JP4647296B2 - Delay profile measuring device - Google Patents
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本発明は、遅延プロファイル測定装置に関し、より詳細には、地上デジタル放送システム等のようにOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)変調方式を用いて通信を行う通信システムにおける、伝送路特性を測定するための遅延プロファイル測定装置に関する。 The present invention relates to a delay profile measuring apparatus, and more specifically, for measuring transmission path characteristics in a communication system that performs communication using an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) modulation method such as a terrestrial digital broadcasting system. The present invention relates to a delay profile measuring apparatus.
一般に、送信機から送信される信号は、受信機に直接到達する直接波と建物等に反射・回折・散乱することにより遅延して到達する遅延波(マルチパス信号)とがある。複数の遅延波が合成されて受信機で受信された場合には、波形歪みによる画質劣化を引き起こすマルチパス障害が生じる。このようなマルチパス障害をできるだけ低減するために、伝送路特性すなわち遅延プロファイルを測定して、受信機のアンテナの指向性等を設定する必要がある。 In general, a signal transmitted from a transmitter includes a direct wave that directly reaches the receiver and a delayed wave (multipath signal) that arrives after being delayed by reflection, diffraction, or scattering on a building or the like. When a plurality of delayed waves are combined and received by the receiver, a multipath failure that causes image quality degradation due to waveform distortion occurs. In order to reduce such a multipath failure as much as possible, it is necessary to set the directivity of the antenna of the receiver, etc. by measuring the transmission path characteristic, that is, the delay profile.
特に、現在、地上アナログ放送の地上デジタル放送への移行が進められているが、OFDM変調方式を採用する地上デジタル放送システムにおいては、複数の波の合成電界を測定するだけでは、伝送路特性を把握することが困難である。したがって、地上デジタル放送システムにおいては、伝送路特性を把握するために遅延プロファイルを測定することが特に有効である。
なお、遅延プロファイルは、伝送路の時間応答特性として表されるが、時間応答特性と周波数特性とはフーリエ変換対の関係にあるため、伝送路の周波数特性を測定し、該周波数特性を逆フーリエ変換することによって得ることができる。
このような遅延プロファイル測定装置が、以下の特許文献1及び2に記載されている。
In particular, the transition from analog terrestrial broadcasting to terrestrial digital broadcasting is currently underway. However, in terrestrial digital broadcasting systems that employ the OFDM modulation method, the transmission path characteristics can be improved by simply measuring the combined electric field of multiple waves. It is difficult to grasp. Therefore, in the terrestrial digital broadcasting system, it is particularly effective to measure the delay profile in order to grasp the transmission path characteristics.
Note that the delay profile is expressed as a time response characteristic of the transmission line. Since the time response characteristic and the frequency characteristic are in a Fourier transform pair relationship, the frequency characteristic of the transmission line is measured, and the frequency characteristic is inverse Fourier transformed. It can be obtained by converting.
Such delay profile measuring devices are described in
地上デジタル放送システムにおける遅延プロファイル測定を行う場合、図3のブロック図に示す構成を有するデジタル復調器1を用いて、受信信号からスキャッタード・パイロット信号(以下、SP信号)を復調する。該デジタル復調器1は、局部発振器11、受信信号と局部発振周波数を乗算してIF信号を出力する乗算器12、IF信号をデジタル信号に変換するA/D変換器13、IF信号(デジタル)のシンボル同期処理を行うシンボル同期処理回路14、同期処理された信号をフーリエ変換処理するDFT回路15(又はFFT回路)、DFT回路15の出力信号からSP信号を分離抽出するパイロット信号分離回路16を備えている。
When delay profile measurement is performed in a terrestrial digital broadcasting system, a scattered pilot signal (hereinafter referred to as an SP signal) is demodulated from a received signal using the
なお、SP信号は、既知の一定の振幅及び位相を持つ複素ベクトルであり、地上デジタル波に、伝送路の周波数特性を表すために、地上デジタル放送波の帯域内で周波数方向に一定の間隔で配置されている。SP信号とSP信号との間には、本来のデータ信号が配置される。復調されたSP信号は、伝送路の周波数特性の影響を受けて歪んだ状態で得られるが、送信時のSP信号の状態が分かっているので、送信時のSP信号と受信時のSP信号とを対比することにより、伝送路の周波数特性を得ることができる。
デジタル復調器1により復調されたSP信号を用いて、遅延プロファイル演算部2が遅延プロファイルを計算する。得られた遅延プロファイルは、モニタ3上に、横軸を遅れ時間、縦軸を信号電力レベルとして視覚的にグラフ表示され、また、直接波(Desired Wave)と遅延波(Undesired Wave)の信号電力レベルの比D/Uによって、伝送路の特性が評価される。
Using the SP signal demodulated by the
上記したように、遅延プロファイル測定装置においては、デジタル復調器を用いて受信信号からSP信号を復調し、該SP信号を用いて遅延プロファイルの演算処理を行っているが、デジタル復調器の内部要因により、様々な歪みが生じている。特に、局部発振周波数のずれ、A/D変換器のサンプリングタイミング及びシンボル同期タイミングのずれは、SP信号の位相回転を発生させる。SP信号におけるこのような位相回転は、遅延プロファイル全体の時間シフトとして現れ、結局、正確な遅延プロファイルを得ることが不可能となる。 As described above, in the delay profile measurement device, the digital demodulator is used to demodulate the SP signal from the received signal, and the delay profile is calculated using the SP signal. As a result, various distortions occur. In particular, a shift in the local oscillation frequency, a shift in the sampling timing of the A / D converter, and a symbol synchronization timing cause phase rotation of the SP signal. Such phase rotation in the SP signal appears as a time shift of the entire delay profile, and eventually it is impossible to obtain an accurate delay profile.
すなわち、図3に示した遅延プロファイル演算部2におけるフーリエ変換には、通常、逆離散フーリエ変換(IDFT)が用いられ、このため、時間分解能は、SP信号の数すなわち逆フーリエ変換における周波数データの数により制限される。したがって、SP信号の位相回転による時間ずれが時間分解能の整数倍である場合は、正しく検出することが可能であるため遅延プロファイル測定を高精度に行うことができるが、時間ずれが時間分解能の非整数倍で生じた場合には、本来ならば検出可能な成分を検出することができない。 That is, inverse Fourier transform (IDFT) is normally used for the Fourier transform in the delay profile calculation unit 2 shown in FIG. 3, and therefore the time resolution is the number of SP signals, that is, the frequency data in the inverse Fourier transform. Limited by number. Therefore, when the time shift due to the phase rotation of the SP signal is an integral multiple of the time resolution, the delay profile can be measured with high accuracy because it can be detected correctly. If it occurs at an integral multiple, a component that would otherwise be detectable cannot be detected.
特に、直接波は、遅延プロファイルの時間ゼロの位置に現れる信号成分であるが、時間ずれが時間分解能の非整数倍で生じた場合には、その位置が時間ゼロ以外の位置となってしまう。したがって、得られた遅延プロファイル上の時間ゼロ上の信号レベルは、本来の直接波の信号レベルより低下してしまう。そして、遅延波の評価は、上記したようにD/U比で表されるため、直接波の信号レベルが誤っていると、D/U比も誤った値となる。
また、遅延波は、遅延プロファイル上で極めて急峻な山型として現れるので、わずかな時間ずれであってもそれが時間分解能の非制数倍である場合には、検出される信号レベルが低下してしまい、これによってもD/U比が誤った値となる。
In particular, the direct wave is a signal component that appears at the time zero position of the delay profile, but when the time shift occurs at a non-integer multiple of the time resolution, the position becomes a position other than time zero. Therefore, the signal level at time zero on the obtained delay profile is lower than the signal level of the original direct wave. Since the evaluation of the delayed wave is expressed by the D / U ratio as described above, if the signal level of the direct wave is incorrect, the D / U ratio also becomes an incorrect value.
In addition, since the delayed wave appears as a very steep mountain shape on the delay profile, the detected signal level decreases if it is a non-integral multiple of the time resolution even if there is a slight time shift. As a result, the D / U ratio becomes an incorrect value.
上記した従来例の遅延プロファイル測定装置は、デジタル復調器内部で生じるSP信号の位相回転の問題を解決することができるものではなく、本発明は、このような問題に鑑みてなされたものである。
したがって、本発明の目的は、地上デジタル放送等のOFDM変調方式を採用した通信システムの遅延プロファイルを、デジタル復調器の内部要因によって生じるSP信号の歪みによる影響を低減して、高精度で測定できるようにすることである。
The above-described delay profile measuring device of the conventional example cannot solve the problem of the phase rotation of the SP signal generated inside the digital demodulator, and the present invention has been made in view of such a problem. .
Accordingly, an object of the present invention is to measure the delay profile of a communication system employing an OFDM modulation method such as terrestrial digital broadcasting with high accuracy while reducing the influence of SP signal distortion caused by internal factors of the digital demodulator. Is to do so.
上記した目的を達成するために、本発明は、OFDM変調方式を採用した通信システムにおける遅延プロファイルを測定するための遅延プロファイル測定装置において、
受信した信号から復調されたスキャッタード・パイロット信号(以下、SP信号)のサンプル列が入力され、該SP信号のサンプル列の末尾にゼロ値の複数のサンプルを付加することによって、サンプル数が拡張された拡張SP信号を出力するサンプル拡張手段と、
拡張SP信号の逆フーリエ変換を行って伝送路インパルス応答を出力する逆フーリエ変換手段と、
伝送路インパルス応答における最大電力レベル、及びその位置を検出する最大レベル検出手段と、
直接波の理想的な出現位置を、逆フーリエ変換手段からの出力データの先頭位置として決定し、最大電力レベルの位置と直接波の理想的な出現位置との差を演算し、該差の分だけ伝送路インパルス応答をバレルシフトするバレルシフタと、
バレルシフトされた伝送路インパルス応答における時間0以外の時間の電力レベルを検出し、最大レベル検出手段によって検出された最大電力レベルとの比であるD/U比を計算する手段と
を備えていることを特徴とする遅延プロファイル測定装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a delay profile measuring apparatus for measuring a delay profile in a communication system employing an OFDM modulation scheme.
It received signal Scattered Pilot signal demodulated (hereinafter, SP signals) sample sequence of the input by adding a plurality of samples of zero value at the end of the sample sequence of the SP signals, the number of samples is extended Sample expansion means for outputting an expanded SP signal;
An inverse Fourier transform means for performing an inverse Fourier transform of the extended SP signal and outputting a transmission line impulse response;
A maximum power level in the transmission line impulse response, and a maximum level detecting means for detecting the position thereof;
Ideal appearance position of the direct wave, determined as the start position of the output data from the inverse Fourier transform unit calculates the difference between the ideal occurrence position of the position of the maximum power level and the direct wave, minute difference Only a barrel shifter to barrel shift the transmission line impulse response,
And a means for detecting a power level at a time other than time 0 in the barrel-shifted transmission line impulse response and calculating a D / U ratio that is a ratio with the maximum power level detected by the maximum level detecting means. A delay profile measuring device is provided.
上記した本発明に係る遅延プロファイル測定装置の好適な実施形態においては、遅延プロファイル測定装置はさらに、受信した信号からSP信号を復調するためのデジタル復調器を備えている。 In a preferred embodiment of the delay profile measuring apparatus according to the present invention described above , the delay profile measuring apparatus further includes a digital demodulator for demodulating the SP signal from the received signal.
本発明の遅延プロファイル測定装置は、上記したように構成されているので、受信信号から復調されたSP信号に歪みが含まれていても、高精度で遅延プロファイルを測定することができる。
また、このとき、SP信号を復調するデジタル復調器で生じるSP信号の位相回転量を測定する必要がないので、該復調器内部の局部発振周波数のずれ、A/D変換器のサンプリング・タイミング及びシンボル同期タイミングのずれ等を測定して、それら値を遅延プロファイルの補正に使用する必要がない。したがって、内部の復調情報を取得する手段を備えていないデジタル復調器であっても、本発明の遅延プロファイル測定装置を該デジタル復調器に単に接続するだけで、遅延プロファイル測定を実行することができる。よって、本発明によれば、既存のデジタル復調器との組み合わせでも、高精度の遅延プロファイル測定を行うことができる。
Since the delay profile measuring apparatus of the present invention is configured as described above, it is possible to measure a delay profile with high accuracy even if distortion is included in the SP signal demodulated from the received signal.
At this time, since it is not necessary to measure the amount of phase rotation of the SP signal generated by the digital demodulator that demodulates the SP signal, the deviation of the local oscillation frequency inside the demodulator, the sampling timing of the A / D converter, and It is not necessary to measure a symbol synchronization timing shift or the like and use these values for delay profile correction. Therefore, even a digital demodulator that does not include a means for acquiring internal demodulation information can perform delay profile measurement simply by connecting the delay profile measurement device of the present invention to the digital demodulator. . Therefore, according to the present invention, a highly accurate delay profile measurement can be performed even in combination with an existing digital demodulator.
図1は、本発明に係る遅延プロファイル測定装置20の構成を示すブロック図である。該遅延プロファイル測定装置20は、遅延プロファイル演算部210を備え、該演算部は、サンプル拡張部211、IFFT部(又はIDFT)212、最大レベル検出部213、バレルシフタ214、D/U計算部215で構成されている。遅延プロファイル測定装置20はさらに、モニタ220を備えている。なお、10は、図3に示したような構成を有するSP信号復調用のデジタル復調器である。
以下に、図1に示した遅延プロファイル測定装置20の動作を詳細に説明する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a delay
Hereinafter, the operation of the delay
遅延プロファイル演算部210のサンプル拡張部21は、IFFT部212での演算に用いられるサンプル数をSP信号の数よりも大きくするための機能を備えており、デジタル復調器10から入力されたSP信号のサンプル列にゼロ値である複数のサンプル(以下、ゼロ値サンプル)を付加し、その結果得られたサンプル数が拡張されたSP信号を拡張SP信号としてIFFT部212に出力する。拡張SP信号は、入力されたSP信号の末尾に複数のゼロ値サンプルを追加することにより、得ることができる。
The
IFFT部212は、拡張SP信号を受け取り、拡張SP信号に基づいた逆高速フーリエ変換処理を行って伝送路インパルス応答を出力する。これにより、IFFT部212は、時間分解能を高くした逆高速フーリエ変換を行うことができる。伝送路インパルス応答は、最大レベル検出部213及びバレルシフタ214に供給される。
最大レベル検出部213は、供給された伝送路インパルス応答中の最大電力レベルを検出し、これを直接波の信号レベルすなわちDレベルとしてD/U計算部215に供給し、かつその最大レベルの出現位置(出現時間)である直接波出現位置を、バレルシフタ214に供給する。
The
The maximum
バレルシフタ214は、IFFT部212から供給される伝送路インパルス応答のデータ列を監視し、該データ列の先頭の出現位置を、理想的なデジタル復調器(すなわち、SP信号の位相回転を生じさせないデジタル復調器)を用いた場合の直接波の出現位置(直接波理想出現位置)として検出する。そして、バレルシフタ214は、この直接波理想出現位置と、最大レベル検出部213からの直接波出現位置とを対比して、その出現位置差を計算する。
次いで、バレルシフタ214は、出現位置差の分だけ、IFFT部212からの伝送路インパルス応答を全体的に時間軸でシフトすなわちバレルシフトさせ、伝送路インパルス応答の時間軸0に直接波出現位置を合致させる。なお、デジタル復調器10の内部要因による時間ずれは、遅延プロファイル全体に一定量で発生するため、バレルシフトにより、遅延プロファイル全体の時間ずれを補正することができる。バレルシフトされた伝送路インパルス応答は、D/U計算部215に供給されるとともに、モニタ220に供給される。
The
Next, the
D/U計算部215は、バレルシフトされた伝送路インパルス応答中の時間軸0以外の時間のインパルスの電力レベルを、遅延波の電力レベルとして検出する。そして、遅延波の電力レベルの内の最大電力レベルそれをUレベルとして、最大レベル検出部23から供給された最大信号レベルすなわちDレベルとの間でD/U比を計算する。得られたD/U比は、モニタ220に供給される。
モニタ220は、バレルシフタ214からの伝送路インパルス応答を表示するとともに、D/U計算部215からのD/U比の値を表示する。
The D / U calculation unit 215 detects the power level of the impulse other than the time axis 0 in the barrel-shifted transmission line impulse response as the power level of the delayed wave. Then, the D / U ratio is calculated between the maximum signal level supplied from the maximum level detector 23, that is, the D level, with the maximum power level of the delay wave power level as the U level. The obtained D / U ratio is supplied to the monitor 220.
The monitor 220 displays the transmission path impulse response from the
図2の(A)及び(B)は、従来例の遅延プロファイル測定装置及び本発明の遅延プロファイル測定装置によって生成される遅延プロファイルを例示的に対比して示したものである。なお、縦軸はデシベルで信号の電力レベルを表しており、したがって、グラフ上でのD/U比は、直接(D)波と遅延(U)波の差分として表される。
従来例の遅延プロファイル測定装置は、本発明に比べて時間分解能が低いため、図2の(A)に示すように、本来の直接波の出現位置がデジタル復調器の内部要因によって時間軸0からずれている場合には、遅延プロファイルの時間軸0上のDレベルが大きく低下してしまい、また遅延波のUレベルも低下している。これにより、測定されたD/U比が本来のD/U比と大きく異なってしまう。
これに対して、本発明の遅延プロファイル測定装置においては、サンプル拡張部211によりサンプル数を拡張して時間分解能を高めており、しかも、最大レベル検出部213及びバレルシフタ214により、最大レベルの出現位置を直接波の出現位置としてバレルシフトを行っている。これにより、図2の(B)に示すように、測定されたD/U比と本来のD/U比とはほとんど同一である。
したがって、本発明によれば、従来例と対比して正確なD/U比を測定することができることがわかる。
FIGS. 2A and 2B exemplarily compare the delay profiles generated by the conventional delay profile measuring apparatus and the delay profile measuring apparatus of the present invention. Note that the vertical axis represents the power level of the signal in decibels, and thus the D / U ratio on the graph is represented as the difference between the direct (D) wave and the delayed (U) wave.
Since the delay profile measuring apparatus of the conventional example has a lower time resolution than the present invention, as shown in FIG. 2A, the original direct wave appearance position is determined from the time axis 0 due to an internal factor of the digital demodulator. In the case of deviation, the D level on the time axis 0 of the delay profile is greatly lowered, and the U level of the delayed wave is also lowered. As a result, the measured D / U ratio is greatly different from the original D / U ratio.
On the other hand, in the delay profile measuring apparatus of the present invention, the number of samples is expanded by the
Therefore, according to the present invention, it can be seen that an accurate D / U ratio can be measured in comparison with the conventional example.
なお、本発明において、時間分解能を高めるほど、正確な遅延プロファイルが得られるものの、IFFT(又はIDFT)の計算量が増大する。したがって、遅延プロファイル計算処理の負荷と補正度合いのバランスを考慮して、時間分解能を決定する必要がある。 In the present invention, as the time resolution is increased, an accurate delay profile is obtained, but the amount of calculation of IFFT (or IDFT) increases. Therefore, it is necessary to determine the time resolution in consideration of the balance between the delay profile calculation processing load and the correction degree.
本発明に係る遅延プロファイル測定装置においては、デジタル復調器で生じるSP信号の位相回転量を測定する必要がないので、該復調器内部の局部発振周波数のずれ、A/D変換器のサンプリング・タイミング及びシンボル同期タイミングのずれ等を測定して、それら値を遅延プロファイルの補正に使用する必要がない。このため、本発明を該デジタル復調器に単に接続するだけで、遅延プロファイル測定を実行することができ、よって、本発明の遅延プロファイル測定装置は、図3に示すような構成のデジタル復調器を内蔵していてもいなくてもよい。なお、本発明の遅延プロファイル測定装置にSP信号を分離するためのデジタル復調器を内蔵させてもよいことは勿論である。 In the delay profile measuring apparatus according to the present invention, it is not necessary to measure the amount of phase rotation of the SP signal generated in the digital demodulator. Therefore, the local oscillation frequency shift in the demodulator, the sampling timing of the A / D converter, Further, it is not necessary to measure a deviation of the symbol synchronization timing and use these values for correcting the delay profile. Therefore, the delay profile measurement can be performed simply by connecting the present invention to the digital demodulator. Therefore, the delay profile measurement apparatus of the present invention has a digital demodulator having the configuration shown in FIG. It may or may not be built-in. Of course, the delay profile measuring apparatus of the present invention may incorporate a digital demodulator for separating the SP signal.
Claims (2)
受信した信号から復調されたスキャッタード・パイロット信号(以下、SP信号)のサンプル列が入力され、該SP信号のサンプル列の末尾にゼロ値の複数のサンプルを付加することによって、サンプル数が拡張された拡張SP信号を出力するサンプル拡張手段と、
拡張SP信号の逆フーリエ変換を行って伝送路インパルス応答を出力する逆フーリエ変換手段と、
伝送路インパルス応答における最大電力レベル、及びその位置を検出する最大レベル検出手段と、
直接波の理想的な出現位置を、逆フーリエ変換手段からの出力データの先頭位置として決定し、最大電力レベルの位置と直接波の理想的な出現位置との差を演算し、該差の分だけ伝送路インパルス応答をバレルシフトするバレルシフタと、
バレルシフトされた伝送路インパルス応答における時間0以外の時間の電力レベルを検出し、最大レベル検出手段によって検出された最大電力レベルとの比であるD/U比を計算する手段と
を備えていることを特徴とする遅延プロファイル測定装置。 In a delay profile measuring apparatus for measuring a delay profile in a communication system employing an OFDM modulation scheme,
It received signal Scattered Pilot signal demodulated (hereinafter, SP signals) sample sequence of the input by adding a plurality of samples of zero value at the end of the sample sequence of the SP signals, the number of samples is extended Sample expansion means for outputting an expanded SP signal;
An inverse Fourier transform means for performing an inverse Fourier transform of the extended SP signal and outputting a transmission line impulse response;
A maximum power level in the transmission line impulse response, and a maximum level detecting means for detecting the position thereof;
The ideal appearance position of the direct wave is determined as the head position of the output data from the inverse Fourier transform means , the difference between the position of the maximum power level and the ideal appearance position of the direct wave is calculated, and the difference is calculated. Only a barrel shifter to barrel shift the transmission line impulse response,
And a means for detecting a power level at a time other than time 0 in the barrel-shifted transmission line impulse response and calculating a D / U ratio that is a ratio with the maximum power level detected by the maximum level detecting means. A delay profile measuring apparatus.
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