JP5626688B2 - Wireless receiver - Google Patents

Wireless receiver Download PDF

Info

Publication number
JP5626688B2
JP5626688B2 JP2011526779A JP2011526779A JP5626688B2 JP 5626688 B2 JP5626688 B2 JP 5626688B2 JP 2011526779 A JP2011526779 A JP 2011526779A JP 2011526779 A JP2011526779 A JP 2011526779A JP 5626688 B2 JP5626688 B2 JP 5626688B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
directivity
subcarrier
antenna
radio
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2011526779A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2011019051A1 (en
Inventor
岡田 実
実 岡田
悟司 塚本
悟司 塚本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nara Institute of Science and Technology NUC
Original Assignee
Nara Institute of Science and Technology NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nara Institute of Science and Technology NUC filed Critical Nara Institute of Science and Technology NUC
Priority to JP2011526779A priority Critical patent/JP5626688B2/en
Publication of JPWO2011019051A1 publication Critical patent/JPWO2011019051A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5626688B2 publication Critical patent/JP5626688B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/10Polarisation diversity; Directional diversity
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/28Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using a secondary device in the form of two or more substantially straight conductive elements
    • H01Q19/32Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using a secondary device in the form of two or more substantially straight conductive elements the primary active element being end-fed and elongated
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H01Q3/446Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element the radiating element being at the centre of one or more rings of auxiliary elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

本発明は、直交周波数分割多重方式(以下、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式という。)で送信された無線信号を受信する無線受信装置に関し、特に、マルチパスフェージングにより無線信号レベルが低下することに起因する誤り率特性の劣化を補償することができる無線受信装置とそのチャネル等化方法に関する。   The present invention relates to a radio receiving apparatus that receives a radio signal transmitted by an orthogonal frequency division multiplexing (hereinafter referred to as OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)), and in particular, the radio signal level is reduced due to multipath fading. The present invention relates to a radio receiving apparatus and a channel equalization method thereof that can compensate for error rate characteristic degradation caused by.

近年、その周波数利用効率の高さとマルチパスによる周波数選択性フェージングへの耐性や遅延波による符号間干渉への耐性から移動通信においてOFDM方式が広く用いられている。しかし、フェージングによる受信信号強度の低下から生ずる劣化からは逃れられない。最大比合成ダイバーシチはマルチパスによる性能劣化の軽減には効果があるが、空間ダイバーシチの効果を最大限に得るためには、RF受信回路、A/D変換器、離散フーリエ変換(DFT(Discrete Fourier Transform))回路などがそれぞれのアンテナに必要となり回路規模の増加が避けられない。   In recent years, the OFDM scheme has been widely used in mobile communications because of its high frequency utilization efficiency, resistance to frequency selective fading due to multipath, and resistance to intersymbol interference due to delayed waves. However, it cannot escape from the deterioration caused by the decrease in received signal strength due to fading. Although maximum ratio combining diversity is effective in reducing performance degradation due to multipath, in order to obtain the maximum effect of spatial diversity, an RF receiver circuit, an A / D converter, a discrete Fourier transform (DFT (Discrete Fourier Transform) Transform)) Circuits are required for each antenna, and the increase in circuit scale is inevitable.

特開2004−096140号公報。Japanese Patent Laid-Open No. 2004-096140. 特開2009−141740号公報JP 2009-141740 A 特開2007−228248号公報。JP 2007-228248 A.

K. Gyoda et al. "Design of electronically steerable passive array radiator (ESPAR) antennas", Proceedings of Antennas and Propagation Society International Symposium, Salt Lake City, Utah, U.S.A., Vol.2, pp.922-925, July 2000.K. Gyoda et al. "Design of electronically steerable passive array radiator (ESPAR) antennas", Proceedings of Antennas and Propagation Society International Symposium, Salt Lake City, Utah, U.S.A., Vol.2, pp.922-925, July 2000. C. Plapous et al., "Reactance domain MUSIC algorithm for electronically steerable parasitic array radiator", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol.52, Issue 12, pp.3257-3264, December 2004.C. Plapous et al., "Reactance domain MUSIC algorithm for electronically steerable parasitic array radiator", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol.52, Issue 12, pp.3257-3264, December 2004. E. Taillefer et al., "Reactance-domain ESPRIT algorithm for a hexagonally shaped seven-element ESPAR antenna", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol.53, Issues 11, pp.3486-3495, November 2005.E. Taillefer et al., "Reactance-domain ESPRIT algorithm for a hexagonally shaped seven-element ESPAR antenna", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol.53, Issues 11, pp.3486-3495, November 2005. J. G. Proakis et al., "Digital Communications", Fourth Edition, McGraw-Hill, Singapore, 2001.J. G. Proakis et al., "Digital Communications", Fourth Edition, McGraw-Hill, Singapore, 2001.

図17は従来技術に係るESPARアンテナ(Electronically Steerable Passive Array Radiator)アンテナ(以下、エスパアンテナという。例えば、非特許文献1参照。)60の構成を示すブロック図である。図17において、エスパアンテナ60は1本の給電素子61と例えば6本の無給電素子62〜67と、接地導体68とを備えて構成され、各無給電素子62〜67の一端にそれぞれ電気長を変化させる可変容量ダイオード72〜77が接続される。給電素子61の長さは1/4波長であり、各無給電素子62〜67の電気長を変化させることにより、電波の到来方向に対して給電素子61の前後にある無給電素子72〜77を導波器又は反射器として動作させることで八木宇多アンテナのように指向性を持たせることができる。アンテナ指向性は、可変容量ダイオード72〜77に印加するDCバイアス電圧をコントローラ70により変化させることで電気的に自由に可変できる。図17に例示したエスパアンテナでは、水平面内360度の任意の方向に指向性を制御できる。従来技術に係るエスパアンテナは可変容量ダイオード72〜77に印加するバイアス電圧を伝搬路の特性に合わせて可変することでアンテナの指向性を適切に制御して空間ダイバーシチ効果を得ている。   FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of an ESPAR antenna (Electronically Steerable Passive Array Radiator) antenna (hereinafter referred to as ESPAR antenna, for example, see Non-Patent Document 1) 60 according to the prior art. In FIG. 17, the ESPAR antenna 60 includes one feeding element 61, for example, six parasitic elements 62 to 67, and a ground conductor 68, and an electric length is provided at one end of each of the parasitic elements 62 to 67, respectively. Are connected to variable capacitance diodes 72 to 77 for changing the above. The length of the feeding element 61 is a quarter wavelength, and by changing the electrical length of each of the parasitic elements 62 to 67, the parasitic elements 72 to 77 located before and after the feeding element 61 with respect to the arrival direction of the radio wave. Can be made to have directivity like the Yagi-Uta antenna. The antenna directivity can be electrically changed freely by changing the DC bias voltage applied to the variable capacitance diodes 72 to 77 by the controller 70. In the ESPAR antenna illustrated in FIG. 17, directivity can be controlled in an arbitrary direction of 360 degrees in the horizontal plane. The ESPAR antenna according to the related art obtains a space diversity effect by appropriately controlling the directivity of the antenna by changing the bias voltage applied to the variable capacitance diodes 72 to 77 in accordance with the characteristics of the propagation path.

上述の問題点に対して、上記エスパアンテナを用いた選択ダイバーシチは回路規模の点で有利だが、指向性制御のための演算の収束に時間が掛かるため、高速移動による高速フェージング環境下ではアンテナの指向性制御が追従できない。その上、マルチパス環境による周波数選択性フェージングに対しても、指向性を切り替えても何れかのサブキャリアが常に落ち込むような状況が現実には多く効果が薄い。   In contrast to the above problems, the selection diversity using the ESPAR antenna is advantageous in terms of circuit scale, but it takes time to converge the calculation for directivity control. Directional control cannot follow. In addition, even in the case of frequency selective fading due to a multipath environment, there are many situations in which any subcarrier always falls even if the directivity is switched, and the effect is low.

上記エスパアンテナを用いた無線受信装置において、空間ダイバーシチ効果を得るための適切な指向性を実現するに必要なバイアス電圧はMUSICやESPRITなどのアルゴリズムにより計算できる(例えば、非特許文献2及び3参照。)。しかしながら、アンテナ素子の自由度に比べて一度の受信によって得られる情報が少ないため、収束時間が長くなる傾向が見られ、高速移動により伝搬路の変化が速いと追従性能が問題となる。また、アンテナ素子の自由度が少ない提案方式で使用するのと同じ一つの給電素子61に無給電素子62が一つだけ付いているエスパアンテナでも、常に受信信号強度の強い最適な方向を選び続ける状態を維持できない。これは、単一RF入力なので基本的には選択切り替えダイバーシチ動作になり、この動作では原理的に指向性を切り替えてみないと、それ以前より結果が良くなるか悪くなるかがわからないためである。   In the wireless receiver using the ESPAR antenna, a bias voltage necessary for realizing appropriate directivity for obtaining the spatial diversity effect can be calculated by an algorithm such as MUSIC or ESPRIT (for example, see Non-Patent Documents 2 and 3). .) However, since the information obtained by one reception is less than the degree of freedom of the antenna element, the convergence time tends to be long. If the propagation path changes rapidly due to high-speed movement, the tracking performance becomes a problem. Even in the ESPAR antenna in which only one parasitic element 62 is attached to the same feeding element 61 as used in the proposed method with a low degree of freedom of antenna elements, the optimum direction with a strong received signal strength is always selected. The state cannot be maintained. This is because a single RF input basically results in a selective switching diversity operation. In this operation, unless the directivity is switched in principle, it is not known whether the result will be better or worse than before. .

図18は従来技術に係るダイバーシチ方式による動作を示すタイミングチャートである。図18において、破線はアンテナ素子の切り替えを行う受信信号強度を示すしきい値である。しきい値を下回るとアンテナ素子を切り替えるように制御を行うとすると三角矢印で示すタイミングでアンテナを切り替える。例えば破線で囲んだ部分のように、もう一方のアンテナの方の受信強度が強いにもかかわらず受信強度が弱いアンテナを選択し続けており、最適でないアンテナを選択し続ける場合があることがわかる。その上、移動体無線通信で広く用いられているOFDM方式に適用した場合、この方法では周波数選択性フェージングに対しても効果的でない。これは指向性を制御するための最適な方向、すなわち指向性制御の重み係数が周波数により異なるため、OFDMの全てのサブキャリアに対して最適となる重み係数を一意に決められないことによる。   FIG. 18 is a timing chart showing the operation by the diversity method according to the prior art. In FIG. 18, the broken line is a threshold value indicating the received signal strength for switching the antenna element. If control is performed so that the antenna element is switched below the threshold value, the antenna is switched at a timing indicated by a triangular arrow. For example, as shown in the part surrounded by the broken line, it is understood that the antenna with the lower reception strength is selected even though the reception strength of the other antenna is stronger, and the antenna that is not optimal may be selected continuously. . In addition, when applied to an OFDM system widely used in mobile radio communications, this method is not effective for frequency selective fading. This is because the optimum direction for controlling the directivity, that is, the weighting factor for directivity control differs depending on the frequency, so that the optimum weighting factor for all subcarriers of OFDM cannot be uniquely determined.

図19及び図20は従来技術に係るOFDM無線受信装置によって互いに異なる2つの指向性で受信したときのOFDM信号のスペクトラム図である。これらの図19及び図20に示すように、どちらの方向にしても落ち込むサブキャリアが存在し全てのサブキャリアに対して最適となる方向を選択することが困難であることがわかる。   FIG. 19 and FIG. 20 are spectrum diagrams of OFDM signals when they are received with two different directivities by the OFDM radio receiving apparatus according to the prior art. As shown in FIGS. 19 and 20, it can be seen that there are subcarriers that fall in either direction, and it is difficult to select an optimum direction for all subcarriers.

図21は特許文献1において開示された従来技術に係るOFDM無線受信装置の構成を示すブロック図である。図21において、エスパアンテナ10は、給電素子11と、可変容量ダイオード13が装荷された無給電素子12とを備えて構成され、コントローラ55から高周波阻止用インダクタ14を介して可変容量ダイオード13に印加される直流バイアス電圧(以下、制御電圧という。)Vcを変化させることによりエスパアンテナ10の指向性を変化させる。ここで、給電素子11で受信された無線信号はRFフロントエンド回路51に入力された後、低雑音増幅、ベースバンド信号への周波数変換、A/D変換などの処理がなされた後、OFDMベースバンド復調器50に入力される。OFDMベースバンド復調器50は、入力されるデジタル信号に対してFFT52により複数のサブキャリアにフーリエ変換した後、誤り訂正復号器53により誤り訂正することによりデジタル復調信号を得る。特許文献1では、特に、フーリエ変換後の信号に基づいて受信信号品質検出回路54により例えばRSSIなどの受信信号品質を検出し、コントローラ55は例えばRSSIが大きくなるように制御電圧Vcを変化させることにより、マルチパスフェージングにより受信信号レベルが低下することにより起因する誤り率特性の劣化を補償することができる。   FIG. 21 is a block diagram showing a configuration of an OFDM radio receiving apparatus according to the prior art disclosed in Patent Document 1. In FIG. In FIG. 21, the ESPAR antenna 10 includes a feed element 11 and a parasitic element 12 loaded with a variable capacitance diode 13, and is applied to the variable capacitance diode 13 from a controller 55 via a high frequency blocking inductor 14. The directivity of the ESPAR antenna 10 is changed by changing the DC bias voltage (hereinafter referred to as control voltage) Vc. Here, the radio signal received by the feed element 11 is input to the RF front end circuit 51, and then subjected to processing such as low noise amplification, frequency conversion to a baseband signal, A / D conversion, and the like, and then an OFDM base signal. Input to the band demodulator 50. The OFDM baseband demodulator 50 Fourier-transforms an input digital signal into a plurality of subcarriers using an FFT 52, and then performs error correction using an error correction decoder 53 to obtain a digital demodulated signal. In Patent Document 1, in particular, the received signal quality detection circuit 54 detects received signal quality such as RSSI based on the signal after Fourier transform, and the controller 55 changes the control voltage Vc so that, for example, RSSI increases. Thus, it is possible to compensate for the deterioration of the error rate characteristics caused by the decrease in the received signal level due to multipath fading.

しかしながら、図21の従来技術に係るOFDM無線受信装置では、測定した受信品質に基づいて指向性をフィードバック制御していたが、制御遅延が大きく、高速に伝搬路特性が変動するフェージング通信路では、その追従性に問題があった、また、無線LANシステムのようなパケット伝送では、非常に短いパケットでデータ伝送が完結しているために、制御による遅延が許容されない。また、マルチパス遅延波の遅延広がりが大きく、周波数選択性のある伝搬路では、時変動が低速で制御遅延が問題とならない状況であっても、誤り訂正符号と組み合わせなければダイバーシチ効果が十分に得られないという問題があった。   However, in the OFDM radio receiving apparatus according to the prior art of FIG. 21, the directivity is feedback controlled based on the measured reception quality. However, in a fading communication path where the control delay is large and the propagation path characteristics fluctuate at high speed, In packet transmission such as a wireless LAN system that has a problem in followability, data transmission is completed with a very short packet, and therefore, delay due to control is not allowed. Also, in a propagation path with a large multipath delay wave and frequency selectivity, even if the time variation is low and control delay does not become a problem, the diversity effect is sufficient if not combined with an error correction code. There was a problem that it could not be obtained.

本発明の目的は以上の問題点を解決し、OFDM無線受信装置において、高速フェージング環境下においてアンテナの指向性制御が受信信号に追従でき、サブキャリア間干渉を確実に等化することができる無線受信装置とそのチャネル等化方法を提供することにある。   The object of the present invention is to solve the above-described problems, and in an OFDM radio receiving apparatus, antenna directivity control can follow a received signal in a fast fading environment, and radio that can reliably equalize intersubcarrier interference. To provide a receiving apparatus and a channel equalization method thereof.

第1の発明に係る無線受信装置は、所定のサブキャリア周波数間隔で並置された複数のサブキャリア信号を含む直交周波数分割多重方式の無線信号を受信する無線受信装置において、
上記無線信号を受信するアレーアンテナと、
第1の自然数を第2の自然数で除算してなる値を上記サブキャリア周波数間隔に乗算して得られる制御周波数で上記アレーアンテナの指向性を変化させる指向性変化手段と、
上記指向性が変化するアレーアンテナにより受信された無線信号を複数のサブキャリア信号にフーリエ変換した後、サブキャリア間干渉が実質的に無くなるように各サブキャリア信号毎にチャネル等化することにより、上記受信された無線信号を復調する復調手段とを備えたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a radio receiving apparatus that receives radio signals of an orthogonal frequency division multiplexing system including a plurality of subcarrier signals juxtaposed at predetermined subcarrier frequency intervals.
An array antenna for receiving the radio signal;
Directivity changing means for changing the directivity of the array antenna at a control frequency obtained by multiplying the subcarrier frequency interval by a value obtained by dividing the first natural number by the second natural number;
After Fourier transforming the radio signal received by the array antenna with the above directivity to a plurality of subcarrier signals, channel equalization is performed for each subcarrier signal so that intersubcarrier interference is substantially eliminated. And demodulating means for demodulating the received radio signal.

上記無線受信装置において、上記指向性変化手段は、上記アレーアンテナにより受信された無線信号に基づいて上記サブキャリア周波数間隔を求め、当該サブキャリア周波数間隔に対して第1の自然数を第2の自然数で除算してなる値を乗算して得られる制御周波数で周波数同期するように上記アレーアンテナの指向性を変化させることを特徴とする。   In the radio receiving apparatus, the directivity changing unit obtains the subcarrier frequency interval based on a radio signal received by the array antenna, and sets a first natural number to a second natural number with respect to the subcarrier frequency interval. The directivity of the array antenna is changed so as to be frequency-synchronized with a control frequency obtained by multiplying by a value obtained by dividing by.

また、上記無線受信装置において、上記アレーアンテナは、給電素子と、上記給電素子と電磁的に結合するように設けられた少なくとも1本の無給電素子と、上記無給電素子に装荷された可変リアクタンス素子とを備え、
上記指向性変化手段は、上記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより上記アレーアンテナの指向性を変化させることを特徴とする。
In the wireless receiver, the array antenna includes a feeding element, at least one parasitic element provided so as to be electromagnetically coupled to the feeding element, and a variable reactance loaded on the parasitic element. With elements,
The directivity changing means changes the directivity of the array antenna by changing a reactance value of the variable reactance element.

さらに、上記無線受信装置において、上記アレーアンテナは、互いに所定の距離だけ離隔するように設けられた複数のアンテナ素子を備え、
上記指向性変化手段は、上記複数のアンテナ素子で受信された各無線信号の位相を互いに相対的に移相することにより上記アレーアンテナの指向性を変化させることを特徴とする。
Furthermore, in the above wireless receiver, the array antenna includes a plurality of antenna elements provided to be separated from each other by a predetermined distance,
The directivity changing means changes the directivity of the array antenna by shifting the phase of each radio signal received by the plurality of antenna elements relative to each other.

第2の発明に係る無線受信装置のチャネル等化方法は、所定のサブキャリア周波数間隔で並置された複数のサブキャリア信号を含む直交周波数分割多重方式の無線信号を受信する無線受信装置のチャネル等化方法において、
上記無線受信装置は、上記無線信号を受信するアレーアンテナを備え、
上記チャネル等化方法は、第1の自然数を第2の自然数で除算してなる値を上記サブキャリア周波数間隔に乗算して得られる制御周波数で上記アレーアンテナの指向性を変化させながら、上記指向性が変化するアレーアンテナにより受信された無線信号を複数のサブキャリア信号にフーリエ変換した後、サブキャリア間干渉が実質的に無くなるように各サブキャリア信号毎にチャネル等化することにより、上記受信された無線信号を復調する等化ステップを含むことを特徴とする。
A channel equalization method for a radio reception apparatus according to a second aspect of the invention includes a channel for a radio reception apparatus that receives radio signals of an orthogonal frequency division multiplexing system including a plurality of subcarrier signals juxtaposed at predetermined subcarrier frequency intervals. In the process
The wireless receiving device includes an array antenna that receives the wireless signal,
In the channel equalization method, the directivity of the array antenna is changed while the directivity of the array antenna is changed at a control frequency obtained by multiplying the subcarrier frequency interval by a value obtained by dividing the first natural number by the second natural number. After the radio signal received by the array antenna with varying characteristics is Fourier transformed into a plurality of subcarrier signals, the above reception is performed by channel equalization for each subcarrier signal so that intersubcarrier interference is substantially eliminated. And an equalizing step for demodulating the received radio signal.

上記無線受信装置のチャネル等化方法において、上記等化ステップは、上記アレーアンテナにより受信された無線信号に基づいて上記サブキャリア周波数間隔を求め、当該サブキャリア周波数間隔に対して第1の自然数を第2の自然数で除算してなる値を乗算して得られる制御周波数で周波数同期するように上記アレーアンテナの指向性を変化させることを特徴とする。   In the channel equalization method of the radio reception apparatus, the equalization step obtains the subcarrier frequency interval based on a radio signal received by the array antenna, and calculates a first natural number with respect to the subcarrier frequency interval. The directivity of the array antenna is changed so as to be frequency-synchronized with a control frequency obtained by multiplying by a value obtained by dividing by a second natural number.

また、上記無線受信装置のチャネル等化方法において、上記アレーアンテナは、給電素子と、上記給電素子と電磁的に結合するように設けられた少なくとも1本の無給電素子と、上記無給電素子に装荷された可変リアクタンス素子とを備え、
上記等化ステップは、上記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより上記アレーアンテナの指向性を変化させることを特徴とする。
In the channel equalization method of the wireless receiver, the array antenna includes a feeding element, at least one parasitic element provided to be electromagnetically coupled to the feeding element, and the parasitic element. A variable reactance element loaded,
In the equalizing step, the directivity of the array antenna is changed by changing a reactance value of the variable reactance element.

さらに、上記無線受信装置のチャネル等化方法において、上記アレーアンテナは、互いに所定の距離だけ離隔するように設けられた複数のアンテナ素子を備え、
上記等化ステップは、上記複数のアンテナ素子で受信された各無線信号の位相を互いに相対的に移相することにより上記アレーアンテナの指向性を変化させることを特徴とする。
Furthermore, in the channel equalization method of the wireless reception device, the array antenna includes a plurality of antenna elements provided to be separated from each other by a predetermined distance,
The equalizing step is characterized in that the directivity of the array antenna is changed by shifting the phase of each radio signal received by the plurality of antenna elements relative to each other.

本発明に係る無線受信装置とそのチャネル等化方法によれば、第1の自然数を第2の自然数で除算してなる値を上記サブキャリア周波数間隔に乗算して得られる制御周波数で上記アレーアンテナの指向性を変化させながら、上記指向性が変化するアレーアンテナにより受信された無線信号を複数のサブキャリア信号にフーリエ変換した後、サブキャリア間干渉が実質的に無くなるように各サブキャリア信号毎にチャネル等化することにより、上記受信された無線信号を復調する。従って、フィードバック制御をしないので上述の指向性ダイバーシチにおける制御遅延の問題は発生しない。また、周波数選択性伝搬路におけるダイバーシチ効果を効果的に得ることができる。それ故、OFDM無線受信装置において、高速フェージング環境下においてアンテナの指向性制御が受信信号変化に十分に追従できた状態と同等の効果が実現でき、サブキャリア間干渉をも確実に等化することができる。   According to the radio receiving apparatus and the channel equalization method thereof according to the present invention, the array antenna at a control frequency obtained by multiplying the subcarrier frequency interval by a value obtained by dividing the first natural number by the second natural number. For each subcarrier signal, the inter-subcarrier interference is substantially eliminated after Fourier transform of the radio signal received by the array antenna with the above-described directivity changing into a plurality of subcarrier signals while changing the directivity of the subcarrier. The received radio signal is demodulated by channel equalization. Therefore, since feedback control is not performed, the problem of control delay in the above-described directivity diversity does not occur. Moreover, the diversity effect in a frequency selective propagation path can be obtained effectively. Therefore, in the OFDM radio receiving apparatus, it is possible to realize the same effect as the state in which the antenna directivity control can sufficiently follow the change in the received signal under the high-speed fading environment, and to reliably equalize the inter-subcarrier interference. Can do.

本発明の第1の実施形態に係るOFDM無線受信装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the OFDM radio | wireless receiver which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の変形例に係るOFDM無線受信装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the OFDM radio | wireless receiver which concerns on the modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るOFDM無線受信装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the OFDM radio | wireless receiver which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態の変形例に係るOFDM無線受信装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the OFDM radio | wireless receiver which concerns on the modification of the 2nd Embodiment of this invention. 図1のOFDM無線受信装置で受信した無線受信信号のスペクトラムを示す図である。It is a figure which shows the spectrum of the radio reception signal received with the OFDM radio reception apparatus of FIG. 図1のOFDM無線受信装置におけるOFDMシンボルと制御信号との関係を示すタイミングチャートである。2 is a timing chart showing a relationship between an OFDM symbol and a control signal in the OFDM wireless reception device of FIG. 1. 図1のOFDM無線受信装置において周期的プリフィックス(CP:Cyclic Prefix)信号又はガードインターバル(GI:Guard Interval)を挿入したとき(CP又はGIが1シンボルの1/4の時間長を有する場合であって、制御信号周波数fcont=サブキャリア周波数間隔fspで4種類の等化ウェイト(E1〜E4)を用いる場合)のOFDMシンボルと制御信号との関係を示すタイミングチャートである。When a cyclic prefix (CP) signal or a guard interval (GI) is inserted in the OFDM wireless receiver of FIG. 1 (when CP or GI has a time length of 1/4 of one symbol). FIG. 5 is a timing chart showing the relationship between an OFDM symbol of control signal frequency fcont = subcarrier frequency interval fsp and four types of equalization weights (E1 to E4) and a control signal. 図1のOFDM無線受信装置において周期的プリフィックス(CP:Cyclic Prefix)信号又はガードインターバル(GI:Guard Interval)を挿入したとき(CP又はGIが1シンボルの1/4の時間長を有する場合であって、制御信号周波数fcont=サブキャリア周波数間隔fsp×4で1種類の等化ウェイトを用いる場合)のOFDMシンボルと制御信号との関係を示すタイミングチャートである。When a cyclic prefix (CP) signal or a guard interval (GI) is inserted in the OFDM wireless receiver of FIG. 1 (when CP or GI has a time length of 1/4 of one symbol). The control signal frequency fcont = subcarrier frequency interval fsp × 4 when one type of equalization weight is used) is a timing chart showing the relationship between the OFDM symbol and the control signal. 図1のOFDM無線受信装置において周期的プリフィックス(CP:Cyclic Prefix)信号又はガードインターバル(GI:Guard Interval)を挿入したとき(CP又はGIが1シンボルの1/8の時間長を有する場合であって、制御信号周波数fcont=サブキャリア周波数間隔fsp×4で2種類の等化ウェイトを用いる場合)のOFDMシンボルと制御信号との関係を示すタイミングチャートである。When a cyclic prefix (CP) signal or a guard interval (GI) is inserted in the OFDM wireless receiver of FIG. 1 (when CP or GI has a time length of 1/8 of one symbol). The control signal frequency fcont = subcarrier frequency interval fsp × 4 when two types of equalization weights are used) is a timing chart showing the relationship between the OFDM symbol and the control signal. 図1のOFDM無線受信装置において周期的プリフィックス(CP:Cyclic Prefix)信号又はガードインターバル(GI:Guard Interval)を挿入したとき(CP又はGIが1シンボルと同じの時間長を有する場合であって、制御信号周波数fcont=サブキャリア周波数間隔fsp×1/2で1種類の等化ウェイトを用いる場合)のOFDMシンボルと制御信号との関係を示すタイミングチャートである。When a cyclic prefix (CP) signal or a guard interval (GI) is inserted in the OFDM wireless receiver of FIG. 1 (when CP or GI has the same time length as one symbol, It is a timing chart which shows the relationship between the OFDM symbol and control signal of control signal frequency fcont = subcarrier frequency interval fsp × 1/2 when one type of equalization weight is used). 図1のOFDM無線受信装置におけるキャリア間干渉の等化を説明するための第1の例のスペクトル図である。FIG. 2 is a spectrum diagram of a first example for explaining equalization of inter-carrier interference in the OFDM radio reception apparatus of FIG. 1. 図1のOFDM無線受信装置におけるキャリア間干渉の等化を説明するための第2の例のスペクトル図である。FIG. 6 is a spectrum diagram of a second example for explaining equalization of inter-carrier interference in the OFDM wireless reception device of FIG. 1. 図1のOFDM無線受信装置におけるキャリア間干渉の等化を説明するための第3の例のスペクトル図である。FIG. 6 is a spectrum diagram of a third example for explaining equalization of inter-carrier interference in the OFDM wireless reception device of FIG. 1. 図1のOFDM無線受信装置におけるキャリア間干渉の等化を説明するための第4の例のスペクトル図である。FIG. 10 is a spectrum diagram of a fourth example for explaining equalization of inter-carrier interference in the OFDM wireless reception device of FIG. 1. 図1のOFDM無線受信装置におけるキャリア間干渉の等化を説明するための第5の例のスペクトル図である。FIG. 10 is a spectrum diagram of a fifth example for explaining equalization of inter-carrier interference in the OFDM wireless reception device of FIG. 1. 図1のOFDM無線受信装置におけるキャリア間干渉の等化を説明するための第6の例のスペクトル図である。FIG. 10 is a spectrum diagram of a sixth example for explaining equalization of inter-carrier interference in the OFDM radio receiving apparatus of FIG. 1. 図1のOFDM無線受信装置のシミュレーション実行時の諸元を示す表である。2 is a table showing specifications at the time of simulation execution of the OFDM wireless reception device of FIG. 図1のOFDM無線受信装置のシミュレーション結果であって、加法性白色雑音(AWGN)及びレイリーフェージングにおける1シンボル当たりの送信電力と雑音電力の比E/Eに対するビット誤り率BERを示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing simulation results of the OFDM wireless reception apparatus of FIG. 1, showing bit error rate BER with respect to ratio E b / E 0 of transmission power and noise power per symbol in additive white noise (AWGN) and Rayleigh fading; is there. 従来技術に係るエスパアンテナの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the ESPAR antenna which concerns on a prior art. 従来技術に係るダイバーシチ方式による動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation | movement by the diversity system based on a prior art. 従来技術に係るOFDM無線受信装置によって第1の指向性で受信したときのOFDM信号のスペクトラム図である。It is a spectrum figure of the OFDM signal when it receives with the 1st directivity by the OFDM wireless receiver which concerns on a prior art. 従来技術に係るOFDM無線受信装置によって第2の指向性で受信したときのOFDM信号のスペクトラム図である。It is a spectrum figure of an OFDM signal when it receives with the 2nd directivity by the OFDM wireless receiver concerning a prior art. 従来技術に係るOFDM無線受信装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the OFDM radio | wireless receiver which concerns on a prior art.

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each following embodiment, the same code | symbol is attached | subjected about the same component.

図1は本発明の第1の実施形態に係るOFDM無線受信装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係るOFDM無線受信装置は、上述の問題を解決した単一RF入力でのエスパアンテナ10を用いた最大比合成ダイバーシチ方式を用いて、OFDM信号のシンボルに周波数同期して指向性を変化しながらチャネル等化器24によりチャネル等化を行うことにより、伝搬路推定とサブキャリア間干渉を軽減して等化することを特徴としている。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an OFDM radio receiving apparatus according to the first embodiment of the present invention. The OFDM radio receiving apparatus according to the present embodiment uses the maximum ratio combining diversity method using the ESPAR antenna 10 with a single RF input, which solves the above-described problems, to achieve directivity in frequency synchronization with OFDM signal symbols. By performing channel equalization by the channel equalizer 24 while changing, the channel estimation and inter-subcarrier interference are reduced and equalized.

図1において、受信信号はエスパアンテナ10の給電素子11により受信された低雑音増幅器(LNA)16を介して周波数変換器17に入力されてベースバンド信号に変換される。ベースバンド信号はA/D変換器18によりデジタル信号に変換された後、OFDMベースバンド復調器20の自動周波数制御器(AFC)21に入力される。   In FIG. 1, a received signal is input to a frequency converter 17 via a low noise amplifier (LNA) 16 received by a feed element 11 of an ESPAR antenna 10 and converted into a baseband signal. The baseband signal is converted into a digital signal by the A / D converter 18 and then input to the automatic frequency controller (AFC) 21 of the OFDM baseband demodulator 20.

エスパアンテナ10は、互いに電磁的に結合するように例えば半波長だけ離隔された給電素子11及び無給電素子12とを備えて構成され、無給電素子12の一端に電気長を変化させる可変容量ダイオード13が接続され、制御電圧発生器15からの制御電圧Vcが高周波阻止用インダクタ14を介して可変容量ダイオード13に印加される。制御電圧Vcの変化により可変容量ダイオード13の容量が変化して無給電素子12の電気長が変化させる。これにより、無給電素子12は導波器又は反射器として動作してエスパアンテナ10の指向性を変化させる。ここで、無給電素子12の本数は複数であってもよく、バイアス電圧を発生して指向性を変化させるコントローラを備えてもよい。図1に例示したエスパアンテナ10では、水平面内0度と180度の方向の指向性、並びに無指向性に制御できる。   The ESPAR antenna 10 includes a feed element 11 and a parasitic element 12 that are separated by, for example, a half wavelength so as to be electromagnetically coupled to each other, and a variable capacitance diode that changes an electrical length at one end of the parasitic element 12. 13 is connected, and the control voltage Vc from the control voltage generator 15 is applied to the variable capacitance diode 13 via the high frequency blocking inductor 14. As the control voltage Vc changes, the capacitance of the variable capacitance diode 13 changes and the electrical length of the parasitic element 12 changes. Thereby, the parasitic element 12 operates as a director or a reflector and changes the directivity of the ESPAR antenna 10. Here, the number of parasitic elements 12 may be plural, and a controller that generates a bias voltage to change directivity may be provided. In the ESPAR antenna 10 illustrated in FIG. 1, directivity in directions of 0 degrees and 180 degrees in a horizontal plane and non-directivity can be controlled.

OFDMベースバンド復調器20は、自動周波数制御器(AFC)21と、ガードインターバル(以下、GIという。)除去器22と、離散フーリエ変換器23と、チャネル等化器24と、位相トラッキング回路25と、サブキャリア復調器26と、デインタリーバ27と誤り訂正復号器28とを備えて構成される。自動周波数制御器21は入力されるデジタルベースバンド信号から受信信号のデータシンボル長を検出して、これより、サブキャリア周波数間隔fspを求めこれを用いてアンテナ指向性の変更周波数(制御信号周波数fcont)を制御して周波数同期させる。ここで、好ましくは、fcont=fspである。なお、制御信号周波数fcontとサブキャリア周波数間隔fspとの関係については詳細後述する。   The OFDM baseband demodulator 20 includes an automatic frequency controller (AFC) 21, a guard interval (hereinafter referred to as GI) remover 22, a discrete Fourier transformer 23, a channel equalizer 24, and a phase tracking circuit 25. And a subcarrier demodulator 26, a deinterleaver 27, and an error correction decoder 28. The automatic frequency controller 21 detects the data symbol length of the received signal from the input digital baseband signal, determines the subcarrier frequency interval fsp from this, and uses this to determine the antenna directivity change frequency (control signal frequency fcont). ) To synchronize the frequency. Here, preferably, fcont = fsp. The relationship between the control signal frequency fcont and the subcarrier frequency interval fsp will be described later in detail.

OFDM信号のシンボルには、送信端末側で有効シンボル内の信号成分を部分的に複製した周期的プリフィックス(CP:Cyclic Prefix)信号をGIとして付加することで、マルチパス伝送路で生じる遅延波との干渉で生じるシンボル間干渉を軽減するようにしている。従って、上記データシンボル長とはOFDM信号のシンボルから周期的プリフィックス(CP:Cyclic Prefix)又はGIを取り除いた、離散フーリエ変換器23の入力となるデータ部分の長さである。なお、CP又はGIを考慮した同期方法については詳細後述する。本実施形態では、OFDM信号のシンボルと制御信号とを周波数同期させているが、PLL回路を用いて位相同期(完全同期)させてもよい。これについては、詳細後述する。   By adding, as a GI, a cyclic prefix (CP) signal in which the signal component in the effective symbol is partially duplicated on the OFDM terminal symbol as a GI, a delay wave generated in the multipath transmission path and The intersymbol interference caused by the interference is reduced. Therefore, the data symbol length is the length of the data portion that becomes the input of the discrete Fourier transformer 23 obtained by removing the cyclic prefix (CP) or GI from the symbol of the OFDM signal. The synchronization method considering CP or GI will be described later in detail. In this embodiment, the OFDM signal symbol and the control signal are frequency-synchronized, but may be phase-synchronized (completely synchronized) using a PLL circuit. This will be described in detail later.

GI除去器22は自動周波数制御後のデジタルベースバンド信号からGIを除去し、離散フーリエ変換器23はGI除去後のデジタルベースバンド信号をOFDMの各サブキャリア毎の信号にDFT処理を行う。次いで、チャネル等化器24は、DFT処理後の各サブキャリア信号に基づいて、詳細後述するように、各サブキャリア毎にプリアンブル信号に基づく伝搬路推定とサブキャリア間の干渉等化処理を行う。位相トラッキング回路25はチャネル等化後の各サブキャリア信号に対して位相トラッキング処理を行った後、サブキャリア復調器26は各サブキャリア信号毎に復調処理を行い、デインタリーバ27は各サブキャリア信号に基づいて所定のデインタリーバ処理を行う。さらに、誤り訂正復号器28はデインターリーブ処理後の信号に対して例えばビタビ復号方法を用いて誤り訂正復号処理を行った後、復調信号を出力する。   The GI remover 22 removes GI from the digital baseband signal after automatic frequency control, and the discrete Fourier transformer 23 performs DFT processing on the digital baseband signal after GI removal to a signal for each subcarrier of OFDM. Next, the channel equalizer 24 performs propagation path estimation based on the preamble signal and interference equalization processing between subcarriers for each subcarrier based on each subcarrier signal after DFT processing, as will be described in detail later. . After phase tracking circuit 25 performs phase tracking processing on each channel-equalized subcarrier signal, subcarrier demodulator 26 performs demodulation processing for each subcarrier signal, and deinterleaver 27 performs each subcarrier signal. A predetermined deinterleaver process is performed based on the above. Further, the error correction decoder 28 performs an error correction decoding process on the deinterleaved signal using, for example, a Viterbi decoding method, and then outputs a demodulated signal.

以上のように構成されたOFDM無線受信装置においては、エスパアンテナ10の指向性がシンボルタイミングの周期で変化される。図6は図1のOFDM無線受信装置におけるOFDMシンボルと制御信号との関係を示すタイミングチャートである。図6の例では、制御信号を正弦波としているが、制御信号は矩形波や三角波でもよい。矩形波や三角波の場合はそのスペクトルからもわかるように両隣のサブキャリアのみならずそれ以外のサブキャリアにも干渉を生じることになるが等化を行うことは可能である。また、実際には可変容量ダイオード13の容量変化はバイアス電圧に対して直線では無いため、単純な正弦波ではなく、この可変容量ダイオード13の特性を考慮して容量を変化として正弦波カーブになるようなバイアス電圧を加えるのが望ましい。この発振周波数は現在の移動体無線通信システムに用いられているほとんどの規格では1MHz以下である。   In the OFDM radio receiving apparatus configured as described above, the directivity of the ESPAR antenna 10 is changed with the period of the symbol timing. FIG. 6 is a timing chart showing the relationship between the OFDM symbol and the control signal in the OFDM radio receiving apparatus of FIG. In the example of FIG. 6, the control signal is a sine wave, but the control signal may be a rectangular wave or a triangular wave. In the case of a rectangular wave or a triangular wave, as will be understood from the spectrum, interference occurs not only in the subcarriers on both sides but also in other subcarriers, but equalization can be performed. Further, since the capacitance change of the variable capacitance diode 13 is not actually a straight line with respect to the bias voltage, it is not a simple sine wave, and a sine wave curve is obtained by changing the capacitance in consideration of the characteristics of the variable capacitance diode 13. It is desirable to apply such a bias voltage. This oscillation frequency is 1 MHz or less in most standards used in current mobile radio communication systems.

OFDMベースバンド復調器20において、チャネル等化器24は、伝搬路における位相変化や送受信機間での周波数オフセットに対する等化を行う従来の等化器にサブキャリア間干渉対策機能を追加して構成される。この等化処理は、エスパアンテナ10の指向性を変化させることにより伝搬路が高速に変化しているように見えるうえに、サブキャリア間での干渉が生じるので従来の方法のままでは劣化が生じる。この等化処理については詳細後述する。本実施形態に係る無線受信装置の特徴はOFDMのシンボル周期に合わせてエスパアンテナ10の指向性を変化させている点にある。すなわち、アンテナ方向により受信信号強度が異なる条件では、周期的に指向性を変えることで受信無線信号はあたかもAM変調を受けたようにみえる。   In the OFDM baseband demodulator 20, the channel equalizer 24 is configured by adding an inter-subcarrier interference countermeasure function to a conventional equalizer that equalizes a phase change in a propagation path and a frequency offset between transmitters and receivers. Is done. This equalization processing seems to change the propagation path at a high speed by changing the directivity of the ESPAR antenna 10 and also causes interference between subcarriers, so that the conventional method is deteriorated. . This equalization processing will be described later in detail. The wireless receiver according to the present embodiment is characterized in that the directivity of the ESPAR antenna 10 is changed in accordance with the OFDM symbol period. That is, under the condition that the received signal strength varies depending on the antenna direction, the received radio signal seems to have undergone AM modulation by periodically changing the directivity.

図5は図1のOFDM無線受信装置で受信した無線受信信号のスペクトラムを示す図である。図5において、シンボル周期で指向性を変化させることにより受信信号では隣のサブキャリアと重なりサブキャリア間干渉が生じる。しかし、本実施形態では、指向性変化による変調を受けても変調周波数(制御信号の制御周波数)がサブキャリア周波数の自然数倍に等しい場合はOFDM直交性が維持されており、特に、1倍に等しい場合は両隣のサブキャリアのみが干渉として含まれことから、この影響はデジタル信号処理により容易に等化することが可能である。また、一般に、第1の自然数nを第2の自然数mで除算してなる値を上記サブキャリア周波数間隔に乗算して得られる制御周波数で制御する場合(制御周波数fcont=(n/m)×fsp(サブキャリア周波数間隔)であり、m=nのときは上記の1倍となる。)もその変調による影響は、制御信号波形が既知であるので計算量の増加を容認すれば等化可能である。一方、本実施形態では、単一RFにもかかわらず指向性切り替えにより、1シンボル周期内で受信信号強度が平均化されるように働くことから選択切り替えダイバーシチと異なり無駄が無いだけでなく、最大比合成のようにどのサブキャリアもダイバーシチ効果を得ることができる。   FIG. 5 is a diagram showing a spectrum of a radio reception signal received by the OFDM radio reception apparatus of FIG. In FIG. 5, by changing the directivity in the symbol period, the received signal overlaps with an adjacent subcarrier to cause intersubcarrier interference. However, in this embodiment, OFDM orthogonality is maintained when the modulation frequency (control frequency of the control signal) is equal to a natural number multiple of the subcarrier frequency even after being modulated by directivity change. Since only the adjacent subcarriers on both sides are included as interference, this effect can be easily equalized by digital signal processing. In general, when control is performed with a control frequency obtained by multiplying the subcarrier frequency interval by a value obtained by dividing the first natural number n by the second natural number m (control frequency fcont = (n / m) × fsp (subcarrier frequency interval), which is 1 times the above when m = n.) Since the control signal waveform is already known, the modulation effect can be equalized if an increase in calculation amount is allowed. It is. On the other hand, in the present embodiment, the received signal strength is averaged within one symbol period by directivity switching in spite of a single RF. Therefore, unlike selection switching diversity, there is no waste. Any subcarrier can achieve a diversity effect as in the case of ratio combining.

さらに、上述のように、本実施形態によれば、伝搬路に合わせて指向性を制御している訳ではないので伝搬路の変化が速くても追従性能が問題となることはない。すなわち伝搬路変化に対する追従性能としてはダイバーシチを行わない単独の受信機と同等の性能が期待できる。また、計算により最適方向に指向性を制御している訳ではないので、周波数選択性フェージング環境下においても問題なく動作するという特有の効果を有する。   Further, as described above, according to the present embodiment, the directivity is not controlled in accordance with the propagation path, so that the tracking performance does not become a problem even if the propagation path changes rapidly. In other words, the tracking performance with respect to the propagation path change can be expected to be equivalent to that of a single receiver that does not perform diversity. In addition, since directivity is not controlled in the optimum direction by calculation, it has a unique effect of operating without problems even in a frequency selective fading environment.

次いで、図1のチャネル等化器24において、伝搬路推定とサブキャリア間干渉が等化できることを以下に示す。OFDM信号の全サブキャリアに信号を持つプリアンブル信号を仮定して、この信号のベクトルをPとすると、次式で表される。   Next, it will be described below that the channel equalizer 24 of FIG. 1 can equalize the propagation path estimation and the inter-subcarrier interference. Assuming a preamble signal having signals in all subcarriers of the OFDM signal, assuming that the vector of this signal is P, the following expression is obtained.

[数1]
P=[p,p,・・・,pN−1 (1)
[Equation 1]
P = [p 0 , p 1 ,..., P N−1 ] T (1)

ここで、pはk番目のサブキャリアのプリアンブルを表す。ここで、FをFFTを行うフーリエ変換行列とすると送信信号pは次式で表される。Here, p k represents the preamble of the k-th subcarrier. Here, if F is a Fourier transform matrix for performing FFT, the transmission signal p is expressed by the following equation.

[数2]
p=F−1P (2)
[Equation 2]
p = F −1 P (2)

伝搬路によるマルチパスフェージングの影響を受けたi番目素子での受信信号qiは次式で表される。   The received signal qi at the i-th element affected by multipath fading due to the propagation path is expressed by the following equation.

[数3]
=Cp (3)
[Equation 3]
q i = C i p (3)

ここで、Cはi番目のアンテナ素子のサイクリックインパルス応答(cyclic impulse response)であって、周波数ドメインでのインパルス応答行列である。本実施形態に係るOFDM無線受信装置によって受信された後、ベースバンドに変換された信号である復調回路への入力信号rは次式で表される。Here, C i is a cyclic impulse response of the i-th antenna element, and is an impulse response matrix in the frequency domain. An input signal r to the demodulation circuit, which is a signal converted into baseband after being received by the OFDM radio receiving apparatus according to the present embodiment, is expressed by the following equation.

[数4]

=q+Dq+n
=(C+DC)p+n
=(C+DC)F−1P+n (4)
[Equation 4]
r
= Q 0 + Dq i + n
= (C 0 + DC 1 ) p + n
= (C 0 + DC 1 ) F −1 P + n (4)

ここで、nはノイズであり、Dはアンテナの指向性制御による受信信号変化を表し、サブアンテナの時間kにおける係数dを対角に並べた行列、すなわち次式で表される。Here, n is noise, D represents a received signal change due to antenna directivity control, and is represented by a matrix in which the coefficients d k of the sub antennas at time k are arranged diagonally, that is, by the following equation.

[数5]
D=diag(d) (5)
[数6]
u=Fr=(H+GH)P+z (6)
[Equation 5]
D = diag (d k ) (5)
[Equation 6]
u = Fr = (H 0 + GH 1 ) P + z (6)

ただし、zは周波数領域での熱雑音である。ここでHは次式で表される。Where z is thermal noise in the frequency domain. Here, Hi is represented by the following equation.

[数7]
=FC−1 (7)
[Equation 7]
H i = FC i F −1 (7)

はi番目のアンテナ素子の周波数インパルス応答を対角要素に持つ行列である。また、Gは次式で表される。H i is a matrix having the frequency impulse response of the i-th antenna element as a diagonal element. G is expressed by the following equation.

[数8]
G=FDF−1 (8)
[Equation 8]
G = FDF −1 (8)

Gはサブキャリア間干渉を表す行列である。ここで、P、hiを対角要素に持つ対角行列Pd及びHiを導入し、次式で表す。   G is a matrix representing intersubcarrier interference. Here, a diagonal matrix Pd and Hi having P and hi as diagonal elements is introduced and expressed by the following equation.

[数9]
=diag(P) (9)
[数10]
=diag(h) (10)
[Equation 9]
P d = diag (P) (9)
[Equation 10]
H i = diag (h i ) (10)

ここで、若干の劣化を無視して式6を変形すると、次式を得ることができる。   Here, if the expression 6 is modified while ignoring some deterioration, the following expression can be obtained.

[数11]
u=P+GP+z (11)
[Equation 11]
u = P d h 0 + GP d h 1 + z (11)

これから、以下の共分散行列Rと相互相関行列Bが得られるFrom this, the following covariance matrix R and cross-correlation matrix B i are obtained:

[数12]
R=E[uu]=P +GP +σ I (12)
[数13]
=E[uh ] (13)
[Equation 12]
R = E [uu H] = P d R h P d H + GP d R h P d H G H + σ 2 z I (12)
[Equation 13]
B i = E [uh i H ] (13)

なお、Rhは次式で表される。   Rh is represented by the following formula.

[数14]
=E[h ] (14)
[Formula 14]
R h = E [h i h i H ] (14)

Rhはチャネル応答の共分散行列である。ここで、E[x]はxのアンサンブル平均を表す。さらに、相互相関行列は次式で表される。   Rh is a channel response covariance matrix. Here, E [x] represents an ensemble average of x. Further, the cross-correlation matrix is expressed by the following equation.

[数15]
=P (15)
[数16]
=GP (16)
[Equation 15]
B 0 = P d R h (15)
[Equation 16]
B 1 = GP d R h (16)

従って、チャネル応答はベクトルWを用いて次式で表される。Thus, the channel response can be expressed by the following equation using the vector W i.

[数17]
=W u (17)
[Equation 17]
h i = W i H u (17)

従って、等化ウェイトベクトルWは次式で表される。Accordingly, the equalization weight vector W i is expressed by the following equation.

[数18]
=R−1 (18)
[Equation 18]
W i = R −1 B i (18)

これは最小二乗誤差を実現するウェイトとなっており、最大比合成ダイバーシチと同様の効果が得られることがわかる。   This is a weight that realizes the least square error, and it can be seen that the same effect as the maximum ratio combining diversity can be obtained.

次に、この結果を用いて伝搬路の等化を行う。ここで、データ部分の受信信号uを次式で表す。Next, the channel is equalized using this result. Here, representing the received signal u d of the data portion by the following equation.

[数19]
=Hc+z (19)
[Equation 19]
u d = Hc d + z (19)

ただし、次式の通りとする。
[数20]
Hc=Hc+GHc (20)
[数21]
Hc=diag(h) (21)
However, the following formula is assumed.
[Equation 20]
Hc = Hc 0 + GHc 1 (20)
[Equation 21]
Hc i = diag (h i ) (21)

ここで、bを受信信号電力を表す係数とすると、次式の伝搬路等化時の相互相関行列Bを用いて、次式の伝搬路等化時の共分散行列Rを表すことができる。Here, when b is a coefficient representing the received signal power, the covariance matrix R d at the time of channel equalization of the following equation can be expressed by using the cross-correlation matrix B d at the time of channel equalization of the following equation. it can.

[数22]
=E[u
=bHc (22)
[Equation 22]
B d = E [u d d H ]
= BHc (22)

[数23]
=E[u
=HcE[dd]Hc+σ
=bHcHc+σ I (23)
[Equation 23]
R d = E [u d u d H ]
= HcE [dd H ] Hc H + σ 2 z I
= BHcHc H + σ 2 z I (23)

従って、送信された信号の推定値dは次式で表される。   Therefore, the estimated value d of the transmitted signal is expressed by the following equation.

[数24]
d=R −1 (24)
[数25]
dc=b(bHcHc+σ I)−1・Hc (25)
[Equation 24]
d = R d -1 B d ( 24)
[Equation 25]
dc = b (bHcHc H + σ 2 z I) −1 · Hc (25)

これにより最大比合成による受信が可能である。また、本実施形態に係るOFDM無線受信装置において、干渉は自己のサブキャリアの周辺サブキャリアからの干渉信号であるのでサブキャリア数をフレーム長と見なしてサブキャリアの周波数順に受信信号を並べることでビタビ復号により等化することも可能である。   As a result, reception by maximum ratio combining is possible. Further, in the OFDM radio receiving apparatus according to the present embodiment, since interference is an interference signal from peripheral subcarriers of its own subcarrier, the received signals are arranged in the order of subcarrier frequencies with the number of subcarriers regarded as the frame length. It is also possible to equalize by Viterbi decoding.

図2は本発明の第1の実施形態の変形例に係るOFDM無線受信装置の構成を示すブロック図である。図1のOFDM無線受信装置では、制御信号周波数fcontをサブキャリア周波数間隔fspに一致するように自動周波数制御器21により制御しているが、本発明はこれに限らず、図2に示すように、自動周波数制御を行わなくてもよい。この場合は、制御信号発生器15の制御信号周波数fcontと、送信されるOFDM信号のサブキャリア周波数間隔fspを実質的に一致するように設定し、かつ各発振器の発振周波数精度が極めて高いものを用いることが好ましい。これにより、OFDMのサブキャリア間の干渉を軽減して除去することができる。   FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an OFDM radio receiving apparatus according to a modification of the first embodiment of the present invention. In the OFDM radio receiving apparatus of FIG. 1, the control signal frequency fcont is controlled by the automatic frequency controller 21 so as to coincide with the subcarrier frequency interval fsp. However, the present invention is not limited to this, as shown in FIG. Automatic frequency control may not be performed. In this case, the control signal frequency fcont of the control signal generator 15 and the subcarrier frequency interval fsp of the transmitted OFDM signal are set to substantially coincide with each other and the oscillation frequency accuracy of each oscillator is extremely high. It is preferable to use it. Thereby, interference between OFDM subcarriers can be reduced and eliminated.

また、以上の実施形態及びその変形例では、制御信号周波数fcontをOFDMのサブキャリア周波数間隔fspに実質的に一致させている(fc≒fs)が、本発明はこれに限らず、fcont=(n/m)×fsp(ここで、m,nはそれぞれ1以上の整数、すなわち自然数である。)と設定してもよい。   In the above embodiment and its modification, the control signal frequency fcont is substantially matched with the OFDM subcarrier frequency interval fsp (fc≈fs). However, the present invention is not limited to this, and fcont = ( n / m) × fsp (where m and n are integers of 1 or more, that is, natural numbers).

無線送信装置での基準周波数の変動や、移動に伴いドップラー効果により生ずる周波数シフトが常に存在するために、送信信号での周波数fspと、制御信号周波数fcontとが同じになり、もしくはfsp×(n/m)=fcontとなるように設定しても、周波数同期を行わない場合には、無線受信装置において受信信号の周波数fspとfcontとが完全に同じになり、もしくは完全にfsp×(n/m)=fcontとはならない場合がある。fsp=fcontの関係、もしくはfsp×(n/m)=fcontの関係における等式関係からずれて、等式では無い関係になるにしたがい、サブキャリア間の直交性が失われてゆくため等化が困難になることで、最終的にはエラー特性の劣化要因となり、本実施形態に係るチャネル等化処理による利得を相殺してしまう。しかし、この劣化が本実施形態に係るチャネル等化処理による利得を上回らない範囲においては、周波数fspとfcontとが一致していなくても、もしくはfsp×(n/m)=fcontでなくても本実施形態に係るチャネル等化処理の効果はある。すなわち、サブキャリア間干渉を完全に等化できなくても実質的に等化できて、当該干渉を大幅に軽減できる。   The frequency fsp in the transmission signal and the control signal frequency fcont are the same or fsp × (n because there is always a change in the reference frequency in the wireless transmission device and a frequency shift caused by the Doppler effect accompanying movement. / M) = If frequency synchronization is not performed even if it is set to be fcont, the frequency fsp and fcont of the received signal are completely the same in the wireless reception device, or completely fsp × (n / m) = fcont may not be satisfied. Equalization is performed because the orthogonality between subcarriers is lost as the relation deviates from the equality relation in the relation of fsp = fcont or fsp × (n / m) = fcont and becomes non-equal. As a result, it becomes a cause of deterioration of error characteristics, and the gain due to the channel equalization processing according to the present embodiment is offset. However, in a range in which this deterioration does not exceed the gain by the channel equalization processing according to the present embodiment, even if the frequencies fsp and fcont do not match or fsp × (n / m) = fcont is not satisfied. There is an effect of the channel equalization processing according to the present embodiment. That is, even if the inter-subcarrier interference cannot be completely equalized, it can be substantially equalized, and the interference can be greatly reduced.

また、等化のためには伝搬路と指向性変化を合わせた影響をプリアンブル信号を用いて計算により求め使用するが、この値は位相が変化させると変わってくる。従って、周波数のずれにより時間の経過と共に位相が変化させることで頻繁にプリアンブル信号を挿入して再計算する必要が生じる要因ともなる。すなわち、位相同期が結果として実現されていない場合にはそのときどきの位相状態に合わせた等化ウェイトを用意して等化しなくてはならない。しかし、これは本発明の必要条件ではないと考えられる。   For equalization, the combined effect of propagation path and directivity change is obtained by calculation using a preamble signal, and this value changes as the phase changes. Therefore, the phase changes with the passage of time due to the frequency shift, which causes a need to frequently insert and recalculate the preamble signal. In other words, if phase synchronization is not realized as a result, equalization weights adapted to the phase state at that time must be prepared and equalized. However, this is not considered a requirement of the present invention.

CPやGIが存在する場合は通常その長さはデータ部分の1/4や1/8など整数比なのでこれを除いたデータの開始部分と制御信号の位相関係にはfsp=fcontの場合には4通りの状態又は8通りの状態など複数の状態が存在する。そこでこれに対応した4種類の値又は8種類の値など必要な種類を用意してこれらを切り替えて設定して使う方法で実現できる。
また、データの開始部分と制御信号の位相関係の種類が減るように制御信号の周波数をn倍すれば必要な種類を減らす事ができる。
When CP or GI exists, the length is usually an integer ratio such as 1/4 or 1/8 of the data portion. Therefore, the phase relationship between the start portion of the data excluding this and the control signal is fsp = fcont. There are multiple states, such as 4 states or 8 states. Therefore, it can be realized by preparing necessary types such as 4 types of values or 8 types of values corresponding to this, and switching and setting them for use.
Further, if the frequency of the control signal is multiplied by n so that the type of the phase relationship between the data start portion and the control signal is reduced, the necessary types can be reduced.

図7は図1のOFDM無線受信装置においてCP又はGIを挿入したとき(CP又はGIが1シンボルの1/4の時間長を有する場合であって、制御信号周波数fcont=サブキャリア周波数間隔fspで4種類の等化ウェイト(E1〜E4)を用いる場合)のOFDMシンボルと制御信号との関係を示すタイミングチャートである。また、図8Aは図1のOFDM無線受信装置においてCP又はGIを挿入したとき(CP又はGIが1シンボルの1/4の時間長を有する場合であって、制御信号周波数fcont=サブキャリア周波数間隔fsp×4で1種類の等化ウェイトを用いる場合)のOFDMシンボルと制御信号との関係を示すタイミングチャートである。図7の場合、図8Aの場合ともに、サブキャリア間の干渉を容易に等化することができるが、図8Aの場合は、周波数fsp×4だけ離れた周波数からの干渉、すなわち隣接チャネルからの干渉を受けやすくなる。   7 shows a case where CP or GI is inserted in the OFDM wireless receiver of FIG. 1 (when CP or GI has a time length of 1/4 of one symbol, and control signal frequency fcont = subcarrier frequency interval fsp). It is a timing chart which shows the relationship between the OFDM symbol of 4 types of equalization weights (when using E1-E4) and a control signal. 8A shows a case where CP or GI is inserted in the OFDM radio receiving apparatus of FIG. 1 (when CP or GI has a time length of 1/4 of one symbol, control signal frequency fcont = subcarrier frequency interval). 6 is a timing chart showing a relationship between an OFDM symbol and a control signal (when fsp × 4 uses one type of equalization weight). In the case of FIG. 7, interference between subcarriers can be easily equalized in both cases of FIG. 8A, but in the case of FIG. 8A, interference from a frequency separated by a frequency fsp × 4, that is, from an adjacent channel. Prone to interference.

図8Bは図1のOFDM無線受信装置においてCP又はGIを挿入したとき(CP又はGIが1シンボルの1/8の時間長を有する場合であって、制御信号周波数fcont=サブキャリア周波数間隔fsp×4で2種類の等化ウェイトを用いる場合)のOFDMシンボルと制御信号との関係を示すタイミングチャートである。図8Bの場合は、周波数fsp×4だけ離れた周波数からの干渉、すなわち隣接チャネルからの干渉を受けやすくなる。   8B shows a case where CP or GI is inserted in the OFDM radio receiving apparatus of FIG. 1 (when CP or GI has a time length of 1/8 of one symbol, and control signal frequency fcont = subcarrier frequency interval fsp × 4 is a timing chart showing a relationship between an OFDM symbol and a control signal (when two equalization weights are used in 4). In the case of FIG. 8B, it becomes easy to receive interference from a frequency separated by the frequency fsp × 4, that is, interference from an adjacent channel.

図8Cは図1のOFDM無線受信装置においてCP又はGIを挿入したとき(CP又はGIが1シンボルの時間長を有する場合であって、制御信号周波数fcont=サブキャリア周波数間隔fsp/2で1種類の等化ウェイトを用いる場合)のOFDMシンボルと制御信号との関係を示すタイミングチャートである。図8Cの場合は、隣接チャネルからの干渉を受けやすくなるだけでなく、高次にわたるサブチャネル間干渉の発生により等化に要する計算量が増加するがサブキャリア間干渉の軽減の効果は得られる。   8C shows a case where CP or GI is inserted in the OFDM radio receiving apparatus of FIG. 1 (when CP or GI has a time length of one symbol, one type of control signal frequency fcont = subcarrier frequency interval fsp / 2). 6 is a timing chart showing a relationship between an OFDM symbol and a control signal. In the case of FIG. 8C, not only is it easy to receive interference from adjacent channels, but the amount of calculation required for equalization increases due to the occurrence of intersubchannel interference over a higher order, but the effect of reducing intersubcarrier interference can be obtained. .

等化する際には指向性変化によって生じる振幅の変化が正弦波であれば干渉が基本波に対して上下の周波数にそれぞれ1つずつしか生じない点で干渉による劣化が少なく等化が簡単かつ良好になる点で望ましい。しかし、実際のデバイスでは指向性変化が制御電圧に対して直線的に変化しないうえに、指向性の変化と振幅変化も必ずしもリニアな関係ではないので制御信号に正確な正弦波を加える必要性は薄い。矩形波や三角波など周期性をもった指向性変化であれば基本的効果は同様に期待できるが、本実施例ではより正弦波に近い振幅変化が期待でき、簡便であることから正弦波の例を示した。   When equalizing, if the change in amplitude caused by the change in directivity is a sine wave, the interference is only one at each of the upper and lower frequencies with respect to the fundamental wave. Desirable in terms of improvement. However, in an actual device, the change in directivity does not change linearly with respect to the control voltage, and the change in directivity and the change in amplitude are not necessarily linearly related, so there is no need to add an accurate sine wave to the control signal. thin. The basic effect can be expected in the same way if the directivity change has a periodicity such as a rectangular wave or a triangular wave, but in this embodiment, an amplitude change closer to a sine wave can be expected, and the example of a sine wave is simple. showed that.

さらに、図1のOFDM無線受信装置における制御信号周波数の設定比の自然数m,nとキャリア間干渉の等化について以下に説明する。   Further, the equalization of the natural numbers m and n of the setting ratio of the control signal frequency and the inter-carrier interference in the OFDM radio receiving apparatus of FIG.

本実施形態では、サブキャリア周波数間隔をfspとし、周期的に指向性を変化させるための制御信号周波数をfcontとしている。ここで、n×fsp(n=1,2,3,…)が正確には制御信号周波数fcontと一致していなくてもよいが、好ましくは、n×fsp=fcontである。この場合、制御信号が正弦波であればサブキャリア間干渉は上下の周波数のn番目のサブキャリアのみに現れる。fsp=m×fcont(m=1,2,3,…)の場合も動作可能であって、この場合、正弦波ではm×fcont周期の全波整流された正弦波(m=2のとき)や正弦波を90度で切った丸みを帯びた鋸波(m=4のとき)のような特殊な波形であるので、その繰り返し波形の周波数スペクトラムから想像されるように、矩形波や三角波同様に等化がより複雑となるが機能的には動作する。   In this embodiment, the subcarrier frequency interval is fsp, and the control signal frequency for periodically changing the directivity is fcont. Here, n × fsp (n = 1, 2, 3,...) May not exactly coincide with the control signal frequency fcont, but preferably n × fsp = fcont. In this case, if the control signal is a sine wave, inter-subcarrier interference appears only on the nth subcarrier of the upper and lower frequencies. The operation is possible even in the case of fsp = m × fcont (m = 1, 2, 3,...). In this case, the sine wave is a full-wave rectified sine wave of m × fcont period (when m = 2). Since it is a special waveform like a rounded sawtooth wave (when m = 4) that is a 90 degree sine wave cut, as expected from the frequency spectrum of the repetitive waveform, it is the same as a rectangular wave or triangular wave Although the equalization is more complicated, it works functionally.

実用化されているOFDMを用いたシステムではCP/GIを一般にはデータシンボル長の自然数分の1と設定することから、シンボル周期はサブキャリア周波数間隔の自然数比n/m倍(ここで、n,mはそれぞれ自然数(異なってもいいし、同じでもよい)である。)となるが、これは等化に用いるウェイトの種類や等化の容易さに関係するが本発明では本質的ではない。In a system using OFDM in practical use since it is set to a natural fraction of the data symbol length is generally the CP / GI, symbol period is a natural number ratio of the subcarrier frequency interval n 0 / m 0 × (here , N 0 and m 0 are natural numbers (may be different or the same), which is related to the type of weight used for equalization and the ease of equalization. Not essential.

さらに、サブキャリア周波数間隔fsp=fcontのときの三角波、矩形波の場合のサブキャリア間干渉の現れ方について以下に説明する。図9乃至図14は図1のOFDM無線受信装置におけるキャリア間干渉の等化を説明するための各例のスペクトル図である。   Furthermore, how sub-carrier interference appears in the case of a triangular wave and a rectangular wave when the subcarrier frequency interval fsp = fcont will be described below. FIGS. 9 to 14 are spectrum diagrams of examples for explaining equalization of inter-carrier interference in the OFDM radio receiving apparatus of FIG.

元々のOFDM信号は図9のように複数のサブキャリアが並んでいる。この例では9サブキャリアである。この内の一つのサブキャリアに着目すると図10のようになっている。これに正弦波で指向性を変化させた場合は、振幅変調を行ったのと同様の作用により図11のように2つの側波帯が生成される。従って、OFDM信号全体では図12のように側波帯がその両側に生成されるとともに中心部分7つのサブキャリアでは2つの側波帯が合成されサブキャリア間干渉が生じる。これに対して矩形波や三角波を作用させると、そのスペクトルに応じて一つのサブキャリアに対して図13のように高次に渡った側波帯の成分が生成される従って、OFDM信号全体では元々のOFDM信号に対して図14のように全てのサブキャリアにそれぞれ周囲のサブキャリアのよる干渉が高次の側波帯部分として付加される   The original OFDM signal has a plurality of subcarriers arranged as shown in FIG. In this example, there are 9 subcarriers. When attention is paid to one of the subcarriers, it is as shown in FIG. When the directivity is changed with a sine wave, two sidebands are generated as shown in FIG. 11 by the same operation as that of amplitude modulation. Therefore, in the entire OFDM signal, sidebands are generated on both sides thereof as shown in FIG. 12, and two sidebands are combined in the seven subcarriers in the central portion to cause intersubcarrier interference. On the other hand, when a rectangular wave or a triangular wave is applied, sideband components over a high order are generated for one subcarrier according to the spectrum as shown in FIG. As shown in FIG. 14, interference from surrounding subcarriers is added to the original OFDM signal as a high-order sideband portion, as shown in FIG.

第2の実施形態.
図3は本発明の第2の実施形態に係るOFDM無線受信装置の構成を示すブロック図である。第2の実施形態は図1の第1の実施形態と比較して、エスパアンテナ10に代えて、互いに例えば半波長だけ離隔された2本のアンテナ素子31,32と、移相器33と、加算器34とを備えて構成されたアレーアンテナ30を備えたことを特徴とする。
Second embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an OFDM radio receiving apparatus according to the second embodiment of the present invention. Compared to the first embodiment of FIG. 1, the second embodiment replaces the ESPAR antenna 10 with, for example, two antenna elements 31 and 32 that are separated from each other by a half wavelength, a phase shifter 33, and the like. An array antenna 30 configured to include an adder 34 is provided.

図3において、アンテナ素子31により受信された無線信号は加算器34に入力される。一方、アンテナ素子32により受信された無線信号は、制御信号電圧Vcにより移相量が変化される移相器33を介して加算器34に入力される。加算器34は入力される2つの無線信号を加算して加算結果の無線信号を低雑音増幅器16に出力する。   In FIG. 3, the radio signal received by the antenna element 31 is input to the adder 34. On the other hand, the radio signal received by the antenna element 32 is input to the adder 34 via the phase shifter 33 whose amount of phase shift is changed by the control signal voltage Vc. The adder 34 adds the two input radio signals and outputs the addition result radio signal to the low noise amplifier 16.

以上のように構成することにより、制御信号電圧Vcによりアレーアンテナ30の指向性が変化し、図1のエスパアンテナ10と同様の作用効果を得ることができる。その他の動作及び処理については、第1の実施形態と同様である。   By configuring as described above, the directivity of the array antenna 30 is changed by the control signal voltage Vc, and the same effect as the ESPAR antenna 10 of FIG. 1 can be obtained. Other operations and processes are the same as those in the first embodiment.

なお、1個の移相器33を備えているが、本発明はこれに限らず、2本のアンテナ素子31,32で受信した無線信号の相対的な位相を変化させて指向性を変化させるために、各アンテナ素子31,32の給電回路に挿入される2個の移相器を備えてもよい。また、アレーアンテナ30は2本のアンテナ素子31,32を備えているが、本発明はこれに限らず、3本以上のN本のアンテナ素子を備え、各アンテナ素子で受信した無線信号の相対的な位相を変化させて指向性を変化させるために、各アンテナ素子の給電回路に挿入されるN個又はN−1個の移相器を備えてもよい。さらに、可変容量ダイオード13を備えているが、本発明はこれに限らず、可変リアクタンス素子を備えてもよい。   Although one phase shifter 33 is provided, the present invention is not limited to this, and the directivity is changed by changing the relative phase of the radio signals received by the two antenna elements 31 and 32. Therefore, two phase shifters inserted in the power feeding circuits of the antenna elements 31 and 32 may be provided. The array antenna 30 includes the two antenna elements 31 and 32. However, the present invention is not limited to this, and the array antenna 30 includes three or more N antenna elements, and relative radio signals received by the respective antenna elements. In order to change the directivity by changing the general phase, N or N-1 phase shifters inserted in the feeding circuit of each antenna element may be provided. Furthermore, although the variable capacitance diode 13 is provided, the present invention is not limited to this, and a variable reactance element may be provided.

図4は本発明の第2の実施形態の変形例に係るOFDM無線受信装置の構成を示すブロック図である。この変形例は、第1の実施形態の変形例と同様に、制御信号発生器15への周波数制御を無くした構成であり、第1の実施形態の変形例と同様の作用効果を有する。   FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an OFDM radio receiving apparatus according to a modification of the second embodiment of the present invention. Similar to the modification of the first embodiment, this modification has a configuration in which the frequency control to the control signal generator 15 is eliminated, and has the same effects as the modification of the first embodiment.

本発明者らは第1の実施形態に係るOFDM無線受信装置を用いてシミュレーションを行った。図15は図1のOFDM無線受信装置のシミュレーション実行時の諸元を示す表である。また、図16は図1のOFDM無線受信装置のシミュレーション結果であって、加法性白色雑音(AWGN)及びレイリーフェージングにおける1シンボル当たりの送信電力と雑音電力の比E/Eに対するビット誤り率BERを示すグラフである。The inventors performed a simulation using the OFDM radio receiving apparatus according to the first embodiment. FIG. 15 is a table showing specifications at the time of simulation of the OFDM wireless reception apparatus of FIG. FIG. 16 is a simulation result of the OFDM wireless receiver of FIG. 1, and shows a bit error rate with respect to a ratio E b / E 0 of transmission power and noise power per symbol in additive white noise (AWGN) and Rayleigh fading. It is a graph which shows BER.

当該シミュレーションでは基礎的な効果を確認するために単純なモデルを採用しており、符号化は行っていない。また、図7にシミュレーション結果を示す。実線はレイリーフェージング環境下でのビット誤り率特性の理論値で、破線は提案方式による特性である。ダイバーシチ効果によりゲインが得られていることがわかる。当該コンピュータシミュレーション結果により、本実施形態に係るOFDM無線受信装置においてダイバーシチゲインが得られることを示した。   In the simulation, a simple model is used to confirm basic effects, and encoding is not performed. FIG. 7 shows the simulation result. The solid line is the theoretical value of the bit error rate characteristic under the Rayleigh fading environment, and the broken line is the characteristic according to the proposed method. It can be seen that gain is obtained by the diversity effect. From the computer simulation results, it was shown that the diversity gain can be obtained in the OFDM wireless reception apparatus according to the present embodiment.

以上詳述したように、本発明に係る無線受信装置とそのチャネル等化方法によれば、第1の自然数を第2の自然数で除算してなる値を上記サブキャリア周波数間隔に乗算して得られる制御周波数で上記アレーアンテナの指向性を変化させながら、上記指向性が変化するアレーアンテナにより受信された無線信号を複数のサブキャリア信号にフーリエ変換した後、サブキャリア間干渉が実質的に無くなるように各サブキャリア信号毎にチャネル等化することにより、上記受信された無線信号を復調する。従って、フィードバック制御をしないので上述の指向性ダイバーシチにおける制御遅延の問題は発生しない。また、周波数選択性伝搬路におけるダイバーシチ効果を効果的に得ることができる。それ故、OFDM無線受信装置において、高速フェージング環境下においてアンテナの指向性制御が受信信号に追従でき、サブキャリア間干渉を確実に等化することができる。   As described above in detail, according to the radio reception apparatus and the channel equalization method thereof according to the present invention, the subcarrier frequency interval is obtained by multiplying the value obtained by dividing the first natural number by the second natural number. The inter-subcarrier interference is substantially eliminated after Fourier transform of the radio signal received by the array antenna with the changing directivity into a plurality of subcarrier signals while changing the directivity of the array antenna at a controlled frequency. Thus, the received radio signal is demodulated by performing channel equalization for each subcarrier signal. Therefore, since feedback control is not performed, the problem of control delay in the above-described directivity diversity does not occur. Moreover, the diversity effect in a frequency selective propagation path can be obtained effectively. Therefore, in the OFDM radio receiving apparatus, the directivity control of the antenna can follow the received signal in a fast fading environment, and the inter-subcarrier interference can be reliably equalized.

本発明は、デジタル無線通信システムの無線受信装置の伝送品質改善に寄与することができ、特に、具体的には、IEEE802.11a/gに準拠した無線LANシステム、もしくは地上デジタルテレビジョン放送の無線受信装置等に適用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can contribute to the improvement of transmission quality of a wireless reception device in a digital wireless communication system, and more specifically, specifically, a wireless LAN system compliant with IEEE802.11a / g, or wireless of terrestrial digital television broadcasting. It can be applied to a receiving device or the like.

10…エスパアンテナ、
11…給電素子、
12…無給電素子、
13…可変容量ダイオード、
14…高周波阻止用インダクタ、
15…制御電圧発生器、
16…低雑音増幅器(LNA)、
17…周波数変換器、
18…A/D変換器、
20…OFDMベースバンド復調器、
21…自動周波数制御器(AFC)、
22…GI変換器、
23…離散フーリエ変換器、
24…チャネル等化器、
25…位相トラッキング回路、
26…サブキャリア復調器、
27…デインタリーバ、
28…誤り訂正復号器、
30…アレーアンテナ、
31,32…アンテナ素子、
33…移相器、
34…加算器。
10 ... ESPAR antenna,
11 ... feeding element,
12 ... parasitic element,
13: Variable capacitance diode,
14: Inductor for high frequency blocking,
15 ... Control voltage generator,
16: Low noise amplifier (LNA),
17 ... frequency converter,
18 ... A / D converter,
20 ... OFDM baseband demodulator,
21 ... Automatic frequency controller (AFC),
22 ... GI converter,
23 ... Discrete Fourier Transform,
24 ... Channel equalizer,
25. Phase tracking circuit,
26: Subcarrier demodulator,
27 ... Deinterleaver,
28 ... error correction decoder,
30 ... Array antenna,
31, 32 ... antenna elements,
33 ... Phase shifter,
34: Adder.

Claims (8)

所定のサブキャリア周波数間隔で並置された複数のサブキャリア信号を含む直交周波数分割多重方式の無線信号を一個の無線受信回路を用いて受信する無線受信装置であって、
上記無線信号を受信するアレーアンテナと、
上記受信された無線信号に依存せず非同期でかつ、上記サブキャリア周波数間隔に実質的に一致する制御周波数、もしくは上記サブキャリア周波数間隔の2以上の自然数倍の制御周波数で上記アレーアンテナの指向性を変化させる指向性変化手段と、
上記指向性が変化するアレーアンテナにより受信された無線信号を複数のサブキャリア信号にフーリエ変換した後、上記指向性が変化することにより発生するサブキャリア間干渉が実質的に無くなるように各サブキャリア信号毎にチャネル等化することにより、上記受信された無線信号を復調する復調手段とを備えたことを特徴とする無線受信装置。
A radio reception apparatus that receives an orthogonal frequency division multiplexing radio signal including a plurality of subcarrier signals juxtaposed at predetermined subcarrier frequency intervals using a single radio reception circuit,
An array antenna for receiving the radio signal;
The directivity of the array antenna is independent of the received radio signal and is asynchronous and has a control frequency substantially equal to the subcarrier frequency interval or a control frequency that is a natural number two or more times the subcarrier frequency interval. Directivity changing means to change gender,
After substituting the radio signal received by the array antenna having the directivity into a plurality of subcarrier signals, the subcarrier interference is substantially eliminated by changing the directivity. A radio receiving apparatus comprising: demodulation means for demodulating the received radio signal by channel equalization for each signal.
上記アレーアンテナは、給電素子と、上記給電素子と電磁的に結合するように設けられた少なくとも1本の無給電素子と、上記無給電素子に装荷された可変リアクタンス素子とを備え、
上記指向性変化手段は、上記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより上記アレーアンテナの指向性を変化させることを特徴とする請求項1記載の無線受信装置。
The array antenna includes a feeding element, at least one parasitic element provided so as to be electromagnetically coupled to the feeding element, and a variable reactance element loaded on the parasitic element,
The radio receiving apparatus according to claim 1, wherein the directivity changing means changes the directivity of the array antenna by changing a reactance value of the variable reactance element.
上記アレーアンテナは、互いに所定の距離だけ離隔するように設けられた複数のアンテナ素子を備え、
上記指向性変化手段は、上記複数のアンテナ素子で受信された各無線信号の位相を互いに相対的に移相することにより上記アレーアンテナの指向性を変化させることを特徴とする請求項1記載の無線受信装置。
The array antenna includes a plurality of antenna elements provided to be separated from each other by a predetermined distance,
The directivity changing means changes the directivity of the array antenna by shifting the phase of each radio signal received by the plurality of antenna elements relative to each other. Wireless receiver.
所定のサブキャリア周波数間隔で並置された複数のサブキャリア信号を含む直交周波数分割多重方式の無線信号を一個の無線受信回路を用いて受信する無線受信装置のチャネル等化方法であって、
上記無線受信装置は、上記無線信号を受信するアレーアンテナを備え、
上記チャネル等化方法は、上記受信された無線信号に依存せず非同期でかつ、上記サブキャリア周波数間隔に実質的に一致する制御周波数、もしくは上記サブキャリア周波数間隔の2以上の自然数倍の制御周波数で上記アレーアンテナの指向性を変化させながら、上記指向性が変化するアレーアンテナにより受信された無線信号を複数のサブキャリア信号にフーリエ変換した後、上記指向性が変化することにより発生するサブキャリア間干渉が実質的に無くなるように各サブキャリア信号毎にチャネル等化することにより、上記受信された無線信号を復調する等化ステップを含むことを特徴とする無線受信装置のチャネル等化方法。
A channel equalization method for a radio reception apparatus for receiving radio signals of an orthogonal frequency division multiplexing system including a plurality of subcarrier signals juxtaposed at predetermined subcarrier frequency intervals using a single radio reception circuit,
The wireless receiving device includes an array antenna that receives the wireless signal,
The channel equalization method does not depend on the received radio signal and is asynchronous and controls a control frequency substantially equal to the subcarrier frequency interval or a natural number multiple of 2 or more of the subcarrier frequency interval. A subband generated by changing the directivity after the Fourier transform of a radio signal received by the array antenna whose directivity is changed into a plurality of subcarrier signals while changing the directivity of the array antenna at a frequency. A channel equalization method for a radio reception apparatus, comprising: an equalization step for demodulating the received radio signal by channel equalization for each subcarrier signal so that inter-carrier interference is substantially eliminated .
上記アレーアンテナは、給電素子と、上記給電素子と電磁的に結合するように設けられた少なくとも1本の無給電素子と、上記無給電素子に装荷された可変リアクタンス素子とを備え、
上記等化ステップは、上記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより上記アレーアンテナの指向性を変化させることを特徴とする請求項記載の無線受信装置のチャネル等化方法
The array antenna includes a feeding element, at least one parasitic element provided so as to be electromagnetically coupled to the feeding element, and a variable reactance element loaded on the parasitic element,
5. The channel equalization method for a radio reception apparatus according to claim 4 , wherein the equalizing step changes the directivity of the array antenna by changing a reactance value of the variable reactance element.
上記アレーアンテナは、互いに所定の距離だけ離隔するように設けられた複数のアンテナ素子を備え、
上記等化ステップは、上記複数のアンテナ素子で受信された各無線信号の位相を互いに相対的に移相することにより上記アレーアンテナの指向性を変化させることを特徴とする請求項記載の無線受信装置のチャネル等化方法
The array antenna includes a plurality of antenna elements provided to be separated from each other by a predetermined distance,
5. The radio according to claim 4 , wherein the equalizing step changes the directivity of the array antenna by shifting the phases of the radio signals received by the plurality of antenna elements relative to each other. Channel equalization method for receiving apparatus .
所定のサブキャリア周波数間隔で並置された複数のサブキャリア信号を含む直交周波数分割多重方式の無線信号を一個の無線受信回路を用いて受信する無線受信装置であって、
上記無線信号を受信する第1のアンテナ素子と、
上記第1のアンテナ素子と電磁的に結合するように設けられた第2のアンテナ素子と、
上記第2のアンテナ素子に装荷された可変リアクタンス素子と、
上記受信された無線信号に依存せず非同期でかつ、上記サブキャリア周波数間隔に実質的に一致する制御周波数、もしくは上記サブキャリア周波数間隔の2以上の自然数倍の制御周波数で上記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより、上記第1のアンテナの指向性を変化させる指向性変化手段と、
上記指向性が変化する第1のアンテナ素子により受信された無線信号を複数のサブキャリア信号にフーリエ変換した後、上記指向性が変化することにより新たに発生するサブキャリア間干渉が実質的に無くなるように各サブキャリア信号毎にチャネル等化することにより、上記受信された無線信号を復調する復調手段とを備えたことを特徴とする無線受信装置。
A radio reception apparatus that receives an orthogonal frequency division multiplexing radio signal including a plurality of subcarrier signals juxtaposed at predetermined subcarrier frequency intervals using a single radio reception circuit,
A first antenna element for receiving the radio signal;
A second antenna element provided to be electromagnetically coupled to the first antenna element;
A variable reactance element loaded on the second antenna element;
The variable reactance element has a control frequency that is asynchronous and does not depend on the received radio signal and substantially matches the subcarrier frequency interval, or a control frequency that is a natural number two or more times the subcarrier frequency interval. Directivity changing means for changing the directivity of the first antenna by changing a reactance value;
After Fourier transforming a radio signal received by the first antenna element whose directivity changes to a plurality of subcarrier signals, the intersubcarrier interference newly generated by the change in directivity is substantially eliminated. Thus, a radio receiving apparatus comprising demodulating means for demodulating the received radio signal by channel equalization for each subcarrier signal.
所定のサブキャリア周波数間隔で並置された複数のサブキャリア信号を含む直交周波数分割多重方式の無線信号を一個の無線受信回路を用いて受信する無線受信装置のチャネル等化方法であって、
上記無線受信装置は、
上記無線信号を受信する第1のアンテナ素子と、
上記第1のアンテナ素子と電磁的に結合するように設けられた第2のアンテナ素子と、
上記第2のアンテナ素子に装荷された可変リアクタンス素子とを備え、
上記チャネル等化方法は、
上記受信された無線信号に依存せず非同期でかつ、上記サブキャリア周波数間隔に実質的に一致する制御周波数、もしくは上記サブキャリア周波数間隔の2以上の自然数倍の制御周波数で上記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより、上記第1のアンテナの指向性を変化させながら、上記指向性が変化する第1のアンテナ素子により受信された無線信号を複数のサブキャリア信号にフーリエ変換した後、上記指向性が変化することにより新たに発生するサブキャリア間干渉が実質的に無くなるように各サブキャリア信号毎にチャネル等化することにより、上記受信された無線信号を復調する等化ステップを含むことを特徴とする無線受信装置のチャネル等化方法。
A channel equalization method for a radio reception apparatus for receiving radio signals of an orthogonal frequency division multiplexing system including a plurality of subcarrier signals juxtaposed at predetermined subcarrier frequency intervals using a single radio reception circuit,
The wireless receiver is
A first antenna element for receiving the radio signal;
A second antenna element provided to be electromagnetically coupled to the first antenna element;
A variable reactance element loaded on the second antenna element,
The channel equalization method is
The variable reactance element has a control frequency that is asynchronous and does not depend on the received radio signal and substantially matches the subcarrier frequency interval, or a control frequency that is a natural number two or more times the subcarrier frequency interval. After changing the directivity of the first antenna by changing the reactance value, the radio signal received by the first antenna element whose directivity changes is Fourier transformed into a plurality of subcarrier signals, Including an equalization step of demodulating the received radio signal by channel equalization for each subcarrier signal so that the inter-subcarrier interference newly generated due to the change in directivity is substantially eliminated A channel equalization method for a wireless reception device.
JP2011526779A 2009-08-13 2010-08-11 Wireless receiver Active JP5626688B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011526779A JP5626688B2 (en) 2009-08-13 2010-08-11 Wireless receiver

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009187714 2009-08-13
JP2009187714 2009-08-13
JP2011526779A JP5626688B2 (en) 2009-08-13 2010-08-11 Wireless receiver
PCT/JP2010/063620 WO2011019051A1 (en) 2009-08-13 2010-08-11 Wireless receiving device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2011019051A1 JPWO2011019051A1 (en) 2013-01-17
JP5626688B2 true JP5626688B2 (en) 2014-11-19

Family

ID=43586226

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011526779A Active JP5626688B2 (en) 2009-08-13 2010-08-11 Wireless receiver

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5626688B2 (en)
WO (1) WO2011019051A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7150298B2 (en) * 2017-03-21 2022-10-11 国立大学法人 琉球大学 receiver

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11205026A (en) * 1998-01-08 1999-07-30 Toshiba Corp Adaptively variable directional antenna
JP2000209140A (en) * 1999-01-14 2000-07-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Digital radio receiver, digital radio transmitter, and digital radio transmission reception method
JP2001028561A (en) * 1998-09-17 2001-01-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Digital television broadcasting receiver, and transmission and reception system
JP2004101522A (en) * 2002-08-21 2004-04-02 Advanced Telecommunication Research Institute International Radio wave arrival direction detecting method and apparatus
JP2005062040A (en) * 2003-08-15 2005-03-10 Advanced Telecommunication Research Institute International Method and system for detecting arrival direction of radio wave
JP2007288547A (en) * 2006-04-18 2007-11-01 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Mimo receiver and mimo correspondence transmitter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11205026A (en) * 1998-01-08 1999-07-30 Toshiba Corp Adaptively variable directional antenna
JP2001028561A (en) * 1998-09-17 2001-01-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Digital television broadcasting receiver, and transmission and reception system
JP2000209140A (en) * 1999-01-14 2000-07-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Digital radio receiver, digital radio transmitter, and digital radio transmission reception method
JP2004101522A (en) * 2002-08-21 2004-04-02 Advanced Telecommunication Research Institute International Radio wave arrival direction detecting method and apparatus
JP2005062040A (en) * 2003-08-15 2005-03-10 Advanced Telecommunication Research Institute International Method and system for detecting arrival direction of radio wave
JP2007288547A (en) * 2006-04-18 2007-11-01 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Mimo receiver and mimo correspondence transmitter

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011019051A1 (en) 2011-02-17
JPWO2011019051A1 (en) 2013-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3642784B2 (en) Diversity receiving apparatus and diversity receiving method
KR101529450B1 (en) Ofdm-mimo radio frequency transmission system
EP1872551A1 (en) Time domain windowing and inter-carrier interference cancellation
JP2004032748A (en) Multipath equalizing technique for orthogonal frequency division multiplexing communication system
WO2003043245A1 (en) Stfbc coding/decoding apparatus and method in an ofdm mobile communication system
US20070021075A1 (en) Radio apparatus
JP2006186732A (en) Radio communications device and radio communication method
JP2007318315A (en) Ofdm receiver
JP5626688B2 (en) Wireless receiver
JP2005260331A (en) Ofdm receiver
US9118533B2 (en) Antenna diversity combining for differentially modulated orthogonal frequency division multiplexed (OFDM) signals
JP3846356B2 (en) Orthogonal frequency division multiplexing receiver and reception method
JP4854529B2 (en) OFDM receiver
Arita et al. Novel receive diversity scheme using ESPAR antenna and arbitrary frequency band
JP2006345428A (en) Receiver associated with digital communication/broadcast, reception method, reception circuit, and program
JP2012023621A (en) Wireless receiver and wireless receiving method
EP1958409A1 (en) Apparatus for estimating time and frequency offset using antenna diversity in ofdm communication system and method thereof
US20230396476A1 (en) Radio transmission device and radio reception device
JP2005027179A (en) Receiver and receiving circuit
JP2006345429A (en) Receiver associated with digital communication/broadcast, reception method, reception circuit, and program
JP2007258794A (en) Method and device for reducing noise in ofdm receiver
JP2008263571A (en) Local oscillation phase noise suppression transceiver
Nam et al. An elaborate frequency offset estimation for OFDM systems
JP2011109174A (en) Wireless receiving apparatus
JP4698536B2 (en) Receiving method and receiving apparatus and radio apparatus using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130802

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140603

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140613

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140902

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140919

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5626688

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250