JPH1141198A - 受信機同期における改良又は受信機同期に関する改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＯＦＤＭ信号のような入力多重キャリヤ信号
に受信機を同期させる方法及び装置を提供する。 【解決手段】 本発明は、一般的に、直交周波数分割多
重信号の処理、より正確にいうと、入力直交周波数分割
多重信号（ＯＦＤＭ）の受信機を同期させる方法に関す
る。本発明は、ＯＦＤＭ信号のような入力多重キャリヤ
信号に、受信機を同期させる方法及び装置を提供する。
従来技術の方法の固有の冗長性を使用することにより、
処理電力、実行速度及び精度を有意に低減させることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直交周波数分割多
重（ＯＦＤＭ）信号の処理に関し、より正確にいうと、
入力直交周波数分割多重信号の受信機を同期させる方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】Ｏ
ＦＤＭ信号は、記号のストリームからなり、各記号は多
くのビットからなるデータを含む。ＯＦＤＭ受信機にお
いては、データは、受信信号から計算により回収され
る。この操作の主な問題点は、タイミング情報が、受信
信号に含まれていない場合、受信信号の正しい位置で、
確実に計算をするのが難しいということである。

【０００３】入力信号の正しい位置で、確実に計算をす
るための現在の方法は、初期−後期フーリエ変換アルゴ
リズムと呼ばれる方法を使用している。この技術は、入
力信号に含まれるデータに対して、タイミングを早める
離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）計算を行うことにより実
行される。この技術は初期ＤＦＴと呼ばれる。入力信号
に含まれるデータに対して、タイミングを遅らせる、後
期ＤＦＴと呼ばれる第二の計算も、同様に実行される。
初期及び後期ＤＦＴのノイズ電力が計算され、データ品
質の測定値が求められる。

【０００４】入力信号のデータ部分は、初期ＤＦＴと後
期ＤＦＴとの間に存在するので、ＯＦＤＭデータが最適
に回収できる位置において、後で、受信機のタイミング
を、データＤＦＴの位置に同期させるために使用され
る、同期信号を発生するのに、測定データ品質の平均値
が使用される。

【０００５】現在の方法の場合には、一つの完全な初期
ＤＦＴ及び一つの完全な後期ＤＦＴ、及びデータを回収
するために必要な完全な中央のＤＦＴが計算される。そ
の後、初期ＤＦＴ及び後期ＤＦＴは、すでに説明したよ
うに、受信機を同期させるのに使用される。現在の方法
の主な欠点の一つは、ＤＦＴを行うのに必要なハードウ
エアのコストが高く、プロセッサに機能が集中している
ことである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】ある観点から見た場合、
本発明は、データを含む入力多重キャリヤ信号の受信機
を、同期させる方法である。前記方法は、計算プロセス
により、前記入力信号からデータを検出するステップ
と、計算プロセスにより、同期信号を入手し、同期信号
の一部を入力信号から計算し、また前記信号の一部をデ
ータを検出するために行った計算から計算するステップ
と、受信機を同期させるために、同期信号を使用するス
テップとからなる。第二の観点から見た場合、本発明
は、データを含む入力多重キャリヤ信号の受信機を、同
期させるための装置である。前記装置は、計算プロセス
により、入力信号からデータを検出するための検出装置
と、計算プロセスにより、同期信号を入手し、前記同期
信号の一部を入力信号から計算し、また前記信号の一部
をデータを検出するために行った計算から計算するため
の抽出素子と、受信機を同期させるために、同期信号を
使用する同期装置とを備える。本発明は、従来技術に固
有の冗長性を使用することにより、従来技術と比較して
有意に優れた利点を持つ。本発明は、この方法を実行す
るのに必要な処理電力量を低減するばかりでなく、処理
速度を有意に増大して、本発明の方法を従来技術と比べ
てより正確なものにする。添付の図面を参照しながら、
本発明をさらに詳細に説明する。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は、ＯＦＤＭ信号を受信する
のに使用される、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）受信
機である。ＯＦＤＭ信号は、記号のストリームを含み、
各記号は多くのビットからなるデータを含む。入力信号
１０は、チューナ１１及び入力信号の周波数の低減が行
われるダウン・コンバータ１２を通して送られる。その
後、信号からは、クロック・シンセサイザ１４の制御の
下で、アナログ−デジタル・コンバータ１３により、サ
ンプルの採取が行われる。主ＤＦＴ１５及び、初期及び
後期ＤＦＴプロセッサ１６を備えるデータ検出装置は、
同期信号を発生し、この同期信号は、クロック・シンセ
サイザ１４にフィードバックされる。このループによ
り、受信機の同期が行われる。

【０００８】図２は、データ部分と、デジタルＯＦＤＭ
信号の初期及び後期位置との間の関係を示す。データ部
分は、セクションｃ、セクションｄ及びセクションｅか
らなる。データ部分より時間的に早い初期部分は、セク
ションａ及びセクションｂからなる。データ部分より時
間的に遅い後期部分は、セクションｆ及びセクションｇ
からなる。初期部分は、データ部分により表示できるこ
と、すなわち、初期部分は、セクションａ、セクション
ｃ及びセクションｄにより表すことができることが理解
できるだろう。データ部分への追加少なくともａ及び差
引セクションｅについても同じことがいえる。セクショ
ンｄ、セクションｅ及びセクションｇで表すことができ
る後期部分についても同じことがいえるし、データ部分
への追加セクションｇ及び差引セクションｃについても
同じことがいえる。

【０００９】データＤＦＴ出力信号は、下記式により表
すことができる。

【００１０】

【数１】

【００１１】後期ＤＦＴ出力信号は、同様に下記式によ
り表すことができる。

【００１２】

【数２】

【００１３】しかし、この式は、下記式により示すよう
に、（いずれにしても、データを回収するために必要
な）データＤＦＴを使用することによっても導くことが
できる。

【００１４】

【数３】

【００１５】簡単にすると、下記式（４）が得られる。

【００１６】

【数４】

【００１７】また、初期ＤＦＴ出力を得るために、デー
タＤＦＴを使用して、類似のプロセスが行われる。この
方法を使用すれば、直接初期及び後期計算と比較する
と、計算がかなり簡単になる。何故なら、一つの完全な
初期出力又は後期出力を発生するのに、Ｍを引算し、ｌ
ｏｇ_２ＭをＦＦＴを通過させ、Ｎを加算しさえすればよ
いからである。

【００１８】式２に示すように、後期ＤＦＴは、（通常
のＯからＮ−１までではなく）ＭからＮ＋Ｍ−１までの
ｎ’によりインデックスされる係数を持つ修正ＤＦＴで
ある。これにより、一定の位相のずれが起こり、この位
相のずれが、このようにして計算したすべての後期（又
は初期）信号に影響を与える。初期−後期ＤＦＴを使用
する時間同期法は、初期データ及び後期データのノイズ
の測定だけに頼っているので、この一定の位相のずれ
は、アルゴリズムに実際の結果を持たない。

【００１９】ＤＦＴプロセスは、周知の高速フーリエ変
換（ＦＦＴ）アルゴリズムを、使用することによりより
効率的に行われる。このプロセスは、データ上のＤＦＴ
の計算に使用され、数学的にはＤＦＴと同じものであ
る。初期ＤＦＴ及び後期ＤＦＴの計算に、ＦＦＴアルゴ
リズムを使用する場合には、式４の右辺のＤＦＴは「直
角」ではないこと、すなわち、入力より出力のほうが多
いこと（ＭはＮより小さい）に留意されたい。しかし、
一般的に、このことは問題にならない。 ａ）初期−後期アルゴリズムにおいては、すべてのＦＦ
Ｔ出力の数値を必要としない。 ｂ）Ｍは、通常、Ｎの二つの分数（すなわち、１／８、
１／１６、１／３２等）のベキである。 特性ｂ）は、ＭｘＭの大きさのＦＦＴだけを実行する必
要があり、残りの出力（出力中のＮ−Ｍ）はこれらＭ出
力を位相回転したコピーであることを意味する。特性
ａ）は、ある出力の数値だけを計算しさえすればよく、
そのため計算がある程度簡単になることを意味する。こ
れはＦＦＴアルゴリズムの場合、いつでも大きいわけで
はない。しかし、出力の小さな部分だけを必要とする場
合には、別のアルゴリズム（例えば、ゲルツェル・アル
ゴリズム）を使用したほうがよい場合がある。

【００２０】図３は、前記方法を使用する実施形態の詳
細図であり、図１の初期及び後期ＤＦＴプロセッサ１６
の展開を示す。デジタルＯＦＤＭデータ２０は、図１の
アナログ−デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）１３からの
出力である。前記データは、主ＦＦＴプロセッサ２１へ
送られ、その出力は入力信号中のデータを復調するのに
使用される。主ＦＦＴプロセッサ２１は、２Ｋポイント
ＦＦＴプロセッサである。

【００２１】メモリ２２及び減算器２５は、図２に示し
たように、セクションａからセクションｅを引算するよ
うに配置されている。

【００２２】前記引算は、入力信号が到着したとき、入
力信号の一部を記憶し、メモリ・コントローラ２４の制
御の下で、そこから引算される対応するデータと同時
に、記憶したデータを取り出すことによって行われる。
そうすることにより、セクションａからセクションｅが
引算される。メモリ２３及びｇ−ｃを行う否定素子２６
を使用することにより、信号の対応する後期部分に対し
て類似の構成が使用される。

【００２３】減算器２５からの出力は、その後、２５５
ポイントＦＦＴプロセッサであるＦＦＴプロセッサ２７
へ送られる。このプロセッサは、データに対してＦＦＴ
を行い、発生した２５６という数値はその後、メモリ２
８に記憶される。アドレス及び否定コントローラ３０の
制御の下で、メモリ２８に記憶されている２５６という
数値から、２Ｋという数値が発生する。余分な数値のこ
の発生は、種々のアドレス置換及びデータ否定により行
われる。

【００２４】加算器４４は、主ＦＦＴプロセッサ２１に
より発生した２Ｋという数値に、２Ｋという数値を加算
する。その結果、入力信号の初期部分を表す２Ｋという
数値が、メモリ３２に入力される。前記の２Ｋという数
値は、メモリ３２に記憶され、同時に、メモリ３２に記
憶されている前の一組の数値が取り出され、減算器３３
により、現在の一組の数値から差し引かれる。その後、
前記数値のベキが、プロセッサ３４により計算される。
これら数値は、その後、ＯＦＤＭパイロット上で合計さ
れ、初期ノイズ電力の数値が得られる。

【００２５】図３の下部に示すように、後期ノイズ電力
を発生するために、類似のプロセスが使用される。この
下部は、メモリ２３、減算器２６、ＦＴＴプロセッサ４
０、メモリ４１、否定素子４２、アドレス及び否定コン
トローラ４３を備える。このプロセスは、初期部分より
時間的に遅れている、入力信号の一部に作用するという
点以外は、同じものである。その後、デジタル低域フィ
ルター３７を通過する前に、減算器３６により、初期ノ
イズ電力が、後期ノイズ部分から差し引かれる。受信機
を同期するのに使用されるのは、この出力信号である。

【００２６】前記方法を改良することにより、計算をさ
らに簡単にすることができる。必要とするＦＦＴ出力値
が一定の間隔を持っている場合には、前ＦＦＴ１／１０
減算プロセスは、潜在的な大きな換算係数により、入力
データ・サンプルのサイズを小さくすることができる。
１／１０減算プロセスは、一定の間隔でのサンプルの
「除去」を含む。この場合、前記技術の中のあるものは
必要ない。

【００２７】入力サンプル・ストリームから１／１０を
減算することによって、ＤＦＴを実行する前に、ＤＦＴ
のサイズを小さくすることができる。例えば、４により
１／１０を減算することにより、出力ストリームのサン
プルの数の１／４だけが、入力ストリームになる。この
プロセス中にある種の情報が失われるので、ある種の予
備濾過が必要になる。この目的のために、櫛形フィルタ
ーを使用することができ、濾過が非常に簡単になるとい
う利点ががある。櫛の「歯」を必要とするＤＦＴ出力ビ
ンと一致するように、配列することができれば、明らか
に、前と同じ方法で、ノイズの推定を行うことができ
る、フーリエ変換計算を有意に簡単にすることができ
る。可能な実行方法の場合、データは、最初、８により
１／１０減算が行われ、その結果、データ・ストリーム
に残っている周波数のレンジは、ＯＦＤＭ信号の分散パ
イロット位置と一致した。（分散パイロットは、ＯＦＤ
Ｍ記号上の周波数で一定の間隔を持つ。）その後、はる
かに小さなサイズのＦＦＴを、このデータ上で実行する
ことができるが、この場合、関連出力ビンが、ノイズ電
力測定用に選択される。）

【００２８】図４は、この改良を説明するための本発明
の実施形態である。デジタルＯＦＤＭデータは、数値の
数を８により少なくする１／１０減算器５０に送られ
る。デジタルＯＦＤＭデータは、また信号の初期部分
を、図の底部のラインに沿って実行するようにし、後期
部分を、図の頂部のラインに沿って実行するようにする
ことができる作用を持つ遅延装置６０にも送られる。

【００２９】信号の後期部分を取り入れた場合、１／１
０減算器５０は、不必要な情報を濾過することにより、
８で数値の数を減少させる。その結果、初期の２Ｋとい
う数値中の２５６だけが保持される。そのため、ＦＦＴ
計算をするのに、遥かに小型のＦＦＴプロセッサ５１で
すむ。ここでもまた、データの電力が、プロセッサ５２
により取得される。その後、ノイズ電力は、ＯＦＤＭパ
イロット上で合計されるが、この場合、前記数値は、減
算器５８により、信号の対応する初期部分から差し引か
れる。信号の初期部分の処理は、処理される入力信号の
部分の後期部分の処理と同じである。その後、前記信号
は、デジタル低域フィルタ５９を通り、出力信号はもう
一度受信機を同期させるために使用される。

【００３０】一般的な初期−後期アルゴリズムは、一つ
の記号の初期ＤＦＴ及び他の記号の後期ＤＦＴの計算を
含む。しかし、前記方法により非常に簡単になったの
で、一つの記号の初期ＤＦＴ及び後期ＤＦＴの両方を計
算することができる。

【００３１】初期出力は、下記式により表される。

【００３２】

【数５】

【００３３】後期出力は、下記式により表される。

【００３４】

【数６】

【００３５】電力を考慮にいれ、差し引くと、下記式が
得られる。

【００３６】

【数７】

【００３７】データ部分の電力は打ち消され、平均値を
求めた後、クロスした項は非常にゼロに近くなり、すべ
ての実際の目的の場合、無視することができる。（前記
平均は、平均値がゼロであるノイズの平均値である。）
それ故、必要なすべての計算は下記式により表される。

【００３８】

【数８】

【００３９】それ故、データ部分を含める必要がなくな
る。図６ａはその効果をしめす。この図はまた、初期出
力の出力ベクトルを示す。第一のベクトルは、データＦ
ＦＴ出力であり、第二のベクトルは、データをあまり早
く取りすぎたことよる追加ノイズである、このベクトル
の電力は、ノイズ電力の推定値を入手するために、対応
する後期ベクトルの電力から差し引かれる。明らかに、
ノイズの平均はゼロであるが、ノイズ電力平均はゼロで
はない。図６ｂは、一つの記号の初期及び後期部分だけ
を使用し、データ部分を無視した場合の結果を示す。こ
のベクトルは、データ上のノイズを表し、受信機を同期
させるための同期信号を提供する。

【００４０】図５は、本発明の第三の実施形態である。
データＤＦＴを計算する必要が無くなったので、システ
ムはさらに簡単になっている。デジタルＯＦＤＭデータ
は、メモリ・コントローラ８０の制御の下で、メモリ７
０に送られる。前記メモリに記憶されているデータを制
御し、適当な時間に記憶したデータを取り出すことによ
り、信号のセクションａからセクションｅの引算が、減
算器７１によって行われる。信号のセクションｇからセ
クションｃを引算するために、類似のプロセスが、メモ
リ７２及び減算器７３により行われる。２５６ポイント
ＦＦＴは、その後、ＦＦＴプロセッサ７４により、デー
タ上で実行される。その後、数値の電力が計算され、そ
の後で、信号の後期部分から差し引かれる。電力の合計
は、ＯＦＤＭパイロット上で計算され、デジタル低域フ
ィルタを通り、受信機を同期するために使用される出力
７６が得られる。

【００４１】図３、図４又は図５に示す二つのＦＦＴ装
置を時間多重化することができるので、必要な場合には
ＦＦＴ装置の数を減らすことができる。当業者であれ
ば、直交周波数分割多重信号及び個別多重トーン信号の
両方を含む、すべての多重キャリヤ信号を、使用するこ
とができることを、理解することができるだろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＯＦＤＭ受信機の全体図である。

【図２】入力ＯＦＤＭ信号の初期部分、中央部分及び後
期部分の相対位置を示す図である。

【図３】本発明の第一の詳細な実施形態を示す図であ
る。

【図４】本発明の第二の詳細な実施形態を示す図であ
る。

【図５】本発明の第三の詳細な実施形態を示す。

【図６】多数の出力ベクトルを示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グラハム ウイリアム クラドック 英国、ハンプシャー、エスオー 21 １ キューキュー ウインチェスタ、 トワイ フォード、ウエストビュー

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 データを含む入力多重キャリヤ信号の受
   信機を同期させる方法であって、該方法が、 計算プロセスにより、前記入力信号からデータを検出す
   るステップと、 計算プロセスにより、同期信号を入手し、前記同期信号
   の一部を入力信号から計算し、また前記信号の一部をデ
   ータを検出するために行った計算から計算するステップ
   と、 受信機を同期させるために、前記同期信号を使用するス
   テップとを有する方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、さら
   に、前記計算プロセスに必要なデータの量を減らすため
   に、データを濾過し、それにより必要な計算の量をさら
   に少なくすることを含む方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の方法において、さら
   に、残りのデータが、入力信号の分散パイロット位置と
   一致するように、データを濾過することを含む方法。
4. 【請求項４】 請求項１、請求項２、請求項３のいずれ
   か１つに記載の方法において、計算が離散的フーリエ変
   換に基づいて行われ、高速フーリエ換算アルゴリズムを
   使用して行われる方法。
5. 【請求項５】 請求項１、請求項２、請求項３、請求項
   ４のいずれか１つに記載の方法において、多重キャリヤ
   信号が、直交周波数分割多重信号である方法。
6. 【請求項６】 データを含む入力多重キャリヤ信号の受
   信機を同期させるための装置であって、該装置が、 計算プロセスにより、前記入力信号からデータを検出す
   るための検出装置と、 計算プロセスにより、同期信号を入手し、前記同期信号
   の一部を入力信号から計算し、また前記信号の一部を、
   データを検出するために行った計算から計算するための
   抽出素子と、 受信機を同期させるために、同期信号を使用する同期装
   置とを有する装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の装置において、前記計
   算プロセスに必要なデータの量を減らすためにデータを
   濾過し、それにより必要な計算の量をさらに少なくする
   フィルタをさらに含む装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の装置において、さら
   に、濾過されたデータが、入力信号の分散パイロット位
   置と一致するように、フィルタが適応することができる
   装置。
9. 【請求項９】 請求項６、請求項７、請求項８のいずれ
   か１つに記載の装置において、さらに、直交周波数分割
   多重信号に適応することができる装置。