JP4440655B2

JP4440655B2 - 直交波周波数分割多重システムの搬送波周波数オフセットと位相の補償装置及び方法

Info

Publication number: JP4440655B2
Application number: JP2004005232A
Authority: JP
Inventors: 徳政柳; 松年湯; 泰誠劉; 光裕顔
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2024-01-13
Also published as: TW200417209A; TWI252657B; JP2004254295A

Description

本発明は直交波周波数分割多重システムの搬送波周波数オフセットの処理に係り、特に、領域のパイロットサブチャネル（ｐｉｌｏｔｓｕｂｃｈａｎｎｅｌ）の信号を利用し、搬送波周波数オフセットに対して計算と補償を行ない、ＯＦＤＭシステムの機能を高める周波数オフセットと位相補償装置及び方法に関する。

ブロードバンド時代の来臨に伴い、新たなブロードバンド通信技術がますます重要となっている。近年、直交波周波数分割多重システム（ＯＦＤＭ）技術が高速伝送システム標準、例えばＡＤＳＬ、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）に広く応用されている。図１は典型的なＯＦＤＭ通信システム１００のブロック図である。該ＯＦＤＭシステム１００は発射端（Ｔｘ）において伝送するデータをシグナルマッピング装置１０１により周波数帯域のＮ個のサブチャネル中（Ｎは２の冪乗）にそれぞれ置かれ、並びに各サブチャネル間の信号に直交性を具備させて、搬送波間干渉（ｉｎｔｅｒ−ｃａｒｒｉｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ＩＣＩ）を防止している。続いて、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）装置１０２で時間域信号に変換し、さらにガードインターバル（ｇｕａｒｄｉｎｔｅｒｖａｌ；ＧＩ）を加えた後、パラレル・シリアル変換器（ｐａｒａｌｌｅｌ−ｔｏ−ｓｅｒｉａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；Ｐ／Ｓ）１０４、デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）１０５、及び搬送波変調の後、チャネル１０６で伝送する。受信端（Ｒｘ）はまず搬送波を復調し、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１０７でサンプリング後、ＧＩを除去し、並びにシリアル・パラレル変換器（Ｓ／Ｐ）１１０を経過した後に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）装置１１１に送り周波数帯域信号に戻し、各サブチャネル中でそれぞれチャネル補償（ｃｈａｎｎｅｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）を行ない、最後にシグナルデマッピング装置１１３でもとの伝送データに復調する。こうしてＮ個のサブチャネルで平行伝送し、高速伝送の目的を達成する。

我々は一組のＮ点ＩＦＦＴの出力値をシンボル（ｓｙｍｂｏｌ）と称する。チャネルインパルス応答（ｃｈａｎｎｅｌｉｍｐｕｌｓｅｒｅｓｐｏｎｓｅ；ＣＩＲ）は通常いずれも理想的でなく、シンボルがチャネル１０６を通過後、受信端において後続シンボルの受信に影響が生じ、インターシンボル干渉（ｉｎｔｅｒ−ｓｙｍｂｏｌｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ＩＳＩ）が形成される。ＩＳＩの問題を防止するため、一般にはＯＦＤＭシンボル間に余分にガードインターバルを加える。ガードインターバルの方法には二種類あり、即ち（１）ゼロパディング（Ｚｅｒｏ−Ｐａｄｄｉｎｇ；ＺＰ）、及び（２）循環前置（ＣｙｃｌｉｃＰｒｅｆｉｘ；ＣＰ）である。ＺＰは一列の０をＧＩとして加え、この方法は良好なエネルギー効率（ｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を有する。ＣＰは一つのシンボルの後部信号を複製して該シンボルの前にＧＩとして加え、この方法はチャネルインパルス効果の形成する各サブチャネル間のＩＣＩを減らすことができる。この部分の信号処理は、図１中にＧＩ（ガードインターバル）増加の回路１０３とＧＩ除去の回路１０９を加えることで完成する。

ＯＦＤＭ信号を復調する時には、先ず受信した時間域信号を、ＦＦＴ変換して周波数帯域信号に戻し、各サブチャネル中でそれぞれ復調を行なう。もし入力するＦＦＴの時間域信号に同期誤差（ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｅｒｒｏｒ）が存在すれば、即ち出力される周波数帯域信号中に余分のＩＣＩと位相回転が形成され、その直交性が破壊されてシステム性能に影響が生じる。このため、ＯＦＤＭシステムはその他の通信システムを比較すると、同期の正確度要求が更に高い。ＯＦＤＭ伝送システムについては、同期誤差は以下の四項がある。即ち（１）搬送波周波数オフセット（ｃａｒｒｉｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｆｓｅｔ）、（２）搬送波位相誤差（ｃａｒｒｉｅｒｐｈａｓｅｅｒｒｏｒ）、（３）サンプリング周波数オフセット（ｓａｍｐｌｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｆｓｅｔ）、（４）サンプリング位相誤差（ｓａｍｐｌｉｎｇｐｈａｓｅｅｒｒｏｒ）。そのうち、搬送波位相誤差とサンプリング位相誤差が受信端のＯＦＤＭ信号に対して形成する影響は、主に周波数帯域の各サブチャネル出力に固定された位相回転を発生させるため、チャネル予測（ｃｈａｎｎｅｌｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）とチャネル補償のメカニズムにより除去する。しかし、搬送波周波数オフセットとサンプリング周波数オフセットは余分のＩＣＩを形成するほか、各サブチャネル出力に累積した位相回転を発生させて、システム性能を徐々に悪くする。

以上を鑑み、本発明は、搬送波周波数オフセットと位相補償装置と方法を提供し、それは周波数帯域のパイロットサブチャネルの信号を利用して、搬送波周波数オフセットのような同期誤差に対して追跡と補償を行なうことで、通信システムの運転性能を高める。

本発明はＯＦＤＭシステム中に応用され、該システムは発射端においてデータをエンコードしてＯＦＤＭシンボルとなし、複数の周波数帯域のサブチャネルで伝送し、伝送過程中に搬送波を利用して変調し、そのうちサブチャネルは少なくとも一つのパイロットサブチャネルと少なくとも一つのデータサブチャネルを具備する。パイロットサブチャネルは受信端が既知の特定信号を伝送するのに用いられてシステムに関係する検出と計算を行ない、データサブチャネルはデータ伝送に用いられる。本発明はパイロットサブチャネルの既知の特定信号を利用し、搬送波周波数オフセットと関係する位相誤差を計算し、並びにそれを補償して搬送波周波数オフセットがシステム受信端信号の復調に影響を与えるのを防止する。

ゆえに、本発明は、一種の周波数オフセット補償装置を提供し、ＯＦＤＭシステムの受信端において、受信端と発射端間の搬送波周波数オフセットの形成する受信端ＯＦＤＭ信号の累積位相回転を補償することにある。本発明の周波数オフセット補償装置は、パイロットサブチャネル計算装置と周波数オフセット計算装置、位相累積器（ｐｈａｓｅａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ）、及び位相回転器（ｐｈａｓｅｒｏｔａｔｏｒ）を具えている。該パイロットサブチャネル計算装置はパイロットサブチャネルの信号を受け取りパイロットサブチャネルの周波数応答を計算する。周波数オフセット計算装置はパイロットサブチャネル中の、前後二つのＯＦＤＭシンボルの周波数応答予測値の位相差を利用して搬送波周波数オフセットを計算する。位相累積器は該周波数オフセット計算装置の計算した搬送波周波数オフセットにより、累積位相回転を計算する。位相回転器は、位相累積器の計算した累積位相回転により、時間域或いは周波数帯域において受信端のＯＦＤＭ信号を補償する。

本発明はさらに、一種の位相補償装置を提供し、それは、ＯＦＤＭシステムの受信端において、受信端ＯＦＤＭ信号を周波数オフセット補償装置で補償した後に残った位相誤差を補償する。該位相補償装置は、位相差計算装置、バッファ、及び位相回転器を具えている。該位相差計算装置は一つのシンボルのＯＦＤＭ信号中の、周波数オフセット補償装置による補償とチャネル補償後のパイロットサブチャネル信号と発射端のオリジナル伝送信号の間の位相差を利用し、残りの位相誤差を計算する。該バッファは位相差計算装置の計算した残余位相誤差を保存して次のシンボルの補償に供する。該位相回転器は、次のシンボルの各サブチャネル信号を受け取り、並びにバッファに保存した残余位相誤差で補償する。そのうち、該次のシンボルの各サブチャネル信号は先にチャネル補償後に該位相回転器に送り補償することも可能である。

本発明はさらに、一種の位相補償装置を提供し、それは、ＯＦＤＭシステムの受信端において、受信端ＯＦＤＭ信号を周波数オフセット補償装置で補償した後の残余の位相誤差を補償する。この位相補償装置はバッファと、パイロットサブチャネル補償装置と、位相差計算装置と、位相回転器を具え、該バッファは一つのシンボルのＯＦＤＭ信号中の周波数オフセット補償装置で補償後の全てのサブチャネル信号を保留するのに用いられ、パイロットサブチャネル補償装置は、バッファより受け取ったこのシンボルのパイロットサブチャネル信号にチャネル補償を行ない、位相差計算装置は、該パイロットサブチャネル中のチャネル補償後の信号と発射端オリジナル伝送信号間の位相差により座に残余位相誤差を計算し、位相回転器はバッファより該シンボルのデータサブチャネル信号を受け取り、並びに該位相差計算装置の計算した残余位相誤差で補償する。

本発明はまた、一種の補償モジュールを提供し、それはＯＦＤＭシステムの受信端において、受信端と発射端間の搬送波周波数オフセットの形成する受信端ＯＦＤＭ信号の位相回転を補償し、それは、周波数オフセット補償装置、及び位相補償装置を具え、該周波数オフセット補償装置はパイロットサブチャネル中の前後の二つのＯＦＤＭシンボルの周波数応答予測値の位相差により周波数オフセットを計算し、さらに累積位相回転を計算し、受信端のＯＦＤＭ信号を補償し、位相補償装置は、該周波数オフセット補償装置で補償した後のＯＦＤＭ信号の各サブチャネル信号を受け取り、並びにそのうちのパイロットサブチャネル中の更にチャネル補償した後の信号と、発射端オリジナル伝送信号との間の位相差により残余位相誤差を計算し、各サブチャネルの信号を補償する。

本発明はまた、一種の周波数オフセット補償方法を提供し、それはシステムの受信端において、受信端と発射端間の発射端周波数オフセットの形成する受信端ＯＦＤＭ信号の累積位相回転を補償し、それは、（ａ）パイロットサブチャネルの信号を受信してパイロットサブチャネルの周波数応答を計算するステップ、（ｂ）パイロットサブチャネル中の前後二つのＯＦＤＭシンボルの周波数応答予測値の位相差により搬送波周波数オフセットを計算するステップ、（ｃ）計算した搬送波周波数オフセットに基づき、累積位相回転を計算するステップ、（ｄ）計算した累積位相回転により受信端のＯＦＤＭ信号を補償するステップ、を具えている。

本発明はまた、一種の位相補償方法を提供し、それはシステムの受信端において、受信端ＯＦＤＭ信号の周波数オフセット補償装置で補償後の残余の位相誤差を補償し、それは、（ａ）一つのシンボルのＯＦＤＭ信号中の、周波数オフセット補償装置による補償とチャネル補償後のパイロットサブチャネル信号と発射端オリジナル伝送信号の間の位相差を利用し、残余の位相誤差を計算するステップ、（ｂ）計算した残余位相誤差をバッファに保存するステップ、（ｃ）バッファに保存した残余位相誤差で次のシンボルの各サブチャネル信号を補償するステップ、を具えている。そのうち、（ｃ）のステップの前に、（ｃ０）次のシンボルの各サブチャネル信号に対してチャネル補償を行なうステップ、を設けうる。

本発明はまた、一種の位相補償方法を提供し、それは、システムの受信端において、受信端ＯＦＤＭ信号の周波数オフセット補償装置で補償した後の残余の位相誤差を補償し、この方法は、（ａ）バッファに一つのシンボルのＯＦＤＭ信号中の、周波数オフセット補償装置で補償後の全てのサブチャネル信号を保留するステップ、（ｂ）バッファより該シンボルのパイロットサブチャネル信号を取り出してチャネル補償を行なうステップ、（ｃ）該バッファより該シンボルのデータサブチャネル信号を取り出し、並びに計算した残余位相誤差で補償するステップ、を具えている。

本発明はシステム受信端と発射端間の搬送波周波数のオフセットの形成する受信端ＯＦＤＭ信号の位相回転を補償するＯＦＤＭシステムの搬送波周波数のオフセットと位相の補償装置及び方法を提供し、本発明の周波数オフセット補償装置及び方法は、システムのパイロットサブチャネル中の前後二つのＯＦＤＭシンボルの周波数応答予測値の位相差により搬送波周波数オフセットを計算して累積位相回転を計算して受信端のＯＦＤＭ信号を補償する。位相補償装置及び方法は周波数オフセット補償装置及び方法で補償した後のＯＦＤＭ信号の各サブチャネル信号を受け取り並びにそのなかのパイロットサブチャネルの再度チャネルを通過して補償された後の信号とシステム発射端のオリジナル伝送信号間の位相差により残りの位相誤差を計算し、各サブチャネルの信号を補償する。

図２は搬送波周波数オフセットを具えた搬送波変調と復調システムのブロック図である。図２中、ローカル振動器（ｌｏｃａｌｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）２１と２２の周波数は漂移する現象を発生し得て、このため発射端の搬送波周波数ｆ_c と受信端の搬送波周波数

は不一致となりうる。このとき受信端のベース周波数信号が周波数オフセットにより位相回転を形成して、信号復調にエラーを発生させて、システム性能を悪くしうる。以下の分析中、搬送波周波数オフセットは

と表示される。このほか、ＯＦＤＭシステムが周波数帯域のＮ個のサブチャネルを使用し、それが少なくとも一つのパイロットサブチャネルを含み、その他はいずれもデータサブチャネルであると仮定する。

搬送波周波数オフセットのＯＦＤＭ信号に対する影響は、時間域と周波数帯域の二つの面に分けられる。時間域方面では、ＯＦＤＭシンボルの時間域信号にＮ＋Ｎ_GI個のサンプリングポイントがあり、そのうちＮがＦＦＴのポイント数であり、Ｎ_GIがＧＩのポイント数であると仮定すると、連続する二つのＯＦＤＭシンボルの第１のサンプリングポイント間には２π（Ｎ＋Ｎ_GI）△ｆＴの位相差があり、そのうちＴはサンプリング区間とされる。伝送するシンボルが増すにつれ、この位相差は累積位相回転の問題を形成しうる。

周波数帯域方面では、第ｋ個のサブチャネルの周波数応答をＨ_k が固定され不変で、且つ発射端の第ｎ個のＯＦＤＭシンボルの第ｋ個のサブチャネル信号をＸ_n,k と仮定すると、受信端の第ｎ個のＯＦＤＭシンボルの第ｋ個のサブチャネル信号は、

とされる。そのうち、

は開始位相差、Φ（ｆ）は一つのＮポイントが全て１の方形窓関数（ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｗｉｎｄｏｗｆｕｎｃｔｉｏｎ）の離散時間フーリエ変換（ｄｉｓｃｒｅｔｅ−ｔｉｍｅＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍ；ＤＴＦＴ）に対応し、即ち、

である。式（１−１）中、Φ（−△ｆ）は即ち各サブチャネルのひずみ因子（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｆａｃｔｏｒ）であり、そのうち振幅ひずみ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）は、

とされ、位相ひずみはπ（Ｎ−１）△ｆＴである。

ＯＦＤＭシステム中、パイロットサブチャネルは受信端の既知の信号を伝送するので、我々は以下の式によりパイロットサブチャネルの周波数応答予測値を取得することができる。

そのうち、ｋはパイロットサブチャネルのインデックス値（ｐｉｌｏｔｉｎｄｅｘ）、Ｘ_n,k は既知信号、Γ_n,k はその他のＩＣＩ項と雑音項である。

以上の分析により、搬送波周波数オフセットは前後二つのＯＦＤＭシンボルの周波数応答予測値の位相差により計算できることがわかる。もしＯＦＤＭシステムがＫ個のパイロットサブチャネルを使用するならば搬送波周波数オフセットを計算する時、各パイロットサブチャネル中の前後二つのＯＦＤＭシンボルの周波数応答予測値の位相差を計算し、更に全部を加えた後、その平均値を求めてこれを得ることができ、即ち、

そのうち、

は第ｎ個のシンボルより予測した搬送波周波数オフセットである。
搬送波周波数オフセットが大きくない時、式（１−２）中のＩＣＩ項 Γ_n,k の影響は無視でき、振幅ひずみと位相ひずみはチャネル補償を利用して消去でき、ゆえにただ周波数帯域にあって累積位相回転を補償するだけでよい。これにより、本発明は一種の周波数帯域において補償を行なう周波数オフセット補償装置の構造を提供し、それは図３に示されるようである。この周波数オフセット補償装置３０ａは、ＯＦＤＭシステムの受信端にあって、周波数帯域においてシステム受信端と発射端間の発射端周波数オフセットにより形成される受信端ＯＦＤＭ信号の累積位相回転を補償できる。周波数オフセット補償装置３０ａは、パイロットサブチャネル計算装置３１と周波数オフセット計算装置３２、位相累積器（ｐｈａｓｅａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ）３３、及び位相回転器（ｐｈａｓｅｒｏｔａｔｏｒ）３４ａを具えている。該パイロットサブチャネル計算装置３１はＯＦＤＭシステムのパイロットサブチャネルの信号を受け取りパイロットサブチャネルの周波数応答を計算する（式（１−２）に示される如し）。周波数オフセット計算装置３２はパイロットサブチャネル計算装置３１に接続されて、パイロットサブチャネル中の、前後二つのＯＦＤＭシンボルの周波数応答予測値の位相差を利用して搬送波周波数オフセットを計算する。位相累積器３３は周波数オフセット計算装置３２に接続されて該周波数オフセット計算装置３２の計算した搬送波周波数オフセットにより、累積位相回転を計算する。位相回転器３４ａは、位相累積器３３に接続されて位相累積器３３の計算した累積位相回転により、周波数帯域において受信端のＯＦＤＭ信号を補償する（即ち式（１−１）中のＹ_n,k ）。

搬送波周波数オフセットが比較的大きい時、ＩＣＩ項Γ_n,k の影響は周波数帯域にあって除去しにくいため、好ましい方法は、時間域に戻り累積位相回転を補償する方法である。これにより本発明は一種の時間域で補償を行なう周波数オフセット補償装置の構造を提供し、それは図４に示されるようである。この周波数オフセット補償装置３０ｂはＯＦＤＭシステムの受信端において、時間域においてシステム受信端と発射端間の搬送波周波数オフセットの形成する受信端ＯＦＤＭ信号の累積位相回転を補償することができる。周波数オフセット補償装置３０ｂの構成要件は位相回転器の部分を除き周波数オフセット補償装置３０ａとほぼ同じである。周波数オフセット補償装置３０ａでは、位相回転器３４ａはＦＦＴ装置１１１の出力に接続され、即ち周波数帯域において補償を行なう。周波数オフセット補償装置３０ｂでは、位相回転器３４ｂはＦＦＴ装置１１１の入力に接続され、即ち時間域において補償を行なう。

前述の周波数オフセット補償装置３０ａ或いは３０ｂを利用し、本発明は一種の周波数オフセット補償方法を提供する。それは図５に示されるステップを具えている。即ち、
４１パイロットサブチャネル計算装置３１がパイロットサブチャネルの信号を受信してパイロットサブチャネルの周波数応答を計算するステップ、
４２周波数オフセット計算装置３２がパイロットサブチャネル中の前後二つのＯＦＤＭシンボルの周波数応答予測値の位相差を利用して搬送波周波数オフセットを計算するステップ、
４３位相累積器３３が４２のステップで計算した周波数オフセットにより累積位相回転を計算するステップ、
４４位相回転器３４ａ或いは３４ｂが４３のステップで計算した累積位相回転により受信端のＯＦＤＭ信号を補償するステップ。

もし、ＯＦＤＭシステムが複数のパイロットサブチャネルを具えているならば、４１のステップ中で、各パイロットサブチャネルの周波数応答を予測し、４２のステップ中に、各パイロットサブチャネル中の前後二つのＯＦＤＭシンボルの周波数応答予測値の位相差を総計し、さらに平均値を求めて搬送波周波数オフセットを計算する（式（１−３）の如し）。

もし周波数オフセット補償装置３０ａを使用するなら、４４のステップで受信端ＯＦＤＭ信号の周波数帯域信号を補償する。もし周波数オフセット補償装置３０ｂを使用するなら、４４のステップで受信端ＯＦＤＭ信号の時間域信号を補償する。

受信端のＯＦＤＭ信号を周波数オフセット補償装置３０ａ／３０ｂで補償した後に残余の位相誤差がありうる。もしＯＦＤＭシステムの各サブチャネルが同調復調（ｃｏｈｅｒｅｎｔｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を必要とするなら（即ち受信端サブチャネル信号の振幅及び位相を発射端が伝送するオリジナルのサブチャネル信号と一致させる）、あるメカニズムによりこの残余位相誤差を補償する必要がある。

仮に周波数オフセット補償装置３０ａ／３０ｂで補償後の、受信端の第ｎ個のＯＦＤＭシンボルの第ｋ個のサブチャネル信号を

とし、そのうち△θ_n は残余の位相誤差、

はその他のＩＣＩ項と雑音項目とする。

さらにｋをパイロットサブチャネルのインデックス値とすると、式（２−１）から分かるように、受信端のパイロットサブチャネル信号をチャネル補償した後の結果は、

であり、そのうち

はシステムの前置信号（ｐｒｅａｍｂｌｅ）を利用して計算した第ｋ個のサブチャネルの周波数応答であり、

はその他のＩＣＩ項と雑音項である。

以上の分析により、残余位相誤差はパイロットサブチャネルのチャネル補償結果ともとのパイロットサブチャネル特定理想値の位相差を利用して計算できることが分かる。もしＯＦＤＭシステムがＫ個のパイロットサブチャネルを使用するなら、残余位相誤差を計算する時、各パイロットサブチャネルのチャネル補償結果ともとのパイロットサブチャネル特定理想値の位相差をそれぞれ計算し、さらに総計後、その平均値を求めてこれを得ることができ、即ち、

である。

ローカル振動器２１、２２の位相雑音（ｐｈａｓｅｎｏｉｓｅ）が大きくなく、且つ連続する二つのＯＦＤＭシンボルの残余位相誤差変化が大きくない時は、前の一つのＯＦＤＭシンボルのパイロットサブチャネル信号より得られる位相誤差予測値を利用して、後の一つのＯＦＤＭシンボルのサブチャネル信号において補償する。これにより、本発明は一種の遅延式位相補償装置の構造を提供し、それは図６に示される。この「遅延式」とは、前の一つのシンボルを利用して計算し、後ろの一つのシンボルを補償することを指す。位相補償装置５０ａはＯＦＤＭシステムの受信端において、受信端ＯＦＤＭ信号を周波数オフセット補償装置３０ａ／３０ｂで補償した後に残る位相誤差を補償することができ、該位相補償装置５０ａは、位相差計算装置５１、バッファ５２、及び位相回転器５３を具え、該位相差計算装置５１は一つのシンボルのＯＦＤＭ信号中の、周波数オフセット補償装置３０ａ／３０ｂとチャネル補償装置１１２で補償した後のパイロットサブチャネル信号（即ち式（２−２）中の

）を受け取り、並びにこのパイロットサブチャネル信号とシステム発射端のオリジナル伝送信号間の位相差により、残余位相誤差を計算する。該バッファ５２は、位相差計算装置５１の計算した残余位相誤差を保存し、次の一つのシンボルの補償に用いる。該位相回転器５３は、該次の一つのシンボルの各サブチャネル信号を受け取り、並びにバッファ５２に保存された残余位相誤差で補償する。

図６の構造はまた図７のように改修可能であり、図７中、位相差補償装置５０ｂの構成要件と位相差補償装置５０ａは完全に同じであるが、運転上、図７の構造は、まず次の一つのシンボルのサブチャネル信号をチャネル補償装置１１２で補償した後に、位相回転器５３に送る。

前述の位相補償装置５０ａを利用して、本発明は遅延式位相補償方法を提供し、それは図８のステップを具えている。即ち、
６１位相差計算装置５１が一つのシンボルのＯＦＤＭ信号中の、周波数オフセット補償装置３０ａ／３０ｂ及びチャネル補償装置１１２で補償後のパイロットサブチャネル信号とシステム発射端オリジナル伝送信号間の位相差を利用し、残余の位相誤差を計算するステップ、
６２６１のステップで計算した残余位相誤差をバッファ５２に保存するステップ、
６３バッファ５２に保存した残余位相誤差で次の一つのシンボルの各サブチャネル信号を補償するステップ。

もしＯＦＤＭシステムが複数のパイロットサブチャネルを具えているなら、６１のステップ中で、該シンボルの各パイロットサブチャネル信号の位相差を計算し、並びに総計した後、その平均値を求めて残余位相誤差を計算する（式（２−３）に示される如し）。

もし位相補償装置５０ｂを使用するなら、その補償方法は６１から６３のステップと同じであるが、６３のステップで、位相を補償する前に、先ずチャネル補償装置１１２を利用して次の一つのシンボルの各サブチャネル信号を補償する。

ローカル振動器２１と２２が比較的大きな位相雑音を有する時は、連続する二つのＯＦＤＭシンボルの残余位相誤差も比較的大きな変化を有し、この時は一つのＯＦＤＭシンボルのパイロットサブチャネル信号より得られる位相誤差予測値を利用し、同一のＯＦＤＭシンボルのデータチャネル信号において補償し、このためバッファを使用して完全なＯＦＤＭシンボルの全てのサブチャネルの信号を保留し、先ずパイロットサブチャネルを利用して残余位相誤差を計算し、更にデータサブチャネルにおいて補償する必要がある。これにより、本発明は一種のバッファ式位相補償装置の構造を提供し、それは図９に示されるようである。この「バッファ式」とは一つのシンボルを保留して後続の位相計算及び同一シンボル補償に用いることを指す。位相補償装置７０ａはＯＦＤＭシステムの受信端において、受信端ＯＦＤＭ信号を周波数オフセット補償装置３０ａ／３０ｂで補償後に残った位相誤差を補償できる。該位相補償装置７０ａは、バッファ７１、パイロットサブチャネル補償装置７２、位相差計算装置７３、位相回転器７４を具えている。該バッファ７１は、一つのシグナルのＯＦＤＭ信号中の、周波数オフセット補償装置３０ａ／３０ｂで補償した後の全てのサブチャネル信号を受け取る。パイロットサブチャネル補償装置７２は、バッファ７１から該シンボルのパイロットサブチャネル信号を受け取り、チャネル補償を行なう（結果は式（２−２）中の

である）。位相差計算装置７３は、パイロットサブチャネル補償装置７２に接続され、パイロットサブチャネル中の、チャネル補償後の信号とシステム発射端オリジナル伝送信号間の位相差を利用して残余位相誤差を計算する。位相回転器７４は、バッファ７１より該シンボルのデータサブチャネル信号を受け取り、並びに位相差計算装置７３の計算した残余位相誤差で補償する。

図９の構造は図１０のように改変可能であり、そのうちの位相補償装置７０ｂの構成要件と位相補償装置７０ａは完全に同じであるが、運転上、図１０の構造は先にデータサブチャネル補償装置７５により該シンボルのデータサブチャネル信号に対してチャネル補償を行なった後に位相回転器７４に送る。

前述の位相補償装置７０ａを利用し、本発明は一種のバッファ式位相補償方法を提供し、それは図１１のステップを具えている。即ち、
８１バッファ７１で一つのシンボルのＯＦＤＭ信号中の周波数オフセット補償装置３０ａ／３０ｂで補償した後の全てのサブチャネル信号を保留するステップ、
８２パイロットサブチャネル補償装置７２がバッファ７１より該シンボルのパイロットサブチャネル信号を取り出してチャネル補償を行なうステップ、
８３位相差計算装置７３がパイロットサブチャネル中の、チャネル補償後の信号とシステム発射端オリジナル伝送信号間の位相差を利用して残余位相誤差を計算するステップ、
８４位相回転器７４がバッファ７１より該シンボルのデータサブチャネル信号を取り出し、並びに８３のステップで計算した残余位相誤差で補償するステップ。

もしＯＦＤＭシステムが複数のパイロットサブチャネルを有するならば、８３のステップで、該シンボルの各パイロットサブチャネル信号の位相差をそれぞれ計算し、並びに総計した後、更にその平均値を求めて残余位相誤差を求める（式（２−３）に示されるとおり）。

もし位相補償装置７０ｂを使用するなら、その補償方法は８１から８４のステップと同じであるが、８４のステップで、位相補償前に、データサブチャネル補償装置７５を利用して該シンボルのデータサブチャネル信号を補償する。

本発明中、前述の二種類の周波数オフセット補償装置３０ａ／３０ｂ及び四種類の位相補償装置５０ａ／５０ｂ／７０ａ／７０ｂより、ＯＦＤＭシステムの実際の要求によりそれぞれそのうちの一種類を選択して組み合わせて一つの補償モジュールとなして、完全に搬送波周波数オフセットの形成する受信端ＯＦＤＭ信号の位相回転の問題を処理することができる。図１２はこのような補償モジュールの一例を示し、それは周波数オフセット補償装置３０ｂ及び位相補償装置７０ａを具え、ローカル振動器の搬送波周波数オフセットと位相雑音がいずれもかなり大きいＯＦＤＭシステムに用いることができる。

さらに図１２を観察すると、周波数オフセット補償装置３０ｂ中のパイロットサブチャネル計算装置３１は式（１−２）の演算を実行し、位相補償装置７０ａ中のパイロットサブチャネル補償装置７２は式（２−２）の演算を実行する。もし、式（２−１）の

をＸ_n,k と

で除すならば、即ち、

で、そのうち、ｋはパイロットサブチャネルのインデックス値、Ω_n,k はその他のＩＣＩ項と雑音項である。

以上の分析から、残余の位相誤差は以下の式で計算できる（ＯＦＤＭシステムがＫ個のパイロットサブチャネルを使用すると仮定する）。

式（２−４）中、

はパイロットサブチャネルの、チャネル計算とチャネル補償後の結果である。図１２から、

はパイロットサブチャネル計算装置３１とパイロットサブチャネル補償装置７２の処理により得られる。これにより、我々は図１２中の位相補償装置の構造を改修し、図１３に示されるものとすることができる。図１３のブロック１０００は位相補償装置と見なされ、それはこの構造中の残余位相回転を補償する部分である。ブロック１０００中、信号

をパイロットサブチャネル計算装置３１とパイロットサブチャネル補償装置７２で処理した後の結果は

である。位相差計算装置１００２が実行する演算、即ち式（２−５）は、位相差計算装置７３（式（２−３）を実行する）のものより簡単である。このほか、データバッファ１００１はデータサブチャネルの信号を保存するだけに用いられ、バッファ７１が全てのサブチャネル信号を保存しなければならないのとは異なり、こうして空間を節約できる。言い換えると、図１３の構造はローカル振動器の搬送波周波数オフセットと位相雑音がいずれも非常に大きなＯＦＤＭシステムに用いられるだけでなく、ハードウエアの設計を簡易化して製造コストを減らすことができる。

周知の典型的なＯＦＤＭ通信システムのブロック図である。周知の搬送波周波数オフセットを具えた搬送波変調と復調システムのブロック図である。本発明の周波数帯域において補償を行なう周波数オフセット補償装置の構造図である。本発明の時間域において補償を行なう周波数オフセット補償装置の構造図である。本発明の周波数オフセット補償方法の動作フローチャートである。本発明の遅延式位相補償装置の構造図である。本発明のもう一つの遅延式位相補償装置の構造図である。本発明の遅延式位相補償方法の動作フローチャートである。本発明のバッファ式位相補償装置の構造図である。本発明のもう一つのバッファ式位相補償装置の構造図である。本発明のバッファ式位相補償方法の動作フローチャートである。本発明の補償モジュールの実施例の構造図である。図１２を改変後に得られる構造のブロック図である。

符号の説明

１００ＯＦＤＭ通信システム
１０１シグナルマッピング装置
１０２ＩＦＦＴ装置
１０３ＧＩ増加の回路
１０４パラレル・シリアル変換器
１０５デジタル・アナログ変換器
１０６チャネル
１０７アナログ・デジタル変換器
１０９ＧＩ除去の回路
１１０シリアル・パラレル変換器
１１１ＦＦＴ装置
１１２チャネル補償装置
１１３シグナルデマッピング装置
２１ローカル振動器
２２ローカル振動器
３０ａ周波数オフセット補償装置
３０ｂ周波数オフセット補償装置
３１パイロットサブチャネル計算装置
３２周波数オフセット計算装置
３３位相累積器
３４ａ位相回転器
３４ｂ位相回転器
５０ａ位相補償装置
５０ｂ位相補償装置
５１位相差計算装置
５２バッファ
５３位相回転器
７０ａ位相補償装置
７０ｂ位相補償装置
７１バッファ
７２パイロットサブチャネル補償装置
７３位相差計算装置
７４位相回転器
７５データサブチャネル補償装置
１０００位相補償装置
１００１データバッファ
１００２位相差計算装置

Claims

通信システムの補償モジュールにおいて、該システムは発射端においてデータをエンコードしてシンボルとなし、複数のサブチャネルで伝送し、伝送過程中に搬送波を利用して変調を行ない、そのうちこれらサブチャネルが特定信号伝送用の少なくとも一つのパイロットサブチャネルと、データ伝送用の少なくとも一つのデータサブチャネルを具え、該補償モジュールは該システムの受信端に位置してＦＦＴ装置とデータサブチャネル補償装置とに接続され、周波数オフセット補償と位相補償を行い、
該補償モジュールは、パイロットサブチャネル計算装置と、周波数オフセット計算装置と、位相累積器と、第一位相回転器と、バッファと、パイロットサブチャネル補償装置と、位相差計算装置と、第二位相回転器とを具え、
該パイロットサブチャネルの計算装置は、該ＦＦＴ装置の輸出信号を受け取り、該パイロットサブチャネルの周波数応答を計算し、
該周波数オフセット計算装置は、該パイロットサブチャネル計算装置に接続され、該パイロットサブチャネル中の、前後の二つのシンボルの周波数応答予測値の位相差を利用して推定搬送波周波数オフセットを形成し、
該位相累積器は、該周波数オフセット計算装置に接続され、該推定搬送波周波数オフセットに基づき、累積位相回転を計算し、
該第一位相回転器は、該位相累積器に接続され、該位相累積器で受信端の信号を補償して、補償された受信端の信号を該ＦＦＴ装置に送り、
該バッファは、該ＦＦＴ装置の一つのシンボルの輸出信号を受け取り並びに保存し、
該パイロットサブチャネル補償装置は、該パイロットサブチャネル計算装置に接続され、パイロットサブチャネル補償を行ない、
該位相差計算装置は、該パイロットサブチャネル補償装置に接続され、該パイロットサブチャネル中の、パイロットサブチャネル補償後の信号とシステム発射端オリジナル伝送間の位相差により残余位相誤差を計算し、
該第二位相回転器は、該バッファより該シンボルのデータサブチャネル信号を受け取り、並びに該位相差計算装置の計算した残余位相誤差で補償し、補償したデータサブチャネル信号を該データサブチャネル補償装置に送り、
該周波数オフセット補償は、該パイロットサブチャネル計算装置と、該周波数オフセット計算装置と、該位相累積器と、該第一位相回転器とによって行ない、該位相補償は、該パイロットサブチャネル計算装置と、該バッファと、該パイロットサブチャネル補償装置と、該位相差計算装置と、該第二位相回転器とによって行なうことを特徴とする、通信システムの補償モジュール。