JP6600187B2 - Communication device - Google Patents
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Description
本発明は、通信装置および周波数オフセットの補正方法に関し、より詳細には、周波数オフセット用トレーニング信号と適応等化器用トレーニング信号とを送信側で切換えて送出する通信システムに適用する通信装置および周波数オフセットの補正方法に関する。 The present invention relates to a communication apparatus and a frequency offset correction method, and more particularly, to a communication apparatus and a frequency offset applied to a communication system that switches and transmits a frequency offset training signal and an adaptive equalizer training signal on the transmission side. This relates to the correction method.
伝送路として送電線路を用いたデジタル電力搬送においては、送信装置および受信装置に実装されている水晶発振器の精度のばらつき等により、送信装置の搬送波と受信装置の復調用搬送波との間に周波数オフセットが生じ、それがビット誤り率等の特性を劣化させる要因となっている。周波数オフセットとは、送受信に実装されている水晶発振器の周波数が、製作精度のばらつきで送受信で最大約±30ppmほどの周波数誤差が生じる現象をいう。これにより復調器の出力では位相回転が生じ、適応等化器は正常なシンボル判定ができなくなるため、伝送品質が劣化する。 In digital power transfer using a transmission line as a transmission line, a frequency offset between the carrier wave of the transmission device and the demodulation carrier wave of the reception device due to variations in accuracy of the crystal oscillators mounted on the transmission device and the reception device. This is a factor that deteriorates characteristics such as bit error rate. The frequency offset refers to a phenomenon in which the frequency of a crystal oscillator mounted for transmission / reception causes a frequency error of about ± 30 ppm at maximum in transmission / reception due to variations in manufacturing accuracy. As a result, phase rotation occurs at the output of the demodulator, and the adaptive equalizer cannot perform normal symbol determination, so that transmission quality deteriorates.
このため、送受信間で生じる周波数オフセットを補正する構成が付与される。
例えば特許文献1には、比較的小さい回路規模で収束速度を速くするための等化器が開示されている。この等化器は、参照シンボルdi(n)、dq(n)それぞれの絶対値を計算する絶対値演算器と、参照シンボルdi(n)、dq(n)それぞれの絶対値を演算して得られる参照シンボル点、参照シンボル点と原点との距離に対して最小二乗誤差法アルゴリズムの計算により得られる重みW(n)を得る計算プロセスを予め変調方式毎にテーブル化された重みテーブルと、重みW(n)と加算器の出力との掛け算を行い、重み付けされた等化誤差Ei(n)、Eq(n)を得る重み掛け算器とが加算器と第1の複素乗算器との間に挿入接続され、重み付けされた等化誤差Ei(n)、Eq(n)と入力信号ui(n)、uq(n)とのそれぞれの複素乗算を行ってI相、Q相にそれぞれ対応する複素乗算出力信号を得るように構成されている。
For this reason, the structure which correct | amends the frequency offset which arises between transmission / reception is provided.
For example,
特許文献2には、キャリアオフセット補償回路を用いたデジタル無線受信機を開示されている。このデジタル無線受信機は、初期位相補正部で既知信号から位相ずれを判定して初期位相を補正し、第1の等化器における1シンボル前のタップ係数を乗算部で乗算し、等化器で領域判定結果をもとにタップ係数の更新を行いながら波形等化を行う。この構成により、TDD方式の通信でもキャリアオフセット補償を可能とし、対応できるオフセット周波数の範囲を広くして、安定した動作を可能にするとされている。
デジタル電力搬送において、送受信間で生じる周波数オフセットを推定して補正する周波数オフセット補正回路では、局部水晶発振器が過渡的な温度変動を受けた場合に,当該局部水晶発振器の発振周波数の過渡的な変動に追従できない場合や、その他周波数変動要因に追従できずに、推定・補正した周波数オフセットから誤差が生じる場合がある。この誤差は、例えば,推定した周波数オフセット値から最大約3ppm程度の値となる。これが残留位相誤差となり、適応等化器がトラッキングモード時でフィードバック係数μの値が小さい場合は、適応等化器でこの残留周波数オフセットを補正できない。この場合、例えば図5に示すように、適応等化器の出力に位相の傾きが生じ、エラーレートの特性を劣化させる。 In a digital power carrier, in a frequency offset correction circuit that estimates and corrects a frequency offset that occurs between transmission and reception, when the local crystal oscillator receives a transient temperature fluctuation, a transient fluctuation in the oscillation frequency of the local crystal oscillator In some cases, an error may occur from the estimated and corrected frequency offset without being able to follow other frequency fluctuation factors. This error is, for example, a maximum value of about 3 ppm from the estimated frequency offset value. If this becomes a residual phase error and the value of the feedback coefficient μ is small when the adaptive equalizer is in the tracking mode, the adaptive equalizer cannot correct this residual frequency offset. In this case, for example, as shown in FIG. 5, a phase gradient occurs in the output of the adaptive equalizer, and the error rate characteristic is deteriorated.
従って、周波数オフセット補正回路でオフセット周波数を推定して補正した上で、さらに過渡的な温度変動などにより残留位相誤差が生じる場合において、残留位相誤差を推定して補正することが必要となる。上記特許文献1、2の構成では、上記のような残留位相誤差を補正するための等化器を設定し、LMS(Least Mean Square)アルゴリム回路により、当該直接等化器のタップ係数の更新を行う方式となっているため、既存の適応等化器にさらにもう一系統の別の等化回路が必要となり、回路構成が大きく複雑になる。
Therefore, after the offset frequency is estimated and corrected by the frequency offset correction circuit, it is necessary to estimate and correct the residual phase error when a residual phase error occurs due to a transient temperature fluctuation or the like. In the configurations of
また,局部水晶発振器を温度変化に追従するために,水晶発振器を温度補償型水晶発振器への変更することもあるが,この場合変更前後では実装される局部水晶発振器のピンアサイメントなどが異なるため,対応するには新たな実装配置に対応したプリント基板の設計と製作が必要となってしまい,新たな開発コストが発生してしまう。 Also, in order to follow the temperature change of the local crystal oscillator, the crystal oscillator may be changed to a temperature compensated crystal oscillator. In order to cope with this, it becomes necessary to design and manufacture a printed circuit board corresponding to a new mounting arrangement, and a new development cost is generated.
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、既存の適応等化器と周波数オフセット補正回路とを用いて、新たな位相誤差の検出回路を設けることなく,かつ温度補償型水晶発振器への変更をすることなく局部水晶発振器の温度周波数特性等に起因する残留位相誤差を推定して補正する通信装置および周波数オフセット補正方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and uses an existing adaptive equalizer and a frequency offset correction circuit, without providing a new phase error detection circuit, and a temperature compensated crystal oscillator An object of the present invention is to provide a communication device and a frequency offset correction method for estimating and correcting a residual phase error caused by the temperature frequency characteristics of a local crystal oscillator without changing to.
本発明の通信装置は、送信側の通信装置から送信されたシンボルパターンの複素自己相関に基づいて周波数オフセット位相補正量を算出する周波数オフセット推定・補正部と、該送信側の通信装置から送信された信号の符号間干渉による伝送品質の劣化を補償する適応等化器と、を有し、前記適応等化器は、トランスバーサルフィルタを用いた等化処理により推定した送信シンボル点を示す等化出力値を出力するフィルタ部と、該フィルタ部から出力された前記等化出力値に基づき基準シンボル点を判定する判定器と、を有し、前記フィルタ部から出力される前記等化出力値と、該等化出力値に応じて前記判定器から出力される前記基準シンボル点を示す出力値との複素相互相関を算出し、該算出した複素相互相関に基づいて算出した補正オフセット量を、前記周波数オフセット推定・補正部が算出した前記周波数オフセット位相補正量に反映させて、前記周波数オフセット推定・補正部で補償出来なかった局部水晶発振器の温度周波数特性に起因する周波数オフセットを補正する通信装置である。 A communication apparatus according to the present invention includes a frequency offset estimation / correction unit that calculates a frequency offset phase correction amount based on a complex autocorrelation of a symbol pattern transmitted from a transmission-side communication apparatus, and a transmission apparatus that transmits the frequency offset. An adaptive equalizer that compensates for degradation of transmission quality due to intersymbol interference of the received signal, and the adaptive equalizer equalizes the transmission symbol point estimated by equalization processing using a transversal filter a filter unit that outputs an output value, anda determination unit reference symbol point on the basis of the equalized output value output from the filter unit, the equalized output value output from the filter section correction Oh that calculates the complex cross-correlation between the output value indicating the reference symbol point output from the decision unit in accordance with the equalized output values, were calculated based on the complex cross-correlation the calculated A set amount, the by reflecting the frequency offset phase correction amount Frequency offset estimation and correction unit is calculated, the frequency offset caused by the temperature frequency characteristics of the local crystal oscillator could not be compensated by the frequency offset estimation and correction unit It is a communication device to be corrected.
また本発明の通信装置は、請求項1に記載の通信装置において、前記周波数オフセット推定・補正部は、前記送信側の通信装置から送信されたシンボルパターンの2シンボル間の複素自己相関を計算し、該計算した複素自己相関から平均化位相回転量を計算し、該平均化位相回転量に基づいて前記周波数オフセット位相補正量を算出し、前記フィルタ部から出力される前記等化出力値と、前記判定器から出力される前記出力値との前記複素相互相関を算出し、該複素相互相関に基づき局部水晶発振器の温度周波数特性に起因する周波数オフセットの回転角度を算出する残留位相誤差算出部を有し、該残留位相誤差算出部が算出した局部水晶発振器の温度周波数特性に起因する周波数オフセットの回転角度に基づき算出した前記補正オフセット量を、前記周波数オフセット推定・補正部が算出した前記周波数オフセット位相補正量に加算することで、前記複素相互相関を前記周波数オフセット位相補正量に反映させる通信装置である。
In the communication apparatus according to
また本発明の通信装置の、前記残留位相誤差算出部4には、図2に示すよう前記フィルタ部から出力される等化出力値V(n)と、前記判定器から出力される出力値d(n)との複素相互相関値e(n)の算出部11を有し、当該算出値を平均化する平均化フィルタ部12を有し,平均化した複素相互相関値er(n)から平均残留位相誤差角Δφer(n)を算出する位相回転角算出部13を有した、該信号の周波数オフセットを補正する通信装置である。
Further, in the communication device of the present invention, the residual phase
また本発明の周波数オフセットの補正方法は、送信側の通信装置から送信されたシンボルパターンの複素自己相関に基づいて位相補正量を算出する周波数オフセット推定・補正ステップと、該送信側の通信装置から送信された信号の伝送品質の劣化を補償する適応等化ステップと、を有し、前記適応等ステップは、タップ係数を用いた等化処理により推定した送信シンボル点を示す等化出力値を出力するフィルタステップと、該フィルタ部から出力された等化出力値に基づき基準シンボル点を判定する判定ステップとを有し、さらに前記フィルタステップで出力される等化出力値と、前記判定ステップで出力される出力値との複素相互相関を算出し、該算出した複素相互相関を前記周波数オフセット推定・補正ステップで算出した前記位相補正量に反映させて、前記通信装置から送信された信号の周波数オフセットを補正するステップを有する周波数オフセットの補正方法である。 The frequency offset correction method of the present invention includes a frequency offset estimation / correction step for calculating a phase correction amount based on a complex autocorrelation of a symbol pattern transmitted from a transmission side communication device, and a transmission side communication device. An adaptive equalization step for compensating for transmission quality degradation of the transmitted signal, and the adaptive equalization step outputs an equalized output value indicating a transmission symbol point estimated by equalization processing using a tap coefficient. And a determination step for determining a reference symbol point based on the equalization output value output from the filter unit, and further, an equalization output value output at the filter step and an output at the determination step The complex cross-correlation with the output value is calculated, and the calculated complex cross-correlation is calculated in the frequency offset estimation / correction step. It is reflected in the amount, a correction method of frequency offset with a step of correcting a frequency offset of a signal transmitted from the communication device.
本発明者は、上記課題を解決するため検討を行ったところ、適応等化器のフィルタ部から出力されている推定された送信シンボルV(n)の出力と、その値を判定器で基準シンボルd(n)に判定した出力をそれぞれ分岐させ、V(n)とd(n)との複素相互相関を算出し,算出値を平均化することにより、新たな位相誤差の検出回路を設けずに残留位相誤差のベクトルer(n)=E[R+jI]を算出できることを見出した。E[.]は平均化を表す。
さらに、残留位相誤差量の成分自体は小さい値を示す性質のものなので、er(n)の実部と虚部によるATAN(Arctangent)値はほぼ0.1rad以下となり、よって残留位相誤差角Δφer(n)≒Iと近似でき、ATAN回路を省略することが可能となる。さらに、得られた残留位相誤差角Δφerは平均化処理で適応等化器での推定誤差成分や雑音成分が除去され、平均残留位相誤差角成分のみが抽出される。この値を、周波数オフセット推定・補正部にフィードバックして反映させて、当該周波数オフセット推定・補正部で推定された周波数オフセット補正値から加算、もしくは減算することで残留位相誤差が補正可能とされることを知見し、本発明に到ったものである。
The present inventor has studied to solve the above-described problem. As a result, the output of the estimated transmission symbol V (n) output from the filter unit of the adaptive equalizer and its value are determined by the determiner as a reference symbol. The output determined at d (n) is branched, the complex cross-correlation between V (n) and d (n) is calculated, and the calculated values are averaged, so that no new phase error detection circuit is provided. It was found that the residual phase error vector er (n) = E [R + jI] can be calculated. E [.] Represents averaging.
Further, since the component of the residual phase error amount itself has a small value, the Atan (Arctangent) value due to the real part and imaginary part of er (n) is approximately 0.1 rad or less, and therefore the residual phase error angle Δφer ( n) ≈I can be approximated, and the Atan circuit can be omitted. Further, in the obtained residual phase error angle Δφer, the estimation error component and the noise component in the adaptive equalizer are removed by the averaging process, and only the average residual phase error angle component is extracted. This value is fed back and reflected to the frequency offset estimation / correction unit, and the residual phase error can be corrected by adding or subtracting from the frequency offset correction value estimated by the frequency offset estimation / correction unit. This has been found and the present invention has been achieved.
本発明によれば、既存の適応等化器と周波数オフセット補正回路とを用いて、新たな位相誤差の検出回路を設けることなく、かつ温度補償型水晶発振器への変更をすることなく局部水晶発振器の温度周波数特性等に起因する残留位相誤差を推定して補正する通信装置および周波数オフセット補正方法を提供することができる。 According to the present invention, an existing adaptive equalizer and a frequency offset correction circuit are used to provide a local crystal oscillator without providing a new phase error detection circuit and without changing to a temperature compensated crystal oscillator. It is possible to provide a communication device and a frequency offset correction method for estimating and correcting a residual phase error caused by the temperature frequency characteristic of the.
図1は、本発明による通信装置の一実施形態における回路構成を示す図である。本発明による通信装置が適用される通信システムは、通信を開始する際のトレーニング時に通信装置間のオフセットを補償するためのトレーニングパターンを送信する送信側の通信装置と、トレーニングパターンを受信して周波数オフセット補償を行う受信側の通信装置とが有線伝送路を介して接続された通信システムである。 FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration in an embodiment of a communication apparatus according to the present invention. A communication system to which a communication apparatus according to the present invention is applied includes a transmission-side communication apparatus that transmits a training pattern for compensating for an offset between communication apparatuses during training when starting communication, and a frequency received by receiving the training pattern. It is a communication system in which a receiving-side communication device that performs offset compensation is connected via a wired transmission path.
図1に示す通信装置は、送信側の通信装置から送信されたPN符号によるシンボルパターンを受信し、復調器(MODEM部)により復調する。復調器からのシンボルパターンは、オフセット周波数推定・補正部5に入力され、周波数オフセット補正値が計算され、復調シンボルパターンに乗算された後、伝送品質の劣化を補償するための適応等化器1に入力される。
周波数オフセット推定・補正部5は、送信側から送信された周波数オフセット推定用のシンボルパターンに基づき、周波数オフセット補正値が推定され決定される。補正値が決定した以降に過渡的な温度変化が生じた場合,局部水晶発振器の温度周波数特性により、決定した周波数オフセットから最大約3ppm程度の残留位相誤差を生じる。この残留位相誤差を、適応等化器1の出力に基づき補正する。これにより、新たな位相誤差の検出回路を設けることなく,残留位相誤差を補正することができる。
The communication device shown in FIG. 1 receives a symbol pattern based on a PN code transmitted from a communication device on the transmission side, and demodulates it by a demodulator (MODEM unit). The symbol pattern from the demodulator is input to the offset frequency estimation /
The frequency offset estimation /
適応等化器1のフィルタ部2に入力されたシンボルパターンは、タップ係数を用いて等化処理が行われ、送信シンボル点(I,Q)が推定され、等化出力値(V(n))が出力される。フィルタ部2から出力された等化出力値(V(n))は判定器3に入力される。
判定器3は、等化出力値を基準シンボル点(I、Q)に判定した出力値(d(n))を出力する。適応等化器1では、例えば判定器3からの出力値(d(n))を参照信号として用い、フィルタ部2からの等化出力値(V(n))と、判定器3からの出力値(d(n))との誤差を算出し、その算出した誤差に基づいてフィルタ部2のタップ係数の更新を行う。また判定器3からの出力値は、デコーダ部に出力されて復号処理が行われる。
The symbol pattern input to the
The determiner 3 outputs an output value (d (n)) in which the equalized output value is determined as the reference symbol point (I, Q). In the
本発明に係る実施形態では、上記の適応等化器1のフィルタ部2から出力される推定された送信シンボルの等化出力値(V(n))と、その値を判定器3で基準シンボルに判定した出力値(d(n))とをそれぞれ分岐させ、V(n)とd(n)との複素相互相関を算出することにより、新たな位相誤差の検出回路を設けることなく、かつ温度補償型水晶発振器への変更をすることなく局部水晶発振器の温度周波数特性等に起因する残留位相誤差のベクトルe(n)=R+jIを算出する。
図2に示す残留位相誤差算出部4は、適応等化器1のフィルタ部2からの等化出力値(V(n))と、判定器3からの出力値(d(n))とを入力し、V(n)とd(n)*の相互相関による位相誤差Δe(n)を算出するため以下の計算を行う。なお、上記の*は共役複素数であることを示す。
In the embodiment according to the present invention, the equalized output value (V (n)) of the estimated transmission symbol output from the
The residual phase
e(n)=V(n)・d(n)*
=R(n)+jI(n)
e (n) = V (n) · d (n) *
= R (n) + jI (n)
得られたe(n)は平均フィルタによる忘却係数αで平均値の残留位相誤差のベクトルer(n)を以下の計算を行う。 The obtained e (n) is a forgetting factor α by an average filter, and a vector er (n) of an average residual phase error is calculated as follows.
er(n)=αer(n−1)+(1−α)e(n)
この平均化により、ガウス分布のものは平均ゼロとなるので、適応等化器での推定誤差成分や雑音成分は除去される。ここで忘却係数αは0.999998程度の値を用いる。
er (n) = αer (n−1) + (1−α) e (n)
As a result of this averaging, the Gaussian distribution becomes zero on average, so that the estimation error component and noise component in the adaptive equalizer are removed. Here, the forgetting factor α uses a value of about 0.999998.
er(n)によるATAN(Arctangent)値は、虚部I(n)が0.1より小さい場合は、虚部I(n)とほぼ同一と見なせることから、残留周波数オフセットのような、位相回転角度が非常に小さい場合は、ATAN回路を省略することが可能となり、平均残留周波数オフセットの位相回転角度Δφer(n)≒I(n)が得られる。 The Atan (Arctangent) value by er (n) can be regarded as almost the same as the imaginary part I (n) when the imaginary part I (n) is smaller than 0.1. If the angle is very small, the Atan circuit can be omitted, and the average residual frequency offset phase rotation angle Δφer (n) ≈I (n) can be obtained.
算出された平均残留周波数オフセットの位相回転角度Δφer(n)は、周波数オフセット推定・補正部5に入力され、当該周波数オフセット推定・補正部5で推定された周波数オフセット補正値(Δφ(k))と加算もしくは減算され、MODEM部から出力された信号の周波数オフセット量を補正する。
Phase rotation angle Δφer the calculated average residual frequency offset (n) is input to the frequency offset estimation and
(周波数オフセット推定・補正部の構成)
図3は、周波数オフセット推定・補正部5の回路構成を説明するためのブロック図である。送信側の通信装置から送信された2n符号列による周波数オフセット推定用トレーニングパターンは、4PSK復調器として動作する復調器22にて2n符号列によるシンボルパターンに復調され、周波数オフセット推定・補正部5に入力する。
(Configuration of frequency offset estimation / correction unit)
FIG. 3 is a block diagram for explaining a circuit configuration of the frequency offset estimation /
周波数オフセット推定・補正部5の複素自己相関計算回路(複素自己相関計算部)24は、現在のシンボル点r(n)と、(2n/2)シンボル遅延回路28により2n/2シンボル遅延されたr(n−2n/2)とをシンボルパターンからサンプリングし、2シンボル間の自己相関を求める。ここでは送信側からは、PN符号により2n/2周期で同一の4PSKシンボル点が発生されているので、r(n)とr(n−2n/2)との自己相関であるr(n)・r*(n−2n/2)は、周波数オフセットがない場合、位相回転が0°であるため必ず1の値を示すことになる。
The complex autocorrelation calculation circuit (complex autocorrelation calculation unit) 24 of the frequency offset estimation /
ここでは、r(n)とr(n−2n/2)との間の伝送路チャンネル時変特性は変動しないとすると、伝送路の遅延波による畳込み量は同一となり、遅延波の相関も1とすることができる。これにより遅延波の影響を除去することが可能となり、さらにランダムな平均化処理により雑音の影響も除去されて、周波数オフセットの要素のみを示す自己相関値が得られる。 Here, assuming that the transmission channel time-varying characteristics between r (n) and r (n−2 n / 2) do not change, the convolution amount due to the delay wave in the transmission line is the same, and the correlation of the delay wave Can also be 1. As a result, it is possible to remove the influence of the delayed wave, and the influence of noise is also removed by random averaging processing, and an autocorrelation value indicating only the frequency offset element is obtained.
45°位相回転回路(位相回転部)25は、複素自己相関計算回路24から出力された複素自己相関値を45°位相回転させる。これにより、複素自己相関値の座標は複素平面のシンボル配置位置に変換される。ここでは、45°位相を回転させることにより、シンボル点は、実部と虚部からなる複素平面の4つの象限([++]、[+−]、[−−]、[−+])のいずれかに必ず配置されることになる。
The 45 ° phase rotation circuit (phase rotation unit) 25 rotates the complex autocorrelation value output from the complex
実部・虚部極性検出回路(実部・虚部極性検出部)29では、45°位相回転されたシンボル点が複素平面の4つの象限([++](実部と虚部が[+])、[+−](実部が[+]、虚部が[−])、[−−]実部と虚部が[−])、[−+](実部が[−]、虚部が[+]))のいずれにあるかを検出する。
送信シンボル偏移推定回路(送信シンボル偏移推定部)30は、実部・虚部極性検出回路29で検出された実部と虚部の極性(符号)に従って位相偏移(位相回転量)を推定する。ここでは実部・虚部極性検出回路29で検出された実部および虚部が[++]の場合、送信された現在のシンボルs(n)と、2n/2前のシンボルs(n−2n/2)とでは同一シンボルが送信されたことになり、送信シンボル偏移推定回路30は、位相回転量は0°と推定することができる。
同様に、実部および虚部が[−+]の場合には、位相回転量は90°と推定でき、実部および虚部が[−−]の場合には、位相回転量は180°と推定でき、実部および虚部が[+−]の場合には、位相回転量は270°と推定できる。
In the real part / imaginary part polarity detection circuit (real part / imaginary part polarity detection part) 29, the symbol point rotated by 45 ° is four quadrants ([++] (the real part and the imaginary part are [+]). ), [+-] (Real part is [+], imaginary part is [-]), [-] real part and imaginary part is [-]), [-+] (real part is [-], imaginary part It is detected whether the part is in [+])).
The transmission symbol deviation estimation circuit (transmission symbol deviation estimation unit) 30 calculates the phase deviation (phase rotation amount) according to the polarities (signs) of the real part and the imaginary part detected by the real part / imaginary part
Similarly, when the real part and the imaginary part are [− +], the phase rotation amount can be estimated to be 90 °, and when the real part and the imaginary part are [−−], the phase rotation amount is 180 °. When the real part and the imaginary part are [+ −], the phase rotation amount can be estimated to be 270 °.
送信シンボル偏移推定回路30は、推定した位相回転量に応じて1、j、−1、−jのいずれかの値を出力する。ここでは実部・虚部極性検出回路29が検出したシンボル点が[++]の象限にあるとき、すなわち位相回転が0°と推定されたときには1を出力する。
また、シンボル点が[−+]の象限にあるとき、すなわち位相回転が90°と推定されたときにはjを出力し、シンボル点が[−−]の象限にあるとき、すなわち位相回転が180°と推定されたときには−1を出力し、シンボル点が[+−]の象限にあるとき、すなわち位相回転が270°と推定されたときには−jを出力する。
The transmission symbol
When the symbol point is in the [− +] quadrant, that is, when the phase rotation is estimated to be 90 °, j is output, and when the symbol point is in the [−−] quadrant, that is, the phase rotation is 180 °. Is output when the symbol point is in the [+-] quadrant, that is, when the phase rotation is estimated at 270 °.
送信されたシンボルの自己相関はs(n)・s*(n−2n/2)で表わされるので、本方式によって、周波数オフセット推定用トレーニングパターンとして、4PSK変調された2n/2シンボルが送信される場合には、その45°位相回転させた複素自己相関値は必ず[++]となり、複素自己相関値として1の値が得られることになる。この理論について以下にさらに具体的に説明する。 Since the autocorrelation of the transmitted symbol is represented by s (n) · s * (n−2 n / 2), 2 n / 2 symbols that have been subjected to 4PSK modulation are used as a frequency offset estimation training pattern by this method. In the case of transmission, the complex autocorrelation value rotated by 45 ° is always [++], and a value of 1 is obtained as the complex autocorrelation value. This theory will be described more specifically below.
複素自己相関計算回路24で計算された自己相関値は、周波数オフセットが存在した状態で計算されている。周波数オフセットが存在する場合、例えば、64シンボル(2n/2シンボルにおいてn=7)間隔の自己相関値が常に「++」の象限にあると判断されるためには、45°位相回転させた周波数オフセットが±45°の範囲内に入る必要がある。
The autocorrelation value calculated by the complex
ここで水晶発振器の誤差は±30ppm以下とする仕様となっているため、これ以上の誤差を示すことはない。そして通信システムの通信に使用する最大周波数は425kHzであるため、±30ppmの誤差があるときの周波数オフセット量は約±13Hzとなり、このときの回転量は、64QAMのシンボルレートを32kbps(31.25μs)とすると、以下のようになる。
回転量≒360×freq.offset×Ts
≒360×13Hz×31.25×10−6
≒±0.146°
Here, since the error of the crystal oscillator is specified to be ± 30 ppm or less, no further error is shown. Since the maximum frequency used for communication in the communication system is 425 kHz, the frequency offset amount when there is an error of ± 30 ppm is about ± 13 Hz, and the rotation amount at this time is a symbol rate of 64 QAM of 32 kbps (31.25 μs). ) Then:
Rotation amount ≒ 360 x freq.offset x Ts
≒ 360 × 13Hz × 31.25 × 10-6
≒ ± 0.146 °
これにより64シンボル間では、±0.146×64≒±9.36°となり、±45°を越えることはない。従ってトレーニング時の2n符号列を受信した場合には、自己相関値を45°位相回転させた場合に、常に複素平面の[++]の象限に入ることになり、送信シンボル偏移推定回路30では位相回転が0°と推定されて、必ず1が出力されることになる。つまり、周波数オフセット推定用トレーニングパターンとして4PSK変調された2n/2シンボルが送信される場合には、送信シンボル偏移推定回路30から必ず1を出力させることができる。
なお、位相回転が±45°を越えることが懸念される場合には、サンプリングするシンボル間隔を32シンボル、もしくは16シンボル等のように短い間隔とすることで、送信シンボル偏移推定回路30から確実に1を出力させることができるようになる。
Thus, between 64 symbols, ± 0.146 × 64≈ ± 9.36 °, which does not exceed ± 45 °. Therefore, when the 2 n code string at the time of training is received, when the autocorrelation value is rotated by 45 °, it always enters the [++] quadrant of the complex plane, and the transmission symbol
If there is a concern that the phase rotation will exceed ± 45 °, the transmission symbol
位相回転量計算回路(位相回転量計算部)26は、次の式(1)により周波数オフセットによる位相の回転量を計算する。 The phase rotation amount calculation circuit (phase rotation amount calculation unit) 26 calculates the phase rotation amount due to the frequency offset by the following equation (1).
上記式(1)では、その分母は、送信側で送られたものとして推定されるシンボル間隔(2n/2)における位相回転量であって、送信シンボル偏移推定回路30から出力された出力値を用いる。また上記式(1)の分子は、実際に伝送路を経由して受信されたシンボル間の位相回転量となる。
ここで、上記のように周波数オフセット推定用トレーニングパターンとして、2n/2シンボルパターンが送られてきているため、送信シンボル偏移推定回路30からは1が出力されるため、式(1)の分母は必ず1になり、Δrとして、伝送路を介して受信された2n/2シンボル間の位相回転量が算出される。この位相回転量は、遅延波および雑音の要因が除去された周波数オフセットによる平均化位相回転量とされる。
In the above equation (1), the denominator is the amount of phase rotation in the symbol interval (2 n / 2) estimated as transmitted on the transmission side, and the output output from the transmission symbol
Here, since the 2 n / 2 symbol pattern is transmitted as the frequency offset estimation training pattern as described above, 1 is output from the transmission symbol
忘却係数平均化回路27では、Δr(n)をシンボルごとに平均化するため、次の式(2)を用いる。
R(n)=βR(n−1)+(1−β)ΔR(n) ・・・(2)
ここでβは忘却係数で0.998程度の値を用いる。
The forgetting
R (n) = βR (n-1) + (1-β) ΔR (n) (2)
Here, β is a forgetting factor having a value of about 0.998.
ATAN計算回路32では、忘却係数平均化回路27で得られたR(n)の実部・虚部によりATAN(Arctangent)の計算を行い、2n/2で割ることにより、1シンボルの回転角Δθ(n)を求める。
In the
第2複素乗算器33は,1シンボル遅延回路34で遅延されたΔφ(n−1)と、1シンボルの平均の位相回転角Δθ(n)、および平均残留周波数オフセットの位相回転角度Δφer(n)とで復調器のn番目のシンボルの位相補正量Δφ(n)を算出するため、次の式(3)に示す処理を行う。
The second
e-jΔφ(n)=e-j(Δφ(n-1)+Δθ(n)+Δer(n)) ・・・(3) e −j Δφ (n) = e −j ( Δφ (n−1) + Δθ (n) + Δ er (n)) (3)
推定されたn番目のシンボルの位相補正量Δφ(n)は、第1複素乗算器35にて復調器22からの信号と乗算される。
これにより残留位相誤差が補正された周波数オフセット量によって、周波数オフセットを補正することができる。
The estimated phase correction amount Δφ (n) of the nth symbol is multiplied by the signal from the
Thus, the frequency offset can be corrected by the frequency offset amount in which the residual phase error is corrected.
図4は、図3に示すオフセット推定用PN符号終了判定回路31の構成例を示す図である。本実施形態の通信装置を用いた通信方式は、周波数オフセット用トレーニング信号を送信側から送出後、適応等化器用トレーニング信号に切換わった符号が送出される。トレーニング信号送出後は通信が開始され、ランダムデータによる伝送信号を送出する。周波数オフセット用トレーニング信号には、PN7(27−1)に1ビット付加した27の符号列を4PSK変調した符号が用いられる。また適応等化器用トレーニング信号にはPN12(212−1)の符号列を4PSK変調した符号が用いられる。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the offset estimation PN code
オフセット推定用PN符号終了判定回路31では、符号変換回路311により、送信シンボル偏移推定回路30からの出力値(+1、j、−1、−j)が正相関(+1)の時に1に変換し、逆相関(−1)の時に−1に変換し、それ以外の値を0に変換し、nシンボルをシフトレジスタ312に入力する。シフトレジスタ312では、そのタップ出力値を加算器313に入力する。加算器313には、シフトレジスタ312のタップ数T+1に相当する数だけ1、−1、または0の値が入力され、加算器313の出力は、入力された1数が合計されるので、出力値の最大値はT+1個となる。従ってこの場合、周波数オフセット推定用トレーニングパターンが送出されている時間領域では、シフトレジスタに入力されるnシンボルが全て1であるため、加算器313の出力値は、必ずn値を示すことになる。
In the offset estimation PN code
しかし、送信側の通信装置で周波数オフセット推定用トレーニングパターンから適応等化器用トレーニングパターンに移行した場合は、2m−1符号列は、2n/2シンボル間隔で相関が常に1にはならず、送信シンボル偏移推定回路30からの出力は、+1、j、−1、−jの値がランダムに出力されることになる。もしくは、PN発生器のシフトレジスタ(m段)の初期設定値を、PN発生器で生成される1〜m番目までのビット列と逆符号になる符号を設定することで、送信シンボル偏移推定回路30からの出力は、−1がm/2シンボルが連続で出力される。この場合には、シフトレジスタ312には+1、−1、0がランダムに、もしくは−1が連続で入力され、加算器313からの出力値はn値でなくなる。
However, when the transmission apparatus on the transmission side shifts from the frequency offset estimation training pattern to the adaptive equalizer training pattern, the 2 m -1 code sequence does not always have a correlation of 1 at 2 n / 2 symbol intervals. As for the output from the transmission symbol
閾値判定回路314では、加算器313の出力値に(n−a)の閾値を設定することで、(n−a)以下の値となった場合、適応等化器用トレーニングパターンに切り替えられたことを検出することができる。周波数オフセット推定用トレーニングパターンから適応等化器用トレーニングパターンに切り換えられたことが検出されると、閾値判定回路314からPN符号切換え検出信号を出力する。これにより、受信側でトレーニングパターンを発生させずに、送信側から送信されたトレーニングンパターンに基づいて周波数オフセットを補償する構成であっても、送信されたトレーニングパターンから、そのトレーニングパターンの切り替えを簡単に判定することができるようになる。
In the
閾値判定回路314からのPN符号切換え検出信号が、図3に示す信号出力制御回路36に入力されると、信号出力制御回路36は、これまでの適応等化器への信号出力抑制を解除し、適応等化器に信号を出力する。これにより適応等化器に対して適応等化器用トレーニングパターンが出力され、適応等化器におけるトレーニングが開始される。
またオフセット推定用PN符号終了判定回路31における閾値判定回路314からのPN符号切換え検出信号は、同時にATAN計算回路32へも出力され、時間tシンボル経過後に平均化処理を終了し、1シンボルの回転角をΔθ(t−M+1)に前の値に固定する。なお、Mはシフトレジスタ312のレジスタ数である。
上記のトレーニング終了後は、復調器は、4PSK復調器から2nQAM復調に切替わり、データ信号系列が復調される。
When the PN code switching detection signal from the
In addition, the PN code switching detection signal from the threshold
After completion of the above training, the demodulator is switched from the 4PSK demodulator to 2 n QAM demodulation, and the data signal sequence is demodulated.
図5は、上記実施形態における適応等化器の出力の一例を示す図である。上記の構成により、残留周波数オフセットを補正する新たな適応等化器やLMSアルゴリズムを追加することなく、非常に簡単な計算回路を既存の適応等化器および周波数オフセット推定・補正部に追加するだけで、図5に示すような適応等化器の出力が得られる。ここでは、上記図6に示した残留位相誤差が補正されていない適用等化器出力と比較して、適応等化器で補正できない残留位相誤差の推定・及び補正が可能となる。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the output of the adaptive equalizer in the embodiment. With the above configuration, a very simple calculation circuit is added to the existing adaptive equalizer and the frequency offset estimation / correction unit without adding a new adaptive equalizer or LMS algorithm for correcting the residual frequency offset. Thus, the output of the adaptive equalizer as shown in FIG. 5 is obtained. Here, as compared with the applied equalizer output in which the residual phase error is not corrected as shown in FIG. 6, the residual phase error that cannot be corrected by the adaptive equalizer can be estimated and corrected.
1…適応等化器、2…フィルタ部、3…判定器、4…残留位相誤差算出部、5…周波数オフセット推定・補正部、11…複素相互相関算出部、12…忘却係数平均化フィルタ部、13…位相回転角算出部、21…加算器、22…復調器、24…複素自己相関計算回路、25…45°位相回転回路(位相回転部)、26…位相回転量計算回路(位相回転量計算部)、27…忘却係数平均化回路、28…シンボル遅延回路、29…虚部極性検出回路、30…送信シンボル偏移推定回路、31…オフセット推定用PN符号終了判定回路、32…ATAN計算回路、33…第2複素乗算器、34…1シンボル遅延回路、35…第1複素乗算器、36…信号出力制御回路、311…符号変換回路、312…シフトレジスタ、313…加算器、314…閾値判定回路。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記適応等化器は、トランスバーサルフィルタを用いた等化処理により推定した送信シンボル点を示す等化出力値を出力するフィルタ部と、該フィルタ部から出力された前記等化出力値に基づき基準シンボル点を判定する判定器と、を有し、
前記フィルタ部から出力される前記等化出力値と、該等化出力値に応じて前記判定器から出力される前記基準シンボル点を示す出力値との複素相互相関を算出し、該算出した複素相互相関に基づいて算出した補正オフセット量を、前記周波数オフセット推定・補正部が算出した前記周波数オフセット位相補正量に反映させて、前記周波数オフセット推定・補正部で補償出来なかった局部水晶発振器の温度周波数特性に起因する周波数オフセットを補正することを特徴とする通信装置。 A frequency offset estimation / correction unit that calculates a frequency offset phase correction amount based on a complex autocorrelation of a symbol pattern transmitted from a transmission-side communication device, and intersymbol interference of a signal transmitted from the transmission-side communication device. An adaptive equalizer that compensates for degradation of transmission quality,
Said adaptive equalizer, reference based on the filter section for outputting an equalized output values indicating the transmission symbol point estimated by equalization processing using the transversal filter, the equalized output value output from the filter section A determiner for determining a symbol point;
Calculating said equalized output value output from the filter unit, the complex cross-correlation between the output value indicating the reference symbol point output from the decision unit in accordance with the equalized output values, the complex of the calculated The correction offset amount calculated based on the cross-correlation is reflected in the frequency offset phase correction amount calculated by the frequency offset estimation / correction unit, and the temperature of the local crystal oscillator that could not be compensated by the frequency offset estimation / correction unit A communication apparatus that corrects a frequency offset caused by frequency characteristics.
前記フィルタ部から出力される前記等化出力値と、前記判定器から出力される前記出力値との前記複素相互相関を算出し、該複素相互相関に基づき局部水晶発振器の温度周波数特性に起因する周波数オフセットの回転角度を算出する残留位相誤差算出部を有し、
該残留位相誤差算出部が算出した局部水晶発振器の温度周波数特性に起因する周波数オフセットの回転角度に基づき算出した前記補正オフセット量を、前記周波数オフセット推定・補正部が算出した前記周波数オフセット位相補正量に加算することで、前記複素相互相関を前記周波数オフセット位相補正量に反映させることを特徴とする通信装置。 2. The communication device according to claim 1, wherein the frequency offset estimation / correction unit calculates a complex autocorrelation between two symbols of a symbol pattern transmitted from the transmission-side communication device, and calculates the complex autocorrelation from the calculated complex autocorrelation. An averaged phase rotation amount is calculated, and the frequency offset phase correction amount is calculated based on the averaged phase rotation amount,
Said equalized output value output from the filter unit, calculates the complex cross-correlation between the output value output from the determination unit, due to the temperature-frequency characteristic of the local crystal oscillator based on the complex-cross-correlation A residual phase error calculation unit for calculating the rotation angle of the frequency offset;
The frequency offset phase correction amount of the compensation offset amount calculated based on the rotation angle of the frequency offset caused by the temperature frequency characteristic, the frequency offset estimation and correction unit has calculated the local crystal oscillator in which the residual phase error calculator has calculated To add the complex cross-correlation to the frequency offset phase correction amount.
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