JP4554698B2 - Ｏｆｄｍ信号復調装置 - Google Patents

Description

本発明はＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multi plexing直交周波数分割多重）変調方式によるＯＦＤＭ信号の復調装置に関し、特にＯＦＤＭ伝送における伝送路周波数特性の観測を可能にする観測用信号変換部を有するＯＦＤＭ信号復調装置に係わる。

電波によってデータ伝送を行う場合、障害物等からの反射波が受信されて特定周波数の信号の受信電力が大きく落ち込んでしまう周波数選択性フェージングの影響で、ＢＥＲ（誤り率）特性等が劣化してしまうことがある。この場合、受信信号の復調中にリアルタイムで伝搬路の周波数特性を観測できれば、周波数選択性フェージング発生の有無やその影響を知ることができて有効である。

近年、研究開発が進められているＯＦＤＭ変調方式において、シンボル変調方式としてＢＰＳＫ，ＱＰＳＫなどの位相変調を用いた場合、ＯＦＤＭでは各サブキャリアの振幅が同じレベルで送信される特徴があり、この特徴を利用すれば、伝搬路の周波数特性を観測することができる。

図９はＯＦＤＭ信号復調装置において、リアルタイムで伝搬路の周波数特性を観測するための従来技術を示す。同図において、１は公知のＯＦＤＭ信号復調装置（たとえば、電子情報通信学会誌 Vol.７９，No.８ ８３１頁〜８３４頁１９９６年８月参照）で、２はＲＦ増幅器、周波数変換器、ＩＦ増幅器等から成るＩＦ部、３はＡＤ変換器、４はＦＦＦ（フーリエ変換）回路、５はデータ復号器、６はタイミング回路等を備えている。上記構成のＯＦＤＭ信号復調装置１に対し、伝搬路の周波数特性を観測するため、掃引型スペクトラムアナライザー７が設けられている。

而して周知のように上記掃引型スペクトラムアナライザー７は、受信信号を周波数軸で掃引しながら周波数特性を測定する機能を有するものである。そこでこれをＯＦＤＭ信号復調装置に適用した場合、ＯＦＤＭ信号のシンボル毎の周波数特性を測定することは上記機能から見て困難なことは明らかで、観測は不充分なものとならざるを得ない。しかも掃引型スペクトラムアナライザー自体は大変高価なものであり、ＯＦＤＭ信号復調装置に併設するのは実用的でない。

本発明の目的は高価な掃引型スペクトラムアナライザーを用いることなく、ＯＦＤＭ信号のシンボル毎の周波数特性をリアルタイムで測定することができるＯＦＤＭ信号復調装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のＯＦＤＭ信号復調装置は、ＯＦＤＭ信号復調部と、観測用信号変換部と、を備え、該観測用信号変換部は、上記ＯＦＤＭ信号復調部のＦＦＴ出力信号からサブキャリアの振幅値を演算する振幅演算手段と、上記サブキャリアの振幅値を記憶する記憶手段と、該記憶手段から所定の順番でサブキャリアの振幅値を読み出す読み出し手段と、から成ることを要旨とする。

本発明において、前記サブキャリアの振幅値の読み出しの順番が、ＯＦＤＭ信号のベースバンドの周波数の昇順となるように設定するようにしてもよい。

また、本発明において、下記（ｉ）〜（iii）のような各構成をとるようにしてもよい。
（ｉ）前記観測用信号変換部が、前記記憶手段の記憶動作を制御するための記憶動作切り替え信号を発生する切り替え信号発生手段を有し、前記記憶手段は、上記記憶動作切り替え信号に応答して、受信したＯＦＤＭ信号の毎シンボルのサブキャリアの振幅値又は受信したＯＦＤＭ信号の１シンボルのサブキャリアの振幅値を選択して記憶するように構成される。
（ii）前記観測用信号変換部が、前記読み出し手段より供給される前記サブキャリアの振幅値のデジタル信号をアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換手段を備える。
（iii）前記読み出し手段が、ＯＦＤＭ信号のベースバンドの周波数が最も低いサブキャリアの振幅値の読み出しタイミングに同期して表示同期のためのトリガ用パルスを発生するように構成される。

以上説明した所から明らかなように本発明によれば、ＯＦＤＭ信号復調装置において、高価な掃引型スペクトラムアナライザーを用いることなく、リアルタイムで伝搬路の周波数特性を観測することができる。

本発明の伝搬路の周波数特性観測の原理を説明するため、例えば、ＯＦＤＭのパラメータの一部を下記のように定める。
Ｎ_p ：ＦＦＴ（フーリエ変換）／ＩＦＦＴ（逆フーリエ変換）ポイントの数 ６４
Ｎ_s ：サブキャリアの数 ５２
Ｔ_s ：シンボル間隔 ４μｓ
Ｔ ：ＦＦＴ／ＩＦＦＴ期間 ３．２μｓ
上述のようにＦＦＴ期間３．２μｓにＦＦＴポイント数が６４であるので、ＦＦＴサンプリング周波数ＦｓはＦｓ＝Ｎ_p／Ｔ＝６４／（３．２×１０^-6）＝２０×１０⁶［Ｈｚ］で２０ＭＨｚとなる。このＯＦＤＭ信号のサブキャリア周波数間隔ｆ₀はＦＦＴの性質により、
ｆ₀＝Ｆｓ／Ｎ_p＝２０×１０⁶／６４＝３１２．５×１０³［Ｈｚ］
で３１２．５ＫＨｚとなり、ベースバンドでのサブキャリア周波数配置は図１のようになる。図１で、Ａ０，Ａ１，……Ａ５１はサブキャリア番号を示す。

ＯＦＤＭ変調方式をとる送信機はこのベースバンド信号で５ＧＨｚ帯の搬送波を変調して送信する。サブキャリア変調方式としてＰＳＫが使用される場合、５２のサブキャリアの振幅は送信側では図２に示すように同じレベルである特徴がある。そして電波伝搬路の周波数特性によって受信側で復調されるサブキャリアの振幅は図２のように変化する。そこで受信側で復調されたサブキャリアの振幅レベルをサブキャリア番号の順番に表示する手段を設ければ伝搬路の周波数特性を観測することができる。

図３は本発明のＯＦＤＭ信号復調装置の一実施形態を示す。同図において、１０はＯＦＤＭ信号復調部、２０は観測用信号変換部で、ＯＦＤＭ信号復調部１０は図９と同様の公知の構成であって、ＡＤ変換機器１１、ＦＦＴ回路１２、データ復号器１３等から成る。

観測用信号変換部２０は、サブキャリア振幅演算回路２１、記憶回路２２、書き込み回路２３、ＤＡ変換器２４、読み出し回路２５から成る。

ＦＦＴ回路１２は入力されたＯＦＤＭ信号の時間域の離散信号を周波数域の離散スペクトルに変換し、各サブキャリアのコンスタレーションを出力する。出力は周波数が０、ｆ０、２×ｆ０、…、６２×ｆ０、６３×ｆ０に対応するデータの順番となる。離散フーリエ変換の性質により、ベースバンドで周波数が−３２×ｆ０、−３１×ｆ０、…、−２×ｆ０、−１×ｆ０のサブキャリアのコンスタレーションデータは、それぞれ順に３２×ｆ０、３３×ｆ０、…、６２×ｆ０、６３×ｆ０の周波数のデータとして結果が得られるので、ＦＦＴ回路１２からの出力データは図２のサブキャリア番号に対応させるとＤＣ、Ａ２６、Ａ２７、…、Ａ５１、Ａ０、Ａ１、…、Ａ２５の順となる。また、Ａ５１とＡ０のデータの間には１１の未使用サブキャリアに対応するデータが出力される。

観測用信号変換部２０の動作は次のようになる。
演算回路２１は、ＦＦＴ回路１２から出力される各サブキャリアのコンスタレーションＸ，Ｙと原点の距離√（Ｘ²＋Ｙ²）つまりサブキャリアの振幅値を求める。記憶回路２２は、書き込み回路２３の書き込み動作によりＤＣサブキャリアのものから順に６４のサブキャリアの振幅値をメモリする。一方、記憶回路２２からの読み出しは、読み出し回路２５の読み出し動作により周波数の低いサブキャリアに対応するデータから順に行い、Ａ０，Ａ１，…，Ａ２５，ＤＣ，Ａ２６，Ａ２７，…，Ａ５１の順でサブキャリアの振幅値を出力する。

ＤＡ変換器２４は周波数の低い順に並び替えられて読み出された振幅値データをアナログ値に変換して観測用信号をＦ ＯＵＴとして出力する。このＦ ＯＵＴをオシロスコープで表示すれば受信側での周波数特性が観測できる。また、記憶回路２２からＡ０サブキャリアの振幅値が出力されるタイミングに同期したトリガパルスＴＲＩＧ ＯＵＴを読み出し回路２５から出力してこのトリガパルスでオシロスコープの表示を同期させれば、ジッタの少ないきれいな観測を行うことができる。

記憶回路２２にサブキャリア振幅値を書き込み読み出しする時の動作モードとして次の２つを設けておけば更に利用価値の高い観測を行うことができる。
（ｉ）リアルタイムモード
バッファリングを毎シンボルで行う。リアルタイムで伝搬路の周波数特性を観測することが可能。
（ii）ワンシンボルモード
バッファリングを１シンボルについてのみ行う。ある瞬間の伝搬路の周波数特性を観測することが可能。
どちらのモードでも記憶回路２２からの読み出し動作は一定の周期で行う。ワンシンボルモードでの動作タイミングは、例えば、基板上にプッシュスイッチを設けてスイッチが押されたタイミングとしても良いし、外部から入力しても良い。

図４に上記動作のタイミング例を示す。図４において、ＡＤ変換器１１の出力ＡＤＣ Ｉ，Ｑ ＯＵＴ波形中の数字はそのタイミングで出力されているデータに対応するＡＤ変換器のサンプルポイント番号を、その他の波形中の数字はそのタイミングで出力されているデータに対応するフーリエ変換ＦＦＴのポイント番号を示す。

記憶回路２２の入力つまり演算回路２１の出力√（Ｘ²＋Ｙ²）演算ＯＵＴまでは、データはＦＦＴポイント番号の順番に並んでいるが、記憶回路２２の出力では出力するデータの順番を制御し並び替えているためベースバンドのサブキャリア周波数配置において周波数の低いサブキャリアに対応するデータから順に出力されている。

ＴＲＩＧ ＯＵＴとして出力されるパルスは、Ａ０サブキャリアつまり３８番目のＦＦＴポイントに対応するデータが記憶回路２２に出力されるタイミングで発生する。このＴＲＩＧ ＯＵＴ信号をオシロスコープのトリガとして使用しＤＡ変換器２４の出力Ｆ ＯＵＴを観測することで、リアルタイムモードではシンボル伝送時の伝搬路の周波数特性が次々と更新されて表示されるので、文字通りリアルタイムで特性が分かる。またワンシンボルモードでは、トリガ入力の直後に受信したシンボルのデータを記憶回路２２から繰り返し出力するので、シンボル伝送時における伝搬路の周波数特性をオシロスコープ上に表示し保持することが可能となる。

図５は上述した本発明の実施形態に基づく一実施例を示す。同図において、ＯＦＤＭ信号復調部１０は、ＡＤ変換器１０１、ＦＦＴ回路１０２、データ復号器１０４等から成る。観測用信号変換部２０において、サブキャリア振幅演算回路は振幅演算器１０５から成り、書き込み読み出し回路はタイミング回路１０３、データコントローラ１０６、プッシュスイッチ１１２、モード設定レジスタ１０８で構成され、記憶回路メモリは１０９，１１０から成る。

タイミング回路１０３は、ＡＤ変換器１０１でデジタルデータ化されたベースバンド信号３０７から、受信したＯＦＤＭシンボルの有効シンボル期間の信号を取り込むためのシンボル同期信号３０１を生成する。

ＦＦＴ回路１０２は、シンボル同期信号３０１に同期して１ＯＦＤＭシンボルずつの入力ベースバンド信号３０７に対してＦＦＴ演算を行い各サブキャリアの情報点信号３０８を出力する。

データ復号器１０４は、前記情報点信号３０８より、シンボル識別を行い、伝送された情報が復調されデータ出力３１３として出力される。一方、ＦＦＴ回路１０２で生成された情報点信号３０８は、振幅演算器１０５へも供給される。振幅演算器１０５は、Ｉ信号およびＱ信号からなる前記情報点信号３０８から、振幅を計算した結果の振幅信号３０４を出力する。

タイミング回路１０３は、シンボル同期信号３０１を、ＦＦＴ回路１０２でのＦＦＴ演算遅延時間と、振幅演算器１０５での振幅演算遅延時間を加えた時間だけ遅らせた、シンボル振幅同期信号３０２を生成する。モード設定レジスタ１０８は、前記２つのモードを切り替えるための切り替え信号３０３を出力する。

データコントローラ１０６は、切替え信号３０３によって、以下の２種類の動作を行う。
まず、切替え信号３０３が、受信した毎シンボルのサブキャリアの振幅値を記憶する動作モード（リアルタイムモード（ｉ））を示す値であるときは、以下の動作を行う。
データコントローラ１０６は、シンボル振幅同期信号３０２に同期して入力される、周波数が０である０番目のサブキャリアの振幅データから、３１番目のサブキャリアの振幅データまでを、順番にメモリ１０９に格納する。
データコントローラ１０６は、引き続き入力される３２番目のサブキャリアの振幅データから、６３番目のサブキャリアの振幅データまでを、順番に振幅信号３０５としてＤＡ変換器１０７へ出力する。

データコントローラ１０６は、３８番目のサブキャリアの振幅データを出力するタイミングに同期して、トリガ用パルスをトリガ出力３１２へ出力する。
データコントローラ１０６は、前記６３番目のサブキャリアの振幅データを出力した後、メモリ１０９に格納しておいた、０番目のサブキャリアの振幅データから、３１番目のサブキャリアの振幅データまでを、順番に振幅信号３０５としてＤＡ変換器１０７へ出力する。
データコントローラ１０６は、前記０番目のサブキャリアの振幅データから、３１番目のサブキャリアの振幅データまでを出力しているタイミングにおいて、次のＯＦＤＭシンボルの振幅信号に対応する振幅同期信号３０２が入力されると、当該ＯＦＤＭシンボルについて、振幅同期信号３０２に同期して入力される、周波数が０である０番目のサブキャリアの振幅データから、３１番目のサブキャリアの振幅データまでを、順番にメモリ１１０に格納する。

データコントローラ１０６は、引き続き入力される３２番目のサブキャリアの振幅データから、６３番目のサブキャリアの振幅データまでを、順番に振幅信号３０５としてＤＡ変換器１０７へ出力する。
データコントローラ１０６は、前記３２番目のサブキャリアの振幅データを出力するタイミングに同期して、トリガ用パルスをトリガ出力３１２へ出力する。
データコントローラ１０６は、前記６３番目のサブキャリアの振幅データを出力した後、メモリ１１０に格納しておいた、０番目のサブキャリアの振幅データから、３１番目のサブキャリアの振幅データまでを、順番に振幅信号３０５としてＤＡ変換器１０７へ出力する。

以上のように、データコントローラ１０６は、メモリ１０９とメモリ１１０を交互に振幅データの一時的なバッファとして使用しながら、振幅データの並び替えを行い、ベースバンドにおいて周波数の低いサブキャリアの振幅データから順番に出力する。

次に、切り替え信号３０３が、受信した１シンボルのサブキャリアの振幅値を記憶する動作モード（ワンシンボルモード（ii））を示す値であるときは、以下の動作を行う。

プッシュスイッチ１１２は、スイッチが押下されるとデータ格納用パルスを生成し、データ格納信号３０６に出力する。
データコントローラ１０６は、前記データ格納用パルスを検出すると、その直後のシンボル振幅同期信号３０２、に同期して入力される、周波数が０である０番目のサブキャリアの振幅データから、３１番目のサブキャリアの振幅データまでを、順番にメモリ１０９に格納する。
引き続き入力される３２番目のサブキャリアの振幅データから、６３番目のサブキャリアの振幅データまでを、順番にメモリ１１０に格納する。

データコントローラ１０６は、前記格納動作後、一定の周期で、メモリ１１０に格納しておいた、３２番目のサブキャリアの振幅データから、６３番目のサブキャリアの振幅データまでを、順番に振幅信号３０５としてＤＡ変換器１０７へ出力する。
データコントローラ１０６は、前記３２番目のサブキャリアの振幅データを出力するタイミングに同期して、トリガ用パルスをトリガ出力３１２へ出力する。
データコントローラ１０６は、前記６３番目のサブキャリアの振幅データを出力した後、メモリ１０９に格納しておいた、０番目のサブキャリアの振幅データから、３１番目のサブキャリアの振幅データまでを、順番に振幅信号３０５としてＤＡ変換器１０７へ出力する。
データコントローラ１０６による振幅信号の出力動作は、次にデータ格納用パルスを検出するまで、前記一定の周期で、繰り返し行われる。また、次にデータ格納用パルスを検出したあとは、前記の一連の動作を繰り返す。
ＤＡ変換器１０７は、入力されるデジタル値の振幅信号３０５を、アナログ値に変換し、周波数特性出力３１１として出力する。

図６に上述した実施例の動作タイミング例を示す。
図７は本発明の他の実施例を示す。同図において、ＯＦＤＭ信号復調部１０は、ＡＤ変換器２０１、ＦＦＴ回路２０２、データ復号器２０４から成る。観測用信号変換部２０において、サブキャリア振幅演算回路は振幅演算器２０５から成り、書き込み回路はタイミング回路２０３、アドレスコントローラ２０６、モード設定レジスタ２０７、プッシュスイッチ２１１で構成される。また記憶回路はデュアルポートメモリ２０８から成り、読み出し回路はアドレスコントローラ２１０から成る。

タイミング回路２０３は、ＡＤ変換器２０１でデジタルデータ化されたベースバンド信号４１３から、受信したＯＦＤＭシンボルの有効シンボル期間の信号を取り込むためのシンボル同期信号４０１を生成する。

ＦＦＴ２０２は、シンボル同期信号４０１に同期して１ＯＦＤＭシンボルずつの入力ベースバンド信号４１３に対してＦＦＴ演算を行い各サブキャリアの情報点信号４１４を出力する。

データ復号器２０４は、前記情報点信号４１４より、シンボル識別を行い、伝送された情報が復調されデータ出力４１０として出力される。
一方、ＦＦＴ回路２０２で生成された情報点信号４１４は、振幅演算器２０５へも供給される。

振幅演算器２０５は、Ｉ信号およびＱ信号からなる前記情報点信号４１４から、振幅を計算した結果の振幅信号４０４を出力する。
タイミング回路２０３は、シンボル同期信号４０１を、ＦＦＴ回路２０２でのＦＦＴ演算遅延時間と、振幅演算器２０５での振幅演算遅延時間を加えた時間だけ遅らせた、シンボル振幅同期信号４０２を生成する。

モード設定レジスタ２０７は、２つのモードを切り替えるための切り替え信号４０３を出力する。
アドレスコントローラ２０６は、切り替え信号４０３によって、以下の２種類の動作を行う。

まず、切り替え信号４０３が、受信した毎シンボルのサブキャリアの振幅値を記憶する動作モードを示す値であるときは、以下の動作を行う。
アドレスコントローラ２０６は、シンボル振幅同期信号４０２に同期して、周波数が０である０番目のサブキャリアの振幅データを格納するアドレスから、６３番目のサブキャリアの振幅データ格納するアドレスまでを生成し、順番に書き込みアドレス信号４０６として出力する。
アドレスコントローラ２０６は、前記アドレス信号の出力に合わせて、メモリ書き込み信号１０９を生成し出力する。
アドレスコントローラ２０６が生成する、前記書き込みアドレスは、Ｎ番目のサブキャリアについて、Ｎが０以上３１以下の時Ｎ＋３３とし、Ｎが３２以上６３以下の時Ｎ−３１とする。
アドレスコントローラ２０６は、シンボル振幅同期信号４０２を検出する毎に、上記の動作を繰り返し行う。

次に切り替え信号４０３が、受信した１シンボルのサブキャリアの振幅値を記憶する動作モードを示す値であるときは、以下の動作を行う。
プッシュスイッチ２１１は、スイッチが押下されるとデータ格納用パルスを生成し、データ格納信号４０８に出力する。
アドレスコントローラ２０６は、前記データ格納用パルスを検出すると、その直後のシンボル振幅同期信号４０２、に同期して入力される、周波数が０である０番目のサブキャリアの振幅データを格納するアドレスから、６３番目のサブキャリアの振幅データ格納するアドレスまでを生成し、順番に書き込みアドレス信号４０６として出力する。
アドレスコントローラ２０６は、前記アドレス信号の出力に合わせて、メモリ書き込み信号４０９を生成し出力する。
アドレスコントローラ２０６が生成する、前記書き込みアドレスは、Ｎ番目のサブキャリアについて、Ｎが０以上３１以下の時Ｎ＋３３とし、Ｎが３２以上６３以下の時Ｎ−３１とする。
アドレスコントローラ２０６は、データ格納用パルスを検出する毎に、上記の動作を繰り返し行う。

アドレスコントローラ２１０は、一定の周期で、読み出しアドレス信号４０７を生成して出力するとともに、前記アドレスの出力に合わせて、メモリ読み出し信号４１０を生成し出力する。
アドレスコントローラ２１０が生成する、前記読み出しアドレスは、アドレスコントローラ２０６が生成する書き込みアドレスが前記の例に従う場合は、１から順番に６４まで、とする。
アドレスコントローラ２１０は、読み出しアドレス信号４０７に７を出力するタイミングに合わせて、トリガ出力４１２にトリガパルスを出力する。

デュアルポートメモリ２０８は、メモリ書き込み信号４０９が入力されると、書き込みアドレス信号４０６で示されるメモリの記憶領域に、振幅信号４０４に入力される値を記憶する。
デュアルポートメモリ２０８は、メモリ読み出し信号４１０が入力されると、読み出しアドレス信号４０７で示されるメモリの記憶領域に記憶されている値を読み出し、振幅信号４０５へ出力する。
ＤＡ変換器２０９は、入力されるデジタル値の振幅信号４０５を、アナログ値に変換し、周波数特性出力４１１として出力する。
図８に上述した実施例の動作タイミング例を示す。

ＯＦＤＭ信号のベースバンドでのサブキャリア周波数配置を示す図である。 ＯＦＤＭ信号の周波数特性を示す図である。 本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。 図３の動作タイミング例を示す図である。 本発明の一実施例を示すブロック図である。 図５の動作タイミング例を示す図である。 本発明の他の実施例を示すブロック図である。 図７の動作タイミング例を示す図である。 従来のＯＦＤＭ信号復調装置を示すブロック図である。

符号の説明

１０ ＯＦＤＭ信号復調部
１１ ＡＤ変換器
１２ ＦＦＴ回路
１３ データ復号器
２０ 観測用信号変換部
２１ サプキャリア振幅演算回路
２２ 記憶回路
２３ 書き込み回路
２４ ＤＡ変換回路
２５ 読み出し回路

Claims (2)

1. ＯＦＤＭ信号復調部と、
   観測用信号変換部と、を備え、
   該観測用信号変換部は、上記ＯＦＤＭ信号復調部のＦＦＴ出力信号からサブキャリアの振幅値を演算する振幅演算手段と、上記サブキャリアの振幅値を記憶する記憶手段と、該記憶手段から所定の順番でサブキャリアの振幅値を読み出す読み出し手段と、から成り、
   前記観測用信号変換部が、前記記憶手段の記憶動作を制御するための記憶動作切り替え信号を発生する切り替え信号発生手段を有し、
   前記記憶手段は、上記記憶動作切り替え信号に応答して、受信したＯＦＤＭ信号の毎シンボルのサブキャリアの振幅値又は受信したＯＦＤＭ信号の１シンボルのサブキャリアの振幅値を選択して記憶するように構成されたことを特徴とするＯＦＤＭ信号復調装置。
2. 前記読み出し手段がＯＦＤＭ信号のベースバンドの周波数の昇順となるように読み出したサブキャリアの振幅値を表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ信号復調装置。

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