JP5967853B2 - 受信装置および遅延プロファイル生成方法 - Google Patents
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Description
この様に、移動伝送の伝搬路環境は厳しい条件であり、そのような環境下であっても受信装置では安定した同期処理が必要となる。
また、ガードインターバルを超える反射波が存在する環境であっても、反射波のレベルが小さい場合であれば、先行波に同期したタイミングにFFT窓を設けた方がシンボル間干渉を最小限に抑えることができる。
レベルの小さい先行波を検出する遅延プロファイルの算出方式としては、パイロット時間信号と受信信号との相互相関を算出する方式やチャネル推定結果を時間領域に変換する方式等が挙げられる。
また、遅延プロファイルから算出した先行波タイミングに基づいてFFT窓を設けるだけで、長遅延パスによるシンボル間干渉が生じにくい受信装置を容易に実現できる。
図1において、受信アンテナ11と、受信高周波部12を経由してベースバンド信号に変換された受信信号はA/D変換器(Analogue to Digital converter)1でアナログ信号からデジタル信号に変換される。A/D変換器1のサンプリングはVCO(Voltage Controlled Oscillator)4から供給されるクロックのタイミングで行われる。このVCO4のクロック周波数は同期制御部3により送信機のクロック周波数に同期するように制御されるが、その制御方法については後述する。
前述したように、シンボル干渉が生じないようなタイミングにFFT窓を設けることはOFDM伝送を行う上で非常に重要であり、本発明は遅延プロファイルを高精度に算出し、算出した遅延プロファイルに基づいてこのタイミング制御を行うことを特徴としている。
図6は、周波数位置=4のパイロットキャリアに注目して相関処理を説明する模式図である。
図7は、周波数位置=12のパイロットキャリアに注目して相関処理を説明する模式図である。
更に、これ以上の高い周波数のパイロットに関しても同様の結果であり、これら複数のパイロットキャリアを合成し、広帯域化することで、相関結果は急峻なピークを有するようになる。
式(3)の条件はパイロット時間信号の周期の半分がガードインターバルと一致することにより、上記逆相関係を確保することができるためである。
以上説明したように、式(3)を満足するようなパイロットキャリア配置がなされているOFDM信号であれば、シンボル遷移点前後のパイロット時間信号を予め算出してリファレンス信号(ref(t))として用意しておき、リファレンス信号(ref(t))と受信信号(r(t))をスライディング相関演算することにより、ガードインターバル外の遅延プロファイルも観測することが可能となる。
A/D変換器1からの受信信号(r(t))はシフトレジスタ21に入力される。シフトレジスタ21ではサンプル毎に入力データをシフトさせ、シフトレジスタ21のシフト長はリファレンス信号(ref(t))と同じ長さである。シフトレジスタ21の出力信号は複素乗算器22に入力される。複素乗算器22のもう一方の入力端子にはパイロット時間信号生成部23からのリファレンス信号(ref(t))が接続される。パイロット時間信号生成部23では、前述したようにシンボル遷移タイミング前後期間のパイロット時間信号を予め算出しておき、リファレンス信号(ref(t))としてROM(Read Only Memory)等の記憶素子にその信号を記憶させておく。
複素乗算器22の出力信号は積分器24に入力され、積分器24では入力信号を全て加算演算することで相関演算が実施される。
積分器24の出力信号である相関演算結果はパイロットキャリア信号の相関成分にデータキャリアの相関成分が重畳されている結果となっている。OFDM信号は図4に示したようにパイロットキャリア信号とデータキャリア信号から構成されているため、受信信号は式(4)で表わされる。
コヒーレント平均部25の平均回数に関しては、移動体の速度や周波数帯から決定されるドップラー周波数に基づいて設定する。移動伝送では先行波や反射波の振幅、位相は時々刻々変動するため、積分器24の相関結果の振幅はレイリー分布やライス分布などの確率分布で変動することが知られている。また、位相も同様に変動し、その確率密度は一様に分布する。このように、移動伝送では遅延プロファイルの主波や反射波の位相の確率分布は一様であるため、コヒーレント平均部25の平均回数を多くすると、平均処理により相殺されて相関レベルは小さくなってしまう。従って、コヒーレント平均部25では、この位相変動が少ない期間での平均化を行うことが望ましい。
レベル変換部26の出力はインコヒーレント平均部27に入力され、再度S/N(Signal to Noise ratio)の向上を図る。コヒーレント平均部25と異なり、平均化前に存在する雑音レベル自体を低減することはできないが、そのばらつきを抑えることができるため、更なるS/Nの向上が期待できる。
相関演算部2で算出された遅延プロファイル信号は同期制御部3に入力される。同期制御部3では、遅延プロファイル信号に対して雑音と信号を識別するためのしきい値を設け、しきい値を超えて尚且つ時間的に最も先行した信号を先行波として認識する。
図9は、本発明の一実施例である雑音レベルに基づくしきい値算出方法を説明するための図である。
例えば、図8に示すように、設けるしきい値は、遅延プロファイル信号の中で最も大きなレベルをMとすると、しきい値はβM(ただし、0<β<1)となるような値に設定する。
あるいは、図9に示すように遅延プロファイルの雑音レベルをNとするとγN(γ>1)とすることで、雑音レベルを上回る信号を有効な信号として認識する。
図10は、遅延プロファイルに生じている隆起成分を説明する図である。
実施例1に記載したARIB STD−B33のパラメータで相関演算を行った結果を図10に示す。
伝搬路のモデルは4波のマルチパス環境で遅延時間をそれぞれ0、50、100、200[サンプル]とし、それらの相対レベルを−17、0、−10、−17[dB]としている。図10から分かるように、遅延プロファイルのフロアが隆起しているため、レベルの小さい成分はこの隆起成分に埋没してしまい検出することができない。図10の例では遅延時間が0サンプル、レベルが−17dBの先行波を検出することができない。
上記の隆起による問題を解決するため、本発明の実施例2はこの隆起成分を除去した遅延プロファイルを提供することを特徴としている。
パイロット時間信号をcp(t)すると、リファレンス信号(ref(t))との相関信号(d(τ))は、式(5)で表わされる。
式(11)において求めたい信号はベクトルxであるため、式(11)を解くと、式(12)となる。
上記遅延プロファイルの隆起成分はパイロットキャリアのランダム性に依存するため、元々隆起成分が生じないようなパターンのパイロットキャリア信号であれば、本発明の実施例2を適用する必要はない。
図13の構成は図2の構成において、シフトレジスタ21の前段にシンボル平均部31を設け、コヒーレント平均部25を省いた構成であり、図2と同一の符号を記した処理に関しては図2と同一の処理であるため、説明を省略する。
また、パイロットキャリアはシンボルの境界において位相が不連続的に遷移するものに限定されない。例えば送信側において、隣接するシンボルの各端部をRaised Cosine等の関数で減衰させながら合成するような、Windowingが施されていたとしても、受信装置は、Windowingを伴わないリファレンス信号をそのまま使用して、同様の効果を得ることができる。もし窓関数が既知であれば、それに対応するリファレンス信号を用意すればなお良い。
Claims (4)
- 所定の規則で複数のサブキャリア位置にパイロットキャリアが挿入された変調信号を受信する受信装置において、
前記変調信号は、前記パイロットキャリアを時間領域に変換したパイロット時間信号に 関して、該信号のシンボル後端のガードインターバル長の信号と、当該ガードインターバ ル長の信号を有効シンボルの前方に巡回付加した信号が、隣接シンボルとの遷移点を中心 に逆位相になるように前記パイロットキャリアが配置され、
予め算出しておいた、前記シンボル遷移点の前後所定時間における前記パイロット時間 信号に基づく基準信号と、受信信号とを、相互相関演算する手段と、
前記相互相関演算した結果をシンボル方向に平均化を行うことにより遅延プロファイル信号を生成する手段を、
具備したことを特徴とする受信装置。 - 請求項1に記載の受信装置において、
前記遅延プロファイル信号に対して時間的に最も早く到達した先行波の位置を検出する手段と、
前記受信信号に対して前記先行波位置に基づき有効シンボル期間長の時間窓を設け、時間窓内の信号に基づきOFDM復調する手段を、更に備え、
前記パイロットキャリアは周波数方向に等間隔に配置され、前記パイロットキャリアの 変調は、時間方向に一定であり、
前記前後所定時間は、前記シンボル遷移点を中心とする、ガードインターバル長の2倍 に相当する時間である
ことを特徴とする受信装置。 - 請求項1に記載の受信装置において、前記基準信号として、前記パイロット時間信号そ のものを前記基準信号に用いたときの前記パイロット時間信号と前記基準信号との相関信 号の内の、求めたい相関ピーク以外の隆起成分を時間領域で表現した列ベクトルである隆 起信号ベクトルと、パイロット時間信号行列の逆行列との積を、前記パイロット時間信号 から減算した信号を用いることを特徴とする受信装置。
- 所定の規則で複数のサブキャリア位置にパイロットキャリアが挿入された周波数多重変 調信号を用いた遅延プロファイル信号生成方法であって、
前記パイロットキャリアを時間領域に変換したパイロット時間信号に関して、シンボル後端のガードインターバル長の信号と、当該ガードインターバル長の信号を有効シンボルの前方に巡回付加した信号が、シンボル遷移点を中心に逆位相になるように前記パイロットキャリアの配置及び前記ガードインターバル長が設定された前記周波数多重変調信号を受信するステップと、
予め算出しておいた、前記シンボル遷移点の前後所定時間における前記パイロット時間 信号に基づく基準信号と、受信信号とを、相互相関演算するステップと、
前記相互相関演算した結果をシンボル方向に平均化を行うことにより遅延プロファイル信号を生成するステップを、
有することを特徴とする遅延プロファイル信号生成方法。
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