JP6396073B2 - Measurement method of signal propagation characteristics - Google Patents

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Description

本発明は、例えば地上デジタル放送の信号を二次的に利用して観測点までの空間伝搬経路中の微小変動の計測を目的としたもので、特に、伝搬時間変動を精密に計測する信号伝搬特性の測定法に関している。   The purpose of the present invention is to measure minute fluctuations in a spatial propagation path to an observation point by secondarily using, for example, a digital terrestrial broadcast signal, and in particular, signal propagation for accurately measuring propagation time fluctuations. It relates to a method for measuring properties.

本発明の対象とするのは例えば伝搬時間の微小変動であるが、その微小変動の要因の一つは、伝搬経路上の大気中の温度や湿度の影響による遅延時間変動である。これは、降雨などの気象計測の一環であり、ゲリラ豪雨などの雲の発生源となる水蒸気量の変化を捉えることが期待される。
また、送信点の揺れやたわみの検出、反射波を用いた高層ビル等の揺れの検出、また、受信点の測位などが目標であり、計測の分解能は数ミリメートルとすることを目標としている。
The subject of the present invention is, for example, minute fluctuations in the propagation time, and one of the causes of the minute fluctuations is delay time fluctuation due to the influence of temperature and humidity in the atmosphere on the propagation path. This is part of meteorological measurements such as rainfall, and it is expected to capture changes in the amount of water vapor that is the source of clouds such as guerrilla heavy rain.
The target is to detect the fluctuation and deflection of the transmission point, the detection of the fluctuation of a high-rise building using a reflected wave, the positioning of the reception point, etc., and the measurement resolution is set to several millimeters.

精密な伝送路特性の推定を行う従来例として、例えば、特許文献1(特開2010−158003号公報)には、OFDM(orthogonal frequency-division multiplexing;直交周波数分割多重方式)信号等のマルチキャリア信号に対応するチャネル周波数応答を決定する方法およびシステムが開示されている。この開示では、次の手順が記載されている。(1)まず、パイロット信号またはパイロットを有するOFDM信号を受信する。(2)次に、パイロットからパイロットキャリア周波数のチャネル周波数応答を決定する。(3)時間領域のチャネル周波数内のノイズをバンドパスフィルタリング/マスキングして、フィルタリング/マスキングされたチャネル周波数応答を周波数領域に変換する。(4)フィルタリング/マスキングされたチャネル周波数応答を周波数補間して、残りのキャリア周波数に対するチャネル応答を生成する。   As a conventional example for accurately estimating transmission path characteristics, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-158003) discloses a multicarrier signal such as an OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing) signal. A method and system for determining a channel frequency response corresponding to is disclosed. In this disclosure, the following procedure is described. (1) First, an OFDM signal having a pilot signal or a pilot is received. (2) Next, the channel frequency response of the pilot carrier frequency is determined from the pilot. (3) Bandpass filtering / masking noise in the time domain channel frequency to transform the filtered / masked channel frequency response into the frequency domain. (4) Frequency interpolate the filtered / masked channel frequency response to generate a channel response for the remaining carrier frequencies.

また、例えば、特許文献2(特開2004−266814号公報)には、符号間干渉およびキャリア間干渉が存在する通信環境であっても、高精度な伝送路推定を実現可能な通信装置を得ることを目的とした開示がある。この開示は、例えばOFDM信号で、パイロット信号が一定周期で繰り返し挿入された受信信号を復調する、受信側の通信装置であって、(1)フーリエ変換後に抽出した前記パイロット信号に基づいて周波数特性を算出する周波数特性算出手段と、(2)前記周波数特性に対して逆フーリエ変換を実行して遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成手段と、(3)その遅延プロファイルに基づいて、所定のしきい値以下の干渉信号成分を除去する干渉成分除去手段と、(4)前記干渉成分除去後の遅延プロファイルに基づく時間軸信号に対してフーリエ変換を実行して、干渉成分除去後の周波数特性(伝送路推定値)を生成する伝送路推定値生成手段と、を備えるものである。   Further, for example, Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-266814) obtains a communication apparatus that can realize highly accurate transmission path estimation even in a communication environment where intersymbol interference and intercarrier interference exist. There is a disclosure aimed at that. This disclosure is, for example, a communication apparatus on the receiving side that demodulates a received signal in which a pilot signal is repeatedly inserted at a constant period using, for example, an OFDM signal, and (1) a frequency characteristic based on the pilot signal extracted after Fourier transform (2) delay profile generation means for generating a delay profile by performing inverse Fourier transform on the frequency characteristics, and (3) a predetermined threshold based on the delay profile. Interference component removing means for removing an interference signal component equal to or less than the value; and (4) performing a Fourier transform on the time-axis signal based on the delay profile after removing the interference component, A channel estimation value generating means for generating a channel estimation value).

また、OFDM信号を測距に用いる例が、特許文献3(WO 20051020600A2)に開示されている。この開示は2つの通信局間の距離を見積もる方法に関しており、(1)第2通信局からのOFDM信号を第1通信局で受信し、(2)受信信号処理と復調を行い、(3)受信信号を、伝送パス成分毎に分類し、(4)最短パス成分の成分を割出し、(5)伝搬時間を評価して2つの通信局間の距離を算定するものである。   An example in which an OFDM signal is used for ranging is disclosed in Patent Document 3 (WO 200501020600A2). This disclosure relates to a method for estimating the distance between two communication stations, (1) receiving the OFDM signal from the second communication station at the first communication station, (2) performing received signal processing and demodulation, and (3) The received signal is classified for each transmission path component, (4) the component of the shortest path component is determined, and (5) the propagation time is evaluated to calculate the distance between the two communication stations.

よく知られているように、地上デジタル放送におけるOFDMテレビジョン放送における送信と受信は以下の様に行われる。まず、OFDM信号は、一定の周波数差をもち、同期した多数の搬送波を用いて信号を送受信するための伝送信号であるが、これを用いてデジタル信号を送信する手順を図1に示す。まず、データの伝送誤り率を改善するためにシンボルマッパでデジタル信号の入れ替えを行い、上記搬送波のそれぞれにそのデジタル信号を割り当て、割り当てられたデジタル信号による振幅をもったそれぞれの搬送波となる逆離散フーリエ変換(IDFT)を行いそのIDFT信号を重ね合わせることで並直列変換して、OFDMベースバンド信号を得る。このように得られたOFDMベースバンド信号で、搬送波を直交変調した後、増幅し、伝送路に出力する。   As is well known, transmission and reception in OFDM television broadcasting in terrestrial digital broadcasting are performed as follows. First, an OFDM signal is a transmission signal for transmitting and receiving a signal using a number of synchronized carriers having a certain frequency difference. FIG. 1 shows a procedure for transmitting a digital signal using this signal. First, in order to improve the data transmission error rate, the digital signal is replaced by a symbol mapper, the digital signal is assigned to each of the above-mentioned carrier waves, and each discrete carrier wave having an amplitude according to the assigned digital signal is obtained. By performing Fourier transform (IDFT) and superimposing the IDFT signals, parallel-serial conversion is performed to obtain an OFDM baseband signal. The OFDM baseband signal thus obtained is orthogonally modulated on the carrier wave, then amplified and output to the transmission line.

また、受信側では、図2に示すように、伝送路から得られた受信信号をフロントエンド部で、増幅やノイズ成分の除去を行い、直交復調を行った後、標本化で復調信号をデジタル信号に変換し、上記送信機の並直列変換の逆の操作を行う直並列変換を行い、並列化された信号に離散フーリエ変換(DFT)を施した後、伝送路特性の影響を取り除くための等化処理を行い、並直列変換して重ね合わせた後、デジタル化するための判定を行う。
この等化処理は、信号空間ダイアグラムにおける信号点の伝送路等に起因する回転をとり除くための処理である。
On the receiving side, as shown in FIG. 2, the reception signal obtained from the transmission path is amplified and removed from the noise at the front end unit, and after orthogonal demodulation, the demodulated signal is digitalized by sampling. In order to remove the influence of the transmission line characteristics after performing the serial-parallel conversion that performs the reverse operation of the parallel-serial conversion of the transmitter, performing the discrete Fourier transform (DFT) on the parallelized signal After performing equalization processing, parallel-to-serial conversion and superposition, determination for digitization is performed.
This equalization process is a process for removing the rotation caused by the transmission path of signal points in the signal space diagram.

この様なOFDM信号の受信においては、以下の同期が必要であることが知られている。
1.シンボルタイミング同期
2.搬送波周波数同期
3.標本化周波数同期
これらの同期は、例えば、ガードインターバルの相関を用いる方法でとることができることが知られている。
In receiving such an OFDM signal, it is known that the following synchronization is required.
1. Symbol timing synchronization 2. Carrier frequency synchronization Sampling frequency synchronization It is known that these synchronizations can be obtained by a method using correlation of guard intervals, for example.

また、同期性能をさらに向上させるためには、パイロットシンボルが用いられる。このパイロットシンボルには、例えば次のものがあることが知られている。
1.コンティニュアスパイロットシンボル
2.パイロットキャリア
In order to further improve the synchronization performance, pilot symbols are used. For example, the following pilot symbols are known.
1. Continuous pilot symbol 2. Pilot carrier

上記等化処理を行うために必要な伝送路特性については、以下の方法によって推定される。
データシンボルと混在させて分散配置する方法(スキャッタードパイロットシンボルと呼ばれる配置)。この場合は、時間・周波数方向に分散して配置されたパイロットシンボルを用いてデータシンボルに対する伝送路特性が補間によって推定される。
また、フレームの先頭等に集中させて配置する方法があり、これは、無線LAN等で用いられている方式である。無線LANの場合はパケット単位の処理となるので、パケットの先頭に等化や同期や伝送路特性の推定を行うためのヘッダが付加される。受信機ではヘッダのパイロットシンボルを用いて伝送路を推定し、等化処理に用いる。
The transmission path characteristics necessary for performing the equalization process are estimated by the following method.
A method in which data symbols are mixed and distributed (an arrangement called a scattered pilot symbol). In this case, transmission path characteristics for data symbols are estimated by interpolation using pilot symbols distributed in the time and frequency directions.
There is also a method of concentrating and arranging at the top of the frame, which is a method used in a wireless LAN or the like. In the case of a wireless LAN, processing is performed in units of packets, and therefore a header for equalization, synchronization, and estimation of transmission path characteristics is added to the beginning of the packet. The receiver estimates the transmission path using the pilot symbols in the header and uses it for equalization processing.

また、ブラインド推定による方法があるが、この方法は、送信内容の統計処理を行って伝送路特性の推定を行う方法であるので、本発明での適用は困難であり、詳しい説明は省略する。
しかし、送信内容がパイロット信号やパイロットシンボルに準じたものである場合は、実質的にパイロット信号やパイロットシンボルを用いているものとみなすべきものである。
Although there is a method based on blind estimation, this method is a method for estimating transmission path characteristics by performing statistical processing of transmission contents, and therefore it is difficult to apply in the present invention, and detailed description thereof is omitted.
However, if the transmission content conforms to the pilot signal or pilot symbol, it should be considered that the pilot signal or pilot symbol is substantially used.

また、非特許文献1(水野ほか,”地上デジタル放送を利用した測位システムに関する検討”)には、受信信号を同期復調して遅延プロファイルを求め、その位相変動から距離変動を計測する報告がある。この方法では、高精度の周波数基準を用いても0.3m程度の誤差が生じていた。   Non-Patent Document 1 (Mizuno et al., “Study on Positioning System Using Digital Terrestrial Broadcasting”) has a report of obtaining a delay profile by synchronously demodulating a received signal, and measuring a distance variation from the phase variation. . In this method, an error of about 0.3 m was generated even when a high-accuracy frequency reference was used.

上記報告の誤差の要因としては、送受信装置の熱雑音や伝搬路の都市雑音などによる白色性雑音に加えて、(イ)送信システムや送信側の基準発振器の周波数安定度や位相雑音の影響、(ロ)測定側の基準発振器の周波数安定度や位相雑音の影響、(ハ)受信ケーブルの温度特性の影響、がある。加えて、(ニ)送信アンテナのたわみや揺れ、(ホ)受信アンテナの揺れなどの挙動、(へ)大地反射、マルチパス、フェージング等の影響が考えられる。   In addition to white noise caused by thermal noise of the transmitter / receiver and urban noise in the propagation path, the error factors in the above report include (a) the effects of frequency stability and phase noise of the transmission system and the reference oscillator on the transmission side, (B) Influence of frequency stability and phase noise of the reference oscillator on the measurement side, and (c) Influence of temperature characteristics of the receiving cable. In addition, the effects of (d) bending or shaking of the transmitting antenna, (e) behavior of the receiving antenna, (f) ground reflection, multipath, fading, etc. are considered.

上記の位相雑音への対策としては、例えば大規模有線網であるCATV網の地上デジタル放送の再送信信号(パススルー信号)を利用した位相雑音の補正手法の適用も効果的である。しかし、計測信号が多くなることや計測がCATVサービスエリアに制限される問題がある。また、受信ケーブルの温度変動対策としては、受信側にループバックケーブルを用いた温度変動の補償手法が効果的である。   As a countermeasure against the above-described phase noise, for example, it is effective to apply a phase noise correction method using a terrestrial digital broadcast retransmission signal (pass-through signal) of a CATV network which is a large-scale wired network. However, there are problems that the number of measurement signals increases and measurement is limited to the CATV service area. As a countermeasure against temperature fluctuation of the receiving cable, a temperature fluctuation compensation method using a loopback cable on the receiving side is effective.

特開2010−158003号公報JP 2010-158003 A 特開2004−266814号公報JP 2004-266814 A 国際公開第2005/1020600号明細書International Publication No. 2005/1020600 Specification

水野ほか,”地上デジタル放送を利用した測位システムに関する検討”, 映情学技報, Vol.33, No.10, pp.17-20, BCT2009-37 (Feb.2009)Mizuno et al., “Study on positioning system using terrestrial digital broadcasting”, Eizo Technical Report, Vol.33, No.10, pp.17-20, BCT2009-37 (Feb.2009)

伝搬変動の計測を阻害する位相雑音を抑制し、送信点と受信点間の伝搬時間変動を捉えることが出来るようにすることである。   This is to suppress phase noise that hinders measurement of propagation fluctuations and to capture propagation time fluctuations between a transmission point and a reception point.

概略では、本発明は、伝搬変動の計測を阻害する位相雑音に関して、(1)受信されたデジタル放送の複数チャンネルを精密に同期復調し、(2)伝達関数から遅延プロファイルを求め、(3)その位相差から伝搬時間変動を直接求めることにより、送信・受信側の位相雑音を相殺する、という手法を用いるものである。(4)この手法により、送受信機器の位相雑音が相殺され、送信点と受信点間の伝搬時間変動を捉えることが可能となる。   In summary, the present invention relates to phase noise that hinders measurement of propagation fluctuations: (1) precisely synchronizes multiple received digital broadcast channels, (2) obtains delay profile from transfer function, (3) A technique is used in which the phase noise on the transmission / reception side is canceled by directly obtaining the propagation time fluctuation from the phase difference. (4) By this method, the phase noise of the transmission / reception device is canceled, and it becomes possible to capture the propagation time fluctuation between the transmission point and the reception point.

このため、本発明の信号伝搬特性の測定法は、パイロット信号が組み込まれたOFDM信号を送信点から送信し、該OFDM信号を受信点で受信し、送信点と受信点との位相差の変化を検出して、送信点と受信点間の距離の変化、あるいは、送信点から受信点までの信号伝搬時間の変化を測定する信号伝搬特性の測定法であって、
OFDM信号のパイロット信号であり異なる周波数帯に属する2つのパイロット信号群について、各々のパイロット信号群の遅延プロファイルにおける位相の差である位相差の変化を検出して、上記の送信点から受信点間の距離の変化、あるいは、上記の送信点から受信点までの信号伝搬時間の変化を抽出する手続きと、
上記OFDM信号の伝送経路の変動による上記位相差の変化に及ぼす影響を無視し得る所定の距離内の上記送信点からの位置にある複数の受信点で、上記送信点のアンテナの軌跡を追跡し、
上記送信点から上記複数の受信点のそれぞれに伸びるそれぞれの線分が互いに有意の角度をもって交わる受信点を用い、上記複数の受信点での測定データの測定時間を同期させて上記軌跡をプロットする手続を含むことを特徴とする。
Therefore, the signal propagation characteristic measurement method of the present invention transmits an OFDM signal including a pilot signal from a transmission point, receives the OFDM signal at the reception point, and changes the phase difference between the transmission point and the reception point. A signal propagation characteristic measurement method for measuring a change in a distance between a transmission point and a reception point or a change in a signal propagation time from a transmission point to a reception point,
For two pilot signal groups which are pilot signals of OFDM signals and belong to different frequency bands, a change in phase difference, which is a phase difference in the delay profile of each pilot signal group, is detected, and the above transmission point to reception point are detected. A procedure for extracting the change in the distance of the signal or the change in the signal propagation time from the transmission point to the reception point,
The antenna trajectory of the transmission point is tracked at a plurality of reception points located from the transmission point within a predetermined distance that can ignore the influence on the change in the phase difference due to the variation in the transmission path of the OFDM signal. ,
Using the reception points where the line segments extending from the transmission point to each of the plurality of reception points intersect with each other at a significant angle, the locus is plotted by synchronizing the measurement time of the measurement data at the plurality of reception points. Including procedures .

また、上記のパイロット信号は、1つのOFDM信号から選択された比較的高周波数のパイロット信号群と、比較的低周波数のパイロット信号群とであることを特徴とする。   The pilot signals are a relatively high frequency pilot signal group selected from one OFDM signal and a relatively low frequency pilot signal group.

また、上記OFDM信号のパイロット信号の位相の変化は、直交変調における信号空間ダイアグラムでの回転角の変化であることを特徴とする。
上記遅延プロファイルは通常は等化処理に使われるが、信号空間ダイアグラムでの回転角を正常な状態に戻すための処理である。
The phase change of the pilot signal of the OFDM signal is a change of a rotation angle in a signal space diagram in orthogonal modulation.
The delay profile is normally used for equalization processing, but is processing for returning the rotation angle in the signal space diagram to a normal state.

また、第1と第2の受信点間で共通のOFDM信号を受信する場合における、それらの受信点間での上記パイロット信号の位相差の変化として、上記送信点と第1受信点との位相差の変化(第1位相差変化)と上記送信点と第2受信点との位相差の変化(第2位相差変化)との差を用いることを特徴とする。
送信点と、第1と第2の受信点との3者が一直線上にない場合であっても、ほぼ一直線上にあると見做せる場合で、電波伝搬状態が十分に緩慢に変化する場合は、第1位相差変化と第2位相差変化との差は、上記3者が一直線上にある場合とない場合とで同様な結果を得ることが出来る。
In addition, when a common OFDM signal is received between the first and second reception points, the phase difference of the pilot signal between the reception points is changed between the transmission point and the first reception point. A difference between a change in phase difference (first phase difference change) and a change in phase difference between the transmission point and the second reception point (second phase difference change) is used.
Even when the transmission point and the first and second reception points are not in a straight line, it can be assumed that they are almost in a straight line, and the radio wave propagation state changes sufficiently slowly. As for the difference between the first phase difference change and the second phase difference change, the same result can be obtained depending on whether or not the above three members are on a straight line.

また、上記OFDM信号の伝送経路の変動による上記位相差の変化に及ぼす影響を無視し得る所定の距離内の上記送信点からの位置にある複数の受信点で、上記送信点のアンテナの軌跡を追跡するものであって、
上記送信点から上記複数の受信点のそれぞれに伸びるそれぞれの線分互いに有意の角度をもって交わる受信点を用い、上記複数の受信点での測定データの測定時間を同期させて上記軌跡をプロットするものであることを特徴とする。
In addition, the antenna trajectory of the transmission point is obtained at a plurality of reception points located from the transmission point within a predetermined distance that can ignore the influence on the change in the phase difference due to the variation in the transmission path of the OFDM signal. To track,
Using the reception points where the line segments extending from the transmission point to each of the plurality of reception points intersect with each other at a significant angle, the locus is plotted by synchronizing the measurement time of the measurement data at the plurality of reception points. It is characterized by being.

また、上記OFDM信号の遅延プロファイルから検出した位相の変化から、上記アンテナの軌跡による影響を差し引く手続きを含むことを特徴とする。 The method further includes a procedure of subtracting the influence of the antenna locus from the change in phase difference detected from the delay profile of the OFDM signal.

本発明によって、デジタル放送を二次的に利用して送信点から観測点間の伝搬特性の微小変動(搬送波の伝搬時間変動)の計測を実現するために阻害要因となる位相雑音等を抑圧することができるようになった。例えば、同一送信点から送出される複数チャンネルの受信信号を利用して位相雑音等を抑圧することが可能になった。また、デジタル放送1チャンネル分(単一チャンネル)の信号を受信することでも、チャンネルを分割することで、測定点が1か所でも送信・受信側の位相雑音を相殺することが可能になった。   According to the present invention, phase noise and the like that are obstructive factors are suppressed in order to realize the measurement of minute fluctuations in propagation characteristics between transmission points and observation points (carrier wave propagation time fluctuations) by using digital broadcasting secondarily. I was able to do it. For example, it has become possible to suppress phase noise and the like using reception signals of a plurality of channels transmitted from the same transmission point. In addition, by receiving signals for one channel of digital broadcasting (single channel), it is possible to cancel the phase noise on the transmission / reception side even if there is only one measurement point by dividing the channel. .

地上デジタル放送におけるOFDMテレビジョン放送における送信手順を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the transmission procedure in OFDM television broadcasting in terrestrial digital broadcasting. 地上デジタル放送におけるOFDMテレビジョン放送における受信手順を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the reception procedure in OFDM television broadcasting in terrestrial digital broadcasting. 本発明における計測の系統図を示す図である。It is a figure which shows the systematic diagram of the measurement in this invention. 計算機シミュレーションの例におけるパラメータについての表を示す図である。It is a figure which shows the table | surface about the parameter in the example of computer simulation. 位相雑音の評価の実際について、計算機シミュレーションを例に説明するために想定するモデルを示す図である。It is a figure which shows the model assumed in order to demonstrate the actual evaluation of a phase noise for a computer simulation as an example. 計算機シミュレーション例において、本発明の処理手順に従って伝搬時間変動の 差分Δτを求めた結果を示す図であり、(a)は位相雑音,(b)は送信アンテナの揺れ,(c)は水蒸気変動のレンジを模擬した伝搬時間変動,(d)は生成した受信信号を示す。In the example of computer simulation, it is a figure which shows the result of calculating | requiring the difference (DELTA) (tau) of propagation time fluctuation | variation according to the process procedure of this invention, (a) is a phase noise, (b) is a fluctuation | variation of a transmission antenna, (c) is a water vapor | steam fluctuation | variation. The propagation time variation simulating the range, (d) shows the generated received signal. 計算機シミュレーション例において、本発明の処理手順で求めたA−B間の伝搬 時間変動成分の和Δτ+τd+σnで、発振器の位相雑音等を抑圧して与えた微小変動が抽出されていることを示す図で、(a)はC/N=25dB、Span=24MHz、(b)はC/N=25dB、Span=6MHz、(c)はC/N=15dB、Span=24MHz、(d)はC/N=15dB, Span=6MHzの時の和Δτ+τd+σnの解析結果を示し、(e)は(b)の20秒移動平均、ただしC/N=25dB、Span=6MHz、(f)は(d)の20秒移動平均、ただしC/N=15dB、Span=6MHzである。In the computer simulation example, it is shown that the minute fluctuations obtained by suppressing the phase noise of the oscillator and the like are extracted by the sum Δτ + τ d + σ n of the propagation time fluctuation components between A and B obtained by the processing procedure of the present invention. In the figure, (a) C / N = 25 dB, Span = 24 MHz, (b) C / N = 25 dB, Span = 6 MHz, (c) C / N = 15 dB, Span = 24 MHz, (d) Shows the analysis result of the sum Δτ + τ d + σ n when C / N = 15 dB and Span = 6 MHz. (E) is a 20-second moving average of (b), where C / N = 25 dB, Span = 6 MHz, (f ) Is the 20-second moving average of (d), where C / N = 15 dB and Span = 6 MHz. 送信点の揺れの挙動検出の解析シミュレーションにおける装置等の配置を示す図であり、(a)は受信点A、B点を送信点に対して直線上に水平面で送信アンテナを挟むような位置への配置を示し、(b)は送信点と受信点の概観を示す。It is a figure which shows arrangement | positioning of the apparatus etc. in the analysis simulation of the movement behavior detection of a transmission point, (a) to the position which pinches | interposes a transmission antenna on a horizontal plane on the straight line with respect to the transmission point at the reception points A and B (B) shows an overview of transmission points and reception points. 送信点の揺れの挙動検出の解析シミュレーションにおけるパラメータ例を示す図である。It is a figure which shows the example of a parameter in the analysis simulation of the movement behavior detection of a transmission point. (a)、(b)は、解析シミュレーションにおける検出すべき送信アンテナの揺れを示す図であり、(c)は揺れの設定値を、(d)は揺れの検出値を示す。(A), (b) is a figure which shows the fluctuation | variation of the transmission antenna which should be detected in an analysis simulation, (c) shows the setting value of fluctuation, (d) shows the detection value of fluctuation. 単一チャンネルの信号だけで空間の伝搬時間変動の観測を行う手順を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the procedure which observes the propagation time fluctuation | variation of space only with the signal of a single channel. 単一チャンネルの信号だけで空間の伝搬時間変動の観測を行う際のパラメータを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the parameter at the time of observing the propagation time fluctuation of space only with the signal of a single channel. 単一チャンネルの信号だけで空間の伝搬時間変動の観測を行う際のパラメータの値の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example of the value of the parameter at the time of observing the propagation time fluctuation of space only with the signal of a single channel. 単一チャンネルの信号だけで空間の伝搬時間変動の観測を行う解析シミュレーションの検出例を示す図であり、(a)は位相雑音,(b)は送信アンテナの揺れ、(c)は水蒸気変動を模擬した伝搬時間変動、(d)は生成した受信信号を示す。It is a figure which shows the detection example of the analysis simulation which observes the propagation time fluctuation of space only with the signal of a single channel, (a) is a phase noise, (b) is a fluctuation | variation of a transmission antenna, (c) is a water vapor | steam fluctuation | variation. Simulated propagation time fluctuation, (d) shows the generated received signal. 単一チャンネルの信号だけで空間の伝搬時間変動の観測を行う解析シミュレーションの検出例を示す図で、伝搬時間変動成分である和Δτ+τh+σnで、発振器の位相雑音等を抑圧して与えた微小変動の抽出例を示す図で、(a)は求めた和Δτ+τh+σnの解析結果、(b)は(a)の一部の拡大図、(c)は(a)の20秒の移動平均を示す。A view showing a detection example of analysis simulation performed only by observation of the propagation time variation of spatial signal of a single channel, with a propagation time variation component sum Δτ + τ h + σ n, given by suppressing the oscillator phase noise, etc. a diagram showing an example of extraction of a slight change, (a) the analysis result of the sum Δτ + τ h + σ n obtained is, (b) is an enlarged view of a portion of (a), 20 seconds of (c) is (a) Shows moving average. 送信点の揺れの挙動の解析シミュレーションの際に用いる配置状況を示す図であり(a)は受信点A、B点と送信点とを結ぶ線分が水平に直交するような配置であることを示し、(b)は送信点と受信点の概観を示す。It is a figure which shows the arrangement | positioning condition used in the case of the analysis simulation of the behavior of the transmission point shaking. (A) is that it is arrangement | positioning that the line segment which connects the receiving point A and B point and a transmission point is orthogonally crossed horizontally. (B) shows an overview of a transmission point and a reception point. 送信点の揺れの挙動の解析シミュレーションのパラメータ例を示す図である。It is a figure which shows the example of a parameter of the analysis simulation of the behavior of the shaking of a transmission point. 送信点の揺れの挙動の解析シミュレーションで(a)検出すべき設定値と、(b)検出例と、を示す図である。It is a figure which shows (a) the setting value which should be detected, and (b) the example of a detection by the analysis simulation of the behavior of the fluctuation | variation of a transmission point.

以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, devices having the same function or similar functions are denoted by the same reference numerals unless there is a special reason.

まず、本発明の説明に必要な、OFDM信号の基礎的な知識について以下に説明する。
OFDMのベースバンド信号については、Nをサブキャリア数、f0をキャリア周波数間隔、τgをガードインターバル長、τeを有効シンボル長、τsをシンボル長(τs=τg+τe)、d(m,)をOFDMシンボル、l(エル)をキャリア番号、mをシンボル番号、g(t−mτs)をシンボル区間ゲート、とするとき、次式で表される。
First, the basic knowledge of the OFDM signal necessary for describing the present invention will be described below.
For an OFDM baseband signal, N is the number of subcarriers, f 0 is the carrier frequency interval, τ g is the guard interval length, τ e is the effective symbol length, τ s is the symbol length (τ s = τ g + τ e ), When d (m, l ) is an OFDM symbol, l (el) is a carrier number, m is a symbol number, and g (t−mτ s ) is a symbol interval gate, it is expressed by the following equation.

また、受信信号については、kをチャンネル番号として、送信局から搬送波周波数fkで送信された信号に対して、シンボル長の変動や搬送波周波数の変動があり、また伝送路上に白色雑音があるなどの微小な変動要因がある場合は数2となる。ただし、ΔTはシンボル長の誤差、τ´sはそのシンボル長の誤差を含むシンボル長(τ´s=τs+ΔT)である。また、rは振幅、Δfkは搬送波周波数誤差、Φ´T(t)は送信側の位相雑音、ζ´(t)は送受信点間の距離変動、C[m/s]は光速、T´(t)は送受信間の伝搬時間変動、W(t)は白色雑音である。 Further, the received signal, the k as a channel number, with respect to transmitted from the transmitting station at a carrier frequency f k signal, there are variations in the change and the carrier frequency of the symbol length, also there is a white noise on the transmission line When there is a minute variation factor such as However, ΔT is a symbol length error, and τ ′ s is a symbol length including the symbol length error (τ ′ s = τ s + ΔT). R is the amplitude, Δf k is the carrier frequency error, Φ ′ T (t) is the phase noise on the transmitting side, ζ ′ (t) is the distance variation between the transmitting and receiving points, C [m / s] is the speed of light, and T ′. (t) is the propagation time variation between transmission and reception, W (t) is white noise.

受信側では、この信号を周波数変換してベースバンド信号にする。この周波数変換は、上記の受信信号と下記の信号とを乗じることで行うことができる。この操作で得られたベースバンド信号を、1/(Nf0)秒間隔でガードインターバルを含めて離散サンプリング(標本化)する。m+1番目のシンボルについて、有効シンボル部分は、k=0からN−1までのkと、ガードインターバル部分のk=−Gから−1までのkと、について、k/(Nf0)時点で離散サンプリングを行う。ここで、G=Nτg/τeである。 On the receiving side, the frequency of this signal is converted into a baseband signal. This frequency conversion can be performed by multiplying the received signal and the following signal. The baseband signal obtained by this operation is discretely sampled (sampled) at 1 / (Nf 0 ) second intervals including the guard interval. For m + 1 th symbol, effective symbol part, and k from k = 0 to N-1, and k from k = -G of the guard interval portion to -1, for, k / (Nf 0) discrete in time Sampling is performed. Here, G = Nτ g / τ e .

次に、シンボル同期の結果に従って、シンボルデータ(=ガードインターバルデータと有効シンボルデータとの続き)から有効シンボルを切り出す。
このように切り出された有効シンボルに対してフーリエ変換を行って、l(エル)番目のキャリアについて次の受信シンボルを得ることができる。
Next, an effective symbol is cut out from the symbol data (= continuation of guard interval data and effective symbol data) according to the result of symbol synchronization.
The effective symbol thus cut out can be subjected to Fourier transform to obtain the next received symbol for the l-th carrier.

ここで、h(m,l)は、伝搬プロファイルに相当し、w´(m,l)は白色雑音に相当する項である。   Here, h (m, l) is a term corresponding to a propagation profile, and w ′ (m, l) is a term corresponding to white noise.

ここで、伝搬がP通りのマルチパスによる場合は、個別のパスにおける伝搬プロファイル重ね合わせになることから、マルチパスの場合の伝搬プロファイルh(m,l)は、次のようになる。   Here, when propagation is based on P multipaths, propagation profiles are superimposed on individual paths, so the propagation profile h (m, l) in the case of multipaths is as follows.

ここで、τiは遅延時間であるがP=1のときτ1をτとする。また、Φ^Tは送信側の位相雑音、Pはマルチパスの経路数、関数T( )は伝搬空間の時間変動成分、関数ζ( )は送受信点間の距離変動成分、関数Φ^R( )は受信側の位相雑音、θ^は伝搬経路長と搬送波fk、f´kの初期位相差で決まる位相回転量である。 Here, τ i is a delay time, but when P = 1, τ 1 is τ. Also, Φ ^ T is the phase noise on the transmission side, P is the number of multipath paths, the function T () is the time variation component of the propagation space, the function ζ () is the distance variation component between the transmission and reception points, and the function Φ ^ R ( ) Is the phase noise on the receiving side, and θ ^ is the amount of phase rotation determined by the propagation path length and the initial phase difference between the carriers f k and f ′ k .

また、受信信号から求まる伝達関数は次式となる。
Further, the transfer function obtained from the received signal is as follows.

また、上記伝達関数をIDFTして求まる複素遅延プロファイルは次式となる。次式でγは遅延時間である。   The complex delay profile obtained by IDFT of the transfer function is as follows. In the following equation, γ is a delay time.

ただし、G(m,γ)は、キャリア数Lで正規化している。 However, G (m, γ) is normalized by the number of carriers L.

遅延プロファイルの時間分解能は信号の帯域幅で決まるので、5.6MHzの帯域幅であればその時間分解能は約0.17857μsecであり、伝搬の通路差にすると約53.57mの分解能である。   Since the time resolution of the delay profile is determined by the signal bandwidth, if the bandwidth is 5.6 MHz, the time resolution is about 0.17857 μsec, and the propagation path difference is about 53.57 m.

上記伝達関数については、受信が直接波のみの場合でも位相雑音、搬送波周波数誤差、白色性雑音などの影響がある。
例えば、簡単のため、復調キャリアf´kは搬送波周波数fkに等しいとして搬送波周波数誤差Δfkはゼロとし、フレーム同期、シンボル同期、クロック再生は理想的でτ=0、ΔT=0とし、到来波は直接波のみ(P=1)とすると、上記の複素遅延プロファイルは次式となる。
The above transfer function is affected by phase noise, carrier frequency error, whiteness noise, etc. even when reception is only a direct wave.
For example, for simplicity, the demodulated carrier f ′ k is equal to the carrier frequency f k , the carrier frequency error Δf k is zero, frame synchronization, symbol synchronization, and clock recovery are ideal, and τ = 0 and ΔT = 0. Assuming that the wave is only a direct wave (P = 1), the complex delay profile is expressed by the following equation.

ここで、w^(m,γ)は伝達関数の雑音成分をIDFTしたものである。 Here, w ^ (m, γ) is the IDFT of the noise component of the transfer function.

遅延プロファイルから観測対象の到来波の遅延時間の変位位置Δγを求めて、その位置での位相の時間変化を観測すると、到来波の位相変動として、次式が得られる。   When the displacement position Δγ of the delay time of the arriving wave to be observed is obtained from the delay profile and the temporal change of the phase at that position is observed, the following equation is obtained as the phase fluctuation of the arriving wave.

ただし、angle(z)は、複素数zから位相角度を求める関数であり、以下で定義される。 Here, angle (z) is a function for obtaining the phase angle from the complex number z, and is defined below.

ここで、数7のキャリア周波数間隔f0を含む項は、伝搬距離や伝搬時間の変動に応じて、伝達関数の周波数軸上で螺旋状にねじれを生じることから、遅延プロファイルの位相が回転する(つまり移相される)とともにピーク位置が移動することが分かる。 Here, since the term including the carrier frequency interval f 0 in Equation 7 is helically twisted on the frequency axis of the transfer function according to the variation of the propagation distance and propagation time, the phase of the delay profile rotates. It can be seen that the peak position moves with (that is, the phase is shifted).

その他の項の
In other sections

などが周波数特性に影響しない位相変動成分であり、送受信点間の距離(mτS)や伝搬時間T(mτS)が変化すれば、それに応じて伝達関数全体の位相が回転する(つまり移相される)ことが分かる。 Are phase fluctuation components that do not affect the frequency characteristics, and if the distance (mτ S ) between the transmission and reception points and the propagation time T (mτ S ) change, the phase of the entire transfer function rotates accordingly (that is, phase shift) It is understood.

以下では、まず、複数チャンネルを用いた位相雑音の補正手法について説明する。 In the following, first, a phase noise correction method using a plurality of channels will be described.

放送電波において、大気中の水蒸気量の変化によって生ずる伝搬時間変動は、位相換算で360度程度であると言われている。実測では、例えば、5台のRb(ルビジウム)発振器を信号源とする電波の位相変動を実測した結果は、平均で約180度/毎時であった旨の報告がある。しかし、更に受信ケーブル(5D2V)が外気にさらされた場合の位相変化も考慮すると、ケーブル長が50mで気温変化が20℃の場合、222度程度の位相変化であった。この報告から、精密な観測値を得るためには、変動レンジの大きい位相雑音等を精密に補正する必要があることが分かる。また、位相雑音等は放送局ごとに独立なので個々に補正する必要があることは自明である。   In broadcast radio waves, it is said that the propagation time fluctuation caused by the change in the amount of water vapor in the atmosphere is about 360 degrees in terms of phase. In the actual measurement, for example, there is a report that the result of actually measuring the phase fluctuation of the radio wave using five Rb (rubidium) oscillators as a signal source was about 180 degrees / hour on average. However, considering the phase change when the receiving cable (5D2V) is further exposed to the outside air, when the cable length is 50 m and the temperature change is 20 ° C., the phase change is about 222 degrees. From this report, it can be seen that in order to obtain precise observations, it is necessary to precisely correct phase noise with a large fluctuation range. It is obvious that phase noise and the like are independent for each broadcasting station and need to be individually corrected.

精密測定のための一つの方策としては、計測点間でクロックを共有することが考えられるが、数キロメートル以上離れた測定点間で共有クロックを用いることは容易ではない。   As a measure for precise measurement, it is conceivable to share a clock between measurement points, but it is not easy to use a shared clock between measurement points separated by several kilometers or more.

また、GPSの利用も考えられるが、この場合、瞬時の位相がRb発振器の10倍程度変動することと、時刻補正の処理により時々位相の値がジャンプすることがあり、実用するには解決する課題が残る。   The use of GPS is also conceivable, but in this case, the instantaneous phase may change by about 10 times that of the Rb oscillator, and the phase value may sometimes jump due to time correction processing, which is practically solved. Issues remain.

また、有線放送網であるCATV回線を活用する手法も知られている。これは、位相雑音を抑圧するために、受信点間で同期を確立する方法としてCATV回線のパススルー信号を共通の基準信号とする手法である。この手法は、前記目的には有効ではあるが、計測可能範囲がCATV回線の敷設エリアに限定される、という欠点を備えている。   A method of using a CATV line that is a cable broadcasting network is also known. This is a method of using a CATV line pass-through signal as a common reference signal as a method of establishing synchronization between reception points in order to suppress phase noise. Although this method is effective for the above-mentioned purpose, it has a drawback that the measurable range is limited to the laying area of the CATV line.

そこで、以下に、CATV回線を使用することなく、同一送信点から送信される地上デジタル放送電波の複数チャンネルの受信信号を用いて上記位相雑音の計測手法を説明する。   Therefore, a method for measuring the phase noise will be described below using reception signals of a plurality of channels of digital terrestrial broadcasting waves transmitted from the same transmission point without using a CATV line.

まず、計測・分析モデルについては、以下のようにする。
放送電波の受信で到来波は直接波のみ(P=1)の場合において、復調キャリアf´kは搬送波周波数fkとの同期が理想的であればΔfk=0、ΔT=0、γ=Δγ=0であり、数7は次のよう簡単になる。
ただし、上記G(m,0)は、キャリア数Lで正規化している。
First, the measurement / analysis model is as follows.
In the case where the incoming wave is only a direct wave (P = 1) upon reception of the broadcast wave, if the demodulated carrier f ′ k is ideally synchronized with the carrier frequency f k , Δf k = 0, ΔT = 0, γ = Δγ = 0, and Equation 7 is simplified as follows.
However, G (m, 0) is normalized by the number of carriers L.

また、受信シンボルの位相変動要素は次式のような位相項の式に表せる。
Further, the phase fluctuation element of the received symbol can be expressed by the following phase term.

ここで、φT,kは送信側の発振器の位相雑音成分、φXは受信側の発振器の位相雑音成分、ξX,kは伝搬距離変動を位相に換算した値、ψX,kは伝搬路中の伝搬時間変動を位相に換算した値、θX,kは伝搬経路長と搬送波fk、f´kの初期位相差で決まる位相回転量である。添え字のXは観測地点、kはチャンネル番号を示す。 Where φ T, k is the phase noise component of the transmitting-side oscillator, φ X is the phase noise component of the receiving-side oscillator, ξ X, k is a value obtained by converting the propagation distance variation into a phase, and ψ X, k is the propagation A value obtained by converting the propagation time variation in the path into a phase, θ X, k is a phase rotation amount determined by the propagation path length and the initial phase difference between the carriers f k and f ′ k . The subscript X indicates the observation point, and k indicates the channel number.

整理した各項は以下の関係になる。
Each item arranged is as follows.

計測の系統図を図3に示す。この計測にあたっては、送信点から見て直線上にある2つの測定点を設定し、十分なアンテナ高と見通し条件を確保して計測するものとする。ここで、添え字は、送信点T、受信点AとBで、kは放送用のUHF帯の任意のチャンネル番号、シンボル位置はある瞬間の任意の整数とする。また簡単のため、T、A、Bは直線上に並ぶものとする。
また、φT,k、φA、φBはそれぞれの発振器の位相雑音成分とし、ξT,kはアンテナの揺れによる送信点の伝搬距離変動を位相に換算した値、ψA,k、ψB,k送信点と測定点間の伝搬路中の伝搬時間変動を位相に換算した値とする。測定側では複数のチャンネルを広帯域に一括でサンプリングして取込む仕様とし、φA、φBは、それぞれの受信点でチャンネル共通とした。
A system diagram of the measurement is shown in FIG. In this measurement, two measurement points on a straight line as viewed from the transmission point are set, and measurement is performed with sufficient antenna height and line-of-sight conditions secured. Here, the subscript is a transmission point T, the reception points A and B, k is an arbitrary channel number in the UHF band for broadcasting, and the symbol position is an arbitrary integer at a certain moment. For simplicity, T, A, and B are arranged on a straight line.
Φ T, k , φ A , φ B are phase noise components of the respective oscillators, and ξ T, k is a value obtained by converting the propagation distance variation of the transmission point due to the shaking of the antenna into a phase, ψ A, k , ψ B and k are values obtained by converting the propagation time fluctuation in the propagation path between the transmission point and the measurement point into a phase. On the measurement side, a plurality of channels are sampled in a wide band at once, and φ A and φ B are common to each receiving point.

受信信号から伝達関数、複素遅延プロファイルの解析を経て、到来波の位相成分は次の数14、数15で表される。   Through the analysis of the transfer function and complex delay profile from the received signal, the phase component of the incoming wave is expressed by the following equations 14 and 15.

数14、数15より、A、B地点間の受信信号の位相成分の差分は次式となる。
From Equations 14 and 15, the difference in the phase component of the received signal between points A and B is given by the following equation.

抑圧したい値は位相雑音φB−φAであり、観測結果として求まる値は変動成分ψB,k−ψA,kと初期位相θB,k−θA,kである。 The value to be suppressed is the phase noise φ B −φ A , and the values obtained as observation results are the fluctuation component ψ B, k −ψ A, k and the initial phase θ B, k −θ A, k .

次に、複数チャンネルを用いた解析手法について説明する。
この手法は、前処理として、受信するチャンネル毎に同期処理を行い、求めた遅延プロファイルの相互相関を取って時間位置を整合させる必要があり、この処理精度が解析結果に影響するが、ここでは、ΔT=0、Δfk=0、γA,k=γB,kとなる理想条件にあるとする。
Next, an analysis method using a plurality of channels will be described.
In this method, as a pre-processing, it is necessary to perform synchronization processing for each received channel and take the cross-correlation of the obtained delay profile to match the time position, and this processing accuracy affects the analysis result. , ΔT = 0, Δf k = 0, γ A, k = γ B, k .

位相雑音を抑圧する方法として、同一送信点から送出される複数チャンネルの受信信号を各測定点で同時に受信し、その測定点間でチャンネル周波数に依存しない伝搬時間変動の差分Δτを求める。
また、位相雑音に起因する位相ドリフトは短時間内には変化しないので、GPSや電波時計などで時刻を合わせて測定点間の観測時刻の同期を効果的にとる事ができる。
As a method for suppressing phase noise, reception signals of a plurality of channels transmitted from the same transmission point are simultaneously received at each measurement point, and a difference Δτ of propagation time fluctuations independent of the channel frequency is obtained between the measurement points.
In addition, since the phase drift due to the phase noise does not change within a short time, it is possible to effectively synchronize the observation time between the measurement points by adjusting the time with a GPS or a radio clock.

数14からA地点の受信信号についてαチャンネルとβチャンネルの位相差分を求める。ここで、添字の(β−α)はチャンネル間の差分であることを表している。   From Equation 14, the phase difference between the α channel and the β channel is obtained for the received signal at point A. Here, the subscript (β−α) represents a difference between channels.

同様に数15からB地点の受信信号についてαチャンネルとβチャンネルの位相差分を求める。   Similarly, the phase difference between the α channel and the β channel is obtained for the received signal at point B from Equation 15.

次に,数15、数16から2地点間の差分を求める。
Next, the difference between the two points is obtained from Equations 15 and 16.

ただし、数20の略記に従うものであり、上記の最終項は、白色性雑音による誤差である。 However, it follows the abbreviation of Equation 20, and the last term is an error due to white noise.

そして、伝搬経路差による固定の遅延時間差τdと伝搬時間の変動差分Δτ、白色性雑音による誤差σnは、位相から伝搬時間に換算すると次のようになる。 Then, the fixed delay time difference τ d due to the propagation path difference, the propagation time fluctuation difference Δτ, and the error σ n due to the white noise are as follows when converted from the phase to the propagation time.

数19と数21からA、B地点間において任意のチャンネルkでの位相変動の値は次式で求まる。   From Equations 19 and 21, the value of the phase fluctuation at an arbitrary channel k between points A and B can be obtained by the following equation.

数22右辺の最終項は、白色性雑音の推定値である。 The final term on the right side of Equation 22 is an estimated value of white noise.

以上により、位相雑音が抑圧されて目的のA、B地点間の伝搬変動の差分が求まる。
Δτに対して白色性雑音σnが大きい場合は解析結果に影響するのでC/N(キャリア電力/ノイズ電力)比に関する有効性の評価が必要である。
As described above, the phase noise is suppressed, and the difference in propagation fluctuation between the target points A and B is obtained.
When the white noise σ n is larger than Δτ, the analysis result is affected, so that it is necessary to evaluate the effectiveness regarding the C / N (carrier power / noise power) ratio.

信号帯域のC/Nは、信号対雑音電力であり、OFDM信号は確率的に帯域内が一定の電力なのでC/Nは帯域幅に依存しない。しかし、遅延プロファイルについては、帯域内の参照できるキャリア数が限定されるので、フーリエ変換においてその数が影響する。SPは帯域内に1872個のサブキャリアがあるので、信号の伝達関数の振幅を1と正規化すれば、遅延プロファイルの信号振幅は43.3で雑音の平均振幅は1である。したがって、遅延プロファイルを求めると32.8dBの利得改善となる。
また、複数のチャンネルを用いて変化差分から時間・距離変動を求めるので、周波数に依存しない時間・距離変動の値に対して、それを求めるために対比するチャンネルの周波数の差に比例してψZが大きくなるがwZは変化しない。したがって、対比するチャンネルの周波数間隔が大きいほど利得は有利になる。対比するチャンネル間隔が6MHz離隔するごとに3dB向上する。
The C / N of the signal band is signal-to-noise power, and since the OFDM signal is stochastically constant power in the band, the C / N does not depend on the bandwidth. However, since the number of carriers that can be referred to in the band is limited, the number of delay profiles affects the Fourier transform. Since SP has 1872 subcarriers in the band, if the amplitude of the signal transfer function is normalized to 1, the signal amplitude of the delay profile is 43.3 and the average amplitude of noise is 1. Therefore, when the delay profile is obtained, the gain is improved by 32.8 dB.
Also, since the time / distance variation is obtained from the change difference using a plurality of channels, the value of the time / distance variation that does not depend on the frequency is proportional to the difference in the frequency of the channel to be compared to obtain ψ Z increases but w Z does not change. Therefore, the gain becomes more advantageous as the frequency interval of the channel to be compared is larger. Each time the channel interval to be compared is separated by 6 MHz, it is improved by 3 dB.

次に、位相雑音の評価の実際について、計算機シミュレーションを例に説明する。
このシミュレーションでは、位相雑音のデータを生成するため、図5に示すように変調器とRF信号記録装置に各々Rb発振器を接続するモデルを想定する。また、位相雑音φA、φB、φC、φD、φα、φβは、変調信号をRF信号記録装置に接続して一旦記録し、同期復調を行い主波の位相の時間変動を抽出したデータを使用する。ただし、これらは時間別の独立した変動データである。
Next, the actual phase noise evaluation will be described by taking a computer simulation as an example.
In this simulation, in order to generate phase noise data, a model is assumed in which an Rb oscillator is connected to each of the modulator and the RF signal recording device as shown in FIG. In addition, phase noise φ A , φ B , φ C , φ D , φ α , φ β is recorded once by connecting the modulation signal to the RF signal recording device, and synchronous demodulation is performed to measure the time variation of the phase of the main wave. Use the extracted data. However, these are independent fluctuation data according to time.

また、計測の条件は、図3に示す送信点から1直線上に位置する測定点A、Bでの受信を想定し、図4に示すパラメータについて位相雑音、空間変動、初期位相、白色性雑音等を与えて信号PhA、PhBをチャンネルα、βについて生成するものとする。 Further, the measurement conditions are assumed to be reception at measurement points A and B located on one straight line from the transmission point shown in FIG. 3, and phase noise, spatial variation, initial phase, whiteness noise for the parameters shown in FIG. And the like, signals Ph A and Ph B are generated for channels α and β.

上記の処理手順に従って伝搬時間変動の差分Δτを求めた結果を図6から図7に示す。
図6(a)は位相雑音、図6(b)は送信アンテナの揺れ、図6(c)は水蒸気変動のレンジを模擬した伝搬時間変動、図6(d)は生成した受信信号である。
図7は提案手法で求めたA−B間の伝搬時間変動成分の和Δτ+τd+σnで、発振器の位相雑音等を抑圧して与えた微小変動が抽出されている。
図7(a)はC/N=25dB、Span=24MHz、図7(b)はC/N=25dB、Span=6MHz、図7(c)はC/N=15dB、Span=24MHz、図7(d)はC/N=15dB、Span=6MHzの時の和Δτ+τd+σnの解析結果である。
対比するチャンネルの周波数間隔が広いほど雑音に対して有利となるが、図7(e)、図7(f)のように短区間の平均値をとれば雑音に対して改善される。
ちなみに、C/N=15dBの受信環境は64QAMのデジタル放送を視聴できない受信レベルである。
The results of obtaining the propagation time variation difference Δτ according to the above processing procedure are shown in FIGS.
6A shows the phase noise, FIG. 6B shows the fluctuation of the transmission antenna, FIG. 6C shows the propagation time fluctuation simulating the range of the water vapor fluctuation, and FIG. 6D shows the generated received signal.
FIG. 7 shows the sum Δτ + τ d + σ n of the propagation time fluctuation components between A and B obtained by the proposed method, and the minute fluctuation given by suppressing the phase noise of the oscillator is extracted.
FIG. 7A shows C / N = 25 dB, Span = 24 MHz, FIG. 7B shows C / N = 25 dB, Span = 6 MHz, and FIG. 7C shows C / N = 15 dB, Span = 24 MHz. 7 (d) is an analysis result of the sum Δτ + τ d + σ n when C / N = 15 dB and Span = 6 MHz.
The wider the frequency interval of the channels to be compared, the more advantageous for noise. However, if the average value of the short section is taken as shown in FIGS. 7 (e) and 7 (f), the noise is improved.
By the way, the reception environment of C / N = 15 dB is a reception level at which 64QAM digital broadcasting cannot be viewed.

[送信点の揺れの挙動検出の解析シミュレーション]
本発明は、送信点の揺れの挙動も検出できるので、その解析シミュレーションを以下に示す。
[Analysis simulation of detection of shaking behavior of transmission point]
Since the present invention can also detect the movement behavior of the transmission point, its analysis simulation is shown below.

図8の条件は、送信点のアンテナの揺れたわみなどの挙動を計測するもので、送信点を通る直線上で送信アンテナを挟むような水平位置にA、B点を配置する。距離としては、伝搬空間の変動を受けにくい送信点近傍が望ましい。
一般的には送信アンテナが楕円で回転している場合が想定されるが、図8にあるようにそれぞれ送信点を通るA−B、C−Dなる異なる二方向から変動を測定すれば楕円の軌跡が特定できる。
原理は、次のようなものである。まず、2対の各地点間の測定によって2対の各二地点を結ぶ2方向の変動の振幅が求まる。そして、2方向の測定により楕円の外周の拘束条件が確定するが、無数の楕円の運動が存在できる。
そこで、振幅変動の周期について二方向の測定データの測定時間を同期させて軌跡をプロットすると一つの楕円が特定できる。この時、A−B、C−Dの成す角度は直交である必要はない。
ここでは簡単のため送信点は、風などの影響により送信塔の共振周期で振動し、尖塔部が水平面で円を描くような揺れを想定する。また、A、B点と同じ水平面でA−B線に直交する線上に測定点C、D点を配置する。つまり、(θCD−θAB=π/2)とする。
The condition in FIG. 8 is to measure behavior such as the deflection of the antenna at the transmission point, and points A and B are arranged at horizontal positions that sandwich the transmission antenna on a straight line passing through the transmission point. As the distance, the vicinity of the transmission point that is not easily affected by the propagation space is desirable.
In general, it is assumed that the transmitting antenna is rotating in an ellipse, but as shown in FIG. 8, if fluctuations are measured from two different directions of AB and CD passing through the transmission points, the elliptical shape is measured. The trajectory can be specified.
The principle is as follows. First, the amplitude of fluctuation in two directions connecting two pairs of two points is obtained by measurement between the two pairs of points. Although the constraint conditions on the outer periphery of the ellipse are determined by measurement in two directions, there can be infinite number of ellipse motions.
Therefore, one ellipse can be identified by plotting the locus by synchronizing the measurement times of the measurement data in two directions with respect to the period of amplitude fluctuation. At this time, the angles formed by AB and CD do not need to be orthogonal.
Here, for the sake of simplicity, the transmission point is assumed to oscillate at the resonance period of the transmission tower due to the influence of wind and the like, and the spiers are assumed to swing in a circle on a horizontal plane. Moreover, the measurement points C and D are arranged on a line orthogonal to the line AB on the same horizontal plane as the points A and B. That is, (θ CD −θ AB = π / 2).

図9に示すパラメータについて、位相雑音、空間変動、初期位相、白色性雑音等を与え、信号PhA、PhB、PhC、PhDをチャンネルα、βについて生成する。そして、上記の処理手順で伝搬時間変動の差分Δτを求める。 For the parameters shown in FIG. 9, phase noise, spatial variation, initial phase, whiteness noise, and the like are given, and signals Ph A , Ph B , Ph C , and Ph D are generated for channels α and β. Then, the difference Δτ of the propagation time fluctuation is obtained by the above processing procedure.

図10(a)、(b)は、検出すべき送信アンテナの揺れをしめすが、図10(c)のように、水平面で円を描いて揺れている設定とした。ここでは、その揺れを搬送波周波数の位相変動として示す。   10 (a) and 10 (b) show the vibration of the transmitting antenna to be detected. However, as shown in FIG. 10 (c), the setting is such that a circle is drawn on the horizontal plane. Here, the fluctuation is shown as a phase variation of the carrier frequency.

受信信号からの上記送信アンテナの揺れの検出に当たっては、A、B間、およびC、D間で位相変動差分を抽出し、和Δτ+τd+σnを求めた。
まず、発振器の位相雑音は、受信方向にかかわらず共通なので、相殺される。アンテナの揺れも、同一方向であれば、同相では相殺されるが、アンテナを挟んで逆方向の受信なので逆相となり、2倍の変動値が求まる。したがって、求めた値を1/2にした結果が図10(d)である。
In detecting the oscillation of the transmission antenna from the received signal, the phase fluctuation difference was extracted between A and B, and between C and D, and the sum Δτ + τ d + σ n was obtained.
First, the phase noise of the oscillator is cancelled because it is common regardless of the reception direction. If the shake of the antenna is also in the same direction, it is canceled out in the same phase, but because the reception is in the opposite direction across the antenna, the phase is reversed and a fluctuation value twice as large is obtained. Accordingly, FIG. 10D shows the result of halving the obtained value.

例えばこのようにして、送信点の挙動が得られていれば、例えばA、B点での測定から位相変動を求める場合に、その挙動をA、B点での測定における補正に利用できるので、観測点A、Bと送信点が同一線上に位置していない場合でも、A、B地点のデータの差を求めることができる。   For example, if the behavior of the transmission point is obtained in this way, for example, when the phase fluctuation is obtained from the measurement at the A and B points, the behavior can be used for correction in the measurement at the A and B points. Even when the observation points A and B and the transmission point are not located on the same line, the difference between the data at the points A and B can be obtained.

本実施例は、上記の様に多数のSP(スキャッタードパイロット信号)を用いて遅延プロファイルを検出するため、デジタル放送の視聴が厳しい程度に低い受信強度レベルでも、その遅延プロファイルの計測と評価は可能である。このため、アンテナの設置条件などで十分な受信C/Nを得られれば、雑音の影響が軽減されて、高分解能での計測が可能である。つまり、放送受信可能圏外にあっても本発明を適用することができる領域が十分にある。また、低アンテナ高での計測や移動体での計測の場合も、度々低い受信強度レベルでの計測になる場合があるが、この場合への適用も可能である。   Since the present embodiment detects a delay profile using a large number of SPs (scattered pilot signals) as described above, the delay profile is measured and evaluated even at a reception intensity level that is so low that viewing of digital broadcasting is severe. Is possible. For this reason, if sufficient reception C / N is obtained under the installation conditions of the antenna, the influence of noise is reduced, and measurement with high resolution is possible. In other words, there is a sufficient area where the present invention can be applied even if it is outside the broadcast receivable area. Also, in the case of measurement with a low antenna height or measurement with a moving object, there are cases where measurement is often performed at a low reception intensity level, but application to this case is also possible.

[帯域分割して遅延プロファイルを求め、位相雑音を補正する方法]
次に、帯域分割した伝達関数の遅延プロファイルを求め、位相雑音を補正する方法について説明する。
[Method of finding the delay profile by dividing the band and correcting the phase noise]
Next, a method for correcting the phase noise by obtaining a delay profile of the transfer function divided into bands will be described.

前述の複数チャンネルを用いた解析手法では、受信するチャンネル毎に同期処理を行い、求めた遅延プロファイルの相互相関を取って時間位置を整合させる処理が必要であり、この処理精度が解析結果に影響する。更に、同一送信点から複数のチャンネルが放送されている必要があり、県域局のように1チャンネルのみの放送エリアでは観測ができない。
また、送信側の位相雑音を相殺するために送信点からみた直線上に観測点が2か所必要で、測定時間も同期させなければならない。
放送する2チャンネルを使用する場合でも、各チャンネルに共通の周波数基準を用いてシンボルタイミング生成と搬送波への周波数変換を行うことができれば、遅延プロファイルの位相差を求める段階で送信側と受信側の位相雑音が同時に相殺されて伝搬時間変動量が求まるが、その実現には、共通の周波数基準とするための放送設備の変更が必要になる。
The above-mentioned analysis method using multiple channels requires processing to synchronize each received channel and take the cross-correlation of the obtained delay profile to match the time position. This processing accuracy affects the analysis results. To do. Furthermore, it is necessary to broadcast a plurality of channels from the same transmission point, and observation is not possible in a broadcasting area with only one channel such as a prefectural area station.
Moreover, in order to cancel out the phase noise on the transmission side, two observation points are required on a straight line seen from the transmission point, and the measurement time must be synchronized.
Even when two broadcasting channels are used, if symbol timing generation and frequency conversion to a carrier wave can be performed using a frequency reference common to each channel, the transmission side and the reception side can be determined at the stage of obtaining the phase difference of the delay profile. The phase noise is canceled at the same time to determine the amount of fluctuation in the propagation time. To realize this, it is necessary to change the broadcasting equipment to use a common frequency reference.

そこで、この問題点を解消することができる例を以下に示す。これは、
(イ)デジタル放送1チャンネル分(単一チャンネル)の信号を受信して精密に同期復調し、(ロ)伝達関数を周波数軸上で分割してそれぞれの遅延プロファイルを求め、
(ハ)相互の主波の位相差から伝搬距離・伝搬時間変動を直接求めることにより、
測定点(つまり受信点)が1か所でも、送信・受信側の位相雑音を相殺することができる手法である。
An example that can solve this problem is shown below. this is,
(A) A digital broadcast signal for one channel (single channel) is received and precisely synchronized and demodulated. (B) The transfer function is divided on the frequency axis to obtain respective delay profiles.
(C) By directly obtaining the propagation distance and propagation time fluctuation from the phase difference between the main waves,
This is a technique that can cancel the phase noise on the transmission / reception side even if there is only one measurement point (that is, reception point).

測定点が1か所の場合、周波数基準を共通化して位相雑音を相殺しても距離変動と伝搬時間変動は保存されて送信アンテナの揺れ等の成分は残留するので、伝搬空間の伝搬距離・伝搬時間変動のみを求めるには送信アンテナの揺れ等の距離変動成分を補正する必要がある。   If there is only one measurement point, even if the frequency reference is shared and the phase noise is canceled, the distance fluctuation and propagation time fluctuation are preserved and components such as the transmission antenna fluctuation remain. In order to obtain only the propagation time fluctuation, it is necessary to correct a distance fluctuation component such as a fluctuation of the transmitting antenna.

その様な送信アンテナの揺れは、
(a)伝搬時間変動を無視し得る位置であるアンテナの比較的近傍で別途観測したデータにより差し引く方法や、
(b)送信点から直線上にある二点の観測データの差分を取って共通する送信アンテナの揺れを相殺する方法によって、
解消することが考えられる。
Such a shaking of the transmitting antenna is
(A) a method of subtracting from data separately observed in a relatively close vicinity of the antenna, which is a position where the propagation time fluctuation can be ignored,
(B) By taking a difference between the observation data of two points on a straight line from the transmission point and canceling the common transmission antenna fluctuation,
It is possible to eliminate it.

[OFDMの帯域内分割のモデル化]
まず、OFDMの帯域内分割のモデル化は、以下の様に行う。
図11は、単一チャンネルの信号だけで空間の伝搬時間変動の観測を行う手順を説明するためのブロック図である。OFDMの信号はマルチキャリアであるので、単一チャンネルのOFDM信号でも周波数軸上で二分割すれば、2チャンネル分の信号を使用する状態と等価である。
[Modeling of OFDM in-band division]
First, OFDM in-band division is modeled as follows.
FIG. 11 is a block diagram for explaining a procedure for observing a variation in spatial propagation time using only a single channel signal. Since an OFDM signal is a multicarrier, even if a single channel OFDM signal is divided into two on the frequency axis, it is equivalent to using two channels of signals.

チャンネル内を2分割する手法のデメリットは、求まる位相差分の利得が比較するチャンネルの周波数差に比例する点、遅延時間分解能が約1/2になる点、複素遅延プロファイルの利得が3dB程度劣化する点である。
一方、メリットとしては、復調タイミングが同一なので信号処理の負荷が低減される点と、比較する遅延プロファイルが同一なので遅延時間の整合誤差が生じない点と、をあげることができる。加えて、県域局のように単一チャンネルのみ受信可能な放送エリアでも観測が可能になる点をあげられる。
Disadvantages of the method of dividing the channel into two are that the gain of the phase difference to be obtained is proportional to the frequency difference of the channels to be compared, the delay time resolution is about ½, and the gain of the complex delay profile is deteriorated by about 3 dB. Is a point.
On the other hand, the advantage is that the signal processing load is reduced because the demodulation timing is the same, and the delay time matching error does not occur because the compared delay profiles are the same. In addition, observation is possible even in broadcasting areas where only a single channel can be received, such as prefectural stations.

例えば現行の地上デジタル放送の場合、単一チャンネル分の6MHzの周波数帯域を2分割して3MHzずつとする。そして、地上デジタル放送では、6MHzの帯域幅を14のセグメントに等分割し、そのうち13セグメントに有効な信号帯域を割り当て、残りの1セグメントは帯域の両側に半分ずつ隣接チャンネルとのガードバンドとして割り当てている。したがって、帯域の両側では、6MHz/(14×2)(≒214kHz)ずつ、ブランクになっている。   For example, in the case of the current terrestrial digital broadcasting, the 6 MHz frequency band for a single channel is divided into two to make 3 MHz. In digital terrestrial broadcasting, the 6 MHz bandwidth is equally divided into 14 segments, of which 13 segments are assigned effective signal bandwidths, and the remaining one segment is assigned as a guard band with adjacent channels, half on both sides of the bandwidth. ing. Therefore, 6 MHz / (14 × 2) (≈214 kHz) is blanked on both sides of the band.

本実施例では、有効な信号帯域の中心の1セグメント(ワンセグ用)を除外して、上下6セグメントずつの2つの帯域とする。この場合、帯域の中心どうしは3MHzの間隔となる。A地点の受信信号について分割した下側のチャンネル番号をkL、上側をkHと記述する。
直接波のみが受信される場合において、同期が理想的であればΔfk=0、ΔT=0、γ=Δγ=0である。
その場合、A地点で観測したkLチャンネルの到来波の遅延プロファイルは数7から次のように表される。
In the present embodiment, one band (for one segment) at the center of the effective signal band is excluded, and two bands of six segments on the upper and lower sides are formed. In this case, the centers of the bands are 3 MHz apart. The lower channel number of the received signal at point A is described as kL, and the upper channel number is described as kH.
When only a direct wave is received, Δf k = 0, ΔT = 0, and γ = Δγ = 0 if synchronization is ideal.
In that case, the delay profile of the incoming wave of the kL channel observed at the point A is expressed as follows from Equation 7.

ただし、GA,kL(m,0)は、キャリア数Lで正規化している。
受信シンボルの位相変動要素は次式に示す位相項の式に表わせる。
However, G A, kL (m, 0) is normalized by the number of carriers L.
The phase fluctuation element of the received symbol can be expressed by the following phase term.

ここで、φT,kは送信側の発振器の位相雑音成分、φXは受信側の発振器の位相雑音成分、ξT,kはアンテナの揺れによる送信点の伝搬距離変動を位相に換算した値、ξA,kは受信点の位置の移動や受信アンテナの揺れによる伝搬距離変動を位相に換算した値、ψX,kは伝搬路中の伝搬時間変動を位相に換算した値、θX,kは伝搬経路長と搬送波fk、f´kの初期位相差で決まる位相回転量である。添え字のXは観測地点、kH、kLはチャンネル番号を示す。 Where φ T, k is the phase noise component of the transmitting-side oscillator, φ X is the phase noise component of the receiving-side oscillator, and ξ T, k is the value obtained by converting the propagation distance variation at the transmitting point due to the antenna fluctuation into a phase. , Ξ A, k is a value obtained by converting the propagation distance fluctuation due to the movement of the position of the receiving point or the receiving antenna into a phase, ψ X, k is a value obtained by converting the propagation time fluctuation in the propagation path into a phase, θ X, k is a phase rotation amount determined by the propagation path length and the initial phase difference between the carrier waves f k and f ′ k . The subscript X indicates an observation point, and kH and kL indicate channel numbers.

[単一チャンネルの伝達関数を帯域分割して分析する手法]
数24より、A地点の受信信号帯域のkHとkLとの差分は次式となる。
[A technique for dividing the transfer function of a single channel into bands]
From Equation 24, the difference between kH and kL of the received signal band at point A is given by the following equation.

ここで、添字の(kH−kL)はチャンネル間での差分であることを表している。 Here, the subscript (kH−kL) represents a difference between channels.

数25から、位相雑音が相殺されて、送信点と測定点間の伝搬距離変動と、伝搬時間変動に雑音が残留したものと、が得られたことが分かる。送信アンテナや受信アンテナが物理的に揺れたり、たわんだりなどが無ければ送受信点間の変動が求まったことになる。
そして、伝搬時間変動の差分Δτ、伝搬距離変動の差分τh、白色性雑音による誤差σnは、位相から伝搬時間に換算すると次のようになる。
From Equation 25, it can be seen that the phase noise is canceled out, and the propagation distance fluctuation between the transmission point and the measurement point and the noise remaining in the propagation time fluctuation are obtained. If the transmitting antenna and the receiving antenna are not physically shaken or bent, the fluctuation between the transmitting and receiving points is obtained.
Then, the difference Δτ of the propagation time fluctuation, the difference τ h of the propagation distance fluctuation, and the error σ n due to the white noise are as follows when converted from the phase to the propagation time.

周波数に依存しない和(Δτ+τh+σn)が求められたので、数23と数24からA地点間において任意のチャンネルkでの位相変動の値は次式で求まる。 Since the sum (Δτ + τ h + σ n ) that does not depend on the frequency has been obtained, the value of the phase fluctuation at an arbitrary channel k between the points A can be obtained from the following equation from Equations 23 and 24.

ここで、w″A,kは白色性雑音の推定値である。 Here, w ″ A, k is an estimated value of white noise.

以上により、位相雑音が相殺されて、目的のA、B地点間の伝搬変動の差分が求まり、送信点の揺れや受信点の移動が無い場合で、Δτに対して白色性雑音σnが十分小さいならば、伝搬時間の変動が推定できる。 As described above, the phase noise is canceled, the difference in propagation fluctuation between the target points A and B is obtained, and the white noise σ n is sufficient for Δτ when there is no fluctuation of the transmission point or movement of the reception point. If it is small, the fluctuation of the propagation time can be estimated.

[2地点間の測定結果を用いて解析する場合]
A地点での測定に加えてB地点での測定において受信信号帯域のkHとkLの差分は次式となる。
[When analyzing using measurement results between two points]
In addition to the measurement at the point A, the difference between the received signal band kH and kL in the measurement at the point B is as follows.

次に、数25、数28について更に差分を求める。
Next, a difference is further calculated for Equation 25 and Equation 28.

ψZ(kH-kL)は空間の伝搬時間変動を位相に換算した値、ξZ(kH-kL)は受信点の位置の移動による伝搬距離変動を位相に換算した値である。wZ(kH-kL)は雑音による誤差である。
したがって、2地点間の経路差による伝搬時間変動の差分Δτは次のようになる。
ψ Z (kH−kL) is a value obtained by converting a propagation time variation in space into a phase, and ξ Z (kH−kL) is a value obtained by converting a propagation distance variation due to movement of the position of the reception point into a phase. w Z (kH−kL) is an error due to noise.
Therefore, the difference Δτ of the propagation time fluctuation due to the path difference between the two points is as follows.

A、B地点間において経路差で生ずる伝搬時間変動、伝搬距離変動は、数29と数30から、次式になることが分かる。   It can be seen from Equation 29 and Equation 30 that the propagation time fluctuation and propagation distance fluctuation caused by the path difference between points A and B are as follows.

したがって、経路差による位相変動と位相回転の値は次式になる。
Therefore, the values of phase fluctuation and phase rotation due to the path difference are as follows.

ここで、w″Z,kは白色性雑音の推定値である。また、観測点が送信点から直線上にない場合は、送信点からの水平面の到来角が異なる。そのため、送信点が揺れている場合などは各観測点方向の距離変化量を逐次求めて補正する必要がある。 Here, w ″ Z, k is an estimated value of white noise. When the observation point is not on the straight line from the transmission point, the arrival angle of the horizontal plane from the transmission point is different. In such a case, it is necessary to sequentially obtain and correct the distance change amount in each observation point direction.

以上で、位相雑音と送信点の変動が相殺されて目的のA、B地点間の変動の差分が求まり、A、Bの受信点の移動が無ければ、A、B間の伝搬時間変動が求まる。また、伝搬時間変動がなければ、送信点に対するA、Bの距離の変化差分が求まる。Δτに対して白色性雑音σnが大きい場合は解析結果に影響するのでC/Nに関する有効性の評価が必要である。 Thus, the phase noise and the variation of the transmission point are offset to obtain the difference of variation between the target points A and B. If there is no movement of the reception points A and B, the propagation time variation between A and B is obtained. . Moreover, if there is no propagation time fluctuation, a change difference in the distance between A and B with respect to the transmission point is obtained. When the white noise σ n is larger than Δτ, the analysis result is affected, so that the effectiveness of C / N needs to be evaluated.

[雑音の影響]
信号帯域のC/Nは、信号対雑音電力であり、OFDM信号は確率的に帯域内が一定の電力なのでC/Nは帯域幅に依存しない。
遅延プロファイルについては帯域内の参照できるキャリア数が限定されるので、フーリエ変換においてその数が影響する。SPは帯域内に1872個のサブキャリアがあるので信号の伝達関数の振幅を1と正規化すれば、遅延プロファイルの信号振幅は43.3で雑音の平均振幅は1である。したがって、遅延プロファイルを求めると32.8dBの利得改善となる。
[Influence of noise]
The C / N of the signal band is signal-to-noise power, and since the OFDM signal is stochastically constant power in the band, the C / N does not depend on the bandwidth.
Regarding the delay profile, the number of carriers that can be referred to in the band is limited, and the number affects the Fourier transform. Since SP has 1872 subcarriers in the band, if the amplitude of the transfer function of the signal is normalized to 1, the signal amplitude of the delay profile is 43.3 and the average amplitude of noise is 1. Therefore, when the delay profile is obtained, the gain is improved by 32.8 dB.

しかし、1チャンネルの帯域を分割する場合はSPを分ける必要があり、また2分割で中心セグメントを使用しない場合、1872×6/13=864が利用できるSPの数である。この場合の遅延プロファイルの信号振幅は29.4で雑音の平均振幅は1である。したがって、遅延プロファイルを求めると29.4dBの利得改善となる。   However, when dividing the band of one channel, it is necessary to divide the SP, and when the central segment is not used in the two divisions, 1872 × 6/13 = 864 is the number of SPs that can be used. In this case, the signal amplitude of the delay profile is 29.4, and the average noise amplitude is 1. Therefore, when the delay profile is obtained, the gain is improved by 29.4 dB.

[シミュレーションによる評価]
本実施例について、計算機シミュレーションに沿ってより具体的に説明する。まず、位相雑音のデータを生成するため、図12に示すように変調器とRF信号記録装置に各々Rb発振器を接続するモデルを想定する。ここで、位相雑音φA、φB、φkは、変調信号をRF信号記録装置に接続して一旦記録し、同期復調を行い主波の位相の時間変動を抽出したデータを使用する。ただし、これらは時間別の独立した変動データである。
[Evaluation by simulation]
The present embodiment will be described more specifically along with computer simulation. First, in order to generate phase noise data, a model is assumed in which an Rb oscillator is connected to each of the modulator and the RF signal recording device as shown in FIG. Here, the phase noises φ A , φ B , and φ k use data obtained by connecting a modulation signal to an RF signal recording device, temporarily recording it, performing synchronous demodulation, and extracting the time variation of the phase of the main wave. However, these are independent fluctuation data according to time.

[測定点間の変動量の解析シミュレーション]
計測の条件は、図11に示す測定点Aでの受信を想定し、図12、図13に示すパラメータについて位相雑音、空間変動、初期位相、白色性雑音等を与えて信号PhA、PhBをチャンネル周波数kL、kHについて生成する。そして、上記の処理手順で伝搬時間変動の差分Δτを求める。
[Analysis simulation of variation between measurement points]
The measurement conditions are assumed to be received at the measurement point A shown in FIG. 11, and phase noise, spatial variation, initial phase, whiteness noise, etc. are given to the parameters shown in FIGS. 12 and 13, and the signals Ph A and Ph B are given. Are generated for channel frequencies kL and kH. Then, the difference Δτ of the propagation time fluctuation is obtained by the above processing procedure.

図14(a)は位相雑音、図14(b)は送信アンテナの揺れ、図14(c)は水蒸気変動を模擬した伝搬時間変動、図14(d)は生成した受信信号である。
図15は本発明の方法で求めたA点の伝搬時間変動成分である和Δτ+τh+σnで、発振器の位相雑音等を抑圧して与えた微小変動が抽出されている。図15(a)は、求めた和Δτ+τh+σnの解析結果、図15(b)は図15(a)の一部の拡大図で、アンテナの揺れ成分が確認できる。図15(c)は図15(a)の20秒の移動平均で、雑音に対して改善される。
14A shows the phase noise, FIG. 14B shows the fluctuation of the transmitting antenna, FIG. 14C shows the propagation time fluctuation simulating the water vapor fluctuation, and FIG. 14D shows the generated received signal.
FIG. 15 shows a sum Δτ + τ h + σ n which is a propagation time fluctuation component at point A obtained by the method of the present invention, and a minute fluctuation given by suppressing the phase noise of the oscillator is extracted. FIG. 15A shows an analysis result of the obtained sum Δτ + τ h + σ n , and FIG. 15B is an enlarged view of a part of FIG. FIG. 15C is a 20-second moving average of FIG. 15A, which is improved against noise.

[送信点の揺れの挙動の解析シミュレーション]
図16の条件は、送信点のアンテナの揺れたわみなどの挙動を計測するもので、送信点を中心にして水平面でなるべく直交する位置にA、B点を配置する。距離としては、伝搬空間の変動を受けにくい送信点近傍とする。
[Analysis simulation of shaking behavior of transmission point]
The condition in FIG. 16 is to measure behavior such as the deflection of the antenna at the transmission point, and the points A and B are arranged at positions as orthogonal as possible on the horizontal plane with the transmission point as the center. The distance is in the vicinity of the transmission point that is not easily affected by propagation space fluctuations.

一般に、送信点は、風などの影響により共振周期で振動する場合がある。この時、送信アンテナが楕円で回転している場合が想定されるが、図16にあるように送信点とAまたはBを結ぶ異なる2方向から上記変動を測定すれば楕円の軌跡が特定できる。
原理は、上記の場合と同様であって次のようなものである。まず、測定によって送信点と測定点を結ぶ2方向の上記変動の振幅が求まる。これにより楕円の外周の拘束条件が確定するが、無数の楕円の運動が存在できる。そこで、振幅変動の周期について上記2方向の測定データの測定時間を同期させて軌跡をプロットすると一つの楕円が特定できる。この時、A、Bの成す角度は直交である必要はない。
ここでは、簡単のため水平面で円を描くような揺れを想定する。そして、水平面で直交する角度に測定点A、B点を配置する。つまり、(θB−θA=π/2)とする。
In general, the transmission point may vibrate at a resonance period due to the influence of wind or the like. At this time, it is assumed that the transmission antenna is rotating in an ellipse. However, as shown in FIG. 16, the locus of the ellipse can be specified by measuring the above-mentioned fluctuations from two different directions connecting the transmission point and A or B.
The principle is similar to the above case and is as follows. First, the amplitude of the fluctuation in the two directions connecting the transmission point and the measurement point is obtained by measurement. This establishes the constraint condition of the outer periphery of the ellipse, but there can be infinite number of ellipse motions. Therefore, one ellipse can be identified by plotting the locus by synchronizing the measurement times of the measurement data in the two directions with respect to the period of amplitude fluctuation. At this time, the angle formed by A and B does not need to be orthogonal.
Here, for the sake of simplicity, a swing that draws a circle on a horizontal plane is assumed. Then, the measurement points A and B are arranged at an angle perpendicular to the horizontal plane. That is, (θ B −θ A = π / 2).

図17に示すパラメータについて位相雑音、空間変動、初期位相、白色性雑音等を与えて信号PhA、PhBをチャンネル周波数kL、kHについて生成する。そして、提案の処理手順で伝搬時間変動の差分Δτを求める。 Signals Ph A and Ph B are generated for channel frequencies kL and kH by giving phase noise, spatial variation, initial phase, whiteness noise, and the like for the parameters shown in FIG. Then, the propagation time variation difference Δτ is obtained by the proposed processing procedure.

上記の様に、設定した送信アンテナの揺れは、図18(a)のような水平面で円を描く揺れである。この場合に、A、Bにおいて和Δτ+τh+σnを求めたところ、得られた結果は、図18(b)に示すアンテナの揺れ成分であり、設定を再現できている。 As described above, the set transmission antenna shake is a shake drawing a circle on a horizontal plane as shown in FIG. In this case, when the sum Δτ + τ h + σ n is obtained for A and B, the obtained result is the shaking component of the antenna shown in FIG. 18B, and the setting can be reproduced.

送信点の挙動が得られていればそれを補正値として利用できるので、観測点が送信点から見て同一線上に位置していない場合でも、2地点のデータの差を見積もって補正に用いることができる。   If the behavior of the transmission point is obtained, it can be used as a correction value, so even if the observation point is not located on the same line when viewed from the transmission point, the difference between the data at the two points should be estimated and used for correction. Can do.

本発明は、デジタル放送の視聴が厳しい程に低い受信レベルでも計測が可能である領域が広く、アンテナの設置条件などで十分な受信C/Nを得られれば、雑音の影響が軽減されて高分解能での計測が期待できる。また、低アンテナ高での計測や移動体での計測への適用も可能である。   The present invention has a wide range in which measurement is possible even at a reception level that is so low that viewing of digital broadcasting is severe. If sufficient reception C / N can be obtained under antenna installation conditions, the influence of noise is reduced and high. Measurement with resolution can be expected. In addition, it can be applied to measurement with a low antenna height and measurement with a moving object.

送信点から見通しのできる広い領域に多数の観測点を設置してその観測点間の伝搬遅延時間を上記の様に測定することによって、例えば、伝搬路の温度変化や湿度変化の分布、あるいは雨滴などの散乱物の分布のなどを実時間でモニターすることができるようになる。   By installing many observation points in a wide area that can be seen from the transmission point and measuring the propagation delay time between the observation points as described above, for example, the distribution of temperature changes and humidity changes in the propagation path, or raindrops It becomes possible to monitor the distribution of scatterers such as in real time.

d(m,) OFDMシンボル
f´k 復調キャリア
0 キャリア周波数間隔
k 搬送波周波数
g(t−mτs) シンボル区間ゲート
k チャンネル番号
kH、kL チャンネル番号
L キャリア数
l(エル) キャリア番号
m シンボル番号
N サブキャリア数
P マルチパスの経路数
r 振幅
T 伝搬時間
T( ) 伝搬空間の時間変動成分
T´(t) 送受信間の伝搬時間変動
w´(m,l) 白色雑音
w″Z,k 白色性雑音の推定値
X 観測地点、例えばA,B
γ 遅延時間
Δfk 搬送波周波数誤差
ΔT シンボル長の誤差
Δτ 伝搬時間変動の差分
θ^ 伝搬経路長と搬送波fk、f´kの初期位相差で決まる位相回転量
θX,k 伝搬経路長と搬送波fk、f´kの初期位相差で決まる位相回転量
ξA,k 受信点の位置の移動や受信アンテナの揺れによる伝搬距離変動を位相に換算した値
ξT,k アンテナの揺れによる送信点の伝搬距離変動を位相に換算した値
ξX,k 伝搬距離変動を位相に換算した値
σn 白色性雑音による誤差
τ´s シンボル長
τd 伝搬経路差による固定の遅延時間差
τe 有効シンボル長
τg ガードインターバル長
τh 伝搬距離変動の差分
τs シンボル長
ζ 送受信点間の距離
ζ( ) 送受信点間の距離変動成分
ζ´(t) 送受信点間の距離変動
Φ^R( ) 受信側の位相雑音
Φ´T(t) 送信側の位相雑音
φT,k 送信側の発振器の位相雑音成分
φX 受信側の発振器の位相雑音成分
ψX,k 伝搬路中の伝搬時間変動を位相に換算した値
ψA,k、ψB,k 送信点と測定点間の伝搬路中の伝搬時間変動を位相に換算した値
d (m, l ) OFDM symbol f ′ k demodulated carrier f 0 carrier frequency interval f k carrier frequency g (t−mτ s ) symbol period gate k channel number kH, kL channel number L number of carriers l (el) carrier number m time variation component of the symbol number N number of routes of sub-carrier number P multipath r amplitude T propagation time T () propagation space T'(t) propagation time variation w'between transmission and reception (m, l) the white noise w "Z , k Estimated value of whiteness noise X Observation point, eg A, B
γ delay time Δf k carrier frequency error ΔT symbol length error Δτ propagation time variation difference θ ^ phase rotation amount θ X, k propagation path length and carrier determined by propagation path length and initial phase difference between carriers f k and f ′ k A phase rotation amount ξ A, k determined by the initial phase difference between f k and f ′ k and a value obtained by converting a propagation distance variation due to movement of the position of the receiving point and shaking of the receiving antenna into a phase ξ T, k transmitting point due to shaking of the k antenna Ξ X, k Value converted from propagation distance variation into phase σ n Error due to white noise τ ′ s Symbol length τ d Fixed delay time difference τ e Effective symbol length due to propagation path difference τ g Guard interval length τ h Propagation distance fluctuation difference τ s Symbol length ζ Distance between transmission and reception points ζ () Distance fluctuation component between transmission and reception points ζ ′ (t) Distance fluctuation between transmission and reception points Φ ^ R () Reception side phase noise Φ'T (t) phase noise φ T, k the transmission side of the oscillator on the transmission side of Phase noise component [psi X phase noise component phi X receiving side of the oscillator, the value [psi A, k obtained by converting the propagation time variation of the phase of the k propagation path, between [psi B, k transmission point and the measurement point propagation path of the Value converted from propagation time variation to phase

Claims (5)

パイロット信号が組み込まれたOFDM信号を送信点から送信し、該OFDM信号を受信点で受信し、送信点と受信点との位相差の変化を検出して、送信点と受信点間の距離の変化、あるいは、送信点から受信点までの信号伝搬時間の変化を測定する信号伝搬特性の測定法であって、
OFDM信号のパイロット信号であり異なる周波数帯に属する2つのパイロット信号群について、各々のパイロット信号群の遅延プロファイルにおける位相の差である位相差の変化を検出して、上記の送信点から受信点間の距離の変化、あるいは、上記の送信点から受信点までの信号伝搬時間の変化を抽出する手続きと、
上記OFDM信号の伝送経路の変動による上記位相差の変化に及ぼす影響を無視し得る所定の距離内の上記送信点からの位置にある複数の受信点で、上記送信点のアンテナの軌跡を追跡し、
上記送信点から上記複数の受信点のそれぞれに伸びるそれぞれの線分が互いに有意の角度をもって交わる受信点を用い、上記複数の受信点での測定データの測定時間を同期させて上記軌跡をプロットする手続を含むことを特徴とする信号伝搬特性の測定法。
An OFDM signal including a pilot signal is transmitted from the transmission point, the OFDM signal is received at the reception point, a change in the phase difference between the transmission point and the reception point is detected, and the distance between the transmission point and the reception point is detected. A signal propagation characteristic measurement method for measuring a change or a change in signal propagation time from a transmission point to a reception point,
For two pilot signal groups which are pilot signals of OFDM signals and belong to different frequency bands, a change in phase difference, which is a phase difference in the delay profile of each pilot signal group, is detected, and the above transmission point to reception point are detected. A procedure for extracting the change in the distance of the signal or the change in the signal propagation time from the transmission point to the reception point ,
The antenna trajectory of the transmission point is tracked at a plurality of reception points located from the transmission point within a predetermined distance that can ignore the influence on the change in the phase difference due to the variation in the transmission path of the OFDM signal. ,
Using the reception points where the line segments extending from the transmission point to each of the plurality of reception points intersect with each other at a significant angle, the locus is plotted by synchronizing the measurement time of the measurement data at the plurality of reception points. A method for measuring signal propagation characteristics characterized by including a procedure .
上記のパイロット信号は、1つのOFDM信号から選択された比較的高周波数のパイロット信号群と、比較的低周波数のパイロット信号群とであることを特徴とする請求項1に記載の信号伝搬特性の測定法。   2. The signal propagation characteristic according to claim 1, wherein the pilot signals are a relatively high frequency pilot signal group selected from one OFDM signal and a relatively low frequency pilot signal group. Measurement method. 上記OFDM信号のパイロット信号の位相の変化は、直交変調における信号空間ダイアグラムでの回転角の変化であることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の信号伝搬特性の測定法。   3. The signal propagation characteristic measuring method according to claim 1, wherein the phase change of the pilot signal of the OFDM signal is a change of a rotation angle in a signal space diagram in quadrature modulation. 第1と第2の受信点間で共通のOFDM信号を受信する場合における、それらの受信点間での上記パイロット信号の位相差の変化として、上記送信点と第1受信点との位相差の変化(第1位相差変化)と上記送信点と第2受信点との位相差の変化(第2位相差変化)との差を用いることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の信号伝搬特性の測定法。   When a common OFDM signal is received between the first and second reception points, the phase difference between the transmission point and the first reception point is changed as a change in the phase difference of the pilot signal between the reception points. The difference between a change (first phase difference change) and a phase difference change (second phase difference change) between the transmission point and the second reception point is used. A method for measuring the signal propagation characteristics described in 1. 上記OFDM信号の遅延プロファイルから検出した位相差の変化から、上記アンテナの軌跡による影響を差し引く手続きを含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の信号伝搬特性の測定法。 From a change in the phase difference detected from the delay profile of the OFDM signal, measurement of the signal propagation characteristics according to claim 1, any one of 4, characterized in that it comprises a procedure of subtracting the influence of the trajectory of the antenna .
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