JPH10510958A - Ｏｆｄｍ受信において、周波数、時間窓、サンプリングクロック及び緩やかな位相変動を補正する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はＯＦＤＭ受信において、周波数、時間窓、サンプリングクロック及びゆるやかな位相変動を補正する方法に関するものである。ディジタル型で幾つかのキャリアを含む信号として伝送される情報は、多数の記号を含む連続フレームからなっており、各フレームには少なくとも１個のアップチャープ及び１個のダウンチャープが配列される。周波数の補正はアップチャープ及びダウンチャープの解析に基づいてなされる。さらに、重み付きインパルス応答の主焦点が決定される。主焦点の位置は時間窓とサンプリングクロックの補正のために用いられる。さらに、受信されたキャリア位置からのベクトルはマトリクス内におけるそれらの理想位置に関して整列している。受信ベクトルとそれらの理想位置ベクトルとの間の角度が判定されると、これはキャリア周波数における伝達関数の振幅、及び座標原点に対するベクトルの距離に関して共に重み付けされる。平均値は、重み付き角変位の形成後に得られる。得られた平均値は位相誤差の補正に用いられる。ここで、得られた位相誤差と、先の位相誤差の知識は次の受信における位相誤差の評価に用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 ＯＦＤＭ受信において、周波数、時間窓、サンプリングクロック及び緩やかな位 相変動を補正する方法 技術分野 本発明は、周波数サンプリングクロック及び緩やかに変化する位相誤差、すな わち周波数位相ノイズの補正を行うディジタルシステムの方法に関するものであ る。受信機はディジタル情報をフレームにおいて受信するいわゆるＯＦＤＭ受信 機である。 従来の技術 ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex ：直交型周波数分割多 重）は、ディジタル信号が多数の狭帯域キャリアにおいて多重化されるようにし た変調形式である。狭帯域キャリアは高密度にパックされるが、これはキャリア 分離が直交型記号のための記号長さによって割られた結果として１に等しくなる とき、これらのキャリアが直交するという事実を用いるからである。ＯＦＤＭの 実施化は、通常ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を実行する特定の回路手段により行 われる。ＯＦＤＭの信号化において、チャネルコーディング及びいわゆるソフト デコーディング（例えば、ビテルビ‐デコーディング（Viterbi-decoding））は 通常、誤差の確率を減少させて周波数選択フェージングによって処理するために 用いられる。上述したチャネルデコーディングにより結合されたＯＦＤＭはＣＯ ＦＤＭ（Coded ＯＦＤＭ）と称される。近年の、このような信号形式を用いるシ ステムは、異なった形式の放送、すなわちディジタル放送のため、及びディジタ ルＴＶのための片道通信系のために装置化されてきた。 欧州特許第ＥＰ４４８４９３号は、ＴＶ用ディジタル伝送システムを記載して いる。この画像情報は移動体ユーザに送信され、二部分に分割される。分割され た第一部分は通常のＴＶ画像を再生するために、また、他の部分は第一部分とと もに比較的大画像を発生するために用いられる。さらに、欧州特許第ＥＰ４４１ ７３２号には、ディジタル無線信号用受信機が記載されている。この受信機はマ ルチパス伝搬において生ずる記号間干渉を最少化するためのウインドゥ法（窓法 ）を用いるものである。受信時におけるキャリアの直交性に関する損失という好 ましくない効果を減少させるため、受信機は受信信号から利用可能なサンプルを 抽出するための時間窓モジュールを装備する。 米国特許第５２２８０２５号明細書には、無線により好ましくは移動体受信機 にディジタルデータを伝送するための方法を記載している。この方法は、受信機 のために周知の方法で変化するようにした少なくとも一つの周波数型において同 期化シーケンスを伝送する。受信機において、同期化シーケンスは局部発振器を 同調させるために用いられる。 ＤＡＢ（ディジタルオーディオ放送）の送受信のための第一の原型においては 、２個の同期記号が用いられる。第一のものはゼロ記号と呼ばれ、一方では記号 の同期化のため、他方ではチャネル中の干渉評価のために受信機によって用いら れるのみであり、それ以外の何者も含んでいない。記号はいわゆるチャープ信号 、すなわち周波数が時間とともに直線的に変化して全チャネル幅にわたって掃引 される正弦型信号からなる正弦波掃引信号である。これは一方では、時間窓、す なわちＦＦＴ手段により各々処理されるように受信信号をセグメント分割する場 合の位置調整のため、他方では、チャネルの伝達関数を評価するとともに、存在 する場合にはキャリア周波数における偏差を評価するために、受信機によって用 いられるものである。最終ＤＡＢ仕様において、チャープ記号、いわゆるＴＦＰ Ｃ信号（時間周波数位相制御信号）によって置換される。チャープ記号はまた、 タイミング、周波数調整のため、および伝達関数の評価のために受信機において 用いられるカザック記号（ＣＡＺＡＣ記号）と称される。 本発明の技術問題の記述 ＯＦＤＭ技術による情報の伝達は、その精度において、従来技術におけるもの とはまったく異なった要求をもっている。従来の放送方式における送／受信機間 の通常的な同期は、ＣＯＦＤＭによるデジタル型プログラム情報の送信において は不十分である。従って、周波数、時間窓、サンプリングクロック及び位相ノイ ズ補償の精度を評価する必要がある。 解決手段 本発明はＯＦＤＭ受信における周波数、時間窓、サンプリングクロック及び時 間可変位相誤差の補正法に関するものである。送信機から送信された信号の一つ はＯＦＤＭ受信機によって受信される。信号は連続フレームに分割され、各フレ ームは複数の記号に分割される。このような信号は、ある一定の間隔で所定容量 の基準記号を収容している。各フレームは、その関与時間が互いに連続する多数 の記号に分割される。各記号は連続番号を割り当てられ、前述した基準記号は成 るべくなら対を成して送信される。受信機は異なった基準記号を解析する。基準 記号中の信号は、いわゆるチャープ信号、即ち周波数が時間とともに直線的に変 化し、その全チャネル幅を通じて掃引される正弦掃引信号から成っている。チャ ープ信号の一つは、時間内において最高周波数から最低周波数に移行し、他のチ ャープ信号は逆に最低周波数から最高周波数に移行する。時間及び周波数に関す る一対の基準記号の内容間の関係は受信機の周波数の調整に用いられる。さらに 受信された基準記号フレームの信号からはインパルス応答が計算され、それらの フレームにおいて時間窓及びサンプリングクロックの補正が行われる。インパル ス応答の主焦点が決定されると、その位置において時間窓の真の位置が決定され る。得られた結果により、時間窓の位置は、前述した主焦点の位置と、希望する 位置との関係において調整される。各記号は互いに重なりあった多数の異なる周 波数のキャリアからなり、各キャリアはその位相及び振幅が、その実数部及び虚 数部によって記述され、伝達されるべきデータ情報によって変調される。この実 数部と虚数部は、マトリクス式において限定された位置を割り当てられている。 マトリクス式中の実数部と虚数部は、受け入れられる範囲で異なった位置を占め ることが許される。受け入れられた実数部と虚数部によって指示された点と、マ トリクス中の理想位置との関係は、理想位置との角度差を示し、それは受信時に おける位相誤差の補正に用いられる。 効果 上述した方法は、従来は不可能であったＯＦＤＭ受信におけるロバストネス（ 丈夫さ）の増大を可能にした方法において、受信機の精度調整が行えるようにし たものである。この方法はさらに受信機において不可欠な調整が単純な方法にお いて行えるようにしたものである。従って、本発明の方法は高精度のプログラム 伝送を可能にするものである。 図面の簡単な説明 図１は受信機が２進相関器のセットにより、まずチャープ信号を突き止め、そ の後本発明にしたがって時間窓、キャリア周波数及び位相を精密に調整する態様 を示す略図である。 図２は、各エントリーがキャリアに対応するＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換） により、ＯＦＤＭ信号を発生する態様を示す図である。 図３は、１６ＱＡＭシステムに基づく点により、位相誤差を評価するためのマ トリクスを示し、かつ受信ベクトルの真の位置と理想位置との角度関係を示す図 である。 実施例の詳細な説明 信号シーケンスは送信機から送信されて受信機により受信される。信号シーケ ンスはフレームを構成する多数の記号からなっている。各フレームの開始時にお いて１または２以上の同期化記号が配置される。少なくとも２個の前記同期化フ レームは、いわゆるチャープ信号を含んでいる。チャープ信号はその周波数が時 間とともに直線的に変化する正弦信号である。チャープ信号の位置を検出するた め、一組の相関器が用いられる。チャープ信号の自動的に得られる相関値は、極 めて尖鋭な最大値を有する。受信機ではチャープ信号の記号ビットが受信され、 ストアされた信号と比較される。信号は多数のＸＮＯＲゲートを介して処理され ることにより比較される。等ビットの数、すなれち得られたベクトルハミングウ エイトは相関器からの出力信号として取り出される。図１の１において得られた 同期化信号は、同図１におけるフレーム構造発生器２に戻され、ここで、フレー ム及び記号型における入力信号を分割して各記号内における個々のサンプルとな るように制御される。フレーム構造発生器は、この方法においてＦＦＴ（高速フ ーリエ変換）への妥当な時間窓となるような信号分割を制御する。ＦＦＴから得 られた記号はまず図１の信号プロセッサに供給され、ここで、キャリア周波数と サンプリングクロック周波数のための補正値が計算される。送信機から送信され た信号はＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）の手段により図２に示すように生成さ 位相が与えられる。ここに、ｋはキャリア番号、Ｎはキャリア数である。ダウン ^/Nとなる。受信信号は受信機において高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理される。 図１の装置３において達成される補正計算は、キャリアに割り当てられる逆角度 のための掛け算が、受信されたアップチャープに理想ダウンチャープを掛け、さ らに、受信されたダウンチャープに理想アップチャープを掛けることによって達 成されることを示している。この方法において得られた信号を我々は非回転チャ ープと呼び、その各々はチャネルの伝達関数の評価を構成している。理想チャネ ルの場合、これらの評価はすべてのキャリアについて１に等しくなる。もし、キ ャリア周波数のずれがチャネル中のどこかで生じた場合、非回転チャープはキャ リアの連続番号に比例した残留位相ずれを有することになる。それらの変化は、 アップチャープ及びダウンチャープにおいて異なった記号を与える。非回転チャ ープの位相位置はまた、周波数選択フェージングによって及び時間窓の誤った設 定によって影響されるが、この影響は両チャープにおいて同様の記号を有する。 したがって、キャリア誤差は一方のチャープの非回転位相位置を他方のものから 引算することによって抽出される。ここで、キャリア誤差の影響は倍加され、そ の結果、他の影響が排除される。キャリア誤差の数値はそれ自体周知の方法でキ ャリア番号に比例した位相位置から評価することができる。これによって得られ た数値は周波数補正のために周知の方法で用いられる。 チャネルのインパルス応答は、非回転チャープに対するＩＦＦＴ変換によって 得られる。主焦点の計算におけるノイズの影響を減少すると、インパルス応答に は、主焦点の位置が計算される前に重み関数が乗じられる。この位置と所定の望 ましい位置との差は、フィルタ処理後においてＡ／Ｄ変換器のクロック周波数を 制御するための補正信号を構成する。この補正値は、順次ゼロに向かって調整さ れる。その結果、時間窓は所望位置に落ちつくことになる。 チャネルのインパルス応答は受信されたアップチャープ及びダウンチャープの 双方から評価することができる。この場合、これら二つの評価の和を主焦点計算 に用いるのが有利である。これはキャリア周波数における誤差がアップチャープ において計算されたか、又はダウンチャープにおいて計算されたかに応じて異な る記号により主焦点の位置に影響するからである。２個のインパルス応答の和の 主焦点位置は、したがって、キャリア周波数誤差に対して感応しなくなる。これ はその誤差がそれ自体で中和されるからである。 受信されたキャリアはそれらの虚数対実数部の関係において、マトリクスシス テムとして配列される。これらの点はそれらが存在できる領域内に割り当てられ た複素数平面内に存在する。上述の領域内に発生した複素数平面内の一点は、一 定の送信データシーケンスを記号化することに関連する。その一点と、理想位置 との関係は、理想位置と実際位置との角度関係を指示している。同一記号中のす べての異なったキャリアから計算された角度差平均値は、位相誤差の評価を与え るものである。このようにして得られた位相誤差は、先に得られた位相誤差と結 合され、当該記号中の全キャリアの位相補正に用いられるとともに、次の記号の 受信時に期待される位相誤差の評価に用いられる。それはまた、小さい周波数変 動の評価にも用いられる。すなわち、これらのことは記号から記号へと一定の変 化を伴う位相誤差に対して生じるからである。 位相誤差を評価するための前述の方法は、さらに、異なった方法へと発展させ ることができる。この二つの異なった改良方法は、同一視され、その一方又は両 方の改良方法を適用することができる。 第一の改良方法は、一時点における受信信号の振幅がキャリア周波数が異なる 毎に異なった強度を有することができるという事実に基づいている。これは信号 の反射、いわゆるマルチパス伝搬、又は同一信号をいわゆる単一周波数ネットワ ークにおいて送信する場合に受ける他の送信機からの干渉に基づくものである。 破壊的な干渉に晒されるキャリアは弱体化し、したがって、他のものより劣悪な 信号／雑音関係を与えるものである。チャネルのための周波数毎の伝達関数は、 受信チャープの分析により、受信機において計算される。角度差の平均値計算に おいて、異なったキャリアからの値は、計算された伝達関数によって重み付けさ れ得る。この場合、チャネル中で高い減衰を伴う角度差は低い減衰を伴うものよ りも低い重みを与えられる。減衰したキャリアからの強いノイズは、それによっ て位相誤差の評価において最少の影響しか与えないようにされる。 第二の改良方法は、受信信号における同一のノイズ効果が座標原点から遠いか 又は近い信号についての位相誤差の評価において、異なった不確かさを与えると いう事実に基礎を置くものである。これらの状態を結び合わせるため、前述した 角度関係が座標原点への距離に関して重み付けされる。 この発明は、以上において例説したものに限らず、添付の請求の範囲及び本発 明の理論の範囲内において変形することが可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の４第４項 【提出日】１９９６年４月１９日 【補正内容】 補正した請求の範囲 １．キャリア周波数、位相誤差、時間窓、及びサンプリングクロックの周波数を 補正するためのＯＦＤＭ復調方法であって、ＯＦＤＭ受信機による一つの受信信 号が所定の間隔で割り振られた複数の記号に分割され、これらの記号はまた、あ る一定の間隔において所定内容の基準記号として割り当てられ、且つこれらの基 準記号は二つ一組で伝送されるものであるとともに、前記信号は連続番号を付し た多数のキャリアを含むようにし、受信された前記基準記号を受信機において解 析し、その基準記号の時間及び周波数に関する内容から受信機がキャリア周波数 を如何に調整すべきであるかを指示するにあたり、その基準記号を形成する信号 からチャネルのインパルス応答を計算することによりサンプリングクロックの時 間窓及び周波数の補正を実行し、受信され且つ復調されたキャリアの複素ベクト ルの位置を理想位置と比較してその位置偏差を受信時における位相誤差の補正に 用い、 前記基準記号におけるキャリアの振幅及び位相を各キャリアの周波数に関連 付けることを特徴とするＯＦＤＭ復調方法。 ２．前記受信され且つ復調されたキャリアの複素ベクトルの位置をそれらの虚数 部−対−実数部に関するマトリクス系内に配置し、各ベクトルにその存在を示す 領域を割当てるとともに、前記領域内に発生したベクトルが理想位置から一定の 角変位にある場合において、この角変位を位相誤差の計算に用いることを特徴と する請求項１記載の方法。 ３．前記受信信号の振幅は、受信機がより多くの信号を受信するか否かに応じて 異なるキャリアに対して異なる強度を有するものであり、各キャリアのための位 相誤差の評価を最新周波数における伝達関数の振幅に応じ、より高い振幅の信号 に対してはより低い振幅の信号に対するよりも高く重み付けすることを特徴とす る請求項１又は２記載の方法。 ４．ベクトルがそれらの振幅を表す座標原点からの距離に応じて異なった重みを 付けられ、それらの重みにより角度誤差へのノイズの影響に応じて振幅の値を補 償し、この場合において座標原点から最も遠い角変位のものが座標原点に最 も近い角変位のものより高く重み付けすることを特徴とする請求項１〜３のいず れか１項に記載の方法。 ５．最も遅く得られた位相誤差が、先に得られた位相誤差と比較され、次のシー ケンスの受信において期待される誤差が計算されることを特徴とする請求項１〜 ４のいずれか１項に記載の方法。 ６．チャネルのインパルス応答における主焦点の位置を決定し、この位置によっ て時間窓の実位置を指示するようにし、この実位置と所望の位置との差に関連し て調整されるサンプリングクロックの周波数により時間窓の位置を調整すること を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。 ７．基準記号の内容がチャープ信号からなることを特徴とする請求項１〜６のい ずれか１項に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｃ Ａ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ ，ＫＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ， ＲＵ，ＵＡ，ＵＳ (72)発明者 リグネル，モルテン スウェーデン王国、エスエー−240 10 ダルビー、スクヴァルトヴェーゲン ４ (72)発明者 ロス，ゲラン スウェーデン王国、エスエー−142 20 スコゴス、メロディーヴェーゲン 14 (72)発明者 レンロース，ブリアン デンマーク王国、ディーケー−2450 ケー ペンハームン、ストラウスシュヴェー ４ (72)発明者 リングゼート，ヴィダール ノルウェー王国、エヌ−7026 トロントハ イム、リラヴェーゲン 30 【要約の続き】 いられる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．キャリア周波数、位相誤差、時間窓、及びサンプリングクロックの周波数を 補正するためのＯＦＤＭ復調方法であって、ＯＦＤＭ受信機による一つの受信信 号が所定の間隔で割り振られた複数の記号に分割され、これらの記号はまた、あ る一定の間隔において所定内容の基準記号として割り当てられ、且つこれらの基 準記号は二つ一組で伝送されるものであるとともに、前記信号は連続番号を付し た多数のキャリアを含むようにしたものにおいて、 受信された前記基準記号を受信機において解析し、その基準記号の時間及び 周波数に関する内容から受信機がキャリア周波数を如何に調整すべきであるかを 指示するにあたり、その基準記号を形成する信号からチャネルのインパルス応答 を計算することによりサンプリングクロックの時間窓及び周波数の補正を実行し 、受信され且つ復調されたキャリアの複素ベクトルの位置を理想位置と比較して その位置偏差を受信時における位相誤差の補正に用いることを特徴とするＯＦＤ Ｍ復調方法。 ２．前記受信され且つ復調されたキャリアの複素ベクトルの位置をそれらの虚数 部一対−実数部に関するマトリクス系内に配置し、各ベクトルにその存在を示す 領域を割当てるとともに、前記領域内に発生したベクトルが理想位置から一定の 角変位にある場合において、この角変位を位相誤差の計算に用いることを特徴と する請求項１記載の方法。 ３．前記受信信号の振幅は、受信機がより多くの信号を受信するか否かに応じて 異なるキャリアに対して異なる強度を有するものであり、各キャリアのための位 相誤差の評価を最新周波数における伝達関数の振幅に応じ、より高い振幅の信号 に対してはより低い振幅の信号に対するよりも高く重み付けすることを特徴とす る請求項１又は２記載の方法。 ４．ベクトルがそれらの振幅を表す座標原点からの距離に応じて異なった重みを 付けられ、それらの重みにより角度誤差へのノイズの影響に応じて振幅の値を補 償し、この場合において座標原点から最も遠い角変位のものが座標原点に最も近 い角変位のものより高く重み付けすることを特徴とする請求項１〜３のい ずれか１項に記載の方法。 ５．最も遅く得られた位相誤差が、先に得られた位相誤差と比較され、次のシー ケンスの受信において期待される誤差が計算されることを特徴とする請求項１〜 ４のいずれか１項に記載の方法。 ６．チャネルのインパルス応答における主焦点の位置を決定し、この位置によっ て時間窓の実位置を指示するようにし、この実位置と所望の位置との差に関連し て調整されるサンプリングクロックの周波数により時間窓の位置を調整すること を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。 ７．基準記号におけるキャリアの振幅と位相が、各キャリアの周波数に関連する ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。 ８．基準記号の内容がチャープ信号からなることを特徴とする請求項１〜７のい ずれか１項に記載の方法。 ９．２個の基準記号が隣接した一対として伝送され、前記一対中の一方がアップ チャープ信号からなり、他方がダウンチャープ信号からなることを特徴とする請 求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。 数、ｋは各キャリアの連続番号であり、ｊ²＝−１であることを特徴とする請 求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。