設けているが、初期位相補正部1と乗算部2の間に設けるようにしても構わない。
【0056】
第1のキャリアオフセット補償回路と同様の初期位相補正部1と、乗算部2と、等化器3の構成及び動作は全く同様なので、説明を省略する。
等化器5は、伝搬路における信号の劣化の補償、送受信機におけるフィルタの周波数特性による劣化の補償や、信号のシンボルタイミング補償等の信号の干渉成分の除去を行うことを目的として設けたものである。
【0057】
等化器5のタップ数は10TAPであり、タップ係数の初期値はタップ中心に(1+j0)とし、他を0としてあり、フレーム毎のリセットは行わない。
そして、等化器5のタップ係数の更新は、フレーム中の既知信号であるユニークワード(UW)を用いてUW信号との誤差から、等化器3と同様に最小平均二乗(LMS)アルゴリズムを用いてタップ係数の更新を行い、波形等化を行うものである。
【0058】
ここで、等化器5の構成例について、図13を使って説明する。図13は、本発明の第3のキャリアオフセット補償回路における10TAPの等化器5の構成例を示すブロック図である。
本発明の第3のキャリアオフセット補償回路における10TAPの等化器5は、波形等化フィルタ51とタップ係数更新器52とから構成されている。
【0059】
タップ係数更新器52は、入力される波形等化後の信号と、既知信号であるユニークワード(UW)の参照系列とから誤差を求め、この誤差を最小にするようなタップ係数を求め、出力するものである。
ここで、タップ更新アルゴリズムとしては、二乗平均誤差を最急降下法に基づいて最小にする最小平均二乗(LMS)アルゴリズムを用い、タップ数を10TAPで構成している。
波形等化フィルタ51は、タップ係数更新器52から出力されるタップ係数を入力信号に乗算して加算することにより、波形等化を行って出力信号を得るものである。
【0060】
ここで、適応前の入力信号をX(n)、適応後の出力信号をY(n)、ステップサイズパラメータをμ、n番目の繰り返し時の誤差信号e(n)、n番目の繰り返し時のタップ係数W(n)、望みの応答(参照系列)R(n)とすると、図13の動作は次式のようになる。
【0061】
W(n+1)=W(n)+2μe(n)X*(n)
e(n)=R(n)−Y(n)=R(n)−WT(n)X(n)
【0062】
次に、図12に示した第3のキャリアオフセット補償回路の動作について、図14〜図17の具体例を用いて説明する。図14は、第3のキャリアオフセット補償回路における受信信号例を示す図であり、図15は、第3のキャリアオフセット補償回路における初期位相補正部1出力信号例を示す図であり、図16は、第3のキャリアオフセット補償回路における等化器5出力信号例を示す図であり、図17は、第3のキャリアオフセット補償回路における等化器3出力信号例を示す図である。
【0063】
初期位相補正部1に入力される受信信号を、図14に示すように、伝搬路等で生じた劣化を含んだ受信信号波形であるとする。
まず、初期位相補正部1では受信フレーム中に挿入されたUWデータからフレーム先頭での位相差が検出されて、その位相差が補正された信号が出力され(図15)、乗算部2に入力されて等化器3から出力される1シンボル前のタップ係数が乗算され、等化器5に入力されて波形等化が行われ、図16に示すような信号波形が出力される。これは、図14に示した(キャリアオフセットによる一定方向への回転+伝搬路劣化による位相や振幅の変動)から伝搬路劣化による位相や振幅の変動が補償されて、キャリアオフセットによる一定方向への回転だけが残った状態である。
尚、位相回転量が約半分になっているのは、乗算部2における1シンボル前のタップ係数乗算の効果である。
【0064】
次に、この信号が等化器3に入力され、キャリアオフセットが補償されると、図17に示すように、一定方向への位相回転はなくなり、ほぼ直交座標上の停留点に近い位置に補正されるので、キャリアオフセット補償ができていることがわかる。
尚、図12の構成では、図1の構成の場合と同様に、誤り率(BER)の周波数特性のシミュレーション結果は、図7に示したようにお椀型の特性となってしまうので、更にキャリアオフセット補償制御可能な周波数の範囲を広げ、水平な特性とするためには、第2のキャリアオフセット補償回路と組み合わせ、等化器3の後ろに等化器4を追加すれば、等化器3出力を更に精度良く補償し、誤り率の小さい復調信号を得ることができる。
【0065】
次に、上記第3のキャリアオフセット補償回路における回路規模を縮小した本発明の第4の実施の形態に係るデジタル無線受信機について、図18を使って説明する。図18は、本発明の第4の実施の形態に係るデジタル無線受信機のキャリアオフセット補償回路部分の構成ブロック図である。尚、図12と同様の構成をとる部分については同一の符号を付して説明する。
本発明の第4の実施の形態に係るデジタル無線受信機のキャリアオフセット補償回路部分(第4のキャリアオフセット補償回路)は、図18に示すように、第3のキャリアオフセット補償回路と同様の構成として、乗算部2と、等化器3とから構成され、更に第4のキャリアオフセット補償回路の特徴部分として、初期位相補正部1の代わりに初期位相判定部6が設けられ、等化器5の代わりに等化器5′が設けられている。
尚、図18では、等化器5′が乗算部2と等化器3の間に設けているが、初期位相補正部1と乗算部2の間に設けるようにしても構わない。
【0066】
第3のキャリアオフセット補償回路と同様の乗算部2と、等化器3の構成及び動作は全く同様なので、説明を省略する。
初期位相判定部6は、受信信号中の既知のユニークワードからフレーム先頭での位相差を検出して、その位相差を初期位相オフセット補正値として出力するものである。
具体的には、図20に示したように、フレーム毎にその先頭に送受信機間で既知のユニークワード(UW)(例えば14シンボル)が組み込まれて伝送されてくるので、各シンボル毎にその位相を
θ=arcTan(Qr/Ir)
により求め、UWの各シンボルの本来の位相との差を算術平均した値を、フレーム位相(初期位相)オフセット補正値とする。
【0067】
尚、シンボル位相の求め方は、arcTanによる位相計算に限定されるものではなく、実際のハードウェアにおいてリアルタイム処理する際は、従来から知られているような他の位相検出手段を用いても構わない。
【0068】
等化器5′は、第3のキャリアオフセット補償回路の等化器5と同様に、伝搬路における信号の劣化の補償、送受信機におけるフィルタの周波数特性による劣化の補償や、信号のシンボルタイミング補償を行うことを目的として設けたものであるが、タップ係数の初期値の設定が異なっている。
【0069】
即ち、第4のキャリアオフセット補償回路の等化器5′は、タップ数は10TAPであり、タップ係数の初期値はタップ中心に初期位相判定部6から入力される初期位相オフセット補正値とし、他を0としてあり、フレーム毎のリセットは行わない。
【0070】
そして、等化器5のタップ更新は、フレーム中のUWを用いてUW信号との誤差から、等化器3と同様に最小平均二乗(LMS)アルゴリズムを用いてタップ更新を行い、波形等化を行うものである。
第4の実施の形態の特徴部分として、タップ中心に初期位相オフセット補正値を入れることで、初期位相を戻しながら後段の等化器3に信号を出力することができるものである。
【0071】
次に、図18に示した第4のキャリアオフセット補償回路の動作について説明する。
本発明の第4のキャリアオフセット補償回路では、受信信号が初期位相判定部6に入力されて、受信フレーム中に挿入されたUWデータからフレーム先頭での位相差が検出されて、初期位相オフセット補正値が出力され、等化器5′で当該初期位相オフセット補正値がタップ係数の初期値として設定される。
そして、乗算部2では、受信信号と等化器3からの1シンボル前のタップ係数が乗算され、等化器5′に入力されて波形等化が行われ、初期位相補正と伝搬路劣化による位相や振幅の変動が補償されて、図16に示すような信号波形が出力される。
以降は、第3のキャリアオフセット補償回路と同様の動作である。
【0072】
以上の処理により、キャリアオフセットによってフレーム先頭の位相が毎回異なった位置で信号を受信しても、初期位相判定部6で検出されたが初期位相オフセット補正値に従って、等化器5′で初期段階で瞬時に初期位相を補正することができ、また、初期位相補正部1を設けることなく補正が実現できるのでキャリアオフセット補償回路の回路規模を縮小して精度の高いキャリアオフセットの補償を実現できる。
【0073】
次に、本発明の第5の実施の形態に係るデジタル無線受信機として、第64段落で示唆した、上記第2及び第3のキャリアオフセット補償回路を組合わせ、ミリ波帯FWAのベースバンド復調部に適用したデジタル無線受信機について説明する。
【0074】
図21は、本発明の第5の実施の形態に係るデジタル無線受信機の無線フレーム構成を説明する図である。TDD(時間多重分割)通信を行うため、無線フレームは上位と下位に分割される。無線フレーム中のデータは論理的に12のブロックに分割されており、送信及び受信のトラフィックを考慮したTDD比の設定に応じて1対11から11対1の間で上位及び下位フレームに割り当てる。上位及び下位フレームの後には、最大4kmの伝搬遅延を想定して18.96μsのGT(ガードタイム)を設ける。
【0075】
上位及び下位フレームの先頭には制御チャネル(DCCH:Down link Control Channel又はUCCH:Up link Control CHannel)を備える。制御チャネルは、先頭のAGC(Auto Gain Control)シンボルと、その後に続くUW(ユニークワード)を備える。AGCシンボルは、14シンボルからなる単純な既知のシンボル列で、AGC制御及び初期位相補正に用いる。UWは、15シンボルのPN(Pseudo Noise)符号を8.5個連結したもので、フレーム同期、クロック同期、AFC制御、等化器のトレーニングに利用する。伝送速度は6.75M symbol/secである。
【0076】
図22は、本発明の第5の実施の形態に係るデジタル無線受信機のベースバンド復調部のブロック図である。信号の流れに沿って説明すると、13.5MHzを中心周波数とするIF(中間周波)信号はAGCにて適正な振幅に制御された後、A/D変換、IQ成分の分離、直交検波及びルートロールオフ特性を備えるロールオフフィルタ7を通すことにより受信複素ベースバンド信号が再生される。その後、受信複素ベースバンド信号は等化器の収束特性を改善するために初期位相補正部1’でフレーム先頭の初期位相を調整した後、等化器5において伝送路および装置内部で発生した歪み成分の補償を主に行い、等化器3、4においてキャリアオフセット補償を行った後、領域判定部8にて軟判定ビタビ復号して復号データを得る。また、全ての復号データはCRC計算部において無線フレームにおける伝送誤り検査を行い、誤りの発生した無線フレームデータは破棄される。
【0077】
初期位相補正部1’は、第1の実施の形態の初期位相補正部1などとほぼ同様構成及び機能を有するが、計算の簡易化のためにタップ係数更新器52から計算値を得ている。
等化器3、4は、1シンボル間隔で動作する1タップの等化器である。図2には明確に示されていないが、参照系列にシンボル点の判定結果を用いるトラッキングモード動作はデータ部分で行い、UW部分では既知のUWを参照系列として用いるトレーニングモードで動作する。この動作は無線通信用の等化器としては一般的である。ハードウェアとしては、フィルタ係数計算も含め、全てFPGAで構成する。
等化器5は、図13で示すような第3の実施の形態と同様の計算処理負荷の小さいLMSアルゴリズムを用いたタップ数10の線形等化器である。このような等化器は、FWAのようにマルチパスが顕著でなく回線状態の時間変動も小さく、遅延波の補償を主目的としない場合に適する。また図13から明らかなようにトレーニングモードの等化器であり、UW以外の区間ではタップ係数の更新は行わず単にフィルタとして動作する。ステップゲインμは0.25である。ハードウェアとしては、フィルタ係数をタップ係数更新器52に相当するDSPで計算し、その結果を波形等化フィルタ51に相当するデジタルフィルタICの係数入力として与える構成をとる。
【0078】
ロールオフフィルタ7は、α=0.3、タップ数63である。
キャリア同期部9は、UWのシンボル位置から観測される位相誤差情報を用いたPLL(Phase Locked Loop)を構成してVCXO(Voltage Controlled Crystal Oscillator)10を制御しAFC(Auto Frequency Control)を実現する。VCXO10は、ミリ波帯の回路に使用する発振器の経年変化を考慮してその周波数可変範囲を±160KHzと広く設定したこと、及びキャリア同期部9の位相誤差追従性を重視したことにより、大まかなキャリアオフセットはAFCで除去できる反面、短期安定度の確保が困難となり±150Hz程度の揺らぎが発生してしまう。これを補償するのが等化器3、4である。図22においてキャリア同期部9は等化器3から位相誤差情報を得ているが、これに限るものではなく、等化器5から得ても別途計算しても良い。
シンボル同期部は、UW部分の相関値を利用した位相誤差情報をもとにPLL制御を行い、中心周波数108MHzのVCXO11でシンボルタイミングを再生している。このクロックは復調部内で使用するタイミングクロックの源振になる。1024QAMではアイ開口幅が4ns(シンボル周期比で2.7%)程度となるため、クロックジッタは2ns以下を実現している。
フレーム同期AGC制御システム同期部は、AGCシンボルやUWから、フレーム同期、AGC制御、システム同期を行う。得られたフレームタイミングは、初期位相補正部1、等化器3、4、5など装置の各部に供給される。
【0079】
以下、本実施の形態の構成をとるに至った経緯として、シミュレーションなどによる検証について説明する。なおシミュレーション条件は、特に断らない点を除き、本実施の形態である上述のミリ波帯FWAのベースバンド復調部と同等である。
まず、等化処理を10タップの等化器5単体で行う場合のキャリア周波数オフセットの影響を計算機シミュレーションにより検証した(シミュレーション1)。シミュレーション条件として、入力データを16フレーム分、初期位相を0、語長制限は無し、SAWフィルタ特性を含む、とした。
図23から図25に、周波数オフセットが15Hzの時の等化前(等化器5入力信号)コンステレーション、等化後(等化器5出力信号)コンステレーション、及び等化誤差収束特性を夫々示す。図24のように、等化後コンステレーションにも僅かに傾きが残ると共に、隣接シンボル点のとの判別ができていないシンボル点が見受けられる。図25では誤差が収束せず振動しているのがわかる。なお、図25の縦軸の等化誤差電力DUR(Desired to Undesired singnal power Ratio)は、変調信号を復調した際の理想コンスレテーションとそこからのベクトル誤差との電力比として規定する。これは変調信号の品質を評価する尺度である変調誤差比MER(Modulation Error Ratio)と等価な値である。
図26に、様々な周波数オフセット量に対するDUR値を示す。図中のDUR値は収束後或いは振動状態で平均したDUR値である。周波数オフセットにより僅かでも位相回転があると、収束特性に影響し振動が発生することが判明した。本シミュレーションの構成では、波形等化誤差の目標値である47dBを達成するためには周波数オフセットを1Hz程度に抑えなければならない。試みに、等化器5をデータ部分においてトラッキングモードで動作させるようにしてシミュレーションを行ったが100Hzのオフセットに対しDURは32dBとなり、まだ十分でない。これを解決する手段としてRLS(Recursive Least Square)のような高速適応アルゴリズムを用いて収束特性を改善することが考えられるが、RLSは演算量が大きく、処理遅延によるデータ伝送遅延が発生し望ましくない。
【0080】
次に、等化器5に加え等化器3を備える図27のような構成で、キャリア周波数オフセットの影響を計算機シミュレーションにより検証した(シミュレーション2)。等化器3は残留位相誤差を補償する位相ローテーターとしての機能を期待したものである。本シュミレーションでは初期位相補正部7も含めたので初期位相誤差として70度を与えるほか、オフセット周波数を32Hz、信号幅(語長制限)を12ビット、とした。
図28から図31にシミュレーションの結果として、ロールオフフィルタ7、初期位相補正部1、等化器5、等化器3の出力信号を夫々示す。図31の等化器3出力を見ればわかるように、周波数オフセット成分がなくなっていることがわかる。
図32に、オフセット周波数‐300〜300Hzの範囲における周波数対BER特性を示す。シミュレーション条件として、SNRを36dB、語長制限有り、SAWフィルタ特性を含む、とした。図32から、オフセット周波数が±200Hzの範囲で補償できているのがわかるが、これでは不十分であり、また補償範囲内において図7に似たお椀形の特性が現れている。
【0081】
次に、等化器5、3及び乗算器2を備える構成で、キャリア周波数オフセットの影響を計算機シミュレーションにより検証した(シミュレーション3)。構成としてはシミュレーション2の図27の構成に図12の乗算器を追加したものである。等化器5への入力信号に対し、等化器3で算出した位相補正値(タップ係数そのもの)を予め乗算する乗算器2を備えることにより、等化器5のタップ係数追従動作の負担を軽減する効果を期待したものである。
図33に、オフセット周波数‐600〜600Hzの範囲における周波数対BER特性を示す。シュミレーション条件はシュミレーション2と同じである。図32から、オフセット周波数の補償範囲がシミュレーション2に比べほぼ2倍になっていることがわかるが、オフセット周波数の増加に応じてBERが劣化するお椀形特性は残っており、等化器2では位相誤差を完全に除去できないことを示している。
【0082】
次に、等化器5、3、4及び乗算器2を備える構成で、キャリア周波数オフセットの影響を計算機シミュレーションにより検証した(シミュレーション4)。構成としてはシミュレーション3の構成に図8の等化器4を追加したもので、図22のベースバンド復調部に採用したものに対応する。等化器4は、等化器3同様の1タップの等化器であり、軽快な動作で等化器3の残留位相誤差を除去しBERを改善する効果を期待したものである。
図34に、オフセット周波数‐600〜600Hzの範囲における周波数対BER特性を示す。シュミレーション条件はシュミレーション3と同じである。図32から、オフセット周波数の補償範囲がシミュレーション3と同等であるが、お椀形ではなく水平な周波数対BER特性が得られることを確認した。
【0083】
次に、本発明の第5の実施の形態に係るデジタル無線受信機のベースバンド復調部のシンボル同期部の処理について説明する。本実施の形態ではTDDが適応的に変化するため、データ部分のシンボルから位相誤差を検出しようとすると、位相同期部にTDD比に応じた制御が必要となり回路構成が複雑になる。そこで本実施の形態のシンボル同期部はフレーム毎に変化しない情報であるUWを用いて位相誤差を検出する。
図35は、UW相関による位相誤差検出を説明する図である。理想的なシンボル同期が取れた時に相関値が最大となるタイミングをtp、その直前及び直後のサンプルのタイミングを夫々tp−1、tp+1とし、その3つのタイミングの相関値を丸で示す。シンボル同期部により制御される内部クロックの位相が進んでいる場合、タイミングがずれて四角で示す相関値となり、逆に送れている場合三角で示す相関値が得られる。そこで、tp−1とtp+1の時の相関値の差を取れば、遅れが正、進みが負となり位相誤差量が得られるので、これに基いてVCXO11を制御する信号を算出することができる。
【0084】
最後に、本実施の形態のデジタル無線受信機において、無線ハードウェアを用いた室内実験の結果として、CNR対BER特性を図36に示す。図36の実験の条件は、送信機と受信機を13.5MHzのIFで伝送路を介して接続し、等化器4を用いず、誤り訂正前のBERを求めたものである。等化器3の付加により1024QAMのエラーフロアを解消できた。
上記本発明の実施の形態に係るデジタル無線受信機の説明では、16QAM及び1024QAMの例で説明したが、本発明の技術は、他の位相変調方式(QPSK等)であっても適応可能である。
【0085】
本発明の実施の形態に係るデジタル無線受信機によれば、キャリアオフセットを補償するための等化器3(第1の等化器)の入力側に乗算部2を設け、受信信号に等化器3から出力される1シンボル前のタップ係数を乗算しているので、一定方向に回転が加わる周波数オフセットを予測しながらキャリアオフセット補償を行うことと同様になり、迅速にキャリアオフセット補償を行うことができるので、対応できる周波数オフセットの範囲を広くして、安定した動作を可能にすることができる効果がある。
【0086】
また、本発明の実施の形態に係るデジタル無線受信機によれば、初期位相補正部1が受信信号のユニークワードからフレーム先頭での位相差を検出して、その位相差を補正し、最初の信号の領域判定ミスを回避するので、等化誤差の収束を高速に行うことができるので、通信開始直後から安定した動作を実現できる効果がある。
【0087】
そして、本発明の第2の実施の形態に係るデジタル無線受信機によれば、キャリアオフセットを補償するための等化器3(第1の等化器)の後段に、更に第2の等化器である等化器4を設けているので、等化器3だけでは追従しきれなかったキャリアオフセットを等化器4で補償して、キャリアオフセット補償制御可能な周波数の範囲を広げ、周波数対BER特性も広範囲にわたって水平にできて、補償精度を向上して安定した動作を可能にすることができる効果がある。
【0088】
また、本発明の第3の実施の形態のに係るデジタル無線受信機によれば、UWを用いてタップ係数を更新しながら波形等化を行う第3の等化器である10タップの等化器5を設けているので、キャリアオフセットの補償に加え、信号の干渉成分の除去を行って伝搬路等の劣化をも補償して安定した動作を可能にすることができる効果がある。
【0089】
また、本発明の第4の実施の形態のに係るデジタル無線受信機によれば、初期位相判定部6で、フレーム先頭での位相差を検出して初期位相オフセット補正値を求め、第3の等化器である等化器5′のタップ係数の初期値に初期位相オフセット補正値に設定して波形等化するので、等化器5′において伝搬路等の劣化補償だけでなく、初期位相の補正も行うことができ、初期位相補正部1を設けることなく初期位相の補正が実現でき、キャリアオフセット補償回路の回路規模を縮小しながら、最初の信号の領域判定ミスを回避して等化誤差の収束を高速に行うことができるので、通信開始直後から安定した動作を実現できる効果がある。
【0090】
【発明の効果】
本発明によれば、乗算器で第1の等化器が更新出力する1シンボル前のタップ係数を受信信号に乗算して第1の等化器の入力信号とし、第1の等化器で入力信号とその領域判定結果をもとにタップ係数の更新を行いながら波形等化を行って復号信号を出力するデジタル無線受信機としているので、一定方向に回転が加わる周波数オフセットを予測しながらキャリアオフセット補償を行うことと同様になり、対応できる周波数オフセットの範囲を広くして、安定した動作を可能にすることができる効果がある。
【0091】
本発明によれば、第1の等化器の出力側に第2の等化器を設け、第2の等化器で第1の等化器の出力信号とその領域判定結果をもとにタップ係数の更新を行いながら波形等化を行って復号信号を出力する請求項1記載のデジタル無線受信機としているので、第1の等化器だけでは追従しきれなかったキャリアオフセットを第2の等化器で補償して、キャリアオフセット補償制御可能な周波数の範囲を広げ、周波数対BER特性も広範囲にわたって水平にできて、補償精度を向上して安定した動作を可能にすることができる効果がある。
【0092】
本発明によれば、乗算部の入力側か、又は乗算部と第1の等化器の間に第3の等化器を設け、第3の等化器で受信信号中に挿入されている既知信号をもとにタップ係数の更新を行いながら波形等化を行う請求項1又は請求項2記載のデジタル無線受信機としているので、キャリアオフセットの補償に加え、信号の干渉成分の除去を行って伝搬路等の劣化をも補償して安定した動作を可能にすることができる効果がある。
【0093】
本発明によれば、初期位相補正部で受信信号中に挿入されている既知信号から位相ずれを判定して初期位相を補正し、初期位相が補正された受信信号を乗算部或いは第3の等化器の入力とする請求項1乃至請求項3記載のデジタル無線受信機としているので、最初の信号の領域判定ミスを回避して、等化誤差の収束を高速に行うことができるので、通信開始直後から安定した動作を実現できる効果がある。
【0094】
本発明によれば、初期位相判定部で受信信号中に挿入されている既知信号から位相ずれを判定して初期位相オフセット値を出力し、第3の等化器が初期位相オフセット値をタップ係数の初期値として設定する請求項3記載のデジタル無線受信機としているので、初期位相補正部を設けることなく初期位相の補正が実現でき、キャリアオフセット補償回路の回路規模を縮小しながら、最初の信号の領域判定ミスを回避して等化誤差の収束を高速に行うことができるので、通信開始直後から安定した動作を実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るデジタル無線受信機のキャリアオフセット補償回路部分の構成ブロック図である。
【図2】本発明の等化器の内部構成例を示すブロック図である。
【図3】本発明の第1のキャリアオフセット補償回路におけるシンボル毎の動作の流れを示すフローチャート図である。
【図4】本発明の第1のキャリアオフセット補償回路における受信信号例を示す図である。
【図5】本発明の第1のキャリアオフセット補償回路における初期位相補正部出力信号例を示す図である。
【図6】本発明の第1のキャリアオフセット補償回路における等化器出力信号例を示す図である。
【図7】本発明の第1のキャリアオフセット補償回路構成におけるシミュレーション結果の誤り率(BER)対周波数特性を示すグラフ図である。
【図8】本発明の第2の実施の形態に係るデジタル無線受信機のキャリアオフセット補償回路部分の構成ブロック図である。
【図9】本発明の第2のキャリアオフセット補償回路における等化器3出力信号例を示す図である。
【図10】本発明の第2のキャリアオフセット補償回路における等化器4出力信号例を示す図である。
【図11】本発明の第2のキャリアオフセット補償回路における誤り率(BER)の周波数特性を示すグラフ図である。
【図12】本発明の第3の実施の形態に係るデジタル無線受信機のキャリアオフセット補償回路部分の構成ブロック図である。
【図13】本発明の第3のキャリアオフセット補償回路における10TAPの等化器5の構成例を示すブロック図である。
【図14】本発明の第3のキャリアオフセット補償回路における受信信号例を示す図である。
【図15】本発明の第3のキャリアオフセット補償回路における初期位相補正部出力信号例を示す図である。
【図16】本発明の第3のキャリアオフセット補償回路における等化器5出力信号例を示す図である。
【図17】本発明の第3のキャリアオフセット補償回路における等化器3出力信号例を示す図である。
【図18】本発明の第4の実施の形態に係るデジタル無線受信機のキャリアオフセット補償回路部分の構成ブロック図である。
【図19】従来のキャリアオフセット補償回路における周波数対エラー(BER)特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図20】送受信される信号のフレーム構成例図を示している。
【図21】第5の実施の形態に係るデジタル無線受信機の無線フレーム構成図
【図22】第5の実施の形態に係るデジタル無線受信機のベースバンド復調部のブロック図
【図23】シミュレーション1における等化器5の入力信号。
【図24】シミュレーション1における等化器5の出力信号。
【図25】シミュレーション1における等化器5の等化誤差収束特性。
【図26】シミュレーション1における等化器5の周波数億セット量に対するD/U値。
【図27】シミュレーション2で想定したブロック図。
【図28】シミュレーション2におけるロールオフフィルタ7の出力信号。
【図29】シミュレーション2における初期位相補正部1の出力信号。
【図30】シミュレーション2における等化器5の出力信号。
【図31】シミュレーション2における等化器3の出力信号。
【図32】シミュレーション2における周波数オフセット対BER特性。
【図33】シミュレーション3における周波数オフセット対BER特性。
【図34】シミュレーション4における周波数オフセット対BER特性。
【図35】第5の実施の形態におけるUW相関を利用した位相誤差検出を説明する図。
【図36】第5の実施の形態に係るデジタル無線受信機のCNR対BER特性。
【符号の説明】
1…初期位相補正部、 2…乗算部、 3…等化器(1TAP)、 4…等化器(1TAP)、 5、5′…等化器(10TAP)、 6…初期位相判定部、31…乗算器、 32…判定器、 33…加算器、 34…タップ係数更新器、 51…波形等化フィルタ、 52…タップ係数更新器、 7…ロールオフフィルタ、 8…領域判定部、 9…キャリア同期部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a digital radio receiver used for digital radio communication, and more particularly to a digital radio receiver capable of expanding a compensation range of carrier offset and improving demodulation characteristics.
[0002]
[Prior art]
In a modulation / demodulation apparatus using a multi-level modulation system typified by a 16QAM modulation system, both the transmission / reception apparatus (modulation / demodulation apparatus) basically modulate / demodulate using a carrier signal from a local oscillator that oscillates at the same local frequency. However, a frequency error occurs due to an accuracy error of the oscillation frequency between the transmitter and the receiver, a temperature variation, a secular change, and the like, and the error appears as a frequency offset (also referred to as a carrier offset) of the received signal.
[0003]
This frequency offset (carrier offset) is solved in the field of next-generation subscriber wireless access (FWA) and in the flow of higher frequency of radio communication (Radio Frequency: RF). This is a big problem, and the importance of carrier offset compensation is increasing.
[0004]
This frequency offset appears as a phase rotation at a constant speed in the received signal after detection in the receiver, and it is necessary to compensate for this frequency offset in order to obtain a correct demodulated signal.
In the case of digital wireless communication, as one of general techniques for compensating for this frequency offset, for example, a signal (unique word: UW) known by both the transmitter and receiver for synchronization supplementation or for equalizer training. ) Is added to the transmission data and transmitted, the phase error is detected from the unique word and the received signal at the receiver side, the averaging process is performed by the PLL circuit, etc., and the voltage value is applied to the voltage controlled oscillator which is a local oscillator. There is a technique for controlling the local oscillation frequency on the receiving side and compensating for the frequency offset by inputting.
[0005]
Another conventional technique for compensating for the frequency offset is a frequency offset compensation circuit using an equalizer.
When the carrier offset is corrected by the carrier offset compensation circuit using the equalizer, the frequency versus error (BER) characteristic has a form as shown in FIG. FIG. 19 is a graph showing a simulation result of frequency versus error (BER) characteristics in a conventional carrier offset compensation circuit.
[0006]
As a conventional technique related to frequency offset compensation, Japanese Patent Laid-Open No. 10-98500 “Automatic Frequency Control Method and Circuit” (Applicant: Kokusai Electric Inc., Inventor: Hiroki Goto) published on April 14, 1998 is disclosed. is there.
In this prior art, a phase difference between a plurality of symbols of a received signal including a known symbol and a variable data symbol as UW is obtained by a delay detector, and a residual phase after removing a modulation component of the variable data symbol based on its output It is an automatic frequency compensation control method and circuit configured to obtain a rotation component with a determiner, obtain a frequency offset estimate with a phase shifter, average with an LPF, and compensate for a frequency error with a complex multiplier. It is possible to widen the frequency offset compensation range of AFC used for baseband signal processing in the system reception demodulation circuit without reducing transmission efficiency.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional carrier offset compensation circuit, when used in a TDD communication system, the local oscillator cannot be controlled during the transmission period, and therefore measures such as holding the control value at the end of reception are taken. Since a frequency offset corresponding to the stability of the local oscillator in the interval is unavoidable, there is a problem in that when the reception interval is reached, the received signal rotates and cannot be demodulated normally.
[0008]
Further, in the case of a carrier offset correction circuit incorporating an equalizer, there is a problem that the frequency-to-BER characteristic has a shape as shown in FIG. 19 and the range that can correspond to the offset frequency is narrow.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and uses a carrier offset compensation circuit that enables carrier offset compensation even in TDD communication, widens the range of offset frequencies that can be handled, and enables stable operation. An object of the present invention is to provide a digital radio receiver.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the problems of the above-described conventional example is a digital wireless receiver in which a decoded signal is obtained by performing waveform equalization while updating tap coefficients based on the received signal and the region determination result of the received signal. A digital radio receiver having a first equalizer that outputs
A multiplier is provided on the input side of the first equalizer to multiply the received signal by a tap coefficient updated by the first equalizer to be an input signal of the first equalizer. As a result, the frequency range in which carrier offset compensation control is possible can be expanded.
[0011]
The present invention for solving the problems of the above conventional example is the digital radio receiver according to
[0012]
According to the present invention for solving the problems of the conventional example, in the digital radio receiver according to
[0013]
The present invention for solving the problems of the conventional example described above is the digital wireless receiver according to
[0014]
According to another aspect of the present invention, there is provided a digital radio receiver that determines a phase shift from a known signal inserted in a received signal and outputs an initial phase offset value. An initial phase determination unit is provided, and the third equalizer is an equalizer that sets the initial phase offset value as the initial value of the tap coefficient. Therefore, the initial phase can be determined without providing an initial phase correction unit. Thus, while reducing the circuit scale of the carrier offset compensation circuit, it is possible to avoid the initial signal region determination error and to quickly converge the equalization error.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The function realizing means described below may be any circuit or device as long as it can realize the function, and part or all of the function can be realized by software. is there. Furthermore, the function realizing means may be realized by a plurality of circuits, and the plurality of function realizing means may be realized by a single circuit.
[0016]
The digital radio receiver according to the present invention corrects an initial phase by determining a phase shift from a known signal inserted in a received signal by an initial phase correction unit, and based on the known signal by a third equalizer. The tap coefficient is updated to perform waveform equalization, the multiplier multiplies the received signal by the tap coefficient updated by the first equalizer, and the first equalizer receives the received signal and its region determination result. Waveform equalization while updating the tap coefficient based on the waveform, and the waveform while updating the tap coefficient based on the output signal of the first equalizer and its region determination result by the second equalizer Since it performs equalization, it avoids mistakes in determining the region of the first signal, increases the convergence speed that minimizes the error between the demodulated signal and the region determination result, widens the range of frequencies that can be controlled by carrier offset compensation, The BER characteristics can also be horizontal over a wide range, Those that can compensate the deterioration of the propagation path and the like by performing the removal of the components.
[0017]
In addition, when the correspondence between each part in the embodiment of the present invention and each part of the drawing is shown, the first equalizer corresponds to the
[0018]
First, a digital radio receiver according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration block diagram of a carrier offset compensation circuit portion of a digital radio receiver according to the first embodiment of the present invention.
[0019]
As shown in FIG. 1, the carrier offset compensation circuit portion (first carrier offset compensation circuit) of the digital radio receiver according to the first embodiment of the present invention includes an initial
In FIG. 1, the received signal and each component are connected by a single arrow. However, the received signal is basically subjected to quadrature detection and separated into I-phase and Q-phase component signals and processed. .
[0020]
Each part of the first carrier offset compensation circuit of the present invention will be described.
The initial
As shown in FIG. 20, the normal transmission data is composed of a unique word (UW in the figure) and transmission information (DATA in the figure) in which one frame is known between the transceivers. FIG. 20 shows an example of a frame structure of a signal to be transmitted / received.
[0021]
Therefore, on the transmitting side, as shown in FIG. 20, a unique word (UW) (for example, 14 symbols) known between the transmitter and the receiver is incorporated at the beginning of each frame and transmitted, and the initial phase on the receiving side is transmitted. The phase of each symbol is corrected by the
θ = arcTan (Qr / Ir)
And the arithmetic average of the difference between each UW symbol and the original phase is multiplied by the entire frame as a frame phase (initial phase) correction value.
[0022]
The method for obtaining the symbol phase is not limited to the phase calculation by arcTan, and other real-time phase detection means may be used when performing real-time processing in actual hardware. Absent.
[0023]
The purpose of the initial phase correction is to pass the initial value of the tap coefficient as (1 + j0) in the subsequent equalizer. Therefore, if the first signal region determination is wrong, the convergence of the equalization error will occur. This is because the phase of the first signal is set to a desired phase because it is delayed.
[0024]
The
Since the received signal is basically quadrature-detected and separated into I-phase and Q-phase component signals and processed, the
[0025]
The frequency offset is different from fading in that rotation is applied in a certain direction. Therefore, the
[0026]
The
Specifically, the
[0027]
In the
Since the
[0028]
Here, an example of the internal configuration of the
The internal configuration of the
The multiplier 31 multiplies the input reception signal by the tap coefficient updated by the
The
The
[0029]
The
Here, as the tap update algorithm, a minimum mean square (LMS) algorithm that minimizes the mean square error based on the steepest descent method is used, and the number of taps is configured by 1 TAP.
The initial value of the tap coefficient is (1 + j0), and the initial value is set by being reset for each frame. This is for speeding up the convergence of the equalization error of the
[0030]
Next, the operation of the first carrier offset compensation circuit of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the operation flow for each symbol in the first carrier offset compensation circuit of the present invention.
In the first carrier offset compensation circuit of the present invention, it is determined whether it is a UW section (100), and if it is a UW section (Yes), the phase is determined by the initial phase correction unit 1 (102), and the UW section ends. If the UW section has not ended (No), the process returns to the
[0031]
In the
[0032]
Then, in the
[0033]
Next, the operation results of the first carrier offset compensation circuit shown in FIG. 1 will be described using the specific examples of FIGS. 4 is a diagram illustrating an example of a received signal in the first carrier offset compensation circuit, FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an output signal of the initial
[0034]
As shown in FIG. 4, the received signal input to the initial
[0035]
First, the initial
In the received signal shown in FIG. 4, the initial phase shift is about −58 degrees, so that the phase at the beginning of the frame can be adjusted by rotating and correcting by +58 degrees. 5, the initial phase is corrected by +58 degrees as compared with FIG. 4, and the rotation of the received signal remains.
[0036]
The signal whose initial phase has been corrected is input to the
From the second time onward, since the tap coefficient one symbol before output from the
[0037]
The signal output from the
[0038]
As a result of operating the circuit in this way, as shown in FIG. 6, phase rotation in a fixed direction is eliminated and correction is made to a position close to a stationary point on orthogonal coordinates, so that carrier offset compensation can be performed. I understand that.
[0039]
Next, another simulation result for obtaining the frequency characteristic of the error rate (BER) in the configuration of the first carrier offset compensation circuit shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a graph showing an error rate (BER) vs. frequency characteristic of a simulation result in the first carrier offset compensation circuit configuration.
[0040]
As simulation conditions, the frame length is 1024 ms = 1024 symbols, the number of frames is 100 frames, the symbol rate is 1 Msps, the modulation method is 16 QAM, the SNR is 18 dB, and the carrier frequency is ± 2000 Hz.
As a specific simulation method, first, as described above, the determination of the phase rotation amount in the initial
[0041]
When the I-phase component of the received signal is Ir and the Q-phase component is Qr, the initial phase correction outputs I and Q in the initial
I = Ir × cos (θ) −Qr × sin (θ)
Q = Ir × sin (θ) + Qr × cos (θ)
It is.
[0042]
Substituting these initial phase correction outputs I and Q into variables Xi and Xq and setting tap coefficients as Wi and Wq,
Yi = Xi * Wi-Xq * Wq
Yq = Xi × Wq + Xq × Wi
It is.
[0043]
When the output of the
Ei = Yi-Yid
Eq = Yq-Yqd
It is.
[0044]
Based on the LMS algorithm from these errors Ei and Eq, the tap coefficient change values dWi and dWq are obtained.
dWi = (Ei × Xi + Eq × Xq) × μ
dWq = (Eq × Xi−Ei × Xq) × μ
It is. Here, μ is a step size parameter.
[0045]
The updated tap numbers Wi and Wq finally output from the
Wi = Wi-dWi
Wq = Wq-dWq
Then, the output of each unit is simulated while repeatedly updating the tap coefficient.
[0046]
FIG. 7 shows frequency versus error (BER) characteristics simulated with the configuration shown in FIG. 1, with the horizontal axis representing frequency and the vertical axis representing BER.
Compared with the simulation result under the same conditions in the conventional carrier offset compensation circuit shown in FIG. 19, for example, BER = 5 × 10 -3 BER = 5 × 10 10 in the conventional configuration of FIG. -3 The frequency that can be made below is limited to about ± 500 Hz, but in the configuration of FIG. 1 shown in FIG. 7, the frequency is ± 1000 Hz. It can be seen that the range can be expanded.
[0047]
Next, a digital radio receiver according to the second embodiment of the present invention that further improves the frequency characteristic of the error rate (BER) will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a configuration block diagram of a carrier offset compensation circuit portion of the digital radio receiver according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated about the part which has the structure similar to FIG.
[0048]
The carrier offset compensation circuit portion (second carrier offset compensation circuit) of the digital radio receiver according to the second embodiment of the present invention has the same configuration as the first carrier offset compensation circuit as shown in FIG. As shown, an initial
[0049]
The configurations and operations of the initial
The
Specifically, the
As with the
[0050]
The internal configuration of the
[0051]
Next, the operation of the second carrier offset compensation circuit of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 11 using output examples of simulation results. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an
[0052]
The operation of the second carrier offset compensation circuit of the present invention is exactly the same as that of the first carrier offset compensation circuit from the initial
The output waveform from the
As a result, the region determination is mistaken at the time of decoding, and the frequency-to-error (BER) characteristic has become a bowl shape as shown in FIG.
[0053]
Therefore, in the second carrier offset compensation circuit, the signal output from the
Thereby, the inclination of the output from the
[0054]
As shown in FIG. 10, the result of operating the circuit in this way is compensated by correcting a slight inclination of the signal waveform, and is corrected to a point closer to the stationary point on the orthogonal coordinates. It can be seen that the offset compensation is performed with higher accuracy.
FIG. 11 shows frequency versus error (BER) characteristics simulated with the configuration shown in FIG. 8, with the horizontal axis representing frequency and the vertical axis representing BER. The first carrier offset compensation circuit shown in FIG. Compared to the above characteristics, the frequency range in which carrier offset compensation can be controlled is expanded to about ± 1200 Hz, and the frequency-to-error (BER) characteristics are horizontal over a wide range, which shows that the compensation accuracy is improved.
[0055]
Next, a digital radio receiver according to a third embodiment of the present invention that compensates for signal degradation such as waveform distortion in the propagation path will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a configuration block diagram of a carrier offset compensation circuit portion of a digital radio receiver according to the third embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated about the part which has the structure similar to FIG.
The carrier offset compensation circuit portion (third carrier offset compensation circuit) of the digital radio receiver according to the third embodiment of the present invention has the same configuration as the first carrier offset compensation circuit, as shown in FIG. As shown, an initial
In FIG. 12, the
[0056]
The configurations and operations of the initial
The
[0057]
The number of taps of the
The tap coefficient of the
[0058]
Here, a configuration example of the
The 10
[0059]
The tap coefficient updater 52 calculates an error from the input signal after waveform equalization and a reference sequence of a unique word (UW) that is a known signal, calculates a tap coefficient that minimizes this error, and outputs it. To do.
Here, as the tap update algorithm, a minimum mean square (LMS) algorithm that minimizes the mean square error based on the steepest descent method is used, and the number of taps is 10 TAP.
The
[0060]
Here, the input signal before adaptation is X (n), the output signal after adaptation is Y (n), the step size parameter is μ, the error signal e (n) at the n-th iteration, and at the n-th iteration Assuming that the tap coefficient W (n) and the desired response (reference sequence) R (n), the operation in FIG.
[0061]
W (n + 1) = W (n) +2 μe (n) X * (N)
e (n) = R (n) -Y (n) = R (n) -W T (N) X (n)
[0062]
Next, the operation of the third carrier offset compensation circuit shown in FIG. 12 will be described using specific examples of FIGS. 14 is a diagram illustrating an example of a received signal in the third carrier offset compensation circuit, FIG. 15 is a diagram illustrating an example of an output signal from the initial
[0063]
Assume that the received signal input to the initial
First, the initial
Note that the amount of phase rotation is approximately halved because of the effect of multiplying the tap coefficient one symbol before in the
[0064]
Next, when this signal is input to the
In the configuration of FIG. 12, as in the configuration of FIG. 1, the simulation result of the frequency characteristic of the error rate (BER) becomes a bowl-shaped characteristic as shown in FIG. In order to expand the frequency range in which the offset compensation can be controlled and to obtain horizontal characteristics, the
[0065]
Next, a digital radio receiver according to a fourth embodiment of the present invention in which the circuit scale of the third carrier offset compensation circuit is reduced will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a configuration block diagram of a carrier offset compensation circuit portion of a digital radio receiver according to the fourth embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated about the part which has the structure similar to FIG.
The carrier offset compensation circuit portion (fourth carrier offset compensation circuit) of the digital radio receiver according to the fourth embodiment of the present invention has the same configuration as the third carrier offset compensation circuit, as shown in FIG. The initial
In FIG. 18, the
[0066]
Since the configuration and operation of the
The initial
Specifically, as shown in FIG. 20, since a unique word (UW) (for example, 14 symbols) known between the transmitter and the receiver is incorporated and transmitted at the head of each frame, the symbol is transmitted for each symbol. Phase
θ = arcTan (Qr / Ir)
And a value obtained by arithmetically averaging the difference from the original phase of each symbol of UW is set as a frame phase (initial phase) offset correction value.
[0067]
The method for obtaining the symbol phase is not limited to the phase calculation by arcTan, and other real-time phase detection means may be used when performing real-time processing in actual hardware. Absent.
[0068]
Similarly to the
[0069]
That is, the
[0070]
Then, the tap update of the
As a characteristic part of the fourth embodiment, by inputting an initial phase offset correction value at the center of the tap, a signal can be output to the
[0071]
Next, the operation of the fourth carrier offset compensation circuit shown in FIG. 18 will be described.
In the fourth carrier offset compensation circuit of the present invention, the received signal is input to the initial
The
The subsequent operation is the same as that of the third carrier offset compensation circuit.
[0072]
With the above processing, even if a signal is received at a position where the phase at the head of the frame is different every time due to the carrier offset, it is detected by the initial
[0073]
Next, as a digital radio receiver according to the fifth embodiment of the present invention, the above-mentioned second and third carrier offset compensation circuits suggested in the 64th paragraph are combined, and the baseband demodulation of the millimeter wave band FWA is performed. The digital wireless receiver applied to the unit will be described.
[0074]
FIG. 21 is a diagram illustrating a radio frame configuration of the digital radio receiver according to the fifth embodiment of the present invention. In order to perform TDD (time division division) communication, the radio frame is divided into an upper level and a lower level. The data in the radio frame is logically divided into 12 blocks, and is assigned to the upper and lower frames between 1 to 11 and 11 to 1 according to the setting of the TDD ratio considering transmission and reception traffic. A GT (guard time) of 18.96 μs is provided after the upper and lower frames, assuming a propagation delay of 4 km at the maximum.
[0075]
A control channel (DCCH: Down link Control Channel or UCCH: Up link Control CHannel) is provided at the head of the upper and lower frames. The control channel includes a leading AGC (Auto Gain Control) symbol followed by a UW (unique word). The AGC symbol is a simple known symbol string composed of 14 symbols, and is used for AGC control and initial phase correction. The UW is a concatenation of 8.5 PN (Pseudo Noise) codes of 15 symbols, and is used for frame synchronization, clock synchronization, AFC control, and equalizer training. The transmission rate is 6.75 M symbol / sec.
[0076]
FIG. 22 is a block diagram of the baseband demodulator of the digital radio receiver according to the fifth embodiment of the present invention. Explaining along the signal flow, the IF (intermediate frequency) signal centered at 13.5 MHz is controlled to an appropriate amplitude by AGC, then A / D conversion, IQ component separation, quadrature detection, and root roll The received complex baseband signal is regenerated by passing through a roll-
[0077]
The initial
The
The
[0078]
The roll-
The carrier synchronization unit 9 configures a PLL (Phase Locked Loop) using phase error information observed from the UW symbol position and controls a VCXO (Voltage Controlled Crystal Oscillator) 10 to realize AFC (Auto Frequency Control). . The VCXO10 is broad because the frequency variable range is set as wide as ± 160KHz considering the secular change of the oscillator used for the millimeter wave band circuit and the phase error tracking performance of the carrier synchronization unit 9 is emphasized. Although carrier offset can be removed by AFC, it is difficult to ensure short-term stability, and fluctuations of about ± 150 Hz occur. It is the
The symbol synchronization unit performs PLL control based on the phase error information using the correlation value of the UW part, and reproduces the symbol timing with the
The frame synchronization AGC control system synchronization unit performs frame synchronization, AGC control, and system synchronization from the AGC symbol and UW. The obtained frame timing is supplied to each part of the apparatus such as the initial
[0079]
In the following, verification by simulation or the like will be described as a process leading to the configuration of the present embodiment. The simulation conditions are the same as those of the above-described millimeter-band FWA baseband demodulator according to the present embodiment unless otherwise specified.
First, the effect of the carrier frequency offset when the equalization process is performed by the 10-
23 to 25 show the pre-equalization (
FIG. 26 shows DUR values for various frequency offset amounts. The DUR value in the figure is a DUR value averaged after convergence or in a vibration state. It was found that if there is even a slight phase rotation due to the frequency offset, the convergence characteristics are affected and vibration occurs. In the configuration of this simulation, in order to achieve 47 dB, which is the target value of the waveform equalization error, the frequency offset must be suppressed to about 1 Hz. As a trial, a simulation was performed by operating the
[0080]
Next, with the configuration as shown in FIG. 27 provided with the
FIG. 28 to FIG. 31 show output signals from the roll-
FIG. 32 shows the frequency versus BER characteristics in the range of the offset frequency of −300 to 300 Hz. As simulation conditions, SNR is 36 dB, word length is limited, and SAW filter characteristics are included. From FIG. 32, it can be seen that the offset frequency can be compensated in the range of ± 200 Hz, but this is insufficient, and a bowl-shaped characteristic similar to FIG. 7 appears within the compensation range.
[0081]
Next, the influence of the carrier frequency offset was verified by computer simulation with the configuration including the
FIG. 33 shows the frequency versus BER characteristics in the range of the offset frequency of −600 to 600 Hz. The simulation conditions are the same as in
[0082]
Next, the influence of the carrier frequency offset was verified by computer simulation with the configuration including the
FIG. 34 shows the frequency versus BER characteristics in the range of the offset frequency of −600 to 600 Hz. The simulation conditions are the same as in
[0083]
Next, processing of the symbol synchronizer of the baseband demodulator of the digital radio receiver according to the fifth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, since TDD adaptively changes, if a phase error is detected from the symbol of the data portion, the phase synchronization unit needs to be controlled according to the TDD ratio, and the circuit configuration becomes complicated. Therefore, the symbol synchronization unit of the present embodiment detects a phase error using UW, which is information that does not change for each frame.
FIG. 35 is a diagram for explaining phase error detection by UW correlation. The timing at which the correlation value becomes maximum when ideal symbol synchronization is achieved is tp, the timing of the immediately preceding and subsequent samples is tp−1 and tp + 1, respectively, and the correlation values of the three timings are indicated by circles. When the phase of the internal clock controlled by the symbol synchronizer is advanced, the correlation value indicated by the square is shifted and the correlation value indicated by the triangle is obtained when the timing is reversed. Therefore, if the difference between the correlation values at tp−1 and tp + 1 is taken, the delay is positive and the advance is negative, and the phase error amount is obtained. Based on this, a signal for controlling the
[0084]
Finally, in the digital wireless receiver of this embodiment, CNR vs. BER characteristics are shown in FIG. 36 as a result of a laboratory experiment using wireless hardware. The condition of the experiment of FIG. 36 is that the transmitter and the receiver are connected via a transmission line with an IF of 13.5 MHz, and the BER before error correction is obtained without using the
In the above description of the digital radio receiver according to the embodiment of the present invention, 16QAM and 1024QAM have been described as examples. However, the technology of the present invention can be applied to other phase modulation schemes (QPSK, etc.). .
[0085]
According to the digital radio receiver according to the embodiment of the present invention, the
[0086]
Moreover, according to the digital radio receiver according to the embodiment of the present invention, the initial
[0087]
According to the digital radio receiver according to the second embodiment of the present invention, the second equalization is further performed after the equalizer 3 (first equalizer) for compensating the carrier offset. Since the
[0088]
Further, according to the digital radio receiver according to the third embodiment of the present invention, 10 tap equalization is a third equalizer that performs waveform equalization while updating tap coefficients using UW. Since the
[0089]
Further, according to the digital radio receiver according to the fourth embodiment of the present invention, the initial
[0090]
【The invention's effect】
According to the present invention, the multiplier multiplies the received signal by the tap coefficient one symbol before the first equalizer updates and outputs it as the input signal of the first equalizer. Since it is a digital radio receiver that outputs a decoded signal by performing waveform equalization while updating tap coefficients based on the input signal and its area determination result, the carrier predicts the frequency offset to which rotation is applied in a certain direction This is the same as performing offset compensation, and there is an effect that the range of the frequency offset that can be dealt with is widened to enable stable operation.
[0091]
According to the present invention, the second equalizer is provided on the output side of the first equalizer, and the second equalizer uses the output signal of the first equalizer and its region determination result. The digital wireless receiver according to
[0092]
According to the present invention, a third equalizer is provided on the input side of the multiplier or between the multiplier and the first equalizer, and is inserted into the received signal by the third equalizer. The digital radio receiver according to
[0093]
According to the present invention, the initial phase correction unit determines the phase shift from the known signal inserted in the received signal to correct the initial phase, and the received signal whose initial phase is corrected is multiplied by the multiplier or the third unit. Since the digital wireless receiver according to
[0094]
According to the present invention, the initial phase determination unit determines the phase shift from the known signal inserted in the received signal and outputs the initial phase offset value, and the third equalizer converts the initial phase offset value to the tap coefficient. 4. The digital wireless receiver according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration block diagram of a carrier offset compensation circuit portion of a digital radio receiver according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an internal configuration example of an equalizer according to the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of operation for each symbol in the first carrier offset compensation circuit of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a received signal in the first carrier offset compensation circuit of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an output signal of an initial phase correction unit in the first carrier offset compensation circuit of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an example of an equalizer output signal in the first carrier offset compensation circuit of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing an error rate (BER) vs. frequency characteristic of a simulation result in the first carrier offset compensation circuit configuration of the present invention.
FIG. 8 is a configuration block diagram of a carrier offset compensation circuit portion of a digital radio receiver according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an
FIG. 10 is a diagram showing an example of an output signal of an
FIG. 11 is a graph showing frequency characteristics of error rate (BER) in the second carrier offset compensation circuit of the present invention.
FIG. 12 is a configuration block diagram of a carrier offset compensation circuit portion of a digital radio receiver according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration example of a 10
FIG. 14 is a diagram showing an example of a received signal in the third carrier offset compensation circuit of the present invention.
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of an output signal of an initial phase correction unit in a third carrier offset compensation circuit of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing an example of an output signal of the
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of an
FIG. 18 is a configuration block diagram of a carrier offset compensation circuit portion of a digital radio receiver according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a graph showing a simulation result of frequency versus error (BER) characteristics in a conventional carrier offset compensation circuit.
FIG. 20 shows an example of a frame configuration of a signal to be transmitted / received.
FIG. 21 is a radio frame configuration diagram of a digital radio receiver according to a fifth embodiment.
FIG. 22 is a block diagram of a baseband demodulation unit of a digital radio receiver according to a fifth embodiment.
FIG. 23 shows an input signal of the
FIG. 24 shows an output signal of the
FIG. 25 shows equalization error convergence characteristics of the
FIG. 26 is a D / U value with respect to the frequency billion set amount of the
FIG. 27 is a block diagram assumed in
FIG. 28 is an output signal of the roll-
29 shows an output signal of the initial
30 shows an output signal of the
FIG. 31 shows an output signal of the
FIG. 32 shows frequency offset versus BER characteristics in
FIG. 33 shows frequency offset versus BER characteristics in
FIG. 34 shows frequency offset versus BER characteristics in
FIG. 35 is a diagram illustrating phase error detection using UW correlation in the fifth embodiment.
FIG. 36 shows CNR versus BER characteristics of the digital radio receiver according to the fifth embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1の等化器は、前記複素乗算器からの入力信号に対してタップ係数を複素乗算された信号と、前記信号の領域判定結果との誤差に基づいて誤差を最小にするように前記タップ係数の更新を行いながら前記タップ係数を前記入力信号に複素乗算することにより波形等化を行って復号信号を出力し、
前記複素乗算器は、前記第1の等化器が更新出力するタップ係数を受信信号に複素乗算して前記第1の等化器の入力信号とすることを特徴とするデジタル無線受信機。A digital radio receiver comprising: a complex multiplier that complex-multiplies a received signal by a tap coefficient; and a 1 TAP first equalizer that performs waveform equalization of a signal input from the complex multiplier and outputs a demodulated signal Because
The first equalizer is configured to minimize an error based on an error between a signal obtained by performing complex multiplication of a tap coefficient on an input signal from the complex multiplier and a region determination result of the signal. Performing waveform equalization by complex multiplying the input signal with the tap coefficient while updating the tap coefficient, and outputting a decoded signal,
The digital wireless receiver, wherein the complex multiplier performs complex multiplication on a received signal with a tap coefficient updated by the first equalizer to obtain an input signal of the first equalizer.
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