JP4685688B2 - Radio wave propagation analyzer - Google Patents
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Description
本発明は、電波伝搬解析装置に関し、特に、信号帯域に複数のパイロットキャリアを含む電波の伝搬特性を解析する電波伝搬解析装置に関する。 The present invention relates to a radio wave propagation analyzing apparatus, and more particularly to a radio wave propagation analyzing apparatus for analyzing propagation characteristics of a radio wave including a plurality of pilot carriers in a signal band.
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)信号の遅延プロファイルなどを測定する伝搬解析装置は、受信信号から抽出したパイロットキャリアを既知の基準パイロットパターンで除算したものをIFFT(Inverse FFT)演算して求める方法が一般的であり、この手法を基にした様々な手法が提案されている(例えば特許文献1参照。)。 A propagation analysis apparatus that measures a delay profile of an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) signal performs IFFT (Inverse FFT) on a pilot carrier extracted from a received signal divided by a known reference pilot pattern. Therefore, various methods based on this method have been proposed (for example, see Patent Document 1).
図1は、遅延プロファイルを求める伝搬解析装置の一般的な構成図を示す。同図中、受信したOFDM信号を混合器1でローカル信号発生部2からのローカル信号と混合し、得られた中間周波信号をAD変換部3でデジタル信号に変換した後、直交復調部4で直交復調し、ガードインターバル相関演算部5にてガードインターバル相関を行うことによりシンボル同期を確立する。その後、窓位置制御部6によって有効シンボルを切り出した後、FFT(Fast Fourier Transform)演算部7にてFFT演算処理を行って、周波数領域の信号に変換する。
FIG. 1 shows a general configuration diagram of a propagation analyzer for obtaining a delay profile. In the figure, the received OFDM signal is mixed with the local signal from the
CP抽出部8は周波数領域に変換した信号から等化用に挿入されているパイロットキャリアを抽出し、除算部9にて上記パイロットキャリアを基準CP発生部10の出力する基準パイロット信号で複素除算して得られる伝搬路特性(伝搬路で受けた振幅、位相の変動)を、遅延プロファイル測定部11でIFFT演算することで遅延プロファイルを求めることができる。
The
また、直線内挿部12はデータキャリアの両側のパイロットキャリアの伝搬路特性から、パイロットキャリア間にあるデータキャリアの伝搬路特性を直線内挿することで推定して復調部13に供給しており、復調部13はFFT演算部7から供給されるデータキャリアを復調する。キャリアSN比測定部14は、キャリア以外のノイズフロアの電力と各キャリアの電力の比を測定する。
Further, the
ところで、正確な遅延プロファイルを得るためには、一般に精密なシンボル同期と複数シンボルにわたる平均処理が必要であるため、特許文献2に開示されたような同期手段と併用した遅延プロファイル測定法などが提案されている。
特許文献1に記載のものでは、遅延プロファイルのほか、キャリア毎のSN比や周波数特性などの伝搬特性を測定することはできるものの、遅延プロファイルで観測した希望波や遅延波の到来方向を同時に求めることはできないという問題があった。
In the device described in
また、従来から、OFDM信号に等化用に含まれるパイロットキャリアを利用して最大信号電力を有する希望波の到来方向を推定する方法が提案されている。この方法は、2系統のアンテナで受信したOFDM信号1シンボルから、それぞれパイロットキャリアを抽出し、マルチパスなどの影響を抑圧して希望波のアンテナ間位相差を検出し、その到来方向を推定する。しかし、この方法では、マルチパスの伝搬特性、即ち各遅延波の到来方向、希望波信号電力と各遅延波信号電力の比であるDU比、遅延時間を同時に求めることはできないという問題があった。 Conventionally, a method for estimating the arrival direction of a desired wave having the maximum signal power using a pilot carrier included in an OFDM signal for equalization has been proposed. This method extracts pilot carriers from one OFDM signal symbol received by two antennas, suppresses the effects of multipath, etc., detects the inter-antenna phase difference of the desired wave, and estimates its arrival direction. . However, this method has a problem that the propagation characteristics of multipath, that is, the arrival direction of each delayed wave, the DU ratio that is the ratio of the desired wave signal power and each delayed wave signal power, and the delay time cannot be obtained simultaneously. .
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、希望波や遅延波の到来する電波の方向を推定すると同時に、遅延波のDU比や遅延時間を求めることができる電波伝搬解析装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a radio wave propagation analysis apparatus that can estimate the DU ratio and delay time of a delayed wave while estimating the direction of a radio wave from which a desired wave or a delayed wave arrives. For the purpose.
請求項1に記載の発明は、信号帯域に複数のパイロットキャリアを含む電波を複数系統のアンテナで受信し、電波の到来方向、DU比、遅延時間を測定する電波伝搬解析装置であって、
各系統のアンテナで受信した信号を変換した周波数領域の信号からパイロットキャリアを抽出する抽出手段と、
前記各系統のパイロットキャリアと予め設定された基準パイロットキャリアとの時間領域での相関演算を行って希望波の到来方向及び信号電力を算出する到来方向算出手段と、
前記各系統のパイロットキャリアから希望波成分を差し引いたのち位相回転を与えて遅延波に同期させる同期手段と、
前記同期手段で回転した位相量から前記遅延波の遅延時間を算出する遅延時間算出手段と、
前記同期手段で遅延波に同期した前記各系統のパイロットキャリアを前記到来方向算出手段に供給して遅延波の到来方向及び信号電力を算出させる供給手段と、
前記希望波の信号電力と前記遅延波の信号電力の比であるDU比を算出するDU比算出手段を有することにより、
希望波や遅延波の到来する電波の方向を推定すると同時に、遅延波のDU比や遅延時間を求めることができる。
The invention according to
Extracting means for extracting a pilot carrier from a signal in a frequency domain obtained by converting a signal received by an antenna of each system;
A direction-of-arrival calculation means for calculating a direction of arrival and a signal power of a desired wave by performing a correlation operation in a time domain between a pilot carrier of each system and a preset reference pilot carrier;
Synchronizing means for subtracting the desired wave component from the pilot carrier of each system and then synchronizing the delayed wave with phase rotation,
A delay time calculating means for calculating a delay time of the delay wave from the phase amount rotated by the synchronizing means;
Supply means for supplying the pilot direction of each system synchronized with the delay wave by the synchronization means to the arrival direction calculation means to calculate the arrival direction and signal power of the delay wave;
By having a DU ratio calculating means for calculating a DU ratio that is a ratio of the signal power of the desired wave and the signal power of the delayed wave,
At the same time as estimating the direction of the radio wave from which the desired wave or delayed wave arrives, the DU ratio and delay time of the delayed wave can be obtained.
請求項2に記載の発明は、前記抽出手段で抽出されたパイロットキャリアを前記基準パイロットキャリアで除算した伝搬路応答から遅延プロファイルを得て、前記遅延波の粗い遅延時間を信号電力の大きい順に求める遅延プロファイル手段を有し、
前記同期手段は、前記各系統のパイロットキャリアから希望波成分を差し引いたのち前記遅延波の粗い遅延時間を微少時間間隔で前後にずらした位相回転を与えて遅延波に同期させることにより、演算負荷を軽減することができる。
According to a second aspect of the present invention, a delay profile is obtained from a propagation path response obtained by dividing the pilot carrier extracted by the extracting means by the reference pilot carrier, and coarse delay times of the delayed wave are obtained in descending order of signal power. A delay profile means,
The synchronization means subtracts the desired wave component from the pilot carrier of each system, and then synchronizes with the delay wave by applying a phase rotation in which the coarse delay time of the delay wave is shifted back and forth at a minute time interval. Can be reduced.
請求項3に記載の発明では、前記同期手段は、前回信号電力の大きい遅延波に同期させた各系統のパイロットキャリアから信号電力の大きい遅延波成分を差し引いたのち次に信号電力の大きい遅延波の粗い遅延時間を微少時間間隔で前後にずらした位相回転を与えて次に信号電力の大きい遅延波に同期させることにより、
希望波や遅延波の到来する電波の方向を推定すると同時に、各遅延波のDU比や遅延時間を信号電力の大きい順に求めることができる。
In the invention according to
At the same time as estimating the direction of the radio wave from which the desired wave or delayed wave arrives, the DU ratio and delay time of each delayed wave can be obtained in descending order of signal power.
本発明によれば、希望波や遅延波の到来する電波の方向を推定すると同時に、遅延波のDU比や遅延時間を求めることができる。 According to the present invention, it is possible to estimate the direction of a radio wave from which a desired wave or a delayed wave arrives, and simultaneously obtain the DU ratio and delay time of the delayed wave.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。まず、希望波の到来方向を推定する方法について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, a method for estimating the direction of arrival of a desired wave will be described.
本実施形態では、送受信号は、「テレビジョン放送番組素材伝送用可搬形OFDM方式デジタル無線伝送システム」ARIB STD−B33で定められた形式のOFDM信号であるものとする。この形式のOFDM信号は、図2に示すように、周波数方向に8本毎に、シンボル方向には常に同じ位置にパイロットキャリア(CP:Continual Pilot)が、伝送路等化を目的として既知の値(例えば「1」または「−1」)でBPSK変調されて挿入されている。 In this embodiment, the transmission / reception number is assumed to be an OFDM signal in a format defined in “Portable OFDM digital radio transmission system for transmitting television broadcast program material” ARIB STD-B33. As shown in FIG. 2, this type of OFDM signal has a pilot carrier (CP: Continuous Pilot) at a frequency equal to every eight in the frequency direction and a known value for the purpose of channel equalization. (For example, “1” or “−1”) is BPSK modulated and inserted.
図3は、本発明の電波伝搬解析装置の一実施形態のブロック図を示す。同図中、半波長(λ/2)間隔で設置されたアンテナ20a,20bそれぞれで受信した信号を、周波数変換器21a,21bでデジタル信号処理が可能な周波数にダウンコンバートし、AD変換部22a,22bによりデジタル信号にした後、直交復調部23a,23bで復調してIQ信号に分離する。ここでは、AD変換した後、直交復調をデジタル信号処理で行うこととしたが、直交復調によりIQ信号に分離した後、AD変換でデジタル信号に変換してもよい。
FIG. 3 shows a block diagram of an embodiment of the radio wave propagation analyzing apparatus of the present invention. In the figure, the signals received by the
次に、相関演算部24でガードインターバル相関演算を行うことによりシンボル同期を確立し、窓位置制御部25によって希望波の1有効シンボルを切り出し、それらをFFT演算部26a,26bでFFT演算した後、CP抽出部27a,27bにてパイロットキャリア(CP)を抽出する。
Next, symbol synchronization is established by performing the guard interval correlation calculation in the
ここで、周波数変換における局部発振周波数、サンプリング周波数が両系統で一致していれば、シンボル周期の確立は図3に示すように片側の系統でのみ行えば良い。また、シンボル同期は完全であり、シンボル切り出しずれによる位相回転は全くないものとする。このような完全なシンボル同期を以下では位相同期と呼ぶことにする。 Here, if the local oscillation frequency and the sampling frequency in frequency conversion match in both systems, the symbol period may be established only in one system as shown in FIG. Also, it is assumed that symbol synchronization is complete and there is no phase rotation due to symbol cutout. Such complete symbol synchronization is hereinafter referred to as phase synchronization.
較正部28a,28bは、較正係数出力部29から供給される事前のキャリブレーションで取得した較正係数によってパイロットキャリアを複素除算して第1較正CPを得る。図4(A)に第1較正CPのコンスタレーションを示す。
The
なお、上記較正係数の求め方については、初期較正時に、到来方向推定の基準となる方向にアンテナ20a,20bを向けて設置し、これらのアンテナに対向して送信アンテナを設け、通常の伝送時と同じパイロットキャリアを含むOFDM信号を伝送する。このOFDM信号を受信してCP抽出部27a,27bそれぞれで抽出したパイロットキャリアのIQ信号値を、基準パイロットキャリアのIQ信号値で複素除算し、較正係数として較正係数出力部29に保持している。
As for the method of obtaining the calibration coefficient, at the time of initial calibration, the
これによって、伝送時にCP抽出部27a,27bで抽出したパイロットキャリアを上記較正係数で複素除算することで、無線伝送路以外で生じる周波数特性を相殺して較正される。
Thus, the pilot carrier extracted by the
較正部28a,28bで得られる第1較正CPは、マルチパスなど伝搬路特性の影響により、本来の値から図4(A)に示すようなばらつきが生じる。そこで、不要波除去・位相回転部30において、基準パイロットキャリアの既知のIQ信号値(例えば「1」または「−1」)毎に分けた第1較正CPの各グループの平均IQ信号値を、マルチパスなどによる影響のない理想的な信号値と仮定し、各パイロットキャリアをその値に置き換えて、第2較正CPとする。図4(A)内に第2較正CPを×印で示す。
The first calibration CP obtained by the
反射などによる遅延波が存在する場合、第1較正CPは、ほぼ本来の位置を中心とした同心円上に分布するため、個々の第1較正CPが本来の位置からずれても、複数の第1較正CPの平均IQ信号値である第2較正CPは、マルチパスの影響がない本来の信号値を示すとみなせる。 When there is a delayed wave due to reflection or the like, the first calibration CP is distributed on a concentric circle substantially centered on the original position. Therefore, even if each of the first calibration CPs deviates from the original position, the plurality of first calibration CPs. The second calibration CP, which is the average IQ signal value of the calibration CP, can be regarded as indicating the original signal value without multipath effects.
不要波除去・位相回転部30の出力する第2較正CPはIFFT演算部31a,31bに供給され、シンボル単位で逆フーリエ変換することにより周波数領域の信号から時間領域の信号に変換されて相関演算部32a,32bに供給される。
The second calibration CP output from the unnecessary wave removal /
一方、基準CP生成部33で発生した基準パイロットキャリアをIFFT演算部34にて逆フーリエ変換することにより周波数領域から時間領域に変換する。相関演算部32a,32bはシンボル区間にわたってIFFT演算部31a,31bの出力する受信パイロットキャリアの時間領域信号と基準パイロットキャリアの時間領域信号との相互相関値を求める。
On the other hand, the reference pilot carrier generated by the reference
相関演算部32a,32bの出力する2系統の相互相関値は正規化部35a,35bで正規化されてステアリングベクトル生成部36に供給され、ここで、2系統の相互相関値を要素とする要素数2の列ベクトルを、希望波の方向を指し示すステアリングベクトルとして生成する。
The two-system cross-correlation values output from the
ここで、図6に示すように、希望波の到来方向に依存する位相差φは、例えばアンテナ系統毎に得られた第2較正CPをIFFT演算した時間領域の第2較正CPと、事前に基準パイロットキャリアをIFFT演算した時間領域の基準パイロットキャリアとの相関演算値を正規化したものを要素とする列ベクトルが、希望波方向を示すステアリングベクトルを表すため、このステアリングベクトルから直接求めることができる。また、希望波の到来角θは、この位相差φを図6に示す次式に代入し、換算して求めることができる。 Here, as shown in FIG. 6, the phase difference φ depending on the direction of arrival of the desired wave is, for example, the second calibration CP in the time domain obtained by IFFT calculation of the second calibration CP obtained for each antenna system, and Since a column vector whose element is a normalized correlation calculation value with a reference pilot carrier in the time domain obtained by IFFT calculation of the reference pilot carrier represents a steering vector indicating the desired wave direction, it can be directly obtained from this steering vector. it can. The arrival angle θ of the desired wave can be obtained by substituting this phase difference φ into the following equation shown in FIG.
φ=(2πd・sinθ)/λ 但し、d=λ/2
ここで、数式を用いて上記手順を説明する。受信OFDM信号のパイロットキャリアの入力複素ベクトルXmは(1)式で表される。
φ = (2πd · sin θ) / λ where d = λ / 2
Here, the above procedure will be described using mathematical expressions. The input complex vector Xm of the pilot carrier of the received OFDM signal is expressed by equation (1).
ここで、相関性干渉波とはマルチパス、非相関性干渉波とはマルチパス以外の妨害波を意味する。一方、基準パイロットキャリアをrとし、r=sとする。入力複素ベクトルXmと基準パイロットキャリアrの共役複素数r*(つまりs*)との相関ベクトルrxrは(2)式で表される。なお、E[]は[]内の時間平均を表す。 Here, the correlation interference wave means multipath, and the non-correlation interference wave means interference wave other than multipath. On the other hand, the reference pilot carrier is r, and r = s. A correlation vector r xr between the input complex vector Xm and the conjugate complex number r * (that is, s * ) of the reference pilot carrier r is expressed by equation (2). E [] represents the time average in [].
rxr≒E[|s|2]hd
この相関ベクトルrxrを正規化し、正規化した値を要素とする要素数m(m=2)のステアリングベクトルを得る。位相差検出部37は、ステアリングベクトルから位相差φを求め、到来角推定部38は、位相差φから到来角θの推定値を求める。
r xr ≈ E [| s | 2 ] h d
The correlation vector r xr is normalized, and a steering vector having the number of elements m (m = 2) having the normalized value as an element is obtained. The phase
次に、図7のフローチャートを参照しながら、信号電力の大きい順にマルチパスを形成する各遅延波の到来方向、DU比、遅延時間を求める動作について説明する。 Next, an operation for obtaining the arrival direction, DU ratio, and delay time of each delayed wave forming a multipath in descending order of signal power will be described with reference to the flowchart of FIG.
図7において、ステップS2で受信した信号を直交復調することによりIQ信号に分離し、ステップS4でガードインターバル相関演算を行うことによりシンボル同期を確立し、希望波の1有効シンボルを切り出す。ステップS6では切り出した有効シンボルをFFT演算し、ステップS8でパイロットキャリアを抽出する。 In FIG. 7, the signal received in step S2 is quadrature demodulated to be separated into IQ signals. In step S4, symbol interval is established by performing guard interval correlation calculation, and one effective symbol of the desired wave is cut out. In step S6, the extracted effective symbol is subjected to an FFT operation, and in step S8, a pilot carrier is extracted.
ステップS10では較正係数によってパイロットキャリアを複素除算して第1較正CPを得る。ステップS12で第2較正CPを得て、希望波方向を示すステアリングベクトルを求め、希望波の到来角θd及び図4(A)に示す希望波信号電力Dを求める。 In step S10, the first calibration CP is obtained by complex division of the pilot carrier by the calibration coefficient. In step S12, the second calibration CP is obtained, the steering vector indicating the desired wave direction is obtained, and the desired wave arrival angle θd and the desired wave signal power D shown in FIG.
また、ステップS14において、不要波除去・位相回転部30は、図4(A)に示す較正係数で除算した後の第1較正CPから、希望波の到来方向を求める過程で得られた第2較正CPを差し引き、その結果得られた信号を第3較正CPとする。図4(B)に第3較正CPを示す。
In step S14, the unnecessary wave removing /
第3較正CPは、希望波成分を除去したものに相当し、同一の時間ずれに対する各キャリアの位相回転を第3較正CPそれぞれに与え、ずらした時間が遅延波の中で最も信号電力の大きいもの(第1遅延波)の遅延時間に一致した場合、図5(A)に示すようになり、これを第4較正CPとする。これは、第1遅延波に位相同期がとれた状態を示す。つまり、隣接パイロットキャリアの位相回転がなく、理想的なシンボル同期がとれた状態を示し、図8に示す窓位置で遅延波の有効シンボルを切り出すことに相当する。なお、遅延波は信号電力の大きい順に第1、第2、第3遅延波と名付ける。 The third calibration CP corresponds to the one in which the desired wave component is removed, and the phase rotation of each carrier with respect to the same time shift is given to each third calibration CP, and the shifted time has the largest signal power among the delayed waves. When the delay time of the object (first delay wave) coincides, the result is as shown in FIG. 5A, and this is defined as a fourth calibration CP. This shows a state in which phase synchronization is established with the first delayed wave. That is, it shows a state where there is no phase rotation of adjacent pilot carriers and ideal symbol synchronization is achieved, and this corresponds to cutting out effective symbols of delayed waves at the window positions shown in FIG. The delayed waves are named first, second, and third delayed waves in descending order of signal power.
その後、希望波と同様にして、図5(A)に示す信号値毎の平均値である第5較正CPをアンテナ系統毎に求め、第1遅延波の到来方向を求める。一方、第1遅延波のDU比を求めるため、第2較正CPと第5較正CPの振幅の絶対値の平均の2乗を、それぞれ希望波の信号電力D、第1遅延波の信号電力U1として求めておく。 Thereafter, similarly to the desired wave, a fifth calibration CP, which is an average value for each signal value shown in FIG. 5A, is obtained for each antenna system, and the arrival direction of the first delayed wave is obtained. On the other hand, in order to obtain the DU ratio of the first delayed wave, the mean squares of the absolute values of the amplitudes of the second calibration CP and the fifth calibration CP are respectively obtained as the signal power D of the desired wave and the signal power U of the first delayed wave. Find it as 1 .
ここで説明した位相回転や希望波除去などの処理は、図3の不要波除去・位相回転部30において主な演算処理を行い、得られた位相回転量と信号電力は、それぞれ遅延時間算出部41とDU比算出部42に供給され、遅延時間とDU比が求められる。また、演算負荷を軽減するため、遅延プロファイル測定部40で遅延波の遅延時間をおおよそ求めておき、その値を基準にして、位相同期がとれる正確な位相回転量を求める。
The processing such as phase rotation and desired wave removal described here is performed mainly in the unnecessary wave removal /
以下、遅延波に位相同期させる方法を詳細に説明する。遅延プロファイル測定部40では受信信号をFFT演算した後に得られたパイロットキャリアを基準パイロットキャリアで除算して伝搬路応答を得、この伝搬路応答をIFFT演算することで、図9に示すような粗い遅延プロファイルを得る(図7のステップS16,S18)。 Hereinafter, a method for phase-synchronizing with the delayed wave will be described in detail. The delay profile measuring unit 40 obtains a propagation path response by dividing a pilot carrier obtained after performing FFT operation on the received signal by the reference pilot carrier, and performing IFFT operation on this propagation path response to obtain a rough waveform as shown in FIG. A delay profile is obtained (steps S16 and S18 in FIG. 7).
この遅延プロファイルの精度は、周波数ずれやシンボル同期のずれにより劣化する。従来は、精度を上げるために様々な周波数同期手段やシンボル同期手段により高精度の同期をとった後、更にシンボルフィルタを通して、複数シンボルにわたる平均を行うことで遅延プロファイルの精度を向上させている。 The accuracy of this delay profile deteriorates due to frequency deviation and symbol synchronization deviation. Conventionally, in order to increase accuracy, after synchronizing with high accuracy by various frequency synchronization means and symbol synchronization means, the accuracy of the delay profile is improved by performing averaging over a plurality of symbols through a symbol filter.
本発明では、このような手段をとらず、前記希望波の到来方向を求めるために用いたものと同じ1シンボル分のパイロットキャリアから得られる図9に示すような粗い遅延プロファイルから、各遅延波の粗い遅延時間だけを信号電力の大きい順に求める。 In the present invention, such a means is not used, and each delayed wave is obtained from a rough delay profile as shown in FIG. 9 obtained from the same pilot carrier for one symbol as used for obtaining the direction of arrival of the desired wave. Only coarse delay times are obtained in descending order of signal power.
図9に示す粗い遅延プロファイルにおいて、まず信号電力が極大値を示す点を求め、その中で希望波の次に信号電力の絶対値が大きい点を第1遅延波として検出し、希望波との時間差分を第1遅延波のおおよその遅延時間τ’u1として求める。同様に、第2遅延波のおおよその遅延時間τ’u2を求める。 In the coarse delay profile shown in FIG. 9, first, a point where the signal power has a maximum value is obtained, and a point where the absolute value of the signal power is the second largest after the desired wave is detected as the first delayed wave. The time difference is obtained as an approximate delay time τ ′ u1 of the first delay wave. Similarly, an approximate delay time τ ′ u2 of the second delayed wave is obtained.
求めた遅延時間τ’u1に相当するk番目のパイロットキャリアの位相回転量はexp(j2πfkτ’u1)であり、得られた位相回転量を目安にして、予め設定した微少時間間隔△τで、第1遅延波の正確な遅延時間に相当する位相回転量を位相同期がとれることを判定条件として求める。ここで、fkはk番目のパイロットキャリアの周波数を表す。 The phase rotation amount of the k-th pilot carrier corresponding to the obtained delay time τ ′ u1 is exp (j2πf k τ ′ u1 ), and using the obtained phase rotation amount as a guide, a preset minute time interval Δτ Thus, the phase rotation amount corresponding to the accurate delay time of the first delayed wave is obtained as a determination condition that phase synchronization can be achieved. Here, f k represents the frequency of the k-th pilot carrier.
微少時間間隔△τの値は、小さいほど精度は良くなるが、遅延プロファイルで得られた粗い遅延時間が大きくずれている場合は、以下で行う判定処理に要する時間が長くなるため、必要とする遅延時間の精度と処理時間を勘案して適切に設定する。 The smaller the value of the minute time interval Δτ, the better the accuracy. However, if the coarse delay time obtained by the delay profile is greatly deviated, the time required for the determination process to be performed below becomes longer, and is required. Set appropriately considering the accuracy of delay time and processing time.
不要波除去・位相回転部30は、前記第3較正CPに位相回転量exp(j2πfkτ’u1)を中心にして、時間に関する変数を△τ単位で離散的に前後にずらした位相回転量を乗算し、位相の同期がとれる組み合わせをパイロットキャリアのばらつきで判定する(図7のステップS20,S22)。
The unnecessary wave removal /
第1遅延波に正確に位相同期した位相回転量でない場合は、図4(B)に示すように原点を中心に各パイロットキャリアはばらつく。これに対し、第1遅延波に同期した位相回転量である場合は、その他にも遅延波が存在し、各パイロットキャリアのばらつきが大きくなったとしても、隣接パイロットキャリア間の位相差は最小となり、図5(A)に示すようにBPSK変調の2信号値におおよそ分離することができる。 When the amount of phase rotation is not exactly phase-synchronized with the first delayed wave, each pilot carrier varies around the origin as shown in FIG. On the other hand, when the amount of phase rotation is synchronized with the first delayed wave, there are other delayed waves, and even if the dispersion of each pilot carrier increases, the phase difference between adjacent pilot carriers is minimized. As shown in FIG. 5A, it can be roughly divided into two signal values of BPSK modulation.
パイロットキャリアのばらつきが最小であることを判定する方法としては、パイロットキャリアのIQ信号値の分散が最小となることで判定する方法が挙げられる。また、隣接パイロットキャリア間の位相差の平均値が最小となることで判定してもよい。また、これらの判定において、全てのパイロットキャリアを使用せず、一部のパイロットキャリアだけを用いてもよい。 As a method for determining that the variation of the pilot carrier is minimum, there is a method for determining that the dispersion of the IQ signal value of the pilot carrier is minimum. Moreover, you may determine by the average value of the phase difference between adjacent pilot carriers becoming the minimum. In these determinations, not all pilot carriers may be used, but only some pilot carriers may be used.
ここで説明した位相同期をとる手段は、両アンテナ系統で実施する必要はなく、どちらかの系統で行い、他方はこの結果に基づいて位相回転を行う。位相同期がとれたときの位相回転量がexp(j2πfkτu1)、なお、τu1=τ’u1+△τ×i(iは整数)であるとすると、第1遅延波の遅延時間τu1は、設定した時間間隔△τの分解能で高精度に求めることができる。 The means for phase synchronization described here does not need to be implemented by both antenna systems, but is performed by either system, and the other performs phase rotation based on this result. If the phase rotation amount when phase synchronization is achieved is exp (j2πf k τ u1 ), and τ u1 = τ ′ u1 + Δτ × i (i is an integer), the delay time τ of the first delay wave u1 can be obtained with high accuracy with the resolution of the set time interval Δτ.
また、前記位相回転量exp(j2πfkτu1)をアンテナ系統毎に得られた第3較正CPに乗算して得られる位相同期のとれた第4較正CPから、希望波の到来方向を求めたときと同様にして、到来角推定部38で第1遅延波の到来方向θu1を求める。更に、先に求めておいた希望波の信号電力Dと、図5(A)に示す第5較正CPから信号電力Dと同様にして求めた第1遅延波の信号電力U1の比から、DU比算出部42で第1遅延波のDU比を求める(図7のステップS24)。
Further, the arrival direction of the desired wave was obtained from the fourth calibration CP with phase synchronization obtained by multiplying the third calibration CP obtained for each antenna system by the phase rotation amount exp (j2πf k τ u1 ). Similarly to the above, the arrival
更に、第2の遅延波についても、上記手順に従って、図7のステップS26で不要波除去・位相回転部30にて、図5(B)に示す第6較正CPを求め、ステップS28,S30で不要波除去・位相回転部30にて、第6較正CPに、位相回転量exp[j2πfk(τ’u2−τ’u1)]を中心にして、時間に関する変数を△τ単位で離散的に前後にずらした位相回転量を乗算し、位相同期がとれた第7較正CP(図5(C)に示す)の位相回転量から第2遅延波の遅延時間τu2を求める。そして、ステップS32で到来角推定部38にて第2遅延波の到来方向θu2を求める。更に、先に求めておいた希望波の信号電力Dと、信号電力Dと同様にして求めた図5(C)に示す第2遅延波の信号電力U2の比から、DU比算出部42で第2遅延波のDU比を求める。
Further, for the second delayed wave, the unnecessary wave elimination /
以降、第3、第4の遅延波が存在する場合も、上記手順に従って、順次到来方向、DU比、遅延時間を求めることができる。 Thereafter, even when the third and fourth delayed waves exist, the arrival direction, DU ratio, and delay time can be obtained sequentially according to the above procedure.
このようにして、希望波の到来方向を求めると共に、受信特性に大きな影響を与える各遅延波の到来方向、DU比、遅延時間を、信号電力の大きい順に求めることができる。 In this way, the arrival direction of the desired wave can be obtained, and the arrival direction, DU ratio, and delay time of each delayed wave that greatly affects the reception characteristics can be obtained in descending order of signal power.
なお、上記実施形態では、ARIB STD−B33で規定された形式のOFDM信号として説明したが、「地上デジタルテレビジョン放送の伝送方式」ARIB STD−B31で規定されている地上デジタルテレビジョン放送波に含まれるパイロットキャリア(SP:Scattered Pilot)も、挿入されるキャリアの位置は異なるものの、パイロットキャリアと同様に、BPSK変調された信号であるため、本発明を容易に適用することが可能である。なお、OFDM信号のように信号帯域に複数のパイロットキャリアが含まれる信号形式であれば、OFDM信号でなくとも本発明を適用することが可能である。 In the above embodiment, the OFDM signal in the format defined by ARIB STD-B33 has been described. However, the “terrestrial digital television broadcast transmission method” terrestrial digital television broadcast wave defined by ARIB STD-B31 is used. The included pilot carrier (SP: Scattered Pilot) is also a BPSK-modulated signal like the pilot carrier, although the position of the inserted carrier is different. Therefore, the present invention can be easily applied. Note that the present invention can be applied to any signal format that includes a plurality of pilot carriers in the signal band, such as an OFDM signal, even if it is not an OFDM signal.
なお、CP抽出部27a,27bが請求項記載の抽出手段に相当し、到来角推定部38が到来方向算出手段に相当し、不要波除去・位相回転部30が同期手段に相当し、遅延時間算出部41が遅延時間算出手段に相当し、不要波除去・位相回転部30が供給手段に相当し、DU比算出部42がDU比算出手段に相当し、遅延プロファイル測定部40が遅延プロファイル手段に相当する。
The
20a,20b アンテナ
21a,21b 周波数変換器
22a,22b AD変換部
23a,23b 直交復調部
24 相関演算部
25 窓位置制御部
26a,26b FFT演算部
27a,27b CP抽出部
28a,28b 較正部
29 較正係数出力部
30 不要波除去・位相回転部
31a,31b IFFT演算部
32a,32b 相関演算部
33 基準CP生成部
34 IFFT演算部
35a,35b 正規化部
36 ステアリングベクトル生成部
37 位相差検出部
38 到来角推定部
40 遅延プロファイル測定部
41 遅延時間算出部
42 DU比算出部
20a,
Claims (3)
各系統のアンテナで受信した信号を変換した周波数領域の信号からパイロットキャリアを抽出する抽出手段と、
前記各系統のパイロットキャリアと予め設定された基準パイロットキャリアとの時間領域での相関演算を行って希望波の到来方向及び信号電力を算出する到来方向算出手段と、
前記各系統のパイロットキャリアから希望波成分を差し引いたのち位相回転を与えて遅延波に同期させる同期手段と、
前記同期手段で回転した位相量から前記遅延波の遅延時間を算出する遅延時間算出手段と、
前記同期手段で遅延波に同期した前記各系統のパイロットキャリアを前記到来方向算出手段に供給して遅延波の到来方向及び信号電力を算出させる供給手段と、
前記希望波の信号電力と前記遅延波の信号電力の比であるDU比を算出するDU比算出手段を
有することを特徴とする電波伝搬解析装置。 A radio wave propagation analyzer that receives radio waves including a plurality of pilot carriers in a signal band with a plurality of antennas and measures the arrival direction, DU ratio, and delay time of radio waves,
Extracting means for extracting a pilot carrier from a signal in a frequency domain obtained by converting a signal received by an antenna of each system;
A direction-of-arrival calculation means for calculating a direction of arrival and a signal power of a desired wave by performing a correlation operation in a time domain between a pilot carrier of each system and a preset reference pilot carrier;
Synchronizing means for subtracting the desired wave component from the pilot carrier of each system and then synchronizing the delayed wave with phase rotation,
A delay time calculating means for calculating a delay time of the delay wave from the phase amount rotated by the synchronizing means;
Supply means for supplying the pilot direction of each system synchronized with the delay wave by the synchronization means to the arrival direction calculation means to calculate the arrival direction and signal power of the delay wave;
A radio wave propagation analyzing apparatus, comprising: a DU ratio calculating means for calculating a DU ratio that is a ratio of the signal power of the desired wave and the signal power of the delayed wave.
前記抽出手段で抽出されたパイロットキャリアを前記基準パイロットキャリアで除算した伝搬路応答から遅延プロファイルを得て、前記遅延波の粗い遅延時間を信号電力の大きい順に求める遅延プロファイル手段を有し、
前記同期手段は、前記各系統のパイロットキャリアから希望波成分を差し引いたのち前記遅延波の粗い遅延時間を微少時間間隔で前後にずらした位相回転を与えて遅延波に同期させることを特徴とする電波伝搬解析装置。 In the radio wave propagation analyzer according to claim 1,
A delay profile unit that obtains a delay profile from a channel response obtained by dividing the pilot carrier extracted by the extraction unit by the reference pilot carrier, and obtains coarse delay times of the delayed wave in descending order of signal power;
The synchronization means subtracts a desired wave component from the pilot carrier of each system, and then synchronizes the delayed wave with a phase rotation by shifting a rough delay time of the delayed wave back and forth at a minute time interval. Radio wave propagation analyzer.
前記同期手段は、前回信号電力の大きい遅延波に同期させた各系統のパイロットキャリアから信号電力の大きい遅延波成分を差し引いたのち次に信号電力の大きい遅延波の粗い遅延時間を微少時間間隔で前後にずらした位相回転を与えて次に信号電力の大きい遅延波に同期させることを特徴とする電波伝搬解析装置。 In the radio wave propagation analyzer according to claim 2,
The synchronization means subtracts a delay wave component with a large signal power from a pilot carrier of each system synchronized with a delay wave with a large signal power last time, and then subtracts a coarse delay time of the delay wave with the next large signal power at a minute time interval. A radio wave propagation analyzer characterized by applying a phase rotation shifted back and forth to synchronize with a delayed wave having the next largest signal power.
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