JP5387126B2 - Offset compensation circuit and offset compensation method - Google Patents
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Description
本発明は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕ１ｔｉｐ１ｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）信号のオフセットを補償するオフセット補償回路及びオフセット補償方法に関する。 The present invention relates to an offset compensation circuit and an offset compensation method for compensating an offset of an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) signal.
ＯＦＤＭ方式は、制限された帯域内で高い伝送レートを有し、また、マルチパスに強いため、近年種々の無線通信に利用されている。例えば無線ＬＡＮの規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａ，ｇにおいて、ＯＦＤＭ方式の無線信号が使用される。 The OFDM scheme has a high transmission rate within a limited band and is resistant to multipath, and has recently been used for various wireless communications. For example, in IEEE 802.11a, g, which is a wireless LAN standard, an OFDM wireless signal is used.
図１０にＤＣオフセット及び周波数オフセットのないＯＦＤＭベースバンド信号スペクトラムを示す。ＯＦＤＭ信号にＤＣオフセット及び周波数オフセットがない場合は、各サブキャリアは互いに干渉することはない。また、ＤＣサブキャリアのセンター周波数は０Ｈｚとなる。 FIG. 10 shows an OFDM baseband signal spectrum without DC offset and frequency offset. If the OFDM signal has no DC offset and no frequency offset, the subcarriers do not interfere with each other. Further, the center frequency of the DC subcarrier is 0 Hz.
図１１にＤＣオフセット及び周波数オフセットを含むＯＦＤＭベースバンド信号スペクトラムを示す。ＤＣオフセットと周波数オフセットが存在すると復調処理に影響を及ぼすために、ＤＣオフセットと周波数オフセットを補償する必要がある。 FIG. 11 shows an OFDM baseband signal spectrum including a DC offset and a frequency offset. Since the presence of the DC offset and the frequency offset affects the demodulation process, it is necessary to compensate for the DC offset and the frequency offset.
ここで、ＯＦＤＭ信号のＤＣオフセットと周波数オフセットについて説明する。ダイレクトコンバージョン方式のＯＦＤＭ受信装置は、アンテナで受信したＲＦ（高周波）信号を直接的に直交復調してＯＦＤＭベースバンド信号のＩ（同相）成分とＱ（直交）成分を取り出し、その後にＯＦＤＭ復調を行う。 Here, the DC offset and frequency offset of the OFDM signal will be described. The direct conversion OFDM receiver directly demodulates the RF (high frequency) signal received by the antenna to extract the I (in-phase) and Q (quadrature) components of the OFDM baseband signal, and then performs OFDM demodulation. Do.
しかし、このダイレクトコンバージョン方式では、ＲＦ信号と局部発振信号の周波数が同じであるが、局部発振信号に比べてＲＦ信号のレベルが充分ではなくＳ／Ｎが良好とは言えないため、局部発振信号成分のＲＦ信号への回り込み等により、ＤＣオフセットが生じる。ただ、ＯＦＤＭ方式では、全てのサブキャリアの周波数間隔が直交性を満たすように設定され、上記ＤＣオフセットは本来ならば、復調処理に影響を及ぼすことはない。ところが、局部発振器の発振周波数はＲＦ信号の周波数と完全には一致せず僅かにずれ、つまり、周波数オフセットを有している場合が一般的であり、この周波数ずれ自体は後段の周波数補正処理部分によって補正されるものの、上記のＤＣオフセットがある場合は、その周波数誤差推定が実際より大きく推定されたり、少なく推定されたりする。 However, in this direct conversion method, the frequency of the RF signal and the local oscillation signal are the same, but the level of the RF signal is not sufficient and the S / N is not good compared to the local oscillation signal. A DC offset occurs due to the wraparound of the component to the RF signal. However, in the OFDM system, the frequency intervals of all subcarriers are set so as to satisfy orthogonality, and the DC offset does not affect the demodulation process if it is originally. However, the oscillation frequency of the local oscillator does not completely coincide with the frequency of the RF signal and is slightly shifted, that is, it has a frequency offset. This frequency shift itself is a part of the frequency correction processing in the subsequent stage. However, if there is the above-described DC offset, the frequency error estimate is estimated larger or less than the actual one.
従来のＯＦＤＭ信号のオフセット補償方法として、先にＤＣオフセットを補償して次に周波数オフセットを補償する第１の方法（例えば特許文献１参照）、先に周波数オフセットを補償して次にＤＣオフセットを補償する第２の方法（例えば特許文献２参照）、システムの行列を特異値分解して周波数オフセットの候補値を求めておき、最適な周波数オフセットの候補値を探索し、最適な周波数オフセットの候補値からＤＣオフセットを推定する第３の方法（例えば特許文献３参照）等がある。 As a conventional offset compensation method for an OFDM signal, a first method (see, for example, Patent Document 1) that first compensates for a DC offset and then compensates for a frequency offset, and first compensates for a frequency offset and then compensates for a DC offset. Second method for compensation (see, for example, Patent Document 2), frequency offset candidate values are obtained by singular value decomposition of a system matrix, optimal frequency offset candidate values are searched, and optimal frequency offset candidates There is a third method for estimating the DC offset from the value (see, for example, Patent Document 3).
図１２は従来のＯＦＤＭ信号のオフセット補償方法（第１の方法）の一例のフローチャートを示す。図１２において、ステップＳ１でＯＦＤＭ信号のプリアンブルからＤＣオフセットを推定し、推定したＤＣオフセットを補償する。その後、ステップＳ２で周波数オフセットを推定し、推定した周波数オフセットを補償する。 FIG. 12 shows a flowchart of an example of a conventional offset compensation method (first method) for OFDM signals. In FIG. 12, in step S1, a DC offset is estimated from the preamble of the OFDM signal, and the estimated DC offset is compensated. Thereafter, in step S2, the frequency offset is estimated, and the estimated frequency offset is compensated.
図１３は従来のＯＦＤＭ信号のオフセット補償方法（第２の方法）の一例のフローチャートを示す。図１３において、ステップＳ３でＯＦＤＭ信号のプリアンブルから周波数オフセットを推定しプリアンブルの周波数オフセットを補償する。その後、ステップＳ４で周波数オフセットを補償したプリアンブルからＤＣオフセットを推定し、ステップＳ５でＯＦＤＭ信号のデータに対しＤＣオフセットを補償すると共に周波数オフセットを補償する。 FIG. 13 shows a flowchart of an example of a conventional offset compensation method (second method) for OFDM signals. In FIG. 13, in step S3, the frequency offset is estimated from the preamble of the OFDM signal, and the preamble frequency offset is compensated. Thereafter, in step S4, a DC offset is estimated from the preamble compensated for the frequency offset, and in step S5, the DC offset is compensated for the OFDM signal data and the frequency offset is compensated.
図１４は従来のＯＦＤＭ信号のオフセット補償方法（第３の方法）の一例のフローチャートを示す。図１４において、システムの行列を特異値分解して周波数オフセットの候補値を求めておき、ステップＳ６で受信信号に周波数オフセットの候補値を乗算して最適な周波数オフセットの候補値を探索し、最適な周波数オフセットの候補値からＤＣオフセットを推定する。次に、ステップＳ７で推定したＤＣオフセットを補償し、推定した周波数オフセットを補償する。 FIG. 14 shows a flowchart of an example of a conventional offset compensation method (third method) for OFDM signals. In FIG. 14, a frequency offset candidate value is obtained by singular value decomposition of the system matrix, and the optimum frequency offset candidate value is searched by multiplying the received signal by the frequency offset candidate value in step S6. A DC offset is estimated from a candidate value of a large frequency offset. Next, the DC offset estimated in step S7 is compensated, and the estimated frequency offset is compensated.
図１１のＯＦＤＭベースバンド信号スペクトラムでは、センター周波数０Ｈｚにおいて、ＤＣオフセット値として観測される値には、隣接するサブキャリアの成分Ｄ’も含まれている。図１５に隣接するサブキャリアの成分Ｄ’を抜き出して示している。 In the OFDM baseband signal spectrum of FIG. 11, the value observed as the DC offset value at the center frequency of 0 Hz includes the adjacent subcarrier component D ′. FIG. 15 shows an extracted subcarrier component D ′ adjacent thereto.
図１２に示す第１の方法では、隣接するサブキャリアの成分Ｄ’までステップＳ１で補償されるため、図１５に示すように、隣接するサブキャリアに対する干渉を引き起こしてしまい、この干渉により受信性能が劣化するという問題があった。 In the first method shown in FIG. 12, the component D ′ of the adjacent subcarrier is compensated in step S1, so that interference with the adjacent subcarrier is caused as shown in FIG. There was a problem of deterioration.
図１３に示す第２の方法では、ステップＳ３で周波数オフセットが完全に補償されていれば、ステップＳ４でＤＣオフセットを正確に推定することができる。しかし、ＯＦＤＭ信号にＤＣオフセット及び周波数オフセットが含まれる場合に、先に周波数オフセットを推定すると、ＤＣオフセットの影響で周波数オフセットの推定値に誤差が生じる。この推定値の誤差により受信性能が劣化するという問題があった。 In the second method shown in FIG. 13, if the frequency offset is completely compensated in step S3, the DC offset can be accurately estimated in step S4. However, when the OFDM signal includes a DC offset and a frequency offset, if the frequency offset is estimated first, an error occurs in the estimated value of the frequency offset due to the influence of the DC offset. There was a problem that the reception performance deteriorated due to the error of the estimated value.
図１４に示す第３の方法では、システムの行列を特異値分解して周波数オフセットの候補値を求めるために回路規模が大きくなり計算に時間がかかる。更に、ステップＳ６で受信信号に周波数オフセットの候補値を乗算して最適な周波数オフセットの候補値を探索するために計算時間がかかり、リアルタイムのオフセット補償動作を行うことができないという問題があった。 In the third method shown in FIG. 14, since the system matrix is subjected to singular value decomposition to obtain frequency offset candidate values, the circuit scale becomes large and the calculation takes time. Furthermore, it takes a long time to calculate the optimum frequency offset candidate value by multiplying the received signal by the frequency offset candidate value in step S6, and there is a problem that the real-time offset compensation operation cannot be performed.
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、ＤＣオフセット及び周波数オフセットを回路規模を増大させることなく高速かつ精度良く推定及び補償するオフセット補償回路及びオフセット補償方法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 an object thereof is to provide an offset compensation circuit and an offset compensation method for estimating and compensating a DC offset and a frequency offset with high speed and accuracy without increasing the circuit scale. .
本発明の一実施態様によるオフセット補償回路は、ＯＦＤＭ信号のＤＣオフセット及び周波数オフセットを推定して補償するオフセット補償回路であって、
前記ＯＦＤＭ信号を直交復調した信号に含まれるＤＣオフセット値を観測、推定して補償するＤＣオフセット推定補償手段（３２〜３４）と、
前記ＤＣオフセット推定補償手段で補償された信号に含まれる周波数オフセット値を推定して補償する周波数オフセット推定補償手段（３１，３７，３８）と、
前記周波数オフセット推定補償手段で補償されたのち前記ＤＣオフセット推定補償手段で推定されたＤＣオフセット推定値と、前記周波数オフセット推定補償手段で推定された周波数オフセット値を用いて、前記ＤＣオフセット補償手段におけるサブキャリアの過補償成分を計算する過補償成分計算手段（３６）と、
前記ＤＣオフセット推定補償手段で観測されたＤＣオフセット値から前記過補償成分計算手段で計算した過補償成分を取り除いて前記ＤＣオフセット推定補償手段でのＤＣオフセット補償に用いる過補償成分除去手段（３５）と、
を有し、
前記過補償成分を取り除いたのち前記ＤＣオフセット推定補償手段でＤＣオフセットを補償した信号に対し前記周波数オフセット推定補償手段で周波数オフセットを補償し出力する。
An offset compensation circuit according to an embodiment of the present invention is an offset compensation circuit that estimates and compensates for a DC offset and a frequency offset of an OFDM signal,
DC offset estimation compensation means (32-34) for observing, estimating and compensating for a DC offset value included in a signal obtained by orthogonal demodulation of the OFDM signal;
Frequency offset estimation compensation means (31, 37, 38) for estimating and compensating a frequency offset value included in the signal compensated by the DC offset estimation compensation means;
In the DC offset compensation means, the DC offset estimation value estimated by the DC offset estimation compensation means after being compensated by the frequency offset estimation compensation means and the frequency offset value estimated by the frequency offset estimation compensation means are used. Overcompensation component calculation means (36) for calculating an overcompensation component of the subcarrier;
Overcompensation component removal means (35) used for DC offset compensation in the DC offset estimation compensation means by removing the overcompensation component calculated by the overcompensation component calculation means from the DC offset value observed by the DC offset estimation compensation means. When,
Have
After removing the overcompensation component, the frequency offset estimation compensation means compensates the frequency offset of the signal compensated for the DC offset by the DC offset estimation compensation means and outputs the signal.
また、本発明の一実施態様によるオフセット補償方法は、ＯＦＤＭ信号のＤＣオフセット及び周波数オフセットを推定して補償するオフセット補償方法であって、
前記ＯＦＤＭ信号を直交復調した信号に含まれるＤＣオフセット値を観測、推定して補償する第１ステップ（Ｓ１１，Ｓ１２）と、
前記第１ステップで補償された信号に含まれる周波数オフセット値を推定して補償する第２ステップ（Ｓ１３，Ｓ１４）と、
前記第２ステップで周波数オフセットを補償された信号からＤＣオフセット値を推定する第３ステップ（Ｓ１５）と、
前記第３ステップで推定されたＤＣオフセット推定値と、前記第２ステップで推定された周波数オフセット値を用いて、前記第１ステップにおけるサブキャリアの過補償成分を計算し、前記第１ステップで観測されたＤＣオフセット値から前記過補償成分を取り除く第４ステップ（Ｓ１６）と、
前記第４ステップで前記過補償成分を取り除いたＤＣオフセット値で前記ＯＦＤＭ信号を直交復調した信号の補償を行う第５ステップ（Ｓ１７）と、
前記第５ステップで補償された信号に含まれる周波数オフセット値を補償し出力する第６ステップ（Ｓ１８）と、を有する。
An offset compensation method according to an embodiment of the present invention is an offset compensation method for estimating and compensating for a DC offset and a frequency offset of an OFDM signal,
A first step (S11, S12) for observing, estimating and compensating for a DC offset value included in a signal obtained by orthogonal demodulation of the OFDM signal;
A second step (S13, S14) for estimating and compensating for a frequency offset value included in the signal compensated in the first step;
A third step (S15) for estimating a DC offset value from the signal compensated for the frequency offset in the second step;
Using the DC offset estimated value estimated in the third step and the frequency offset value estimated in the second step, a subcarrier overcompensation component in the first step is calculated and observed in the first step. A fourth step (S16) for removing the overcompensation component from the obtained DC offset value;
A fifth step (S17) for compensating a signal obtained by orthogonally demodulating the OFDM signal with a DC offset value obtained by removing the overcompensation component in the fourth step;
And a sixth step (S18) for compensating and outputting the frequency offset value included in the signal compensated in the fifth step.
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。 Note that the reference numerals in the parentheses are given for ease of understanding, are merely examples, and are not limited to the illustrated modes.
本発明によれば、回路規模を増大させることなくＤＣオフセット及び周波数オフセットを高速かつ精度良く補償することができる。 According to the present invention, it is possible to compensate for a DC offset and a frequency offset with high speed and accuracy without increasing the circuit scale.
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
＜ＯＦＤＭ受信機＞
図１は、本発明のオフセット補償回路を適用したＯＦＤＭ受信機の一実施形態のブロック構成図を示す。図１において、アンテナ１０で受信したＲＦ信号はローノイズアンプ（ＬＮＡ）１１で増幅されたのち、ミキサ１２，１３それぞれに供給される。
<OFDM receiver>
FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of an OFDM receiver to which an offset compensation circuit of the present invention is applied. In FIG. 1, an RF signal received by an antenna 10 is amplified by a low noise amplifier (LNA) 11 and then supplied to mixers 12 and 13, respectively.
局部発振器１４が出力する局部発振信号は直接ミキサ１２に供給されると共に、移相器１５でπ／２移相されてミキサ１３に供給される。ミキサ１２，１３と局部発振器１４と移相器１５はダイレクトコンバージョン方式の直交復調器を構成している。ミキサ１２はＲＦ信号と移相された局部発振信号を乗算してＯＦＤＭベースバンド信号のＩ（同相）信号を出力する。ミキサ１３はＲＦ信号と局部発振信号を乗算してＯＦＤＭベースバンド信号のＱ（直交）信号を出力する。 The local oscillation signal output from the local oscillator 14 is directly supplied to the mixer 12, and phase-shifted by π / 2 by the phase shifter 15 and supplied to the mixer 13. The mixers 12 and 13, the local oscillator 14, and the phase shifter 15 constitute a direct conversion type quadrature demodulator. The mixer 12 multiplies the RF signal and the phase-shifted local oscillation signal to output an I (in-phase) signal of the OFDM baseband signal. The mixer 13 multiplies the RF signal and the local oscillation signal and outputs a Q (orthogonal) signal of the OFDM baseband signal.
ミキサ１２の出力するＩ信号はＡＧＣ（自動利得制御）アンプ１７で増幅されたのち、ローパスフィルタ１８で不要高周波成分を除去され、Ａ／Ｄコンバータ１９でデジタル化されてデジタル補償・復調部２０に供給される。また、ミキサ１３の出力するＱ信号はＡＧＣ（自動利得制御）アンプ２１で増幅されたのち、ローパスフィルタ２２で不要高周波成分を除去され、Ａ／Ｄコンバータ２３でデジタル化されてデジタル補償・復調部２０に供給される。 The I signal output from the mixer 12 is amplified by an AGC (automatic gain control) amplifier 17, then unnecessary high frequency components are removed by a low-pass filter 18, digitized by an A / D converter 19, and sent to a digital compensation / demodulation unit 20. Supplied. The Q signal output from the mixer 13 is amplified by an AGC (automatic gain control) amplifier 21, then unnecessary high frequency components are removed by a low-pass filter 22, and digitized by an A / D converter 23 to be digitally compensated / demodulated. 20 is supplied.
デジタル補償・復調部２０はＩ，Ｑ信号からＤＣオフセット及び周波数オフセットの推定及び補償を行い、その後、復調を行う。すなわち、デジタル補償・復調部２０内においてオフセット補償が実行される。 The digital compensation / demodulation unit 20 estimates and compensates DC offset and frequency offset from the I and Q signals, and then performs demodulation. That is, offset compensation is executed in the digital compensation / demodulation unit 20.
＜オフセット補償回路＞
図２は、本発明のオフセット補償回路の一実施形態のブロック構成図を示す。図２において、Ａ／Ｄコンバータ１９，２３が出力するＩ，Ｑ信号は各種ブロックを通過したのち乗算器３１に供給される。乗算器３１は後述する周波数オフセット推定部３８から周波数オフセット値Δｆを供給された場合、この周波数オフセットΔｆからキャリア再生を行い、Ｉ，Ｑ信号それぞれに複素乗算することで周波数オフセット補償を行って出力する。乗算器３１の出力するＩ，Ｑ信号は減算器３２及びＤＣオフセット推定部３３に供給される。
<Offset compensation circuit>
FIG. 2 shows a block diagram of an embodiment of the offset compensation circuit of the present invention. In FIG. 2, the I and Q signals output from the A / D converters 19 and 23 are supplied to the multiplier 31 after passing through various blocks. When a frequency offset value Δf is supplied from a frequency offset estimation unit 38, which will be described later, the multiplier 31 performs carrier recovery from the frequency offset Δf, performs frequency offset compensation by performing complex multiplication on each of the I and Q signals, and outputs the result. To do. The I and Q signals output from the multiplier 31 are supplied to a subtracter 32 and a DC offset estimation unit 33.
ここで、図３に、規格ＩＥＥＥ８０２．１１ａにおけるＯＦＤＭ無線フレームの一実施形態の構成図を示す。ＯＦＤＭ無線フレームはＰＬＣＰプリアンブル、ＯＦＤＭヘッダであるＳＩＧＮＡＬ、データ領域のＤａｔａを有している。ＰＬＣＰプリアンブルはショートシンボルによる固定パターンであるショートトレーニングシンボルと、ロングシンボルによる固定パターンであるロングトレーニングシンボルを有している。ショートトレーニングシンボルはシンボルＳ１〜Ｓ１０を有している。ショートトレーニングシンボル及びロングトレーニングシンボルは、同期、ＡＧＣ、オフセット推定に用いられる。 Here, FIG. 3 shows a configuration diagram of an embodiment of an OFDM radio frame in the standard IEEE 802.11a. The OFDM radio frame has a PLCP preamble, a SIGNAL that is an OFDM header, and data in the data area. The PLCP preamble has a short training symbol that is a fixed pattern using short symbols and a long training symbol that is a fixed pattern using long symbols. Short training symbol has a symbol S 1 ~S 10. The short training symbol and the long training symbol are used for synchronization, AGC, and offset estimation.
なお、本実施形態では１シンボルの周期をｎ（ｎは例えば１６等の数値）回サンプリングして、それぞれＩ，Ｑ信号がＡ／Ｄコンバータ１９，２３から供給されている。 In the present embodiment, the period of one symbol is sampled n (n is a numerical value such as 16) times, and the I and Q signals are supplied from the A / D converters 19 and 23, respectively.
ＤＣオフセット推定部３３は、Ｉ，Ｑ信号それぞれのショートトレーニングシンボルの例えばシンボルＳ７について１シンボル周期のｎサンプルの時間平均値を求め、この時間平均値をＩ，Ｑ信号それぞれのＤＣオフセット推定値とする。 The DC offset estimation unit 33 obtains a time average value of n samples of one symbol period for, for example, the symbol S 7 of the short training symbols of the I and Q signals, and uses this time average value as the DC offset estimation value of each of the I and Q signals. And
具体的には、ＤＣオフセットのない受信信号（トレーニングシンボル）をｓ（ｔ）、ＤＣオフセットをＤとすると、ＤＣオフセットの存在する受信信号ｒ（ｔ）は次のように表される。 Specifically, assuming that a received signal (training symbol) without a DC offset is s (t) and a DC offset is D, a received signal r (t) having a DC offset is expressed as follows.
ｒ（ｔ）＝ｓ（ｔ）＋Ｄ
ここで、トレーニングシンボルであるｓ（ｔ）は直流成分がない周期信号であるため１シンボル区間の平均値は０となる。故に、ｒ（ｔ）を１シンボル区間（Ｎサンプル）で平均をとると、次式によりＤＣオフセットを求めることができる。
r (t) = s (t) + D
Here, since s (t), which is a training symbol, is a periodic signal having no DC component, the average value in one symbol section is zero. Therefore, when r (t) is averaged over one symbol interval (N samples), the DC offset can be obtained by the following equation.
ところで、制御部４０はＯＦＤＭ無線フレームの受信開始からＡＧＣアンプ１７，２１やその他回路の動作が安定した時点（例えばショートトレーニングシンボルのシンボルＳ７のタイミング、なお、例えばＳ５やＳ６等の場合もある）でＤＣオフセット推定部３３にＤＣオフセット推定動作の開始を指示している。また、制御部４０はＤＣオフセット推定部３３の出力するＤＣオフセット値Ｄ０をセレクタ３４に選択させて減算器３２に供給する。
減算器３２は乗算器３１の出力するＩ，Ｑ信号それぞれについてＤＣオフセット値Ｄ０を減算して乗算器３７及び周波数オフセット推定部３８に供給する。 The subtracter 32 subtracts the DC offset value D 0 for each of the I and Q signals output from the multiplier 31 and supplies the result to the multiplier 37 and the frequency offset estimation unit 38.
周波数オフセット推定部３８はＤＣオフセット推定に用いたシンボル（例えばシンボルＳ７）の次の２シンボル（例えばシンボルＳ８，Ｓ９）である２ｎサンプルのＩ，Ｑ信号を用いて周波数オフセットの推定を行う。周波数オフセット推定部３８はｎサンプル（１シンボル周期）前のサンプルのＩ，Ｑ信号との複素相関演算を行って、ｎサンプル前のＩ，Ｑ信号との位相変化量を計算し、それにより周波数オフセットを推定する。 The frequency offset estimator 38 estimates the frequency offset using the 2n-sample I and Q signals that are the next two symbols (for example, the symbols S 8 and S 9 ) after the symbol (for example, the symbol S 7 ) used for the DC offset estimation. Do. The frequency offset estimator 38 performs a complex correlation operation with the I and Q signals of n samples (one symbol period) before, and calculates a phase change amount with the I and Q signals before n samples, thereby calculating the frequency. Estimate the offset.
具体的には、周波数オフセットのない受信信号（トレーニングシンボル）をｓ（ｔ）とすると、トレーニングシンボルは周期信号であり、１シンボル区間Δｔ毎に同じデータが繰り返されるので次式で表される。 Specifically, assuming that a received signal (training symbol) without a frequency offset is s (t), the training symbol is a periodic signal, and the same data is repeated for each symbol period Δt, and therefore is expressed by the following equation.
ｓ（ｔ）＝ｓ（ｔ−Δｔ）
また、周波数オフセットΔｆのある信号ｒ（ｔ）は次式で表される。
s (t) = s (t−Δt)
A signal r (t) having a frequency offset Δf is expressed by the following equation.
ｒ（ｔ）＝ｓ（ｔ）ｅｘｐ（ｊ２πΔｆｔ）
また、ｒ（ｔ）は周期信号であるため、１シンボル区間の自己相関をとると、次式を得ることができる。なお、ｓ＊はｓと共役な複素数を表す。
r (t) = s (t) exp (j2πΔft)
Since r (t) is a periodic signal, the following equation can be obtained by taking the autocorrelation of one symbol section. Note that s * represents a complex number conjugate with s.
ｒ（ｔ）ｓ＊（ｔ−Δｔ）＝｜ｓ（ｔ）｜２ｅｘｐ（ｊ２πΔｆΔｔ）
この式における位相Δωは次式で表される。
r (t) s * (t−Δt) = | s (t) | 2 exp (j2πΔfΔt)
The phase Δω in this equation is expressed by the following equation.
Δω＝ａｒｇ｜ｓ（ｔ）｜２ｅｘｐ（ｊ２πΔｆΔｔ）
故に、周波数オフセットΔｆは以下のように表せる。
Δω = arg | s (t) | 2 exp (j2πΔfΔt)
Therefore, the frequency offset Δf can be expressed as follows.
Δｆ＝Δω／２πΔｔ
なお、周波数オフセットがある場合には各シンボルのＩ，Ｑ信号は図４（Ｂ）に示すように見かけ上の１シンボル周期が変化し、現在のサンプルと１シンボル周期前のサンプルとの相関が低くなる。周波数オフセット推定部３８は周波数オフセット値Δｆを推定して過補償成分計算部３６及びスイッチ３９に供給する。
Δf = Δω / 2πΔt
When there is a frequency offset, the I and Q signals of each symbol have an apparent one symbol period changed as shown in FIG. 4B, and the correlation between the current sample and the sample one symbol period before is correlated. Lower. The frequency offset estimation unit 38 estimates the frequency offset value Δf and supplies it to the overcompensation component calculation unit 36 and the switch 39.
制御部４０は、周波数オフセット推定を行った次のシンボル（例えばシンボルＳ１０）で周波数オフセット値Δｆから再生されたキャリアを乗算器３１に供給するようスイッチ３９の切替えを行う。これにより、乗算器３１は周波数オフセットを補償したＩ，Ｑ信号を出力する。 The control unit 40 switches the switch 39 so as to supply the multiplier 31 with the carrier regenerated from the frequency offset value Δf at the next symbol (for example, the symbol S 10 ) for which the frequency offset has been estimated. As a result, the multiplier 31 outputs I and Q signals compensated for the frequency offset.
ここで、先に説明したように、ＤＣオフセット及び周波数オフセットを含むＯＦＤＭ信号では、図１１及び図１５に示すように、センター周波数０Ｈｚにおいて、ＤＣオフセット値として観測される値Ｄ０には、隣接するサブキャリアの成分Ｄ’も含まれている。なお、ＤＣオフセットの真値をＤとすると、（１）式の関係となる。 Here, as described above, in the OFDM signal including the DC offset and the frequency offset, as shown in FIGS. 11 and 15, the value D 0 observed as the DC offset value at the center frequency 0 Hz is adjacent to the value D 0. A subcarrier component D ′ is also included. If the true value of the DC offset is D, the relationship of equation (1) is established.
Ｄ０＝Ｄ＋Ｄ’ …（１）
このため、ＤＣオフセット及び周波数オフセットを補償したＯＦＤＭベースバンド信号スペクトラムは図５に示すように、隣接するサブキャリアの成分Ｄ’までＤＣオフセット補償されて、隣接するサブキャリアが干渉（過補償）された状態である。
D 0 = D + D ′ (1)
Therefore, as shown in FIG. 5, the OFDM baseband signal spectrum compensated for the DC offset and the frequency offset is DC offset compensated up to the adjacent subcarrier component D ′, and the adjacent subcarrier is interfered (overcompensated). It is in the state.
ＤＣオフセット推定部３３は、周波数オフセット推定を行った次のシンボル（例えばシンボルＳ１０）において、１シンボル周期のｎサンプルの時間平均値を求め、この時間平均値をＩ，Ｑ信号それぞれのＤＣオフセット推定値ｄ’とする。この場合のＤＣオフセット推定値ｄ’は、図５に示すように、隣接するサブキャリアのオフセットとみなされ過補償された成分Ｄ’に起因する成分である。制御部４０はＤＣオフセット推定部３３の出力するＩ，Ｑ信号それぞれのＤＣオフセット推定値ｄ’を過補償成分計算部３６に供給させるよう制御する。 The DC offset estimator 33 obtains a time average value of n samples of one symbol period in the next symbol (for example, symbol S 10 ) subjected to frequency offset estimation, and uses this time average value as the DC offset of each of the I and Q signals. The estimated value is d ′. As shown in FIG. 5, the DC offset estimated value d ′ in this case is a component caused by a component D ′ that is regarded as an offset of an adjacent subcarrier and is overcompensated. The control unit 40 controls the overcompensation component calculation unit 36 to supply the DC offset estimation values d ′ of the I and Q signals output from the DC offset estimation unit 33.
過補償成分計算部３６はＩ，Ｑ信号それぞれのＤＣオフセット推定値ｄ’から（２）式を用いて隣接するサブキャリアの成分である過補償成分Ｄ’を算出する。ここで、ｆ０はサブキャリア間隔である。 The overcompensation component calculator 36 calculates an overcompensation component D ′, which is a component of the adjacent subcarrier, using the equation (2) from the DC offset estimated values d ′ of the I and Q signals. Here, f 0 is a subcarrier interval.
次に、（４）式をＤＣオフセット算出の式に置き換える。このため、（４）式にＴ＝１／ｆ０，ＡＴ＝Ｄ’，ｆ＝Δｆを代入すると、（５）式が得られる。 Next, the equation (4) is replaced with a DC offset calculation equation. Therefore, when T = 1 / f 0 , AT = D ′, and f = Δf are substituted into the equation (4), the equation (5) is obtained.
図２に戻って説明するに、過補償成分計算部３６はＩ，Ｑ信号それぞれの過補償成分Ｄ’は減算器３５に供給される。減算器３５は、ＤＣオフセット推定部３３が保持して出力するＤＣオフセット値Ｄ０から過補償成分Ｄ’を減算してセレクタ３４に供給する。セレクタ３４は制御部４０の制御により、例えばシンボルＳ１０以降の受信タイミングでは減算器３５の出力を選択して減算器３２に供給する。また、スイッチ３９は制御部４０の制御により周波数オフセット値Δｆから再生されたキャリアを乗算器３７に供給する。 Returning to FIG. 2, the overcompensation component calculator 36 supplies the overcompensation component D ′ of each of the I and Q signals to the subtractor 35. The subtracter 35 subtracts the overcompensation component D ′ from the DC offset value D 0 held and output by the DC offset estimator 33 and supplies it to the selector 34. Selector 34 under the control of the controller 40, for example, supplied to the subtracter 32 selects the output of the subtracter 35 is at the reception timing of the symbol S 10 and later. The switch 39 supplies the carrier 37 reproduced from the frequency offset value Δf to the multiplier 37 under the control of the control unit 40.
これにより、減算器３２は、乗算器３１を通過したＩ，Ｑ信号それぞれからＤＣオフセットの真値Ｄを減算してＤＣオフセット補償を行って乗算器３７及び周波数オフセット推定部３８に供給する。このＤＣオフセット補償では過補償成分Ｄ’の影響を受けていない。そして、乗算器３７は周波数オフセットΔｆから再生されたキャリアをＩ，Ｑ信号それぞれに複素乗算することで周波数オフセット補償を行って出力する。 As a result, the subtractor 32 subtracts the true value D of the DC offset from each of the I and Q signals that have passed through the multiplier 31, performs DC offset compensation, and supplies the result to the multiplier 37 and the frequency offset estimation unit 38. This DC offset compensation is not affected by the overcompensation component D '. The multiplier 37 performs frequency offset compensation by performing complex multiplication of the carrier reproduced from the frequency offset Δf on each of the I and Q signals, and outputs the result.
＜オフセット補償回路動作のフローチャート＞
図７はオフセット補償回路動作の一実施形態のフローチャートを示す。図７において、ステップＳ１１でＤＣオフセット推定部３３はＤＣオフセット値Ｄ０を推定する。ステップＳ１２で減算器３２はＩ，Ｑ信号のＤＣオフセット補償を行う。次に、ステップＳ１３で周波数オフセット推定部３８は周波数オフセット値Δｆの推定を行う。ステップＳ１４で乗算器３１はＩ，Ｑ信号の周波数オフセット補償を行う。
<Flow chart of offset compensation circuit operation>
FIG. 7 shows a flowchart of one embodiment of the offset compensation circuit operation. In FIG. 7, the DC offset estimation unit 33 estimates the DC offset value D 0 in step S11. In step S12, the subtractor 32 performs DC offset compensation of the I and Q signals. Next, in step S13, the frequency offset estimation unit 38 estimates the frequency offset value Δf. In step S14, the multiplier 31 performs frequency offset compensation of the I and Q signals.
この後、ステップＳ１５でＤＣオフセット推定部３３はＤＣオフセット推定値ｄ’を推定する。次に、ステップＳ１６で過補償成分計算部３６はＤＣオフセット推定部３３から供給されるＤＣオフセット推定値ｄ’を用いて過補償成分Ｄ’を計算する。また、減算器３５はＤＣオフセット値Ｄ０から過補償成分Ｄ’を減算してＤＣオフセットＤを求め減算器３２に供給する。 Thereafter, in step S15, the DC offset estimation unit 33 estimates the DC offset estimated value d ′. Next, in step S <b> 16, the overcompensation component calculation unit 36 calculates the overcompensation component D ′ using the DC offset estimation value d ′ supplied from the DC offset estimation unit 33. The subtractor 35 subtracts the overcompensation component D ′ from the DC offset value D 0 to obtain the DC offset D and supplies it to the subtractor 32.
この後、ステップＳ１７で減算器３２はＤＣオフセットＤを用いてＩ，Ｑ信号のＤＣオフセット補償を行う。次に、ステップＳ１８で乗算器３１はＩ，Ｑ信号の周波数オフセット補償を行って出力する。このステップＳ１７を実行したのちＯＦＤＭ受信信号の復調が開始される。 Thereafter, in step S17, the subtractor 32 performs DC offset compensation of the I and Q signals using the DC offset D. Next, in step S18, the multiplier 31 performs frequency offset compensation of the I and Q signals and outputs them. After executing this step S17, demodulation of the OFDM received signal is started.
ところで、上記のステップＳ１２を実行したのち、ステップＳ１３〜Ｓ１７を複数回実行したのちステップＳ１８を実行し、そののちＯＦＤＭ受信信号の復調を開始してもよい。図８は、この場合のフローチャートを示す。図８においては、ステップＳ１３〜Ｓ１７に対応するステップＳ２３〜Ｓ２７をｍ（ｍは整数）回ループして繰り返す。即ち、ステップＳ２３で周波数オフセット推定部３８は周波数オフセット値Δｆの推定を行う。ステップＳ２４で乗算器３１はＩ，Ｑ信号の周波数オフセット補償を行う。 By the way, after executing step S12 described above, steps S13 to S17 may be executed a plurality of times, then step S18 may be executed, and then demodulation of the OFDM received signal may be started. FIG. 8 shows a flowchart in this case. In FIG. 8, steps S23 to S27 corresponding to steps S13 to S17 are repeated m (m is an integer) times. That is, in step S23, the frequency offset estimation unit 38 estimates the frequency offset value Δf. In step S24, the multiplier 31 performs frequency offset compensation of the I and Q signals.
この後、ステップＳ２５でＤＣオフセット推定部３３はＤＣオフセット推定値ｄ’を推定する。次に、ステップＳ２６で過補償成分計算部３６はＤＣオフセット推定部３３から供給されるＤＣオフセット推定値ｄ’を用いて過補償成分Ｄ’を計算する。また、減算器３５はＤＣオフセット値Ｄ０から過補償成分Ｄ’を減算してＤＣオフセットＤを求め減算器３２に供給する。この後、ステップＳ２７で減算器３２はＤＣオフセットＤを用いてＩ，Ｑ信号のＤＣオフセット補償を行う。最後にステップＳ１８に対応するステップＳ２８で乗算器３１はＩ，Ｑ信号の周波数オフセット補償を行って出力する。このステップＳ２８を実行したのちＯＦＤＭ受信信号の復調が開始される。 Thereafter, in step S25, the DC offset estimation unit 33 estimates the DC offset estimated value d ′. Next, in step S26, the overcompensation component calculation unit 36 calculates the overcompensation component D ′ using the DC offset estimation value d ′ supplied from the DC offset estimation unit 33. The subtractor 35 subtracts the overcompensation component D ′ from the DC offset value D 0 to obtain the DC offset D and supplies it to the subtractor 32. Thereafter, in step S27, the subtractor 32 performs DC offset compensation of the I and Q signals using the DC offset D. Finally, in step S28 corresponding to step S18, the multiplier 31 performs frequency offset compensation of the I and Q signals and outputs them. After executing this step S28, demodulation of the OFDM received signal is started.
このように、図７の一部の処理を図８のように複数回実行することにより、更に、オフセット推定精度を高くすることができる。 As described above, by executing a part of the processing of FIG. 7 a plurality of times as shown in FIG. 8, the offset estimation accuracy can be further increased.
＜シミュレーション結果＞
図９にＤＣオフセット及び周波数オフセットの補償を行った場合の周波数オフセット値に対するＥＶＭ（Ｅｒｒｏｒ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）を示す。これは規格ＩＥＥＥ８０２．１１ａに基づくシミュレーション結果である。ここで、実線は従来技術による補償結果を示し、黒丸付の一点鎖線は本実施形態による補償結果を示す。
<Simulation results>
FIG. 9 shows an EVM (Error Vector Magnitude) with respect to the frequency offset value when the DC offset and the frequency offset are compensated. This is a simulation result based on the standard IEEE 802.11a. Here, the solid line indicates the result of compensation according to the prior art, and the one-dot chain line with a black circle indicates the result of compensation according to the present embodiment.
規格ＩＥＥＥ８０２．１１ａでは使用する最大周波数は５．８０５ＧＨｚ±２３２．２ｋＨｚである。この図から、周波数オフセット−２３２．２ｋＨｚにおいて、本実施形態では従来に対し約２５ｄＢの改善が見られ、本実施形態では周波数オフセットに対しＥＶＭの劣化を抑制していることが分かる。 In the standard IEEE802.11a, the maximum frequency used is 5.805 GHz ± 232.2 kHz. From this figure, it can be seen that, at a frequency offset of -232.2 kHz, the present embodiment shows an improvement of about 25 dB compared to the prior art, and this embodiment suppresses the degradation of the EVM with respect to the frequency offset.
本実施形態ではＤＣオフセットの推定には時間平均を用い、周波数オフセットの推定には複素相関演算を用い、（２）式の演算を追加することで、精度の高いＤＣオフセット及び周波数オフセットの補償を行うことができる。また、従来（特許文献１）と比較して追加するブロックは乗算器３１と過補償成分計算部３６でよいため、特別に大きなブロックを追加する必要がない。このため、回路規模の増大を抑えることができる。上記のＤＣオフセットの推定、周波数オフセットの推定、（２）式の演算に要する時間は、ショートトレーニングシンボルの４シンボル周期であり、ＤＣオフセット及び周波数オフセットを高速に補償することができる。 In this embodiment, the time offset is used for estimating the DC offset, the complex correlation operation is used for estimating the frequency offset, and the calculation of the equation (2) is added to compensate for the DC offset and the frequency offset with high accuracy. It can be carried out. In addition, since the multiplier 31 and the overcompensation component calculator 36 may be added as compared with the prior art (Patent Document 1), it is not necessary to add a particularly large block. For this reason, an increase in circuit scale can be suppressed. The time required for the estimation of the DC offset, the estimation of the frequency offset, and the calculation of equation (2) is four symbol periods of the short training symbol, and the DC offset and the frequency offset can be compensated at high speed.
本実施形態では無線ＬＡＮ規格のＩＥＥＥ８０２．１１ａ，ｇを実施例として述べているが、これに限定されない。無線ＬＡＮ規格ＩＥＥＥ８０２．１１全般において採用されるＯＦＤＭ方式に適用することができる。また、無線ＬＡＮに限らずＯＦＤＭを用いた無線通信一般にも適用することができる。 In this embodiment, IEEE802.11a, g of the wireless LAN standard is described as an example, but the present invention is not limited to this. The present invention can be applied to the OFDM system adopted in the entire wireless LAN standard IEEE 802.11. Further, the present invention can be applied not only to a wireless LAN but also to general wireless communication using OFDM.
１０ アンテナ
１１ ローノイズアンプ
１２，１３ ミキサ
１４ 局部発振器
１５ 移相器
１７，２１ ＡＧＣアンプ
１８，２２ ローパスフィルタ
１９，２３ Ａ／Ｄコンバータ
２０ デジタル補償・復調部
３１，３７ 乗算器
３２，３５ 減算器
３３ ＤＣオフセット推定部
３４ セレクタ
３６ 過補償成分計算部
３８ 周波数オフセット推定部
４０ 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Antenna 11 Low noise amplifier 12, 13 Mixer 14 Local oscillator 15 Phase shifter 17, 21 AGC amplifier 18, 22 Low-pass filter 19, 23 A / D converter 20 Digital compensation / demodulation part 31, 37 Multiplier 32, 35 Subtractor 33 DC offset estimation unit 34 selector 36 overcompensation component calculation unit 38 frequency offset estimation unit 40 control unit
Claims (4)
前記ＯＦＤＭ信号を直交復調した信号に含まれるＤＣオフセット値を観測、推定して補償するＤＣオフセット推定補償手段と、
前記ＤＣオフセット推定補償手段で補償された信号に含まれる周波数オフセット値を推定して補償する周波数オフセット推定補償手段と、
前記周波数オフセット推定補償手段で補償されたのち前記ＤＣオフセット推定補償手段で推定されたＤＣオフセット推定値と、前記周波数オフセット推定補償手段で推定された周波数オフセット値を用いて、前記ＤＣオフセット補償手段におけるサブキャリアの過補償成分を計算する過補償成分計算手段と、
前記ＤＣオフセット推定補償手段で観測されたＤＣオフセット値から前記過補償成分計算手段で計算した過補償成分を取り除いて前記ＤＣオフセット推定補償手段でのＤＣオフセット補償に用いる過補償成分除去手段と、
を有し、
前記過補償成分を取り除いたのち前記ＤＣオフセット推定補償手段でＤＣオフセットを補償した信号に対し前記周波数オフセット推定補償手段で周波数オフセットを補償し出力することを特徴とするオフセット補償回路。 An offset compensation circuit that estimates and compensates for a DC offset and a frequency offset of an OFDM signal,
DC offset estimation compensation means for observing, estimating and compensating for a DC offset value included in a signal obtained by orthogonal demodulation of the OFDM signal;
Frequency offset estimation compensation means for estimating and compensating for a frequency offset value included in the signal compensated by the DC offset estimation compensation means;
In the DC offset compensation means, the DC offset estimation value estimated by the DC offset estimation compensation means after being compensated by the frequency offset estimation compensation means and the frequency offset value estimated by the frequency offset estimation compensation means are used. An overcompensation component calculating means for calculating an overcompensation component of the subcarrier;
An overcompensation component removing unit used for DC offset compensation in the DC offset estimation compensation unit by removing the overcompensation component calculated by the overcompensation component calculation unit from the DC offset value observed by the DC offset estimation compensation unit;
Have
An offset compensation circuit, wherein after the overcompensation component is removed, the frequency offset is compensated by the frequency offset estimation compensation means for the signal compensated for the DC offset by the DC offset estimation compensation means.
前記過補償成分計算手段は、前記周波数オフセット値をΔｆとし、前記ＤＣオフセット推定値をｄ’とし、前記過補償成分をＤ’とし、サブキャリア間隔をｆ０として、
The overcompensation component calculation means sets the frequency offset value as Δf, the DC offset estimation value as d ′, the overcompensation component as D ′, and the subcarrier interval as f 0 .
前記ＯＦＤＭ信号を直交復調した信号に含まれるＤＣオフセット値を観測、推定して補償する第１ステップと、
前記第１ステップで補償された信号に含まれる周波数オフセット値を推定して補償する第２ステップと、
前記第２ステップで周波数オフセットを補償された信号からＤＣオフセット値を推定する第３ステップと、
前記第３ステップで推定されたＤＣオフセット推定値と、前記第２ステップで推定された周波数オフセット値を用いて、前記第１ステップにおけるサブキャリアの過補償成分を計算し、前記第１ステップで観測されたＤＣオフセット値から前記過補償成分を取り除く第４ステップと、
前記第４ステップで前記過補償成分を取り除いたＤＣオフセット値で前記ＯＦＤＭ信号を直交復調した信号の補償を行う第５ステップと、
前記第５ステップで補償された信号に含まれる周波数オフセット値を補償し出力する第６ステップと、
を有することを特徴とするオフセット補償方法。 An offset compensation method for estimating and compensating for a DC offset and a frequency offset of an OFDM signal,
A first step of observing, estimating and compensating for a DC offset value included in a signal obtained by orthogonal demodulation of the OFDM signal;
A second step of estimating and compensating for a frequency offset value included in the signal compensated in the first step;
A third step of estimating a DC offset value from the signal compensated for the frequency offset in the second step;
Using the DC offset estimated value estimated in the third step and the frequency offset value estimated in the second step, a subcarrier overcompensation component in the first step is calculated and observed in the first step. A fourth step of removing the overcompensation component from the measured DC offset value;
A fifth step of compensating a signal obtained by orthogonally demodulating the OFDM signal with a DC offset value obtained by removing the overcompensation component in the fourth step;
A sixth step of compensating and outputting a frequency offset value included in the signal compensated in the fifth step;
An offset compensation method comprising:
前記第２乃至第５ステップを複数回繰り返すことを特徴とするオフセット補償方法。 The offset compensation method according to claim 3, wherein
An offset compensation method, wherein the second to fifth steps are repeated a plurality of times.
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