JPH10285135A - 周波数制御装置および方法、受信装置、ならびに、通信装置 - Google Patents
周波数制御装置および方法、受信装置、ならびに、通信装置Info
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- JPH10285135A JPH10285135A JP9087027A JP8702797A JPH10285135A JP H10285135 A JPH10285135 A JP H10285135A JP 9087027 A JP9087027 A JP 9087027A JP 8702797 A JP8702797 A JP 8702797A JP H10285135 A JPH10285135 A JP H10285135A
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Abstract
数偏差に追従するための周波数制御装置を提供する。 【解決手段】 離散フーリエ変換部1200で離散フー
リエ変換して得られたメトリックスについて、演算処理
部1322において、得られたメトリックスのエネルギ
ー分布の中心が、理論的な周波数の中心から上、下のど
ちらに偏っているかを演算し周波数差を求め、周波数差
に応じたAFC信号を制御信号生成部1350で生成す
る。
Description
重された多重化信号に周波数同期するための周波数制御
装置および方法、受信装置、ならびに、通信装置に係
り、特に、サブキャリヤーの周波数間隔の半分以上の偏
移を有する多重化信号に周波数同期することに好適な、
周波数制御装置および方法、受信装置、ならびに、通信
装置に関する。
周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Mult
iplexing;OFDM。以下、OFDMという。)方式の
実用化が進められている。
ば、EUREKA−147 SYSTEMが挙げられ
る。これは、一般に、DAB(Digital Audio Broadcas
ting)、ユーレカ147DABシステムなどと呼ばれて
いる。以下、ユーレカ147DABシステムという。ユ
ーレカ147DABシステムは、1994年11月にI
TU−RでSystem−Aとして認められ、国際規格
になっている。この規格は、「ETS 300401」として発
行されている。
サブキャリヤーに分割多重化してデーターが伝送され
る。各サブキャリヤーの周波数は、ベースバンドにおい
て、ある基本周波数の整数倍となるように選ばれる。基
本周波数の1周期を有効シンボル期間とすると、相異な
るサブキャリヤー同士の積は、有効シンボル期間におけ
る積分が0となる。これをサブキャリヤー同士が直交す
るという。
波数差が生じると、復調に際して、他のサブキャリヤー
との直交性が崩れる。これは、干渉により復調されるデ
ーターに誤りが生じる原因となる。上記周波数差が生じ
る原因としては、例えば、送信側、受信側のそれぞれに
おける基準発振器の発振周波数の誤差や変動、送信側と
受信側との相対運動によるドップラーシフトなどが挙げ
られる。
調データーを得るために、周波数同期方式が検討されて
いる。例えば、「OFDMにおけるガード期間を利用し
た新しい周波数同期方式の検討」(テレビジョン学会技
術報告 Vol.19,No.38,pp.13〜18 )に記載される周波
数同期方式がある。この周波数同期方式は、有効シンボ
ル期間の信号波形が巡回的に繰り返される、ガード期間
(Guard Interval)を利用している。
ベースバンドに変換し、さらにFFT回路により各キャ
リヤー成分を復調する。図14の(1)は、直交検波器
の同相軸出力を示す。ここで、n番目のOFDMシンボ
ルは、ガード部Gn(サンプル数Ng)と、有効シンボ
ル部Sn(サンプル数Ns)とで構成され、ガード期間
の信号Gnには、有効シンボルの一部であるGn’が複
写されている。図14の(2)は、図14の(1)の信
号を有効シンボル期間だけ遅延したものである。図14
の(3)は、(1)と(2)との信号を乗算して、ガー
ド期間幅(Ngサンプル)の移動平均を求めることによ
り、2つの信号の相関をもとめた結果である。GnとG
n’とは同じ信号波形であるので、図14の(3)に示
すように相関出力は、シンボルの境界でピークを示す。
遅延された同相軸データーとの相関のピーク値をSii
とし、同相軸データーと、有効シンボル期間だけ遅延さ
れた直交軸データーとの相関のピーク値をSiqとする
と、周波数誤差δは、
た逆正接関数を用いて周波数誤差を求める方法では、サ
ブキャリヤー間隔で正規化された周波数オフセットと、
上述のようにして求められた誤差信号δとの関係は、図
15に示すようにサブキャリヤー間隔を1周期とする周
期を有している。このため、誤差信号δに対応する周波
数オフセットが、どの周期にあるかは区別されない。例
えば、図15において、δ1の誤差信号が得られた場
合、点Aの他に、点B、点Cなども対応する。従って、
真の正規化周波数オフセットが、OAであっても、これ
を、オフセットOB、OCなどと区別することはできな
い。このため、サブキャリヤー間隔の1/2以上の偏差
が生じ得る場合には、その周波数オフセットを特定する
ことは困難であり、オフセットの向きを逆向きに誤るこ
ともあり得る。
ャリヤー同士の間隔は狭く設定されるため、周波数差を
この1/2以下に抑えることは困難である。
モードIでは、中心周波数は、230MHz、サブキャ
リヤー間隔は、1kHzと定められている。すなわち、
サブキャリヤー間隔の1/2に相当する周波数は、50
0Hzであり、これは、約2.2PPMの周波数精度と
なる。しかし、送信周波数と受信周波数における周波数
差を2.2PPM以内に抑えることは容易ではない。こ
の精度を達成するには、例えば、発振器のコスト増を伴
い、実際的ではない。
する場合、例えば、移動体に設置された受信装置におけ
る放送の受信などの場合は、ドップラー効果による周波
数の偏移(ドップラーシフト)が生ずる。従って、送信
側、受信側との相対速度が、上記ドップラーシフトが、
サブキャリヤー間隔の1/2以内となる場合に制限され
るという問題がある。
ド期間を含むOFDM信号に限られ、ガード期間が設け
られていない場合は、周波数偏移を検知することが困難
であるという問題がある。
サブキャリヤー間隔の1/2以上あっても、この偏移量
を特定し、周波数同期することができる周波数制御装置
を提供することを第1の目的とする。
号であっても、その周波数偏移を検知し、周波数同期す
ることができる周波数制御装置を提供することを第2の
目的とする。
ブキャリヤー間隔の1/2以上のドップラーシフトが生
ずる場合に好適な、受信装置、通信装置を提供すること
を第3の目的とする。
2の目的を達成するために、本発明の第1の態様によれ
ば、複数のサブキャリヤーに直交周波数分割多重された
多重化信号に周波数同期するための周波数制御装置にお
いて、上記多重化信号を直交検波して、互いに直交する
第1の検波軸信号および第2の検波軸信号を得るための
直交検波手段と、上記2つの検波軸信号のそれぞれの時
間軸波形を予め定められた標本化周波数でそれぞれ標本
化し、かつ、これら標本化されたデーターを離散フーリ
エ変換して、周波数領域に分布する複数のメトリックス
を求めるための離散フーリエ変換手段と、上記離散フー
リエ変換手段により求められたメトリックスの分布、お
よび、予め定められたメトリックスの分布の差に応じた
周波数変化の指示を生成するための演算制御手段と、上
記離散フーリエ変換手段に入力される信号の周波数を、
上記演算制御手段により生成された指示に従って変化さ
せるための周波数変化手段とを有することを特徴とする
周波数制御装置が提供される。
キャリヤーに直交周波数分割多重され、各サブキャリヤ
ーの差動復調における基準位相を伝送するための基準シ
ンボル期間を有する多重化信号に周波数同期するための
周波数制御装置において、上記多重化信号を再生キャリ
ヤーを用いて直交検波して、互いに直交する第1の検波
軸信号および第2の検波軸信号を得るための直交検波手
段と、上記2つの検波軸信号のそれぞれの時間軸波形を
予め定められた標本化周波数でそれぞれ標本化し、か
つ、これら標本化されたデーターを離散フーリエ変換し
て、周波数領域に分布する複数のメトリックスを求める
ための離散フーリエ変換手段と、上記基準シンボル期間
において離散フーリエ変換手段から受け付けたメトリッ
クスの位相の並び、および、予め定められた位相の並び
の差に応じて周波数変化の指示を生成するための演算制
御手段と、上記演算制御手段により生成された指示に従
って、上記離散フーリエ変換手段に入力される信号の周
波数を変化させるための周波数変化手段とを有し、上記
演算制御手段は、上記複数のサブキャリヤーのうち、少
なくとも1部のサブキャリヤーについて、各サブキャリ
ヤーの基準位相と、それに隣接するサブキャリヤーの基
準位相との位相差を示す位相差列を予め記憶し、基準シ
ンボル期間における多重化信号が受け付けられるに際
し、基準シンボル期間におけるメトリックスについて、
各メトリックスと隣接するメトリックスとの間の位相差
をそれぞれ求め、上記求めた位相差の列の少なくとも1
部に、上記予め記憶してある位相差列が一致するように
周波数を変化させる指示を、上記周波数変化手段に与え
ることを特徴とする周波数制御装置が提供される。
キャリヤーに直交周波数分割多重された多重化信号に周
波数同期するための周波数制御装置において、受け付け
た多重化信号の時間軸波形を周波数領域に変換するため
の変換手段と、上記周波数領域に変換して得られたスペ
クトル分布の中心の周波数と、予め定められた基準周波
数とを比較するための比較手段と、上記スペクトル分布
の中心の周波数と、上記基準周波数との差が小さくなる
ように、上記変換手段に入力される前の多重化信号の周
波数を変化させるための変化手段とを備えることを特徴
とする周波数制御装置が提供される。
キャリヤーに直交周波数分割多重された多重化信号に周
波数同期するための周波数制御方法において、受け付け
た多重化信号の時間軸波形を周波数領域に変換し、上記
周波数領域に変換して得られたスペクトル分布の中心の
周波数と、予め定められた基準周波数とを比較し、上記
スペクトル分布の中心の周波数と、上記基準周波数との
差が小さくなるように、上記周波数領域に変換される前
の多重化信号の周波数を変化させることを特徴とする周
波数制御方法が提供される。
の第4の態様によれば、直交周波数分割多重された多重
化信号を受信するための受信装置において、多重化信号
を含む高周波信号を受け付け、受け付けた高周波信号か
ら予め定められた周波数帯域を選択するためのバンドパ
スフィルター部と、上記周波数変換された信号を再生キ
ャリヤーを用いて直交検波し、離散フーリエ変換すると
共に、上記再生キャリヤーの周波数を操作して周波数同
期するための周波数制御部と、上記離散フーリエ変換さ
れたデーターを復調するための復調部と、上記復調され
た信号を出力するための出力部とを有し、上記周波数制
御部は、上記第1の態様および第2の態様のいずれかに
おける周波数制御装置を用いて構成されることを特徴と
する受信装置が提供される。
分割多重化された多重化信号を用いて通信するための通
信装置において、入力される信号が示すデーターで、搬
送波を直交周波数分割多重変調して多重化信号を送出す
るための送信部と、受け付けた信号を直交周波数分割多
重復調して変調データーを検出し、変調データーが示す
信号を出力するための受信部とを有し、上記受信部は、
上記第4の態様における受信装置を用いて構成されるこ
とを特徴とする通信装置が提供される。
実施の形態について説明する。
施の形態について説明する。
は、直交検波部1100と、離散フーリエ変換部120
0と、周波数偏差検知部1300とを有して構成され
る。
を受け付け、再生キャリヤーを用いて、互いに直交する
2つの検波軸信号を得るためのものである。2つの検波
軸は、例えば、受け付けた信号と同相の同相軸(I相
軸)、および、受け付けた信号に直交する直交軸(Q相
軸)に選ぶことができる。なお、2つの検波軸は、互い
に直交する関係にあれば、これらの位相に限らない。例
えば、受けた信号に対して、+45度の位相の検波軸、
および、−45度の位相の検波軸に選んでもよい。
た信号を2つに分配するための分配器1150と、90
度の位相差がある2つの再生キャリヤーX,Yを発振す
るための再生キャリヤー生成器1119と、上記分配さ
れた2つの信号に、上記再生キャリヤーXおよび信号Y
をそれぞれ乗算するための2つの乗算器1107A,1
107Bとを用いて構成することができる。
えば、発振周波数を変更可能な周波数可変発振器116
0と、発振された信号を2つに分配するための分岐回路
1180と、分配された信号の一方に90度の位相遅延
を与えるための移相器1170とを用いて構成すること
ができる。このように構成された再生キャリヤー生成器
1119を用いて、再生キャリヤーを生成することがで
きる。また、上記周波数可変発振器1160は、上記周
波数偏移検知部1300から与えられるAFC信号に従
って、その発振周波数を変化させることができる。
DM信号に含まれるサブキャリヤー数より多い数のサン
プリングポイントで、上記I相信号およびQ相信号をそ
れぞれサンプリングし、これらを離散フーリエ変換する
ためのものである。上記離散フーリエ変換部1200
は、例えば、2つのA/D(Analog to Digital)変換
器1208A,1208Bと、離散フーリエ変換処理を
実行するためのDFT(Discrete Fourier Transform;
離散フーリエ変換)回路1209とを有して構成され
る。DFT回路1209において、離散フーリエ変換を
実行するための計算のアルゴリズムとしては、例えば、
DFTの定義式に従って計算を実行してもよいし、高速
フーリエ変換(FFT;Fast Fourier Transform)など
を用いてもよい。FFTを用いて計算することにより、
DFTの計算を高速に行うことができる。DFT回路1
209は、例えば、専用のハードロジックで構成され
る。なお、DFT処理を実行するためのプログラムを搭
載した汎用の演算装置を用いて構成してもよい。
散フーリエ変換部1200で得られたメトリックスを受
け付け、受け付けたOFDM信号との周波数差を求め、
求めた周波数差を小さくするように周波数同期を行うた
めの演算制御を行うためのものである。上記周波数偏差
検知部1300は、例えば、周波数差を求める演算処理
を行うための演算処理部1322と、演算処理部132
2が求めた周波数差に応じたAFC(automatic freque
ncy control;自動周波数制御)信号を生成するための
制御信号生成部1350とを有して構成される。
演算結果に応じた電圧を有する信号を生成するD/A
(digital to analog)変換器を用いることができる。
また、上記直交検波部1100における再生キャリヤー
生成器1119として数値制御発振器が用いられている
場合には、制御信号生成部1350を省略し演算結果に
示す信号を直接与えてもよい。このようにして、上記演
算結果に応じた周波数の変化量を指示するAFC信号を
生成することができる。
一定値とし、変化の有無、および、その向きを上記演算
結果に応じて変更してもよい。変化量の大きさを一定値
とすることにより、信号生成部1350、および、直交
検波部1100における再生キャリヤー生成器1119
を簡易に構成することができる。
00における再生キャリヤーの周波数を変化させる態様
について説明したが、周波数を変化させる態様はこれに
限らない。例えば、図13に示すように、受け付けられ
たOFDM信号を中間周波数に変換するための、周波数
変換部3000が、直交検波部1100の前段に設けら
れる場合、AFC信号を周波数変換部に与え、周波数変
換部で周波数が変換される変換量を変化させることがで
きる。
ように構成される周波数制御装置の動作について説明す
る。
与えられるOFDM信号について説明する。
のベースバンドは、互いに周波数が異なる複数のサブキ
ャリヤーが重畳された時間軸波形となる。図2の(a)
には、24のサブキャリヤーに分離多重化されたOFD
M信号が描かれているが、サブキャリヤーの数がこれに
限らないことは勿論である。
数領域で示すと、図2の(b)に示すスペクトルとな
る。これは、図2の(a)に示す時間軸波形のフーリエ
変換に相当する。図2の(b)において、複数のサブキ
ャリヤーが周波数軸上に並び、各サブキャリヤーは、変
調による側波帯成分を含んでいる。
波数制御装置の動作について説明する。
DM信号が受け付けられ、互いに直交するI相軸信号お
よびQ相軸信号が取得される。
いて、上記2つの検波軸の信号(I相軸信号、Q相軸信
号)が、それぞれ時間軸波形をサンプリング(標本化)
される。本実施の形態における離散フーリエ変換部12
00(図1参照)では、サブキャリヤー数より多いサン
プリングポイントでサンプリングし、サンプリングされ
たデーターについて離散フーリエ変換の計算を行ってい
る。
ターおよびQ相軸データーが、複素量として(例えば、
I相軸信号の標本値を実部、Q相軸信号の標本値を虚部
として)離散フーリエ変換される。離散フーリエ変換に
より、メトリックス(複素計量)Zが、サンプリングポ
イント(標本化点)の数NSに相当する数の周波数スロ
ットのそれぞれに対応して求められる。上記NS個のメ
トリックスZのうちには、サブキャリヤーの数NCに相
当する有効メトリックスに加えて、サブキャリヤーの数
をサンプリングポイント数が超過した数NOS(=NS−
NC)に相当する無効メトリックスが含まれている。無
効メトリックスは、ノイズ、および、各サブキャリヤー
からの漏れなどによる成分である。離散フーリエ変換の
結果得られるメトリックス分布としては、例えば、NC
個の有効メトリックスが連続して並び、この両側に、
(NOS/2)個の無効メトリックスが並ぶ場合がある。
られる周波数スロットを示すサフィックスをiとする
と、各メトリックスZiは、(ai+jbi)と表され、
上記離散フーリエ変換の演算の結果、サンプリングポイ
ント数NSのメトリックス{Zi}(i=1,2,3,
…,NS)を示す、2系列のデーター{ai}、{bi}
が得られる。
ムにおけるモードIのOFDM信号は、1536のサブ
キャリヤーを有する。このような信号について、本実施
の形態における周波数制御装置1000では、上記15
36よりも多い2048(2の10乗)のサンプリング
ポイントでサンプリングを行っている。この場合、図3
に示すように、1536の有効メトリックスおよび51
2の無効メトリックスが得られる。
うことにより、FFTによるDFT演算の高速化の効果
を向上させることができる。
て、上記離散フーリエ変換部1200で取得されたメト
リックスの分布{ai+jbi}と、予め定められた分布
との差を求める演算処理が行われ、この演算処理の結果
に応じてAFC信号が生成される。
ば、メトリックス分布{Zi}から、そのパワー分布
{Pi}を求め、このパワー分布{Pi}の分布中心に相
当する周波数と、予め定められた基準周波数との差を求
めることができる。パワーPは、例えば、Zの複素共役
をZ*として、 P=Z2 =Z・Z*=Z*・Z …(101) と定義することができる。すなわち、メトリックスZ
が、 Z=(a+jb) であるとき、このメトリックスのパワーは、 P=(a+jb)(a−jb) =(a・a+b・b) …(102) と与えられる。
われる演算処理の詳細について説明する。
C個の周波数スロットに対応する周波数の区間幅を有す
る窓であって、この窓に含まれる周波数スロットにおけ
るパワーの総和が最大となる窓を求め、求めた窓の中心
の周波数と、予め定められた基準周波数との差が求めら
れる。
である窓に含まれる、周波数スロットにおけるパワーの
総和M(k)は、k番目の周波数スロットから高周波側に
Nc個の周波数スロットにおけるパワーPiについて和
をとり、
NOS番目までとなる区間について定義される。
|1≦k≦NOS)のうち、最大となる総和をMmaxと書
く。
ロット、すなわち、有効メトリックスの数に相当すると
き、上記総和の最大値Mmaxを与える下端は、1つきま
り、これをKと書く。すなわち、最大となる総和は、M
max(K)と書ける。
クスが現れる周波数スロットは理論的に求めることがで
きる。このとき周波数スロットは、NCであり、下端の
スロットのr番とする。すなわち、r番目から(r+N
C)番目の周波数スロットに有効メトリックスが現れ
る。このときのメトリックスの理論値について、含まれ
る周波数スロットでのパワーの総和が最大とする窓の下
端KTは、KT=rである。これは、窓の区間が、理論的
に求められた有効メトリックスが現れる周波数範囲に一
致している状態に相当する。例えば、ユーレカ147D
ABシステムのモードIのOFDM信号について、20
48点で標本化を行った場合、rは、256となる。
トリックスのパワーの総和に基づいて、受け付けた信号
と、理論的な周波数、すなわち、標本化周波数との周波
数差が求められる。すなわち、周波数差dFは、理論的
なメトリックスを最大とする窓の下端r、および、受け
付けたOFDM信号から得られたメトリックスを最大と
する窓の下端Kの差と、周波数スロットの間隔とに比例
し、 dF∝S・(r−K) …(103) と表すことができる。
て求めることができる。
数P(r−k)は、
れるメトリックスについてパワーの総和が最大となる窓
の下端の周波数スロットKがrより大きいとき、dFは
負となる。これは、直交検波部においてベースバンドに
変換され、離散フーリエ変換部に入力されたOFDM信
号の周波数が上方向(周波数が高い方向)にずれている
ことを示す。
の有効メトリックスのすべてについて計算したが、窓を
上端および下端の2つに分け、中央部における計算を省
略してもよい。これは、台形状に有効メトリックスが現
れ、中央部では、窓と、有効メトリックスが、常に重な
るため、どの窓においても、同様な寄与となるからであ
る。中央部における計算を省略することにより、演算時
間を短縮することができる。
義に従って計算することができる。
トリックスの数NCより小さくなるように選ぶ。2つの
窓の区間幅n1とn2とは、相等しく選んでもよいし、
互いに異なる区間幅に選んでもよい。例えば、2つの窓
の区間幅が相等しく、n1=n2=100、n1=n2
=200などとなるように選ぶことができる。
予めパワー分布が与えられる期間が含まれるとき、この
期間に受け付けられた信号のパワー分布と、上記予め定
められたパワー分布とを比較して、伝送経路におけるパ
ワー伝送率の周波数依存性、バックグランドなど影響を
低減することができる。また、周波数制御部より前段に
設けられる回路、例えば、中間周波数増幅器、SAWフ
ィルターなどの影響を低減することもできる。
ては、例えば、信号が含まれないヌルシンボルが伝送さ
れるヌルシンボル期間に到来する信号を用いることがで
きる。
エ変換したメトリックスを Ci+jDi として、それぞれの窓におけるパワーの総和を次式に従
って求めることができる。
び、2つの窓による計算のいずれについても適用するこ
とができる。
順について説明する。
期間ごとの受け付けた信号についてFFTを用いて離散
フーリエ変換を行う。
メトリックスを用いて、各窓におけるパワー総和を計算
する(S11)。求めたパワーの総和のうちから最大値
を検出する(S12)。
い状態で得られる、図3の(a)に示す理論的なメトリ
ックスの分布について、パワーの総和を計算する。
大値と、S13で求めた理論的なメトリックスについて
のパワーの総和とから、周波数誤差を求める(S1
4)。
少するように、再生キャリヤーの周波数を変化させるこ
とにより周波数同期を行うことができる。
説明する。
22(図1参照)は、上記第1の実施の形態における周
波数と基本的な構成は同様であるが、演算処理部132
2(図1参照)における演算の内容において相違する。
以下に、相違点を中心に説明する。
号から得られたメトリックスのパワー分布の重心を求
め、この重心の周波数と、予め定められた基準周波数と
を比較する。そして、上記重心の周波数と上記基準周波
数との周波数差を求め、これが小さくなるように再生キ
ャリヤーの周波数を変化させる指示を上記直交検波部1
100(図1参照)に与える。
照)で行われる演算処理の詳細について説明する。
参照)で取得されたNS個のメトリックスの分布{Ai+
jBi}(i|1,2,3,…,NS)について、予め定
められた基準周波数に相当する周波数スロットCより低
い周波数の周波数スロット(1〜C)に属するメトリッ
クスのパワーの総和WLと、周波数スロットより高い周
波数の周波数スロット(C〜NS)に属するメトリック
スのパワーの総和WHとをそれぞれ求める。基準周波数
は、例えば、標本化周波数に等しい周波数の信号が受け
付けられたときに、理論的に予想される有効メトリック
スのパワー分布の中心周波数を選ぶことができる。この
とき、基準周波数は、C=NS/2となる。
比較し、これらの総和の差δWから周波数差を求める。
総和の差δWは、例えば、次式に従って実行することが
できる。
てを用いてパワー分布の重心を求めているが、理論的に
予想される有効メトリックスの範囲について計算を行っ
てもよい。また、基準周波数Cについては、同じ計算が
重複して行われるのでこれを省略することができる。す
なわち、理論的に予想される基準周波数Cについて、
る。この式に従って演算すると、C番目とC+1番目の
スロットを境として、スペクトルパワーの分布がどちら
に偏っているかが算出できる。基準周波数Cは、理論的
な周波数の設定に従って選ぶことができる。例えば、標
本化点が2048であるとき、 C=2048/2 =1024 と選ぶことができる。
布が既知である信号を用いて伝送路の影響を避けること
ができる。すなわち、ヌルシンボル期間に取得されるO
FDM信号についてのメトリックス{Ani+jBni}
と、信号シンボル期間のメトリックス{Asi+jBsi}
とから、
る。
ロットについての総和Wtを求め、これによって上記総
和の差δWを規格化することができる。すなわち、全周
波数スロットについてのパワーの総和Wtは、
れた総和の差 δW/Wtを求めることができる。これを
周波数のズレ量として制御信号生成部1350(図1参
照)に与える。これによって、到来するOFDM信号の
パワーが変動する場合であっても、この影響を低減する
ことができる。
されたメトリックスを用いる場合の計算手順の一例につ
いて説明する。
期間ごとの受け付けた信号についてFFTを用いて離散
フーリエ変換を行う。
で、シンボル期間のメトリックスを規格化する(S2
2)。
格化されたメトリックスを、基準周波数を境に2つの領
域に分割し、それぞれにおけるパワーの総和を計算す
る。このとき、周波数差がない場合には、分割された2
つの領域は、図5の(a)に示すように対称となる。ま
た、周波数差がある場合、例えば、低周波側にずれた信
号が受信された場合には、図5の(b)に示すように、
2つの領域が非対称となる。そして、上記2つの領域に
よるパワーの総和の差を求める。
の影響を受けている場合は、ステップS24において周
波数のずれを補正する。
明の第3の実施の形態について説明する。
実施の形態と基本的な構成は同様であるが、周波数差を
求めるための演算処理の内容において相違する。以下
に、相違点を中心に説明する。
ロットにおけるメトリックスのパワーは、図7の(a)
に示すように理論的に0となることを用いて、受信した
OFDM信号の周波数差を求めている。すなわち、周波
数差が生じた場合には、図7の(b)に示すように、パ
ワーが0となる周波数スロットが移動するため、この周
波数スロットと、予め定められた基準周波数とを比較す
る。以下に、この演算処理の詳細について説明する。
て、メトリックスのパワーPiは、Pi=(Ai・Ai+B
i・Bi) …(104)である。各周波数スロ
ットについて、高周波側の隣接する周波数スロットにお
けるメトリックスのパワー比率Rfi、および、低周波
側の隣接する周波数スロットにおけるメトリックスのパ
ワー比率RrIを、 Rfi=Pi/Pi-1 …(105a) Rri=Pi/Pi+1 …(105b) と定義する。そして、上記Rfi,Rriが、予め定められ
た搬送波対雑音比C/N(Carrier to Noise ratio)と
なる周波数スロットiを求める。上記C/N比は、例え
ば、9dBに選ぶことができる。このとき、上記Rfi,
Rriが共に0.126以下になるiを求めると、そのi番目の
周波数スロットが送信側の中心周波数であるとして、予
め定められた基準周波数スロットの周波数と比較して、
受け付けた信号の周波数差を求めることができる。
分布が既知であるシンボル期間が含まれる場合には、こ
の期間における信号のパワー分布に基づいて、伝送経路
における周波数依存性の影響を低減することができる。
このような、周波数依存性としては、例えば、送信側と
受信側とを接続するための伝送線路の特性、電磁波が伝
搬する空間の特性、周波数制御装置より前段に設けられ
る他の回路の特性などが挙げられる。上記前段に設けら
れる他の回路としては、例えば、中間周波数増幅器、S
AWフィルターなどが挙げられる。
ル期間としては、例えば、ヌルシンボル期間を利用する
ことができる。すなわち、ヌルシンボル期間に離散フー
リエ変換されたメトリックスを {Ani+jBni} とし、信号期間のメトリックスを {Asi+jBsi} とすると、ヌルシンボル期間のメトリックスのパワーで
規格化されたメトリックスを、 {Ai+jBi}={(Asi+jBsi)/(Ani+jBni)}…(106) として求めることができる。このメトリックスを上述の
計算でのパワーに代入することによって、伝送路の影響
を低減することができる。
ックスの全て、すなわち、標本化点に相当する周波数ス
ロットの全てについて演算してもよいし、上記基準周波
数を含む予め定められた数のメトリックスを用いて演算
を行ってもよい。このメトリックスの数は、予想される
最大の周波数差に応じて設定することができる。このよ
うに、一部のメトリックスについて演算することによ
り、演算時間を短縮することができる。
スを用いた演算の計算手順について説明する。
の標本化点で標本化され、FFTされて得られたメトリ
ックスを受け付ける(S31)。
トリックスを受け付け、これで、S31で受け付けたメ
トリックスを規格化する(S32)。
いて、隣接する高周波側のメトリックス、および、低周
波側のメトリックスとのパワー比率を計算する(S3
3)。
比率を、予め定められた閾値と比較し、上側、および、
下側のパワー比率が共に閾値以下になる周波数スロット
を求める(S34)。
となる周波数スロット(実際には、ノイズなどによるバ
ックグラウンドが含まれるため完全に0とはならない)
を見つけることができる。そして、この周波数スロット
の周波数と、基準周波数とを比較して周波数誤差を検出
することができる。
心部におけるパワーの極小となる周波数スロットを用い
て、周波数誤差を検出し、この周波数誤差に応じたAF
C信号を生成することができる。これによって、サブキ
ャリヤー間隔の1/2以上の周波数誤差がある状態でも
周波数同期を行うことができる。
明の第4の実施の形態について説明する。
実施の形態と基本的な構成は同様であるが、周波数差を
求めるための演算処理の内容において相違する。以下
に、相違点を中心に説明する。
ルの直後に送信される基準シンボルの中の各メトリック
スにおけるの位相が規定されていることを利用し、受信
OFDM信号の基準シンボルを離散フーリエ変換して得
られたメトリックスで与えられる位相と、送信側の規定
位相順とを照合判定し、その周波数スロット差から同期
検波周波数差を検出するものである。
おけるのモードIの場合、基準シンボル期間についても
サブキャリヤー数は1536あり、これを2048のサ
ンプリングポイント数で離散フーリエ変換処理をする
と、2048の周波数スロットが得られる(S41)。
これらの周波数スロットのうち、1536の周波数スロ
ットにスロットについて有効メトリックスが得られる。
得られたメトリックスをjを虚数単位として {Ai+jBi} i:1〜2048(i番目のスロットを表す:サフィックス) とすると、各周波数スロットの成分の位相角θiは
なわち、標本化を行うA/D変換器の標本化のタイミン
グと同期検波周波数とに依存している。このため、全て
のメトリックスの位相には、定常的なシフトが含まれて
いる。そこで、各周波数スロットと、その手前番の周波
数スロットとの位相差をψi+1とすると、
ードIにおける基準シンボルは、図9に示すようなθri
の内容で送信される。手前番との位相差ψri+1は同様に
得られ、図9に示すように並ぶ。ここで、表1には、送
られてくるサブキャリヤー1536のメトリックスのう
ち、基準周波数の周波数スロットから高周波側に16個
の周波数スロットについて抜粋された位相差が記載され
ている。
ックスによる位相差の並びψi+1を、送信データー側に
ψr+1を比較照合し、一致する周波数スロットが正しい
周波数スロットであると言える。この時点で同期検波周
波数差がサブキャリヤー間隔の整数倍の偏差として検出
できる(S44)。
る1536のサブキャリヤーの全てについて行ってもよ
いし、一部のサブキャリヤーについて行ってもよい。比
較照合を一部のサブキャリヤーについて行うことにより
演算時間を短縮することができる。
ヤーにおける位相の並びが既知である信号期間がある場
合、この位相の並びと、受け付けた信号の位相の並びと
を比較照合して、受け付けた信号の周波数差を求めるこ
とができる。
実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1か
ら第4の実施形態で説明した演算処理をもちいて周波数
同期を行う、OFDM受信装置である。
端子1と、バンドパスフィルター2と、増幅器3と、乗
算器4と、SAWフィルター5と、中間周波増幅器6
と、乗算器7A,7Bと、A/D変換器8A,8Bと、
FFT回路9と、AGC回路10と、同期検出回路11
と、差動復調回路12と、第1局部発振器18と、第2
局部発振器19と、第1基準発振器20Aと、第2基準
発振器20Bと、タイミング回路21と、周波数誤差演
算回路22と、時間軸検出回路23と、位相誤差検出回
路24とを有して構成される。上記乗算器7A,7B
と、第2局部発振器19とは、直交検波回路を構成して
いる。
に加えられたRF信号は、バンドパスフィルター2によ
り、所定の帯域外の雑音が除去された後、増幅器3で増
幅され、乗算器4で第1局部発振器18からの局部発振
信号と乗算され中間周波信号に変換される。変換された
中間周波信号は、SAWフィルター5により帯域制限さ
れ、次に、中間周波増幅器6により、所定のレベルまで
増幅された後、2系統の乗算器7A、7Bに導かれる。
9から、90度の位相差を有する2相の局発信号を入力
し、もう一方の入力である中間周波信号とそれぞれ乗算
することにより直交検波回路を構成している。乗算器7
A、7Bの出力は、A/D変換器8A、8Bによりディ
ジタルデーターに変換された後、ガード期間を除き、有
効データー期間をFFT回路9に取り込みFFT処理を
行う。
音声信号へ変換される。この処理の詳細については説明
を省略する。
クスを周波数誤差演算回路22へ入力し、ここで先に説
明した演算を行い周波数差成分をAFC信号として第1
基準発振器20Aへ供給する。また、差動復調回路12
の出力信号からは、位相誤差検出回路24で検出した位
相誤差からサブキャリヤー間隔の±1/2以内の制御を
行うAFC信号も併せて第1基準発振器20Aへ供給さ
れる。
隔の1/2以上の周波数差が生じても、周波数同期を行
うことができる。この受信装置200は例えば、ユーレ
カ147DABシステムにおけるディジタル音声放送の
受信に用いることができる。
実施の形態について説明する。本実施の形態は、OFD
M信号を用いて通信を行うための通信装置の例である。
来するOFDM信号を受け付け、OFDM信号が示す情
報を出力するための受信部9002と、送信すべき情報
を受け付けこれをOFDM信号として送出するための送
信部4とを有して構成される。
ら予め定められた帯域の信号を選択するためのフィルタ
ー部2000と、帯域を選択した信号を中間周波数に変
換するための周波数変換部3000と、検波および周波
数同期を行うための周波数制御部1000と、検波され
た信号を復調するための復調部4000と、復調された
信号が示す情報を出力するための出力部5000とを有
して構成される。
記第1から第4の実施の形態における周波数制御装置と
同様に構成することができる。例えば、同相検波軸信号
(I相軸信号)および直交検波軸信号(Q相軸信号)を
取得するための直交検波部1100と、I相信号および
Q相信号を離散フーリエ変換するための離散フーリエ変
換部1200と、離散フーリエ変換された信号を用いて
周波数偏差を検知するための周波数偏差検知部1300
とを有する構成とすることができる。
声情報を出力するための音声出力装置、画像を表示する
ための画像出力装置、データーを出力するためのデータ
ー出力装置などが挙げられる。
ピーカなどを用いて構成することができる。
路、および、ディスプレイ装置を用いて構成することが
できる。
フェース回路、バッファ回路、信号変換回路などを用い
て構成することができる。
ルター部2000と、周波数変換部3000と、周波数
制御部1000と、復調部4000とを1つの筐体に構
成し、これをチューナー部9003としてもよい。これ
により、情報が出力される態様に対応して、出力装置の
組み合わせを変更したり、情報を表示する品質の好みに
対応することなどができる。
これを信号に変換するための入力部6000と、上記変
換された信号で、搬送波を変調するための変調部700
0と、変調された搬送波を送出するためのRF送出部8
000とを有して構成される。
を送受するためのインタフェース部9005に接続され
た他の機器と通信を行う。インタフェース部9005
は、例えば、通信装置9001が接続される形態に応じ
て例えば、アンテナ、光/電気変換器、電気信号コネク
タなどを用いることができる。なお、インタフェース部
9005は、図示される例のように、外付けされる態様
であってもよいし、通信装置9001に内蔵される態様
であってもよい。
で周波数差が生じる状態であっても、周波数同期して通
信することができる。
号を復調するための同期検波周波数が、受信信号を離散
フーリエ処理して得た多重キャリヤーの周波数間隔の数
倍にもおよび周波数差が生じても周波数同期を行うこと
ができる周波数制御装置が提供される。
波数にズレが生じている場合であっても、情報を伝送す
ることができる。また、送信側と受信側との相対運動に
よりドップラーシフトが生じても周波数同期を行うこと
ができる周波数制御装置が提供される。
信装置を構成することができ、安定してOFD号による
放送を受信することができる受信装置を提供することが
できる。このような放送としては、例えば、ユーレカ1
45システムDABの放送などが挙げられる。
信装置を構成することができる。これによって、ディジ
タル電話などにおける周波数同期を安定なものにするこ
とができる。OFDM方式の適用が容易になり、このた
め、画像信号を含む信号を通信を行うテレビ電話などの
ように、伝送情報量が大きい通信に対応することができ
る。また、周波数同期可能な周波数差が大きくとれるた
め、各機器における基準周波数の管理が容易になる。さ
らに、移動体による通信において、ドップラーシフトに
よる周波数差が生じる場合であっても、周波数同期した
状態で通信を行うことができる。
ック図である。
時間領域の構造を示す波形図、(b)周波数領域の構造
を示すスペクトル図である。
(a)周波数差がないときの分布、(b)周波数差があ
るときの分布である。
を示すフロー図である。
ー分布を模式的に示す説明図であって、(a)周波数差
がないときの分布、(b)周波数差があるときの分布で
ある。
を示すフロー図である。
部を模式的に示す説明図であって、(a)周波数差がな
いときの分布、(b)周波数差があるときの分布であ
る。
を示すフロー図である。
示す説明図である。
すフロー図である。
図である。
図である。
すブロック図である。
いられる信号の相関を示す説明図である。
と周波数オフセットとの関係を示すグラフである。
器、4…乗算器、5…SAWフィルター、6…中間周波
増幅器、7A,7B…乗算器、8A,8B…A/D変換
器と、9…FFT回路、10…AGC回路、11…同期
検出回路、12…差動復調回路、18…第1局部発振
器、19…第2局部発振器、20A…第1基準発振器、
20B…第2基準発振器、21…タイミング回路、22
…周波数誤差演算回路、23…時間軸検出回路、24…
位相誤差検出回路、200…受信装置、1000…周波
数制御装置、1100…直交検波部、1107A,11
07B…乗算器、1150…分配器、1119…再生キ
ャリヤー生成器、1160…周波数可変発振器、117
0…移相器、1180…分岐回路、1200…離散フー
リエ変換部、1208A,1208B…A/D変換器、
1209…DFT回路、1300…周波数偏差検知部、
1322…演算処理部、1350…制御信号生成部、2
000…フィルター部、3000…周波数変換部、30
10…乗算器、3020…周波数可変発振器、4000
…復調部、5000…出力部、6000…入力部、70
00…変調部、8000…RF送出部、9001…通信
装置、9002…受信部、9003…チューナー部、9
004…送信部、9005…インタフェース部。
Claims (17)
- 【請求項1】 複数のサブキャリヤーに直交周波数分割
多重された多重化信号に周波数同期するための周波数制
御装置において、 上記多重化信号を直交検波して、互いに直交する第1の
検波軸信号および第2の検波軸信号を得るための直交検
波手段と、 上記2つの検波軸信号のそれぞれの時間軸波形を予め定
められた標本化周波数でそれぞれ標本化し、かつ、これ
ら標本化されたデーターを離散フーリエ変換して、周波
数領域に分布する複数のメトリックスを求めるための離
散フーリエ変換手段と、 上記離散フーリエ変換手段により求められたメトリック
スの分布、および、予め定められたメトリックスの分布
の差に応じた周波数変化の指示を生成するための演算制
御手段と、 上記離散フーリエ変換手段に入力される信号の周波数
を、上記演算制御手段により生成された指示に従って変
化させるための周波数変化手段とを有することを特徴と
する周波数制御装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の周波数制御装置におい
て、 上記周波数変化手段は、上記直交検波手段において直交
検波に用いられる再生キャリヤーの周波数を変化させ
て、上記離散フーリエ変換手段に入力される信号の周波
数を変化させることを特徴とする周波数制御装置。 - 【請求項3】 請求項1記載の周波数制御装置におい
て、 上記周波数制御装置の前段には、上記直交検波手段に入
力される多重化信号の周波数を変換するための周波数変
換手段が設けられ、 上記周波数変化手段は、上記周波数変換手段が周波数を
変換すべき変換量を変化させて、上記離散フーリエ変換
手段に入力される信号の周波数を変化させることを特徴
とする周波数制御装置。 - 【請求項4】 請求項1から3のいずれか一項記載の周
波数制御装置において、 上記離散フーリエ変換手段は、上記2つの検波軸信号の
それぞれを、上記多重化されたサブキャリヤーの数より
多い数の標本化点で標本化することを特徴とする周波数
制御装置。 - 【請求項5】 請求項1から4のいずれか一項記載の周
波数制御装置において、 上記離散フーリエ変換手段は、上記標本化を、上記複数
のサブキャリヤーのうち最低次のサブキャリヤーのキャ
リヤー周波数の1周期に相当する期間を含む期間につい
て行うことを特徴とする周波数制御装置。 - 【請求項6】 請求項1から5のいずれか一項記載の周
波数制御装置において、 上記演算制御手段は、 上記離散フーリエ変換手段により得られたメトリックス
の分布に基づいてパワースペクトルを求め、 該パワースペクトルの分布中心が予め定められた基準周
波数に近づくように周波数を変化させる指示を、上記周
波数変化手段に与えることを特徴とする周波数制御装
置。 - 【請求項7】 請求項1から5のいずれか一項記載の周
波数制御装置において、 上記演算制御手段は、 上記離散フーリエ変換手段により得られたメトリックス
の分布に基づいてパワースペクトルを求め、 該パワースペクトルが予め定められた基準周波数に関し
て対称に分布するように周波数を変化させる指示を、上
記周波数変化手段に与えることを特徴とする周波数制御
装置。 - 【請求項8】 請求項1から5のいずれか一項記載の周
波数制御装置において、 上記演算制御手段は、 上記離散フーリエ変換手段により得られた各メトリック
スのパワーを求め、 上記各メトリックスのパワーと、周波数領域について予
め定められた窓関数との積が最大となるように周波数を
変化させる指示を、上記周波数変化手段に与えることを
特徴とする周波数制御装置。 - 【請求項9】 請求項1から5のいずれか一項記載の周
波数制御装置において、 上記演算制御手段は、 同一の区間幅を有する複数の加算区間において、各加算
区間におけるメトリックスのパワーの総和をそれぞれ求
め、 上記複数の加算区間のうち、上記パワーの総和が最大と
なる加算区間における区間中心の周波数が、予め定めら
れた基準周波数に近づくように周波数を変化させる指示
を、上記周波数変化手段に与えることを特徴とする周波
数制御装置。 - 【請求項10】 請求項9記載の周波数制御装置におい
て、 上記区間幅は、上記多重化されるサブキャリヤーの数の
周波数スロットが連続して並ぶ周波数に相当することを
特徴とする周波数制御装置。 - 【請求項11】 請求項1から5のいずれか一項記載の
周波数制御装置において、 上記演算制御手段は、 予め定められた基準周波数より高い周波数のメトリック
スについてのパワーの総和と、上記基準周波数より低い
周波数のメトリックスについてのパワーの総和との差を
求め、 上記求めた差が小さくなるように周波数を変化させる指
示を、上記周波数変化手段に与えることを特徴とする周
波数制御装置。 - 【請求項12】 請求項1から5記載の周波数制御装置
において、 上記演算制御部は、 上記離散フーリエ変換手段によって求められた各メトリ
ックスについて、予め定められた周波数だけ低い周波数
の下側メトリックスに対する第1のパワー比、および、
予め定められた周波数だけ高い周波数の上側メトリック
スに対する第2のパワー比を求め、 上記第1のパワー比および第2のパワー比が、いずれも
予め定められたパワー比よりも小さいメトリックスの周
波数が、予め定められた基準周波数に近づくように周波
数を変化させる指示を、上記周波数変化手段に与えるこ
とを特徴とする周波数制御装置。 - 【請求項13】 複数のサブキャリヤーに直交周波数分
割多重され、各サブキャリヤーの差動復調における基準
位相を伝送するための基準シンボル期間を有する多重化
信号に周波数同期するための周波数制御装置において、 上記多重化信号を再生キャリヤーを用いて直交検波し
て、互いに直交する第1の検波軸信号および第2の検波
軸信号を得るための直交検波手段と、 上記2つの検波軸信号のそれぞれの時間軸波形を予め定
められた標本化周波数でそれぞれ標本化し、かつ、これ
ら標本化されたデーターを離散フーリエ変換して、周波
数領域に分布する複数のメトリックスを求めるための離
散フーリエ変換手段と、 上記基準シンボル期間において離散フーリエ変換手段か
ら受け付けたメトリックスの位相の並び、および、予め
定められた位相の並びの差に応じて周波数変化の指示を
生成するための演算制御手段と、 上記演算制御手段により生成された指示に従って、上記
離散フーリエ変換手段に入力される信号の周波数を変化
させるための周波数変化手段とを有し、 上記演算制御手段は、 上記複数のサブキャリヤーのうち、少なくとも1部のサ
ブキャリヤーについて、各サブキャリヤーの基準位相
と、それに隣接するサブキャリヤーの基準位相との位相
差を示す位相差列を予め記憶し、 基準シンボル期間における多重化信号が受け付けられる
に際し、 基準シンボル期間におけるメトリックスについて、各メ
トリックスと隣接するメトリックスとの間の位相差をそ
れぞれ求め、 上記求めた位相差の列の少なくとも1部に、上記予め記
憶してある位相差列が一致するように周波数を変化させ
る指示を、上記周波数変化手段に与えることを特徴とす
る周波数制御装置。 - 【請求項14】 直交周波数分割多重された多重化信号
を受信するための受信装置において、 多重化信号を含む高周波信号を受け付け、受け付けた高
周波信号から予め定められた周波数帯域を選択するため
のバンドパスフィルター部と、 上記周波数変換された信号を再生キャリヤーを用いて直
交検波し、離散フーリエ変換すると共に、上記再生キャ
リヤーの周波数を操作して周波数同期するための周波数
制御部と、 上記離散フーリエ変換されたデーターを復調するための
復調部と、 上記復調された信号を出力するための出力部とを有し、 上記周波数制御部は、請求項1から13のいずれか一項
記載の周波数制御装置を用いて構成されることを特徴と
する受信装置。 - 【請求項15】 直交周波数分割多重化された多重化信
号を用いて通信するための通信装置において、 入力される信号が示すデーターで、搬送波を直交周波数
分割多重変調して多重化信号を送出するための送信部
と、 受け付けた信号を直交周波数分割多重復調して変調デー
ターを検出し、変調データーが示す信号を出力するため
の受信部とを有し、 上記受信部は、請求項14記載の受信装置を用いて構成
されることを特徴とする通信装置。 - 【請求項16】 複数のサブキャリヤーに直交周波数分
割多重された多重化信号に周波数同期するための周波数
制御装置において、 受け付けた多重化信号の時間軸波形を周波数領域に変換
するための変換手段と、 上記周波数領域に変換して得られたスペクトル分布の中
心の周波数と、予め定められた基準周波数とを比較する
ための比較手段と、 上記スペクトル分布の中心の周波数と、上記基準周波数
との差が小さくなるように、上記変換手段に入力される
前の多重化信号の周波数を変化させるための変化手段と
を備えることを特徴とする周波数制御装置。 - 【請求項17】 複数のサブキャリヤーに直交周波数分
割多重された多重化信号に周波数同期するための周波数
制御方法において、 受け付けた多重化信号の時間軸波形を周波数領域に変換
し、 上記周波数領域に変換して得られたスペクトル分布の中
心の周波数と、予め定められた基準周波数とを比較し、 上記スペクトル分布の中心の周波数と、上記基準周波数
との差が小さくなるように、上記周波数領域に変換され
る前の多重化信号の周波数を変化させることを特徴とす
る周波数制御方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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