JP6066737B2 - Timing reproduction apparatus and timing reproduction method - Google Patents
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Description
本発明は、無線通信システムの受信側の通信装置(受信装置)を構成するタイミング再生装置およびタイミング再生方法に関する。 The present invention relates to a timing reproduction device and a timing reproduction method that constitute a communication device (reception device) on a reception side of a wireless communication system.
無線通信では、通信品質を向上させるためのダイバーシチ技術が数多く存在する。STBC(Space Time Block Coding)やDSTBC(Differential Space Time Block Coding)は、送信ダイバーシチ技術の一つであり、送信装置で複数の送信アンテナを用いて時空間符号化(STBC符号化)、差動時空間符号化(DSTBC符号化)を行った信号を送信することで、ダイバーシチ効果を得られる技術である。例として、送信アンテナを2本用いる場合のSTBC、DSTBCは、2シンボルを1ブロックとして、ブロック単位でSTBC符号化、DSTBC符号化を行う。STBC符号化は1ブロックのみ用いるが、DSTBC符号化の場合は直前のブロックとその次に送信する2ブロックを用いて符号化を行う。受信装置では、送信装置で生成したブロック毎にSTBC復号化、DSTBC復号化を行う。STBC復号化は伝送路推定値を得て、ブロック内の処理によって、DSTBC復号化はあるブロックとその直前のブロック間の処理によって、元のシンボルを取り出す(非特許文献1参照)。感度特性については、STBCがDSTBCに比べて良好な特性となるが、DSTBCは復号化処理において受信信号から伝送路を推定することなく復号できることから、STBCの受信装置で行う伝送路推定に相当する処理が不要となる。そのため、DSTBCの受信装置はSTBCの受信装置よりも構成が容易になるというメリットがある。 In wireless communication, there are many diversity techniques for improving communication quality. STBC (Space Time Block Coding) and DSTBC (Differential Space Time Coding) are one of transmission diversity technologies, and a transmitter uses space-time coding (STBC coding) and differential time using a plurality of transmission antennas. This is a technique for obtaining a diversity effect by transmitting a signal subjected to spatial coding (DSTBC coding). As an example, STBC and DSTBC when two transmission antennas are used perform STBC coding and DSTBC coding on a block basis with two symbols as one block. Only one block is used for STBC encoding. In the case of DSTBC encoding, encoding is performed using the immediately preceding block and the next two blocks to be transmitted. The receiving apparatus performs STBC decoding and DSTBC decoding for each block generated by the transmitting apparatus. STBC decoding obtains a transmission path estimation value, and DSTBC decoding extracts an original symbol by processing between a certain block and the block immediately before it by processing within the block (see Non-Patent Document 1). As for the sensitivity characteristics, STBC has better characteristics than DSTBC, but DSTBC can be decoded without estimating the transmission path from the received signal in the decoding process, which corresponds to transmission path estimation performed by the STBC receiver. No processing is required. Therefore, there is an advantage that the DSTBC receiving apparatus is easier to configure than the STBC receiving apparatus.
受信装置では、受信信号の復調を行う際に変調信号が生成されたタイミング(以下ではシンボルタイミングとする)を抽出する必要がある。送受信装置でナイキストフィルタによるフィルタリングを行うと、シンボルタイミングでは隣の変調信号の干渉を受けないが、それ以外のタイミングではシンボル間干渉の影響を受ける。送信装置と受信装置のそれぞれのクロックを同期している場合はシンボルタイミングの抽出処理は必要無いが、無線通信では送信装置と受信装置のそれぞれのクロックが同期できない。そのため、受信装置で送信装置のクロックと位相を同期させて、シンボルタイミングを再生する方式(以下ではBTR(Bit Timing Recovery)方式とする)が必要となる。BTR方式として非特許文献2に記載される逓倍タンク方式がある。逓倍タンク方式は受信信号を直交検波した後のI相成分、Q相成分をそれぞれ2乗して加算して電力値を算出し、その電力値をクロック波形としてDFT(Discrete Fourier Transformation)(離散フーリエ変換)によって波形の位相成分を算出することで、タイミング抽出を行う。逓倍タンク方式はプリアンブルやSW(Sync Word、同期ワードともいう)などの既知信号が不要で、受信信号全体に対して処理が行えるため、タイミング再生を高速で行うことが可能である。また、DSTBCのように既知信号の信号点が差動符号化によってフレーム毎に一定とならない場合でも逓倍タンク方式によるタイミング再生は有効である。
In the receiving apparatus, it is necessary to extract the timing (hereinafter referred to as symbol timing) at which the modulated signal is generated when demodulating the received signal. When filtering by the Nyquist filter is performed in the transmission / reception apparatus, the adjacent modulation signal is not interfered at the symbol timing, but is affected by intersymbol interference at other timings. When the clocks of the transmission device and the reception device are synchronized, symbol timing extraction processing is not necessary, but the clocks of the transmission device and the reception device cannot be synchronized in wireless communication. For this reason, a method of reproducing the symbol timing by synchronizing the phase of the clock of the transmitting device with the receiving device (hereinafter referred to as BTR (Bit Timing Recovery) method) is required. There is a multiplying tank system described in Non-Patent
従来技術である逓倍タンク方式は受信信号のI相成分およびQ相成分をそれぞれ2乗して加算した電力値をクロック波形として、クロック波形にDFT処理を行い位相算出した後に、雑音などの影響によるバラつきを小さくするために位相を平均化する。シンボルの電力が一定でない場合もクロック波形が歪み、位相算出の結果がバラつく原因となるため、電力のバラつきが小さい変調方式を用いた方が逓倍タンク方式によるタイミング再生の精度が高い。そのため、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)やDQPSK(Differential QPSK)など変調信号の電力が一定となる変調方式のBTR方式として逓倍タンク方式を用いた場合は高精度でシンボルタイミングを推定できる。しかし、DSTBCによる差動符号化を行った場合、変調方式がQPSKであっても差動符号化後の信号については電力が一定でなくなるため、逓倍タンク方式によるタイミング再生の精度が低下する問題がある。 The conventional multiplying tank method is based on the influence of noise after calculating the phase by performing DFT processing on the clock waveform using the power value obtained by squaring and adding the I-phase component and Q-phase component of the received signal as the clock waveform. The phase is averaged to reduce the variation. Even when the power of the symbol is not constant, the clock waveform is distorted and the result of the phase calculation varies, so that the accuracy of timing recovery by the multiplying tank method is higher when the modulation method with less power variation is used. Therefore, symbol timing can be estimated with high accuracy when the multiplying tank method is used as a modulation method BTR method in which the power of the modulation signal is constant, such as QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) and DQPSK (Differential QPSK). However, when differential encoding by DSTBC is performed, the power of the signal after differential encoding is not constant even if the modulation method is QPSK. is there.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、DSTBCで差動符号化された信号を受信する受信装置において、逓倍タンク方式を用いたシンボルタイミング推定を高精度に行うタイミング再生装置およびタイミング再生方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and in a receiving device that receives a signal differentially encoded by DSTBC, a timing reproducing device and timing that perform symbol timing estimation using a multiplying tank method with high accuracy The purpose is to obtain a reproduction method.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、Nシンボル(Nは2以上の整数)を1ブロックとしてブロック単位でDSTBC符号化された信号を受信する受信装置においてシンボルタイミングを再生するタイミング再生装置であって、受信信号をK倍オーバーサンプリングして得られた各サンプル値の電力値を算出する電力算出手段と、前記電力値をNシンボルにわたって加算する加算手段と、前記加算手段による加算結果に基づいてシンボルタイミングを推定するタイミング推定手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides symbol timing in a receiving apparatus that receives a DSTBC-coded signal in units of blocks with N symbols (N is an integer of 2 or more) as one block. A timing reproducing apparatus for reproducing, a power calculating means for calculating a power value of each sample value obtained by oversampling a received signal by K times, an adding means for adding the power values over N symbols, and the addition Timing estimation means for estimating symbol timing based on the addition result by the means.
本発明によれば、受信信号のシンボルタイミングを高精度に推定することが可能なタイミング再生装置を実現できるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that it is possible to realize a timing reproducing apparatus capable of estimating the symbol timing of a received signal with high accuracy.
以下に、本発明にかかるタイミング再生装置およびタイミング再生方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a timing reproduction apparatus and a timing reproduction method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明にかかるタイミング再生装置を備えた受信装置の実施の形態1の構成例を示す図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a first embodiment of a receiving device including a timing reproducing device according to the present invention.
図示したように、受信装置は、DSTBCの送信信号を受信する受信アンテナ1と、受信信号をアナログ値からディジタル値に変換するA/D変換部2と、高周波帯域の信号をベースバンドの信号に直交変換する直交検波部3と、所望帯域以外の信号を遮断する整形フィルタ4と、受信信号からシンボルタイミングを推定するBTR部5と、BTR部5で推定されたタイミングを用いてオーバーサンプリングされた受信信号から送信信号が変調されたタイミングを取り出すタイミング抽出部6と、DSTBCの差動符号化を復号するDSTBC復号部7と、変調信号から復調系列を判定する判定部8とを備えている。
As shown in the figure, the receiving apparatus includes a receiving antenna 1 that receives a DSTBC transmission signal, an A /
次に、DSTBC受信機である図1の受信装置における、送信信号の受信から復調系列の取得までの処理の流れを説明する。なお、DSTBCはNシンボルを1ブロックとして、Nに任意の2以上の整数を用いることが可能だが、以下の説明ではNを2とする。まず、受信アンテナ1によって得たDSTBCの受信信号をA/D変換部2でディジタル値に変換し、オーバーサンプリングされた受信信号を取得する。受信信号は直交検波部3でベースバンドの複素信号に変換された後、整形フィルタへ入力される。整形フィルタ4は、入力された信号の所望帯域以外の信号を遮断する。
Next, the flow of processing from reception of a transmission signal to acquisition of a demodulated sequence in the receiving apparatus of FIG. 1 which is a DSTBC receiver will be described. In DSTBC, it is possible to use N symbols as one block, and any integer greater than or equal to 2 can be used for N. In the following description, N is 2. First, a DSTBC received signal obtained by the receiving antenna 1 is converted into a digital value by the A /
本発明にかかるタイミング再生装置に相当するBTR部5は、整形フィルタ4から出力されるK倍でオーバーサンプリングされた受信信号を用いてシンボルタイミングを推定する。BTR部5の詳細な構成・動作については後述する。BTR部5におけるシンボルタイミングの推定結果はL倍の分解能で出力される。タイミング抽出部6は、シンボルタイミングの推定結果に従い、K倍でオーバーサンプリングされた受信信号(整形フィルタ4から出力された信号)からシンボルタイミングの受信信号を取り出す。ここで、シンボルタイミングの推定を高精度に行う場合はL>Kとなるため、タイミング抽出部6ではフィルタによってサンプル点の補間を行った後にシンボルタイミングの受信信号を取り出す。サンプル点の補間を行うフィルタは例えばコサインロールオフフィルタを用いれば良い。
The
DSTBC復号部7は、タイミング抽出部6から出力された信号である、シンボルタイミングで抽出されたナイキストレートの受信信号の差動符号化を解いて復号する。判定部8は、DSTBC復号部7から出力される変調信号を硬判定あるいは軟判定して復調系列を得る。 The DSTBC decoding unit 7 decodes the differential encoding of the Nyquist rate reception signal extracted at the symbol timing, which is the signal output from the timing extraction unit 6, and decodes it. The determination unit 8 performs a hard decision or a soft decision on the modulation signal output from the DSTBC decoding unit 7 to obtain a demodulated sequence.
続いて、シンボルタイミングのタイミング再生を行うBTR部5について詳しく説明する。図2はBTR部5の構成例を示す図である。BTR部5は、受信信号のI相成分(同相成分)、Q相成分(直交成分)の2乗をそれぞれ算出する2乗部9および10と、I相成分、Q相成分を2乗した値の和をとり受信信号の電力値を算出する加算器11と、1シンボル長分の遅延(Kサンプルの遅延)処理を行う1シンボル遅延部12と、サンプル毎に1シンボル分遅延したサンプルの電力値を加算する加算器13と、シンボルレートの正弦波を生成する正弦波生成部14と、生成された正弦波を余弦波に変換する90°回転部15と、加算器13から出力された信号に対して90°回転部15から出力された余弦波を乗算する乗算器16および加算器13から出力された信号に対して正弦波生成部14から出力された正弦波を乗算する乗算器17と、1シンボル毎に1シンボル長分の受信信号の電力値の総和を算出する加算部18および19と、1シンボル毎に算出される電力値の総和を平均化する平均化処理部20および21と、平均化処理部20から出力されるI相成分と平均化処理部21から出力されるQ相成分から位相を算出する位相算出部22とで構成される。正弦波生成部14、90°回転部15、乗算器16,17および加算部18,19はDFT処理部50を形成している。
Next, the BTR
このような構成のBTR部5では、まずフィルタリングされた受信信号(整形フィルタ4から出力された信号)からクロック波形を生成する。
In the
具体的には、2乗部9および10、加算器11の処理によりI相成分およびQ相成分それぞれの2乗値の和を算出して、受信信号の電力値を得る。ここで、電力値を得るために前記手法を用いることは必須でなく、例えば、直交検波を行う前に受信信号の振幅値を2乗することによって電力値を得ても良い。
Specifically, the sum of the square values of the I-phase component and the Q-phase component is calculated by the processes of the
受信波形の電力値が得られると、以下の手順でクロック波形を生成する。DSTBCを行わない通常のQPSKを送信信号とした場合は、変調信号の電力値は一定であるため、受信波形の電力値は、シンボル周期の周期的デルタ関数と送受信装置の整形フィルタのタップ係数を2乗したフィルタの畳み込みで決定され、シンボルタイミングで電力値が最小になり、シンボルタイミングの中間で電力値が最大になる。受信波形の電力値はシンボル周期で同じ値を繰り返すため、シンボルレートのクロック波形として扱うことが可能である。一方、QPSKの変調信号にDSTBCを用いて送信する場合は電力値が一定ではないため、受信信号の電力値によって生成するクロック波形が歪む。そのため、本実施の形態では、クロック波形の歪みを抑えるために、1シンボル遅延部12と加算器13を用いてサンプル毎にサンプルの電力値と1シンボル過去のサンプルの電力値の和を用いてクロック波形を生成する。
When the power value of the received waveform is obtained, a clock waveform is generated according to the following procedure. When normal QPSK without DSTBC is used as a transmission signal, the power value of the modulation signal is constant, so the power value of the received waveform is determined by the periodic delta function of the symbol period and the tap coefficient of the shaping filter of the transmission / reception device. Determined by convolution of the squared filter, the power value is minimized at the symbol timing, and the power value is maximized at the middle of the symbol timing. Since the power value of the received waveform repeats the same value in the symbol period, it can be handled as a clock waveform at the symbol rate. On the other hand, when transmitting a QPSK modulated signal using DSTBC, the power value is not constant, and the generated clock waveform is distorted depending on the power value of the received signal. Therefore, in this embodiment, in order to suppress the distortion of the clock waveform, the sum of the power value of the sample and the power value of the sample in the past of one symbol is used for each sample using the one
なお、1シンボル遅延したサンプルの電力値を加算する動作については、整形フィルタ4によってフィルタリングされた受信信号を2系列用意して一方の系列に1シンボル遅延を行って2系列の電力値を加算する形式にしても良く、数式的に同じであれば2シンボル分の電力値を加算する処理は任意の位置で行って良い。 For the operation of adding the power values of the samples delayed by one symbol, two series of reception signals filtered by the shaping filter 4 are prepared, one symbol delay is performed on one series, and the two series of power values are added. If the formulas are the same, the process of adding the power values for two symbols may be performed at an arbitrary position.
2シンボル分の電力値の和を算出することによる効果について以下で説明する。DSTBCの差動符号化を行う場合、まずkブロック目に送信を行う情報シンボルs2k-1、s2kを用意する。情報シンボルには例えばQPSKの変調信号を用いる。kブロック目の差動符号化を行った符号化シンボルをc2k-1、c2kとすると、c2k-1、c2kはk−1ブロック目の符号化シンボルc2(k-1)-1、c2(k-1)とs2k-1、s2kを用いて、次式(1)および(2)に従って算出する。 The effect obtained by calculating the sum of power values for two symbols will be described below. When performing differential encoding of DSTBC, first, information symbols s 2k-1 and s 2k to be transmitted are prepared for the k-th block. For example, a QPSK modulation signal is used as the information symbol. Assuming that the coded symbols obtained by performing differential coding of the k-th block are c 2k-1 and c 2k , c 2k-1 and c 2k are coded symbols c 2 (k-1) − of the k−1 block. 1 and c2 (k-1) are calculated according to the following equations (1) and (2) using s2k-1 and s2k .
式(1)および(2)において、*は複素共役を表す。このとき、DSTBCでは、差動符号化による振幅値の発散を防ぐため、kブロック目の符号化シンボルc2k-1、c2kが次式(3)の条件を満たす必要がある。 In the formulas (1) and (2), * represents a complex conjugate. At this time, in the DSTBC, in order to prevent the divergence of the amplitude value due to the differential encoding, the encoded symbols c 2k−1 and c 2k in the k block need to satisfy the condition of the following expression (3).
送信アンテナ2本を用いてDSTBCの符号化シンボルを送信する場合、1本目の送信アンテナはc2K-1、−c* 2k、2本目の送信アンテナはc2k、c* 2k-1をそれぞれkブロック目の符号化シンボルとして送信する。1本の受信アンテナで受信する場合、kブロック目の受信信号r2k-1、r2kは、1本目の送信アンテナと受信アンテナとの間の伝送路情報をh1、2本目の送信アンテナと受信アンテナとの間の伝送路情報をh2、kブロック目の受信信号に付加される熱雑音をw1、w2とすると、次式(4)および(5)で表される。 When transmitting a DSTBC encoded symbol using two transmission antennas, the first transmission antenna is c 2K−1 , −c * 2k , and the second transmission antenna is c 2k , c * 2k−1. Transmit as the coded symbol of the block. When receiving with one receiving antenna, the received signals r 2k-1 and r 2k of the k-th block are the transmission path information between the first transmitting antenna and the receiving antenna, h 1 , and the second transmitting antenna. When the transmission path information between the receiving antennas is h 2 and the thermal noise added to the received signal of the k-th block is w 1 and w 2 , they are expressed by the following equations (4) and (5).
kブロック目の受信信号を電力値の和を計算すると次式(6)のように表される。 When the sum of the power values of the received signal of the k-th block is calculated, it is expressed as the following equation (6).
式(6)において、w'は雑音項を表す。式(3)および(6)からわかるように、DSTBCでは受信信号についてブロックを構成する2シンボルの電力値を加算することで、電力値の正規化を行うことが可能となる。2シンボルで1ブロックのDSTBCを用いた場合、サンプル毎にサンプルの電力値と1シンボル過去のサンプルの電力値との和をとることで、2シンボル毎に電力値の正規化の効果が得られる。図3は2シンボル分の電力値を加算する前にあたる加算器11の出力波形と2シンボル分の電力値を加算した後にあたる加算器13の出力波形をそれぞれDFTしてスペクトルを表示した図である。スペクトルの正規化周波数が0となる部分を信号成分、その他の周波数成分を雑音成分とする。信号成分が雑音成分の総和に対して大きければ、クロック波形の位相成分を抽出した際の精度が高くなる。図3に示したように、2シンボル分の電力値を加算した後の波形のスペクトルは電力値の加算を行わない波形のスペクトルに比べて雑音成分が小さくなっており、DSTBCのブロックを構成するシンボルの電力の正規化による効果が得られている。なお、DSTBCがNシンボルで1ブロックの場合はブロックを構成するNシンボルの電力値の和が正規化される。そのため、Nシンボルで1ブロックのDSTBC受信機では1シンボル遅延部12と加算器13をそれぞれN−1個用意して、サンプル毎に1、2、…、Nシンボル遅延したサンプルの電力値を加算する構成にすればNシンボル毎に電力値が正規化される。
In Equation (6), w ′ represents a noise term. As can be seen from the equations (3) and (6), in the DSTBC, it is possible to normalize the power value by adding the power values of the two symbols constituting the block with respect to the received signal. When one block of DSTBC is used with two symbols, the power value normalization effect can be obtained for every two symbols by taking the sum of the sample power value and the power value of the past sample for each symbol. . FIG. 3 is a diagram in which a spectrum is displayed by DFT of the output waveform of the
BTR部5は、上記のようにして2シンボル分のサンプルの電力値を加算してクロック波形を生成した後は、DFTによるクロック波形の位相成分の抽出を行う。
After generating the clock waveform by adding the power values of the samples for two symbols as described above, the
具体的には、まず、正弦波生成部14が、クロック波形の周波数と同じである、シンボルレートの正弦波を生成する。正弦波はシンボル周期で同じ値となるため、予めメモリに値を保存しておき、値を読み出す形式にしても良い。DFTの処理には余弦波と正弦波を用いる必要があるため、90°回転部15により正弦波生成部14で生成した正弦波の位相を90°回転させて、正弦波から余弦波に変換する。乗算器16は、加算器13から出力されるクロック波形と余弦波を乗算してI相成分の電力値を得る。一方、乗算器17は、クロック波形と正弦波を乗算してQ相成分の電力値を得る。ここで、1シンボル遅延部12と加算器13で行ったサンプル毎に2シンボル分の電力値の和を算出する処理を乗算器16および17の後で行うようにしても同様の効果が得られる。
Specifically, first, the sine
加算部18および19は、シンボル長分にあたるKサンプルの電力値をI相成分およびQ相成分についてそれぞれ加算して出力する。加算部18および19は、サンプル毎に出力値を算出して、その後にKサンプル毎に値を抽出してもよいし、出力値の算出をKサンプル毎に行うようにしてもよい。平均化処理部20および21は、加算部18および19からそれぞれ出力される、クロック波形にDFT処理を行った後のシンボルレートの電力値について、フェージングや雑音などによるバラつきを抑制するために、I相成分およびQ相成分ごとにそれぞれ平均化する。平均化にはFIRフィルタ、IIRフィルタなどを用いれば良い。また、平均化処理部20および21は加算部18および19に機能を統合しても良く、加算部18および19では、例えば、M×Kサンプルの電力値の和を算出して出力すればMシンボル分の平均化を行える。
位相算出部22は、平均化処理部20および21のそれぞれから出力される、平均化されたI相成分の電力値およびQ相成分の電力値を用いて位相(シンボルタイミング)を算出する。位相算出をシンボルレートのL倍の分解能で行う場合、360°をL個の区間に分割して、算出した位相の値が対応する区間のインデックスを出力する。位相については0°がシンボルタイミングで、360°が次のシンボルタイミングとなる。
The
以上のように、本実施の形態の受信装置において、タイミング再生装置(BTR部5)は、DSTBCの符号化単位(1ブロック)を形成しているNシンボル各々の電力値を算出するとともに、算出した電力値を加算し、加算結果を使用してシンボルタイミングを推定する。例えば、2シンボルで1符号化単位(1ブロック)を形成している場合であれば、図2に示したように、従来の逓倍タンク方式のタイミング再生回路に対して1シンボル遅延部12および加算器13を追加すればよい。本実施の形態のタイミング再生装置によれば、従来と殆ど回路規模を変えずにタイミング再生の精度を向上させることができる。
As described above, in the receiving apparatus of the present embodiment, the timing recovery apparatus (BTR unit 5) calculates and calculates the power value of each of N symbols forming a DSTBC coding unit (one block). The calculated power values are added, and the symbol timing is estimated using the addition result. For example, if one encoding unit (one block) is formed by two symbols, as shown in FIG. 2, a one-
実施の形態2.
本実施の形態では、実施の形態1とは異なる構成のタイミング再生装置について説明する。なお、受信装置の全体構成は実施の形態1と同様である(図1参照)。本実施の形態のタイミング再生装置をタイミング再生装置5aと表現する。BTR部5a以外の構成・動作は実施の形態1と共通であるため、共通部分の説明は省略し、以下ではBTR部5aについて説明する。
In the present embodiment, a timing reproducing apparatus having a configuration different from that of the first embodiment will be described. The overall configuration of the receiving apparatus is the same as that of the first embodiment (see FIG. 1). The timing reproduction device of the present embodiment is expressed as a timing reproduction device 5a. Since the configuration and operation other than the BTR unit 5a are the same as those in the first embodiment, the description of the common part is omitted, and the BTR unit 5a will be described below.
図4は、BTR部5aの構成例を示す図である。BTR部5aは、実施の形態1のBTR部5(図2)から1シンボル遅延部12および加算器13を削除するとともに、加算部18と平均化処理部20の間に1シンボル遅延部23および加算器25を追加し、加算部19と平均化処理部21の間に1シンボル遅延部24および加算器26を追加した構成となっている。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the BTR unit 5a. The BTR unit 5a deletes the 1-
1シンボル遅延部23および24は、前段の加算部18または19から入力された信号(電力値)に対して1シンボル長相当の遅延を付加して出力する。加算器25および26は、前段の加算部18または19から直接入力された電力値と1シンボル遅延部23または24を介して入力された電力値を加算する。
The 1-
以下、BTR部5aの詳細について説明する。なお、BTR部5と共通の部分については説明を省略する。
Details of the BTR unit 5a will be described below. Note that description of portions common to the
乗算器16は、加算器11から出力された電力値に対して90°回転部15から出力された余弦波を乗算して加算器18へ出力する。一方、乗算器17は、加算器11から出力された電力値に対して正弦波生成部14から出力された余弦波を乗算して加算器19へ出力する。加算部18および19は、1シンボル長にあたるKサンプルの電力値の和を算出し、DFT処理を完了する。
The
1シンボル遅延部23は、加算部18からの出力信号であるクロック波形に対して1シンボル長の遅延を与え、加算器25は、加算部18から出力されたクロック波形と1シンボル遅延部23から出力されたクロック波形(遅延が与えられたクロック波形)を足し合わせる。1シンボル遅延部24は、加算部19からの出力信号であるクロック波形に対して1シンボル長の遅延を与え、加算器26は、加算部19から出力されたクロック波形と1シンボル遅延部23から出力されたクロック波形(遅延が与えられたクロック波形)を足し合わせる。平均化処理部20および21は、加算器25および26からそれぞれ出力されたクロック波形を平均化する。
The 1-
実施の形態1のBTR部5では1シンボル分遅延した電力値の加算をDFT処理前に行ったが、DFTが線形処理であることから、本実施の形態のBTR部5aのようにDFT処理後に同様の動作を行う構成とすることが可能であり、実施の形態1と同様にDSTBCを用いた場合に信号の電力値を正規化することができる。なお、DFT処理後の2シンボル分の電力値の和を算出する位置(1シンボル遅延部23および24と加算器25および26の位置)について、平均化処理部20および21の電力値の平均化に線形フィルタを用いる場合は、平均化処理部20および21の後で処理を行う構成としても良い。
In the
このように、本実施の形態のタイミング再生装置(BTR部5a)は、受信信号の電力値をDFTして得られたクロック波形の信号を、DSTBCの符号化単位(1ブロック)を形成しているNシンボルにわたって加算し、加算結果を使用してシンボルタイミングを推定する。これにより、実施の形態1のタイミング再生装置と同様に、タイミング生成の精度を向上させることができる。また、DFT処理前のK倍のオーバーサンプルされた受信号に対して1シンボル遅延処理と加算処理を行う実施の形態1のタイミング再生装置と比較して、同様の動作をDFT処理後のナイキストレートの受信信号に対して行うことから、回路処理の演算量を削減できるという効果を奏する。 As described above, the timing recovery apparatus (BTR unit 5a) of the present embodiment forms a DSTBC coding unit (one block) from a clock waveform signal obtained by DFT of the power value of the received signal. The symbol timing is estimated using the added N symbols. Thereby, the accuracy of timing generation can be improved as in the timing reproduction apparatus of the first embodiment. Compared to the timing recovery apparatus of the first embodiment that performs 1-symbol delay processing and addition processing on K times oversampled received signals before DFT processing, the same operation is performed by Nyquist rate after DFT processing. Since this is performed on the received signal, the calculation amount of circuit processing can be reduced.
実施の形態3.
本実施の形態では、複数の受信アンテナを用いてアンテナダイバーシチを実施する場合における本発明にかかるタイミング再生装置について説明する。なお、アンテナダイバーシチにはP本(Pは2以上の整数)のアンテナを用いることが可能だが、以下の説明ではPは2とする。本実施の形態の受信装置の全体構成の構成例を図5に示す。
Embodiment 3 FIG.
In the present embodiment, a timing recovery apparatus according to the present invention when antenna diversity is performed using a plurality of receiving antennas will be described. Note that although P antennas (P is an integer of 2 or more) can be used for antenna diversity, P is 2 in the following description. An example of the overall configuration of the receiving apparatus according to this embodiment is shown in FIG.
図示したように、受信装置は、DSTBCの送信信号を受信する受信アンテナ1および27と、受信信号をアナログ値からディジタル値に変換するA/D変換部2および28と、高周波帯域の信号をベースバンドの信号に直交変換する直交検波部3および29と、所望帯域以外の信号を遮断する整形フィルタ4および30と、受信信号からシンボルタイミングを推定するBTR部(複数アンテナ)31と、BTR部(複数アンテナ)31で推定されたタイミングを用いてオーバーサンプリングされた受信信号から送信信号が変調されたタイミングを取り出すタイミング抽出部6および32と、DSTBCの差動符号化を復号するDSTBC復号部7および33と、変調信号から復調系列を判定する判定部(複数アンテナ)34とを備えている。
As shown in the figure, the receiving apparatus includes receiving antennas 1 and 27 that receive a DSTBC transmission signal, A /
次に、DSTBC受信機である図5の受信装置における、送信信号の受信から復調系列の取得まで処理の流れを説明する。整形フィルタ4および30までは2本の受信アンテナで受信するそれぞれの受信信号について、実施の形態1および2で用いる図1の受信装置と同様の処理を行い、K倍でオーバーサンプリングされた受信信号を得る。BTR部(複数アンテナ)31は2つの受信信号を用いてシンボルタイミングを推定する。BTR部(複数アンテナ)31の詳細な構成・動作は後述する。BTR部(複数アンテナ)31からは図1の受信装置のBTR部5と同様にシンボルタイミングの推定結果がL倍の分解能で出力される。タイミング抽出部6および32ではBTR部(複数アンテナ)31の出力結果に基づいてK倍でオーバーサンプリングされた受信信号からシンボルタイミングの受信信号を取り出す。DSTBC復号部7および32ではナイキストレートの受信信号について差動符号化を解いて復号する。判定部(複数アンテナ)34では2つの受信信号についてダイバーシチ合成を行い1つの受信信号とした後に、硬判定あるいは軟判定して復調系列を得る。なお、ダイバーシチ合成については選択合成、等利得合成、最大比合成のいずれを用いても良い。また、ダイバーシチ合成はDSTBC復号前に実施しても構わない。
Next, the flow of processing from reception of a transmission signal to acquisition of a demodulated sequence in the receiving apparatus of FIG. 5 which is a DSTBC receiver will be described. Up to the shaping filters 4 and 30, the received signals received by the two receiving antennas are processed in the same manner as the receiving apparatus of FIG. 1 used in the first and second embodiments, and the received signals are oversampled by K times. Get. The BTR unit (multiple antennas) 31 estimates symbol timing using two received signals. The detailed configuration and operation of the BTR unit (multiple antennas) 31 will be described later. A symbol timing estimation result is output from the BTR unit (multiple antennas) 31 with a resolution L times as with the
続いて、シンボルタイミングのタイミング再生を行うBTR部(複数アンテナ)31について詳しく説明する。図6はBTR部(複数アンテナ)31の構成例を示す図である。BTR部(複数アンテナ)31は、受信信号のI相成分(同相成分)、Q相成分(直交成分)の2乗をそれぞれ算出する2乗部9,10,35,36と、I相成分、Q相成分を2乗した値の和をとり受信信号の電力値を算出する加算器11および37と、1シンボル長分の遅延(Kサンプルの遅延)処理を行う1シンボル遅延部12および38と、サンプル毎に1シンボル分遅延したサンプルの電力値を加算する加算器13および39と、シンボルレートの正弦波を生成する正弦波生成部14および40と、生成された正弦波を余弦波に変換する90°回転部15および41と、加算器13および39から出力された信号に対して90°回転部15および41から出力された余弦波を乗算する乗算器16,42と、加算器13および39から出力された信号に対して正弦波生成部14および40から出力された正弦波を乗算する乗算器17および43と、1シンボル毎に1シンボル長分の受信信号の電力値の総和を算出する加算部18,19,44,45と、加算部18と加算部44の出力の和をとる加算器46と、加算部19と加算部45の出力の和をとる加算器47と、1シンボル毎に算出される電力値の総和を平均化する平均化処理部20および21と、平均化処理部20から出力されるI相成分と平均化処理部21から出力されるQ相成分から位相を算出する位相算出部22とで構成される。正弦波生成部14、90°回転部15、乗算器16,17および加算部18,19はDFT処理部50を、正弦波生成部40、90°回転部41、乗算器42,43および加算部44,45はDFT処理部60を形成している。
Next, the BTR unit (multiple antennas) 31 that performs symbol timing timing reproduction will be described in detail. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the BTR unit (multiple antennas) 31. The BTR unit (multiple antennas) 31 includes square units 9, 10, 35, and 36 that calculate the squares of the I-phase component (in-phase component) and Q-phase component (orthogonal component) of the received signal, Adders 11 and 37 that calculate the power value of the received signal by taking the sum of values obtained by squaring the Q-phase component, and 1-symbol delay units 12 and 38 that perform a delay of one symbol length (K-sample delay) Adders 13 and 39 for adding the power values of samples delayed by one symbol for each sample, sine wave generators 14 and 40 for generating a sine wave at a symbol rate, and converting the generated sine wave into a cosine wave 90 ° rotators 15 and 41, multipliers 16 and 42 for multiplying signals output from adders 13 and 39 by cosine waves output from 90 ° rotators 15 and 41, adders 13 and 39 out Multipliers 17 and 43 for multiplying the received signal by the sine wave output from the sine wave generators 14 and 40, and addition for calculating the sum of the power values of the received signal for one symbol length for each symbol Units 18, 19, 44, 45, an adder 46 that sums the outputs of the adder 18 and the adder 44, an adder 47 that sums the outputs of the adder 19 and the adder 45, and for each symbol. The phase is calculated from the averaging
BTR部(複数アンテナ)31の動作について以下で説明する。加算部18,19,44,45までの処理でクロック波形に対してDFT処理を行うことは、実施の形態1のBTR部5(図1参照)と同様の処理を2つの受信アンテナによって得られるそれぞれの受信信号について実施することを意味するため、説明を省略する。加算器46および加算器47では2つの受信信号から得られるそれぞれのクロック波形に対するDFT処理の出力について和をとることでダイバーシチ合成を行う。なお、加算器46および47は一方の受信信号を選択する処理としても構わない。また、加算器46および47の処理を行う位置は加算器11および37以降で、かつ平均化処理部20および21以前であればどこでも良く、数式的に同じ結果が得られれば良い。平均化処理部20,21および位相算出部22の処理は実施の形態1のBTR部5と同様であり、加算器46および47から出力される電力値に対するフェージングや雑音の影響を抑制するためにI相およびQ相の成分についてそれぞれ平均化を行った後に位相(シンボルタイミング)を算出する。
The operation of the BTR unit (multiple antennas) 31 will be described below. Performing the DFT processing on the clock waveform in the processing up to the
以上のように、本実施の形態のタイミング再生装置(BTR部(複数アンテナ)31)は、受信信号の電力値をDFTして得られたクロック波形の信号を、DSTBCの符号化単位(1ブロック)を形成しているNシンボルにわたって加算し、加算結果を使用してシンボルタイミングを推定する。また、本実施の形態では上記加算結果をP本の受信アンテナで得られるP個の受信信号についてそれぞれ生成して全部の加算結果を用いてダイバーシチ合成を行う。これにより、受信アンテナを複数用いたアンテナダイバーシチ実施時にタイミング生成の精度を向上させることができる。 As described above, the timing recovery apparatus (BTR unit (multiple antennas) 31) of the present embodiment converts a clock waveform signal obtained by DFT of the power value of a received signal into a DSTBC coding unit (1 block). ) To form the symbol timing using the addition result. In this embodiment, the above addition result is generated for each of P received signals obtained by P receiving antennas, and diversity combining is performed using all the addition results. Thereby, it is possible to improve the accuracy of timing generation when performing antenna diversity using a plurality of receiving antennas.
実施の形態4.
本実施の形態では、実施の形態3とは異なる構成のタイミング再生装置について説明する。なお、受信装置の全体構成は実施の形態3と同様である(図5参照)。本実施の形態のタイミング再生装置をタイミング再生装置31aと表現する。BTR部(複数アンテナ)31a以外の構成・動作は実施の形態3と共通であるため、共通部分の説明は省略し、以下ではBTR部(複数アンテナ)31aについて説明する。
Embodiment 4 FIG.
In the present embodiment, a timing reproducing apparatus having a configuration different from that of the third embodiment will be described. The overall configuration of the receiving apparatus is the same as that in Embodiment 3 (see FIG. 5). The timing reproducing device of the present embodiment is expressed as a
図7は、BTR部(複数アンテナ)31aの構成例を示す図である。BTR部31aは、実施の形態3のBTR部(複数アンテナ)31(図6)から1シンボル遅延部38と、加算器39と、DFT処理部60を構成する要素と、加算器46および47を削除するとともに、加算器11と加算器37の出力を加算する加算器48を追加した構成となっている。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the BTR unit (multiple antennas) 31a. The
以下、BTR部(複数アンテナ)31aの詳細について説明する。なお、BTR部(複数アンテナ)31と共通の部分については説明を省略する。 Details of the BTR unit (multiple antennas) 31a will be described below. Note that description of portions common to the BTR unit (multiple antennas) 31 is omitted.
加算器11および37により2つの受信アンテナによって得られる2つの受信信号の電力値は加算器48で和をとり、ダイバーシチ合成を行う。
The power values of the two received signals obtained by the two receiving antennas by the
実施の形態3のBTR部(複数アンテナ)31では2つの受信信号の電力値に対して行うダイバーシチ合成をDFT処理後に行ったが、DFTおよび2シンボル分の電力値を加算する処理は線形処理であることから、本実施の形態のBTR部(複数アンテナ)31aのようにDFTおよび2シンボル分の電力値を加算する処理の前に同様の動作を行う構成とすることが可能である。 In the BTR unit (multiple antennas) 31 of Embodiment 3, diversity combining performed on the power values of two received signals is performed after the DFT processing. However, the processing of adding the DFT and the power values for two symbols is linear processing. Therefore, it is possible to adopt a configuration in which a similar operation is performed before the process of adding the DFT and the power values for two symbols, as in the BTR unit (multiple antennas) 31a of the present embodiment.
このように、本実施の形態のタイミング再生装置(BTR部(複数アンテナ)31a)は、受信信号の電力値をDFTして得られたクロック波形の信号を、DSTBCの符号化単位(1ブロック)を形成しているNシンボルにわたって加算し、加算結果を使用してシンボルタイミングを推定する。また、本実施の形態ではP本の受信アンテナで得られるP個の受信信号についてそれぞれ電力値を算出した後に全ての受信信号を用いて電力値の和をとることでダイバーシチ合成を行う。これにより、受信アンテナを複数用いたアンテナダイバーシチ実施時にタイミング生成の精度を向上させることができる。また、DFT処理後にダイバーシチ合成を行う実施の形態3のタイミング再生装置と比較して、同様の動作をDFT処理前にダイバーシチ合成を行うことで、DFT処理の回路は1つ備えれば良く、回路規模を削減できるという効果を奏する。 As described above, the timing recovery apparatus (BTR unit (multiple antennas) 31a) of the present embodiment converts the clock waveform signal obtained by DFT of the power value of the received signal into a DSTBC coding unit (1 block). Are added over N symbols, and the addition result is used to estimate the symbol timing. Also, in this embodiment, diversity combining is performed by calculating the power value for each of P received signals obtained by P receiving antennas and then summing the power values using all received signals. Thereby, it is possible to improve the accuracy of timing generation when performing antenna diversity using a plurality of receiving antennas. Compared to the timing recovery apparatus of the third embodiment that performs diversity combining after DFT processing, the same operation may be performed by performing diversity combining before DFT processing, so that only one DFT processing circuit is provided. There is an effect that the scale can be reduced.
以上のように、本発明は、無線通信システムの受信装置(受信側の通信装置)において受信信号のシンボルタイミングを推定するタイミング再生装置として有用である。 As described above, the present invention is useful as a timing reproduction device that estimates the symbol timing of a received signal in a receiving device (receiving-side communication device) of a wireless communication system.
1,27 アンテナ、2,28 A/D変換部、3,29 直交検波部、4,30 整形フィルタ、5 BTR部、6,32 タイミング抽出部、7,33 DSTBC復号部、8 判定部、9,10,35,36 2乗部、11,13,25,26,37,39,46,47,48 加算器、12,23,24,38 1シンボル遅延部、14,40 正弦波生成部、15,41 90°回転部、16,17,42,43 乗算器、18,19,44,45 加算部、20,21 平均化処理部、22 位相算出部、31 BTR部(複数アンテナ)、34 判定部(複数アンテナ)、50,60 DFT処理部。
1,27 antenna, 2,28 A / D conversion unit, 3,29 quadrature detection unit, 4,30 shaping filter, 5 BTR unit, 6,32 timing extraction unit, 7,33 DSTBC decoding unit, 8 determination unit, 9 , 10, 35, 36 square part, 11, 13, 25, 26, 37, 39, 46, 47, 48 adder, 12, 23, 24, 38 1 symbol delay part, 14, 40 sine wave generation part, 15, 41 90 ° rotation unit, 16, 17, 42, 43 multiplier, 18, 19, 44, 45 addition unit, 20, 21 averaging processing unit, 22 phase calculation unit, 31 BTR unit (multiple antennas), 34 Determination unit (multiple antennas), 50, 60 DFT processing unit.
Claims (8)
受信信号をK倍オーバーサンプリングして得られた各サンプル値の電力値を算出する電力算出手段と、
前記電力値をNシンボルにわたって加算する加算手段と、
前記加算手段による加算結果に対してDFTを実行して同相成分および直交成分それぞれについてナイキストレートの周波数成分を抽出し、当該抽出した周波数成分に基づいてシンボルタイミングを推定するタイミング推定手段と、
を備えることを特徴とするタイミング再生装置。 A timing reproduction device that reproduces symbol timing in a reception device that receives a signal that is DSTBC-coded in units of N symbols (N is an integer of 2 or more) as one block,
Power calculating means for calculating the power value of each sample value obtained by oversampling the received signal K times;
Adding means for adding the power values over N symbols;
And timing estimation means for extracting a frequency component of the Nyquist rate, estimates the symbol timing based on the frequency components the extracted for each in-phase and quadrature components running DFT for the addition result by the adding means,
A timing reproduction apparatus comprising:
受信信号をK倍オーバーサンプリングして得られた各サンプル値の電力値を算出する電力算出手段と、
前記電力値に対してDFTを実行して同相成分および直交成分それぞれについてナイキストレートの周波数成分を抽出する周波数成分抽出手段と、
前記周波数成分をNシンボルにわたって加算する加算手段と、
前記加算手段による前記周波数成分の加算結果に基づいてシンボルタイミングを推定するタイミング推定手段と、
を備えることを特徴とするタイミング再生装置。 A timing reproduction device that reproduces symbol timing in a reception device that receives a signal that is DSTBC-coded in units of N symbols (N is an integer of 2 or more) as one block,
Power calculating means for calculating the power value of each sample value obtained by oversampling the received signal K times;
Frequency component extraction means for performing DFT on the power value to extract Nyquist rate frequency components for each of the in-phase and quadrature components;
Adding means for adding the frequency components over N symbols;
Timing estimation means for estimating a symbol timing based on the addition result of the frequency components by the addition means;
A timing reproduction apparatus comprising:
受信信号をK倍オーバーサンプリングして得られた各サンプル値の電力値を算出する電力算出ステップと、
前記電力値をNシンボルにわたって加算する加算ステップと、
前記加算ステップにおける加算結果に対してDFTを実行して同相成分および直交成分それぞれについてナイキストレートの周波数成分を抽出し、当該抽出した周波数成分に基づいてシンボルタイミングを推定するタイミング推定ステップと、
を含むことを特徴とするタイミング再生方法。 A timing reproduction method for reproducing symbol timing in a receiving apparatus that receives a signal that is DSTBC-encoded in units of N symbols (N is an integer of 2 or more) as one block,
A power calculation step of calculating a power value of each sample value obtained by oversampling the received signal by K times;
An adding step of adding the power values over N symbols;
And timing estimation step of extracting frequency components of the Nyquist rate, estimates the symbol timing based on the frequency components the extracted for each in-phase and quadrature components running DFT for the addition result of the adding step,
Including a timing reproduction method.
受信信号をK倍オーバーサンプリングして得られた各サンプル値の電力値を算出する電力算出ステップと、
前記電力値に対してDFTを実行して同相成分および直交成分それぞれについてナイキストレートの周波数成分を抽出する周波数成分抽出ステップと、
前記周波数成分をNシンボルにわたって加算する加算ステップと、
加算ステップにおける前記周波数成分の加算結果に基づいてシンボルタイミングを推定するタイミング推定ステップと、
を含むことを特徴とするタイミング再生方法。 A timing reproduction method for reproducing symbol timing in a receiving apparatus that receives a signal that is DSTBC-encoded in units of N symbols (N is an integer of 2 or more) as one block,
A power calculation step of calculating a power value of each sample value obtained by oversampling the received signal by K times;
A frequency component extracting step of performing DFT on the power value to extract a Nyquist rate frequency component for each of the in-phase component and the quadrature component;
An adding step of adding the frequency components over N symbols;
A timing estimation step for estimating a symbol timing based on the addition result of the frequency components in the addition step;
Including a timing reproduction method.
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